冷季黑龙江省温带气旋影响下中尺度降水带特征

基于2010-2021年黑龙江省9部C波段多普勒雷达观测和常规资料,结合欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-RangeWeather Forecasts,ECMWF)0.25°×0.25°的1 h间隔的ERA5再分析资料,统计分析了黑龙江省温带气旋暴雪过程中尺度降水带的类型和活动特征,基于典型个例对比分析了两种主要中尺度降水带的环境场异同。结果表明:(1)中尺度降水带主要分为单带状、多带状、短暂带状和非带状;中尺度降水带主要分布在黑龙江南部和东北部,位于地面气旋的西北和东北象限,距离气旋中心900 km范围内,且主要发生在气旋的锢囚阶段;运动方式主要是横向平移与混合。(2)不同类型中尺度降水带降水强度的差异可以很好地从物理量的垂直廓线上体现出来,单带状低层比湿最大,低层锋生最强,造成的降水最强;而非带状低层锋生弱于单带状,最强比湿在800hPa附近,降水范围大,强度弱于单带状。(3)个例分析表明,单带状和多带状中尺度降水带均位于850hPa强暖平流的北侧和地面气旋的东北象限、处于弱的湿对称稳定或湿对称不稳定环境中,中尺度降水带的走向与锋生区平行。不同之处为单带状的形成伴随着低层低涡和地面气旋的快速发展和移动,变形场导致强锋生,上升运动集中在小范围,而多带状低层低涡和地面气旋少动、强度变化不大,变形场较弱,锋生较为浅薄,但高空辐散和低层暖平流更强,造成的上升运动范围更大,出现多个上升运动中心,对应多个小带。

江西饶河流域大暴雨短时强降水特征分析

为了做好江西饶河流域大暴雨的短临预报,使用2013—2022年江西饶河流域(南支乐安河)大暴雨资料以及天气图、雷达回波等资料,采用统计学、天气学、雷达气象学等原理及方法,对饶河流域大暴雨天气进行研究,主要结论:1)饶河流域大暴雨次数逐年增长,短时强降水与大暴雨呈正态分布,出现在6月。2)短时强降水多由带状回波造成,表现为絮状回波短带、絮状回波带、回波带、回波短带。3)低槽、切变、急流、副热带高压等天气系统是饶河流域大暴雨的主要天气系统。4)絮状回波团(带)结构较为松散,回波短带结构密实,当回波系统合并时,回波加强发展,可能出现强降水极值。这些研究结果均为江西饶河流域大暴雨天气的预报预警提供参考依据。

辽宁“21·11”特大暴雪的双偏振雷达参量特征分析

2021年11月7—9日辽宁地区出现罕见特大暴雪过程(简称“21·11”特大暴雪),利用营口S波段双偏振雷达资料,分析不同降雪阶段的偏振参量特征差异,从中可以定性判断出过程的动力和微物理结构。强降雪时段(7日17:00—20:00,世界时)15 dBZ以上回波伸展到8 km附近,35 dBZ水平反射率因子(ZH)强度伸展到5 km以上,而且低层3 km高度以下点缀着40 dBZ以上的强反射率因子,说明本次高架对流降雪过程对流旺盛,空气中水汽条件深厚,容易形成较大直径与较高数浓度的雪花,产生强降雪;但是,差分反射率(ZDR)为-0.3~0.3 dB,高层和低层ZDR值均接近于0,下落的粒子形状近似圆球状,说明空中雪的粒子主要为小球形冰晶和雪花。在最强降雪时段,7 km高度的空中差分传播相移率(KDP)出现较大正值[≥0.3 (°)·km^(-1)],说明高空冰晶和雪粒子有较高的数浓度,可以用来预测降雪强度跃增。辽宁中部的强降雪粒子雷达特征为:在>2.0 mm小时强降雪估测中,ZH最大值和平均值分别为33~35 dBZ和21~26 dBZ,ZDR平均值和最大值分别为-0.3~-0.2 dB和0.3~0.8 dB,回波越强,反而ZDR越小,甚至为负值,说明强降雪过程中上升气流强,雪粒子主要以圆球状或竖椭圆状方式下落;在强降雪过程中,KDP最大值和平均值分别在0.2~0.4 (°)·km-1和0.1~0.2 (°)·km^(-1)之间,相关系数(CC)均大于0.98,说明强降雪时段雪花浓度更高,整个降雪过程雪花粒子相态的一致性较好,均以干雪为主。同时,ZDR偏振参量可以较好地识别干雪相态特征,双偏振雷达融化层(ML)和粒子分类(HCL)产品对降水粒子的判断有较好的实用价值。

