“中国雪窝子”是怎样炼成的？对话气科院李浩然：冷空气过海“就地取材”，丘陵地形“拧出”暴雪

什么是“冷流雪”？冷流雪的雪花是什么样的？雪花的观测技术有哪些？带着这些问题，搜狐科技对话了中国气象科学研究院李浩然副研究员，听他分享那些看不见的“雪花密码”。

冷流雪为何“偏爱”烟威地区？

李浩然首先解读了“冷流雪”的概念。“冷流雪”又叫“海效应降雪”或者“大湖效应降雪”。当冷空气经过像海洋、大型湖泊这样相对温暖的水体时，会形成一种下部湿热上部干冷的不稳定状态，这就有利于空气上升运动的发展，容易形成对流性的降雪。

冷流雪的能量和水汽主要源于海面或湖面的蒸发作用，局地性显著，可以说是“就地取材”。

“我们平常见到的冬季降雪一般形成于更大尺度天气系统中的动力抬升，影响范围大且降雪相对均匀；冷流雪主要分布在中高纬度沿海地区，局地性更强一些。”李浩然解释道。

冷流雪的形成，与海气的温差密切相关。海面温度和过境冷空气的温差越大，越容易形成冷流雪。

李浩然表示，每年冬季，我国的冷空气，也就是寒潮，一般来自北边的西伯利亚，沿着西北-东南方向移动。经过渤海上空时，这种下部湿热上部干冷的热力条件很容易形成冷流云，并且在长距离穿越洋面的过程中就容易形成海上降雪。

登陆之后，由于下垫面摩擦增大和地形抬升的作用，会进一步增强降雪。我国的烟威地区位于山东半岛的东北，是渤海上空冷流雪的主要登陆地区。同时，该地区的地形以丘陵为主，冷流云被迫沿山坡爬升，有利于降雪的加强。

“这就相当于给已经吸饱水的云层又用力‘拧了一把毛巾’，能‘挤’出远超平原地区的降雪量。”李浩然形象地比喻道。

不仅如此，烟威地区冷流雪的形成还与冷空气的传播路径有密切联系。因为山东半岛特殊的东西走向地理格局，如果冷空气的来向偏北，和山东半岛形成正交配置，就很容易在该地区登陆形成暴雪。

不过，如果冷空气的来向偏西，冷流云往往会沿着海岸线一路向东传播。“比如2024年11月27日，我们当时还在烟台等降雪做观测，结果暴雪一路向东跑到韩国首尔去了，当时还有个说法是暴雪把首尔“下瘫了”，对当地造成了很大的影响。”

与雪花打交道的二三事

作为与雪花打交道多年的人，李浩然也分享了一些他与雪花的故事。

我们都知道，世界上没有两片完全一样的雪花。这是因为雪花的形状受到下落路径上的空气温度、湿度甚至过冷水的影响，会形成很多不同的基本形状。我们常见的像动画片里出现的雪花是六角枝状的，还有更加透明的平板状雪花，比大头针略短的针状雪花。

当多个雪花聚集在一起时，就会形成很大的雪团，也就是我们常说的“鹅毛大雪”。如果雪花遇到过冷水，内部的空隙就会被过冷水填充，形成不到绿豆大小的霰粒子。

雪花投影图 受访者供图

“去年2月，我们在现场开展冷流雪观测，雷达出了一点小故障，我和一位同学到山上重启雷达。当时，雷达站上的雪花主要是霰粒子，再加上风速很快，我第一次感受到雪花打在脸上是痛的，并不是像平时那样轻柔。”李浩然讲述道。

除此之外，李浩然还有一次“奇遇”。

“一次偶然的机会，竟然有一片‘十二枝状’的雪花停留在我的毛衣上面，直径大概有1厘米，我迅速拍了下来，后来通过仔细观察，我发现这片雪花其实是由两片几乎完全一样的雪花叠在一起形成的。”

我们可以想象一下，在云层某个静谧的微观世界里，两颗相邻的凝结核几乎同时开始凝华，在相同的温度、湿度和过饱和环境中并肩生长。由于冰晶的六方晶格结构，它们各自沿着六个主轴伸出枝杈，却因为物理条件的完全同步，逐渐长成了几乎镜像的形态。

