雨雪等灾害性天气对农业生产、交通运输等社会经济活动构成直接威胁，其引发的道路结冰、城市内涝等问题对公共安全与生态系统稳定性产生不利影响。相关研究人员针对该气象灾害开展了大量研究。张芳华等[1]分析指出，2024年春运期间两次极端雨雪冰冻天气，是在高空槽与低层冷空气共同作用下，暖湿气流爬升及低层风场水平辐合所致；段中夏等[2]分析了2023年末河南北中部一次雨雪冰冻过程，发现纯雪与雨夹雪天气在大气层结构上存在明显差异；荆浩等[3]研究表明，云顶温度和0 ℃层高度可作为降水相态判别的关键指标；谷秀杰等[4]利用整层大气层温度预判可能出现的降水相态，当整层大气温度均低于0 ℃时降水相态为纯雪，高于0 ℃的融化层或云体由过冷却水滴组成时，将出现混合型降水相态；王珊珊等[5]分析了数值模式降雪量和积雪深度的订正与云中冰相粒子的含量、近地层气温的订正及积雪融化能力的关系；张俊兰等[6]研究发现，700 hPa以下低层上升运动增强可预示强降雪的出现。尽管在不同区域的强雨雪冰冻天气研究方面取得了一定进展，但针对内蒙古赤峰地区雨雪相态转换的研究较少。
赤峰市地处内蒙古东南部，独特的地理位置与地形条件，使其在春季极易受到冷暖空气交汇影响，频繁出现雨雪天气。2024年4月27—29日，赤峰市遭遇强雨雪侵袭，呈现持续时间长、降水量大、致灾性强等特点，给当地农牧业、交通及居民生活带来极大挑战。鉴于此，本研究以该区域2024年4月27—29日强雨雪过程为案例，综合运用国家气象站观测资料、高空观测资料、ERA5再分析资料，借助天气学分析等方法，深入剖析此次过程的天气成因及相态演变机制，为相关地区类似降水过程的精细化预报和农牧业等行业灾害防御提供参考。
1 材料与方法
1.1 数据来源
本文所用资料时间段均为2024年4月27—29日。（1）气象大数据云平台·天擎系统提供的研究区54218国家气象观测站逐时降水量、积雪深度、气温、天气现象等观测数据；（2）欧洲中期天气预报中心提供的第五代大气再分析（ERA5）数据，水平分辨率为 0.25°×0.25°，时间分辨率为1 h，包括不同高度层位势高度场、温度场、经向风场、纬向风场等，用于诊断分析动力、水汽、不稳定等条件。（3）MICAPS常规地面高空观测资料用于分析降水时段环流形势、高低层配置等条件。
1.2 天气实况
2024年4月27日15：00至29日07：00，研究区大部地区出现雨转雨夹雪转雪天气。其中，克什克腾旗南部出现暴雪，南部累积降水量超10 mm，红山区、元宝山区、松山区大部及喀喇沁旗大部达25 mm以上；西部和南部高寒山区新增积雪深度超10 cm，其余地区在5 cm以下。最大降水量出现在松山区王府（40.2 mm），最大小时雨（雪）强出现在松山区夏家店28日13:00—14:00（6.1 mm/h），此次过程伴随复杂的相态转换，4月27日午后至夜间，除克旗外大部地区以降雨为主；28日凌晨开始转雨夹雪，后转为纯雪；28日午后至29日以雨夹雪为主。根据系统演变及雨雪相态变化，可将此次天气过程分为三个阶段，第一阶段（4月27日17:00至28日02:00）降水先以雨为主，凌晨后转为雨夹雪；第二阶段（4月28日03:00至11:00）降水相态以雪为主，此阶段也为降水过程增强时段；第三阶段（4月28日11:00以后）以降水或雨夹雪为主，降水强度逐渐减弱。综上，此次降水过程具有持续时间长、影响范围广、累积降水量大、积雪深的特点。
1.3 研究指标与方法