青藏高原东部牧区大-暴雪过程雪灾灾情实时预评估方法的研究

利用青藏高原东部牧区２６个县气象站３０ａ的大－暴雪过程资料，以雪灾形成的主导因子──持续积雪 日数作为灾情评估的等级标准，应用逐步回归方法，建立了冬半年持续积雪日数对大－暴雪过程的累积降水 量、平均气温、最大积雪深度和最低气温降幅４个因子的回归方程．经Ｆ检验，所有方程的回归效果达到十分 显著或显著的水平，从而建立了大－暴雪过程雪灾灾情的灾时预评估方法．通过对１９９６～１９９９年资料的对比 试用，表明这种预评估方法具有较高的精度和业务化的潜力，可作为雪灾情报服务的一种手段．

青藏高原东部雪灾的奇异谱分析

利用奇异谱分析等方法 ,分析了青藏高原东部冬半年 196 7- 1996年雪灾的气候特征。结果表明 :雪灾的总趋势是增加的 ,特别是后冬 ,这可能是对全球气候变暖的响应。雪灾指数周期集中在 2 .0～ 3.6a和 5 .4～ 7.5a两个时段。后冬雪灾在 1985 / 1986年前后存在着由偏少向偏多的突变。利用SSA -MEM方法可以预报雪灾冬半年未来 2a趋势 ,后冬未来

一次β-中尺度暴风雪的成因及动力热力结构

利用多普勒雷达、地面加密自动站监测资料、常规观测资料、4DVAR雷达风场反演和中尺度数值模式WRF模拟结果,对华北东部一次β-中尺度暴风雪的成因和影响天气系统的热力、动力结构及演变进行了分析。结果表明,(1)造成暴风雪的天气系统是回流形势下的冷锋锢囚锋,其在形成过程、生命史、尺度范围等方面均与温带气旋锢囚锋不同。(2)暴风雪过程分为东路弱冷锋降雪、锢囚降雪、西路强冷锋降雪3个阶段。降雪回波顶高在3～4km,回波强度均在35dBz以下。降雪量集中在锢囚降雪阶段。(3)风廓线(VWP)下层东风层和上层西南风的厚度在降雪各阶段不同,东风急流和西南风急流的变化和配置与降雪量关系密切。锢囚降雪阶段,地面和低层水平风场具有β-中尺度气旋性环流,是造成降雪回波旋转且长时间维持的动力。"人"字状回波的形成是因为风向或风速辐合线的作用。(4)锢囚锋的垂直结构和锢囚过程表明,西路冷锋比东路冷锋陡峭且势力强大,暖湿气团被东西两侧冷锋夹挤、抬升;锢囚时,两侧锋面形成冷式锢囚;锢囚消失时,大风首先在900hPa高度附近出现,进而下传到地面。

青藏高原东部牧区大—暴雪过程及雪灾分布的基本特征

青藏高原东部牧区 2 6个台站在近三十年中共发生大—暴雪过程 1 689站次 ,按本文标准形成雪灾 41 0站次。通过统计和诊断分析 ,揭示了大—暴雪过程及其雪灾的时空分布特征。结果表明 :久治是大—暴雪过程和雪灾的频发中心 ,清水河是雪灾及成灾几率的高值中心 ;后冬成灾几率高达 80 .3% ,春季成灾几率仅 1 4.3% ;大—暴雪过程次数和降水量线性增加势趋十分明显 ,导致雪灾危害日趋严重 ,90年代进入雪灾的频发时期。

山东半岛一次持续性强冷流降雪过程的成因分析

利用NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料和观测资料,诊断分析了2005年12月3～21日山东半岛北部沿海地区发生的罕见持续性强降雪过程。结果表明：降雪以西北气流下的冷流降雪为主,具有典型冷流降雪分布特征;有利的大气环流形势造成强冷空气频繁,经过渤海暖海面时产生较大海气温差,是降雪持续时间长、强度大的直接原因;一定的海气温差是冷流降雪的重要指标,产生冷流降雪时山东北部近海海域的海气温差常在22K以上;冷流暴雪产生在高能舌、对流层低层辐合、中层辐散的上升运动区,上升运动层浅薄;水汽来源于渤海,水汽辐合层位于超低层（925 hPa高度以下）;对流层中低层的垂直速度、散度场、涡度场的动力耦合结构配置有利于暴雪的形成和维持;特殊的低山丘陵地形强迫抬升是冷流降雪的触发机制,对暴雪的产生起到增幅作用。