“原来，云内寒冷的凝结过程中，也会藏着如此浪漫的故事。”李浩然感叹道。

其实，从2024年冬天开始，李浩然和国防科技大学、山东省气象局等单位开展了中国东部冷流雪观测试验。他们通过对十几次冷流雪过程的分析，发现了冷流雪有两个特点：一是雪花的粒径大，很多雪花的直径能达到2 -3厘米，这表明冷流云内有非常好的雪花增长条件。

二是霰粒子的出现非常频繁，比内陆地区常见的降雪中要多得多。由于霰粒子的形成需要很好的过冷水条件，这表明冷流云内部的过冷水非常充足。

目前，他们也正在围绕冷流云内过冷水的特征开展观测和模拟研究，希望能在将来用到冷流雪的观测和预报中。

“可能有一点理解上的偏差，掉落在衣服上的雪花似乎非常大，但它们在空中的真实尺寸要小一些。雪花落到衣服上，几何结构已经发生变化，我们视野里的雪花投影会变大。相比之下，空中处于自由状态的雪花就要小一些。比如，一朵落在衣服上的雪花看着有3-4厘米，如果用专业的雪花观测设备看，粒径可能就只有1-2厘米。”李浩然补充道。

雪花微物理分析仪与三频段雷达

有细心的网友可能也观察到，降雪有“干”、“湿”之分，李浩然称这主要与近地面的温度有关。

如果近地面的湿球温度高于零度，构成雪花的固态冰就会开始融化。首先雪花表面的冰会融化形成一层水膜，然后形成一种水包冰的特殊结构，最后冰完全融化就形成了雨滴。“湿雪”就是指的处于融化过程中的雪花，而如果近地面的湿球温度低于零度，雪花不会融化，这就形成了“干雪”。

在李浩然看来，研究雪花的形态，对提高冷流雪本身强度和降雪量的预报精度也很有帮助。

地面观测到的雪花形态和云内的雪花生长过程紧密相关，一定程度上反映了云内正在发生的物理过程。

“比如，地面出现了近似球形的霰粒子，这就预示着云内含有丰富的过冷水，而过冷水的形成与云内的垂直运动有密切的联系。如果摸清霰粒的出现规律，就可以改进数值模式中的冰和雪的物理过程参数化。”李浩然如是说。

那么，我们是不是能通过雪的形态来预判风险呢？

对此，李浩然表示：“这是一个很重要的问题，从降雪累积量上看，过冷水对地面降水的贡献可以达到40 -90%。如果降雪以霰粒为主，降雪的累计量可能很大，对建筑承重带来了一定的挑战；另一方面，如果表面有很多液态水的湿雪降落在零度以下的地面，就会快速冻结，降低地面摩擦系数，容易引发交通事故。”

雪花瞬息万变，很难捕捉，李浩然团队也一直在研发雪花的观测技术。

去年，他们研发成功了雪花微物理分析仪，利用高速相机对雪花的降落过程进行自由采样，并用人工智能技术识别每一朵雪花在相机视野内的下落轨迹，计算出粒径、表面粗糙度、下落速度、以及质量等单个雪花的物理参数，以及谱分布等粒子群特征。

“以前我们要把雪花放到玻片上，用显微镜观测，而有了雪花测量仪器，就彻底告别了传统的人工目测，实现了雪花的自动、科学测量，也能更好地认识不同雪花之间的相互作用。”李浩然如是说。

李浩然在观测现场，雷达站上的霰粒子 受访者供图

看清了地面的雪花，李浩然和观测团队想知道雪花在空中如何变化。他们决定利用雷达对空中雪花进行遥感测量。作为中国气象科学研究院C/Ka/W三频雷达移动观测系统负责人，李浩然解释了其中的原理。

三频段雷达遥感技术主要是利用目标物在不同频段上散射特性的差异反演空中粒子的精细物理参数。经过两年实验，我们利用三频段雷达成功识别了冷流云系统中的霰粒子，并发现空中霰粒子的形成往往伴随着异常强烈的上升运动。

与我们业务使用的天气雷达相比，这种三频段技术就像一个“放大镜”，让我们可以看清楚空中云粒子如何生成、增长并降落到地面。

“我们在三频雷达遥感技术方面的起步相对晚。经过这几年技术追赶，我们把功课补上来了，更重要的是形成了自己的特色，也取得了国际同行的认可。”李浩然如是说。

由于雪花的形状、粒径和密度变化非常大，降雪的准确监测一直是国际性难题。李浩然和冷流雪观测团队也在尝试把AI技术引入降雪观测中，希望未来可以有效改善暴雪的短临预警和预报能力。