1.3.1 环流形势
利用2024年4月27—29日ERA5再分析资料，包括500、700、850 hPa高度场、温度场、风场，以及海平面气压场、地面填图等数据，分析高空冷涡、高空槽、低空急流、低空低涡、地面锋区、倒槽等系统位置与强度变化，以分析强雨雪天气过程期间的环流特征。
1.3.2 水汽条件
通过分析700及850 hPa水汽通量、比湿、相对湿度等物理量，判断此次强雨雪过程水汽是否达到研究区暴雪水汽标准。
1.3.3 降水相态
利用强降水期间研究区54218站探空图分析地面至高空风场分布，研究强雨雪发生期间温度层结分布；通过分析其54218站与克什克腾旗经棚54117站的相对湿度、风、垂直速度、温度时间-高度剖面图，探究融化层高度变化规律。
2 结果与分析
2.1 环流形势
由2024年4月28日08：00 500 hPa高度场可见（图1A），亚欧中高纬地区为“多波动”形势，新疆北部高空槽东移南下，由于温度场落后于高度场，逐渐发展加强成高空冷涡并东移影响内蒙古自治区西部地区，后减弱东移至东部；叠加多个短波系统东移影响内蒙古东部地区，在500 hPa强西南气流引导下，700 hPa西南急流显著发展并伸至研究区中部地区，研究区南部地区位于低空急流左前侧强辐合区内，有低层低涡生成东移，且位于暖区，比湿达4 g/kg，达冬季暴雪比湿标准；850 hPa锋区（图1B）位于研究区南部地区宁城县以南，受偏东气流影响，研究区南部地区温度约为0 ℃，故降水前期相态以雨为主，随东北风携带冷空气扩散南下，在低层形成冷垫，强迫抬升暖湿空气，动力抬升作用加强，属典型的东北地区回流暴雪天气过程。冷空气势力强盛且持续降温，使得后期大部地区降水相态一直为雪或雨夹雪，并未再转换成降雨。贝加尔湖以西有冷高压（中心强度1 035 hPa）发展向东南移，在内蒙古河套地区形成冷锋，冷空气经蒙古、我国东北地区回流南下至内蒙古东南部地区，同时河套以南有995 hPa气旋中心，伴随其北部延伸出的倒槽东移北上。研究区位于倒槽顶部与高压前沿锋区内，冷暖空气强烈对峙，强降雪区域伴有锋生活动，锋生是暴雪增强的直接原因[7-9]。降雪随冷高压南下而逐渐结束，后期低温霜冻天气影响较大。
2.2 水汽条件
充足的水汽是强降水天气形成的三要素之一。通过分析2024年4月28日08:00 700 hPa流场与水汽可知，700 hPa水汽带呈西南东北走向，输送至赤峰地区的水汽主要源于京津冀地区，由强西南急流（最大风速超12 m/s）输送至研究区南部地区，且该区域为偏北风与西南风汇合区，大量水汽在此辐合上升。水汽通量辐合区主要位于急流轴及其前侧的风速辐合区，研究区南部地区绝对湿度4 g/kg，局地水汽充足，达冬季强降水标准，且该区域相对湿度达90%以上，绝对湿度和相对湿度条件均利于强降水发生，且沿低空西南急流有大于6×10-5 g/（s·cm·hPa）的水汽通量高值区深入，配合风场切变，有利于水汽输送和辐合上升运动，水汽通量大值区与强降水区配合较好。
2.3 降水相态