2007年辽宁省特大暴风雪形成过程与危害

2007年3月初辽宁发生了有气象记录以来最大的暴风雪灾害。在对2007年3月3—5日辽宁特大暴风雪和寒潮天气全面调查的基础上,系统分析了这次天气的强度、时空分布、形成过程和造成的危害。结果表明:本次暴风雪在辽宁省绝大部分地区出现了强降雪、降温及大风的天气特征,其中48h内全省平均积雪达20cm以上,最大降水量达106mm;最大风速为32m.s-1;主要的天气过程是500hPa高空槽、850hPa急流和切变及地面气旋的共同作用所致。这次特大暴风雪灾害给全省各行业造成了极大的经济损失。针对这场灾害的特点,提出了减轻和应对类似暴风雪灾害的建议和相应措施。

春季一次暴雪过程的多普勒雷达动力学诊断

利用太原C波段多普勒天气雷达基数据资料和自动雨量站资料,对2006年4月11日发生在山西省的一次区域性暴雪过程进行了分析。应用改进的EVAD技术,定量计算垂直高度层的平均散度和平均垂直速度,并分析平均散度和平均垂直速度随时间和高度的变化以及与降雪的对应关系。结果表明2.5km以下始终维持一个较强的上升气流,是强降雪维持的基本动力条件;整层出现辐合上升运动,且强上升速度中心的高度随时间的演变逐渐下降,同时中高层出现强辐散下沉气流与之配合时,未来2小时将出现强降雪;降雪的强度与雷达探测范围内各高度层的辐合、辐散有着密切的关系,且辐合、辐散的增强与减弱时间早于降雪强度的增大和减小时间,这对预报降雪的生消、雪强的增大与减小提供了一定的理论依据。

三相云显式降水方案和高原东部“96.1”暴雪成因的中尺度数值模拟

对“96.1”高原暴雪天气过程进行的天气学成因分析指出 ,欧洲阻高崩溃 ,里海—咸海横槽转竖 ,槽后向南入侵青藏高原的干冷偏北气流与槽前来自孟加拉湾和中印半岛向北不断推进的强劲西南暖湿气流 ,在青藏高原东北部交汇而形成、发展并持续的切变线 ,是产生高原暴雪的中尺度天气系统。 通过将冰相云微物理过程参数化和三相云显式降水方案引入MM4而发展的中尺度模式模拟系统 ,在采用常规观测资料的条件下 ,基本上成功地模拟出了“96.1”高原暴雪中尺度切变线的生成、发展和演变结构。结果表明 ,发展和改进的该中尺度模式模拟系统可用于青藏高原复杂地形和下垫面上中尺度系统发生、发展及结构演变的数值模拟研究。 模拟的流场及诸物理场时空演变揭示 :流场辐合线与暴雪切变线时空演变一致表明 ,流场对高原中尺度系统的表征有本质上的重要性 ;散度场和涡度场相互耦合是暴雪切变线发生、发展的重要动力机制 ;垂直上升运动的加强和持续是水汽凝结和冻结成雪的必要条件 ;湿对流不稳定为暴雪提供了热力不稳定条件 ;辐合带、涡度带、上升运动区和深厚湿舌的迭置是产生暴雪的强耦合结构。模拟的暴雪带和降水量与观测分析大体一致 ,表明三相云显式降水方案基本上是合理的。

山西一次春季降水过程相态变化的成因分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料和自动站资料,对2011年3月31日-4月2日春季一次降水天气过程的相态演变进行了分析。结果表明,850,700和500hPa高度上NE、SW、NW三支强风速带随高度的上升顺转是本次明显雨雪天气过程的流型配置特征。冷空气侵入导致中低空温度下降,0℃层高度降低是降水相态发生变化的主要原因;800hPa暖式切变线是降水相态的分界线,切变线以北为固态降水,以南为液态降水,切变线附近降水相态为固液相混,降水相态分界线随800hPa暖式切变线的南压而南压;850hPa温度≤4℃是山西北部和中南部海拔>1000m站点降水相态发生转变的临界值,925hPa温度≤0℃是山西中南部海拔<1000m站点降水相态发生转变的临界值。