此次降水过程伴有复杂的雨雪相态转换。2024年4月27日20：00分析研究区温度对数可知，925 hPa温度为10 ℃左右，700 hPa以上温度低于0 ℃，在700—750 hPa之间为逆温层，逆温层以下为东北风，风速为6 m/s，逆温层以上为强西南风，西南急流显著发展，达18 m/s，垂直风切变非常强，此时中高层湿度条件较好，低层相对湿度低于80%，虽存在暖湿空气在低层冷垫强迫抬升运动，但由于基础温度较高且冷空气尚未到达，此时全市以降雨为主。28日08：00，只在近地面层存在浅薄融化层，以上温度均在0 ℃以下，700 hPa以上西南风达30 m/s，且湿层向下扩展至925 hPa，低层东北风增至8 m/s，逆温层或等温层层结增厚，但温度均在0 ℃以下，随东北风不断南下，冷空气势力加强，地面温度降至0 ℃，降水相态转为雨夹雪后转为雪。
2024年4月27—29日赤峰站与克什克腾旗经棚站的相对湿度（色斑，单位%）、温度（红线，单位℃）、垂直速度（黑线，单位 Pa/s）、风时间—高度剖面如图2所示。分析可知，4月27日低层温度在10 ℃以上，近地层温度达12 ℃，融化层较厚，故降水初期以雨为主，且28日02：00以前，大气整层湿度条件差，降水强度稍弱，28日02：00以后，融化层变薄，湿层深厚，云顶高度达到200 hPa以上，强上升速度区位于-20 ℃层左右，最大速度为-1 Pa·s以上，有利于冰相粒子快速增长，低层温度明显降低且东北风增至12 m/s，降水相态转为雨夹雪后快速转为雪，29日05：00强上升速度区位于-8 ℃层左右，近地层温度升高，降水相态以雨夹雪为主。经棚站与赤峰站相比，低层相对湿度较差，相对湿度大于80%的时间短、区域小，仅在29日05：00至14:00湿层由低层至高层连续，其余时间均呈现为高层湿度大于低层的形势，且东北风风速小，最大为8 m/s，输送冷空气强度弱于赤峰站；垂直速度上有两个强上升中心，均小于-1 Pa·s，且强上升速度区均达到-20 ℃层以上，有利于降水持续以雪相态出现。
3 结论与讨论
3.1 结论
本研究从环流形势、水汽条件等方面探究了此次强雨雪天气成因，分析了中低层温度与降水相态的关系。结果表明，高低层急流耦合作用配合低空低涡切变线、地面倒槽和锋区的共同影响，为本次强雨雪过程提供了有利的环流背景和上升运动条件。在700 hPa西南风急流对水汽的持续输送条件下，研究区南部地区湿层深厚，充沛的水汽和强烈辐合上升运动共同促进强降水天气的发生。近地面层偏东风带来的湿冷空气起到了冷垫的作用，迫使中高层偏南暖湿气流沿冷垫抬升，加强垂直风切变有利于降水强度增大，同时形成明显锋区，降水强度进一步增大。不同高度层温度分布、上升运动分布、云中降水粒子微物理特性及融化层和冻结层的厚度与强度等均对降水相态产生重要影响，若融化层厚度浅薄，即使温度稍升，也不利于降雪相态转换为雨。
然而，本研究仅分析了单次过程单站温度层结与不同降水相态的对应关系，存在一定的局限性，需进一步深入研究本地区复杂雨雪天气规律。
3.2 对农业产业发展的建议
强雨雪天气可能对设施农业造成不利影响，建议农户加固设施温棚和禽畜棚舍，降雪间隙清雪除冰，防止大风、雪压等导致棚体垮塌；合理调节棚内温湿度，适时增温补光，确保果蔬正常生长。
雨雪后受冷空气影响导致气温骤降，2024年4月29—30日凌晨，赤峰市西部山区地表温度将降至-10～-6 ℃，中部地区降至-6～-2 ℃，东部地区降至-2～0 ℃，大部分地区将出现轻霜冻或中霜冻，克什克腾旗将出现重霜冻。针对此类霜冻气象灾害，建议农区加强田间的管理，减轻低温霜冻危害，做好设施农业以及经济林木果树的防寒保温工作；及时关注气象部门对外发布的预报预警信息，提前防护。此次降水对土壤增墒、春耕春播、牧草返青及降低森林草原火险等级有积极作用，建议利用有利天气条件适时开展整地备耕和抢墒播种工作。