暴雪天气过程对江苏农业生产的影响

通过对2008年1月25-29日江苏省内大范围的暴雪天气过程中农业损失的调查,与历史暴雪天气对农业生产影响的比较,分析了此次暴雪过程的可能影响。结果得出,此次暴雪天气过程对农业设施危害严重,棚内温度降低,引起蔬菜生育期推迟;低温雨雪冰冻天气对成龄茶树和露天蔬菜影响不大;由于小麦正处于越冬期,此次区域性暴雪天气对提高小麦产量有利。

东北区域暴雪天气分析及数值模拟

2007年2月14日和3月6日中国东北先后出现暴雪过程,降雪过程范围之广、强度之大都超出了有历史记录以来的极限,给国民经济和人民生活造成极大的损失。在收集大量降水、T213和地面高空气象报告等资料基础上,分析了东北东部这两场大暴雪过程的环流成因并利用GRAPES进行了数值模拟。这两次暴雪过程由于500hPa上空冷空气强度和入侵路径的差异,分别是由蒙古低槽东移和西南涡东北上(对应地面为蒙古气旋和江淮气旋)引起的,后者的天气形势与东北夏季暴雨的一种形势有很大的相似。GRAPES对这两次暴雪过程模拟的结果表明,不仅能够成功地预报天气尺度的主要环流形势演变和影响系统的移动路径,还能够预报出与主要降雪区域相对应的低空中尺度辐合系统,比仅用高空观测报告分析的结果有很大的改善;对降雪强度变化和落区移动状况也能够很好地作出预报,但是有时预报量有偏大的弱点。可以认为GRAPES提供的各种预报产品对日常业务实时应用是很有价值的。

2007年3月中国东部北方地区一次强灾害性暴风雪事件的成因初探

2007年3月3—5日,中国东部北方地区发生了近50年来历史同期最强的一次暴风雪事件,给该地造成了严重的灾害和损失。通过分析这次暴风雪事件发生前期和同期的大尺度大气环流异常,探讨形成这次极端天气的可能物理机制。研究结果表明,在这次暴风雪事件发生的前两周中,存在持续异常的北极涛动、南极涛动、欧亚型遥相关以及北太平洋涛动等大气模态。这些异常环流在中国东部沿岸地区引起了强劲的偏南风,由此给中国东部北方地区源源不断地输送暖湿空气,使得该地的水汽含量和气温不断升高,为这次暴风雪事件的发生准备了良好的暖空气条件。当3月初大气环流发生调整,极地冷空气南下时,强劲的冷、暖空气交汇于中国东部北方地区,从而在该地形成了强大的冷锋系统,最终导致了这次强暴风雪事件的发生。研究结果表明,在预报与降水相关的天气时,必须考虑事发前期异常大气环流的信息,关注预报区域前期水汽的积累状况,这对于提高降水预报、特别是强降水预报的水平有着重要的意义。

1961-2009年宁夏大到暴雪气候特征和变化规律

选取宁夏20个气象观测站的天气现象和降水量观测资料,运用合成、Le Page检测、Mexihat小波变换和最大熵谱法,分析了宁夏大到暴雪发生次数的气候特征和年际、年代际的变化规律及其突变和周期.结果表明:宁夏大到暴雪多发生在春季和秋季,南多北少地域特征明显,15mm以下大到暴雪出现频次高,年际、年代际的变化特征明显,连续偏少年持续时间长,多发期具有明显突变特征,具有多时间尺度显著周期.

2009年11月华北暴雪过程的诊断分析

利用常规和非常规观测资料、TBB资料、雷达资料及NCEP再分析资料,对2009年11月华北地区暴雪过程进行了诊断分析,结果表明:(1)这次暴雪过程的主要影响系统为500hPa西风带低槽、700hPa西南风急流及东西向切变、850hPa东北风急流和地面倒槽;(2)东北南下的冷空气为干冷空气;(3)暴雪过程中存在中尺度系统:中尺度低涡及切变,且强降水中心与之配合;(4)中尺度云团在700hPa切变上生成、发展、合并且东移;(5)雷达回波呈现出混合性降水回波特征;在风廓线反演产品中发现边界层和中低层风速加大与降水加强有很好的对应关系,且在边界层顶高度上下出现浅薄的冷平流层后,边界层内东北风变得有组织且风速增大。(6)VDRARS雷达反演的风场显示:东北南下的冷空气(东北风)与西南气流相遇形成鞍型流场,强回波出现在鞍型流场中。

2007年3月3—5日辽宁特大暴雪过程物理量诊断分析

通过对2007年3月3—5日辽宁历史罕见特大暴雪过程天气形势及物理量场分析,探讨了同期的天气形势特征及相关物理量场与暴雪落区的对应关系。结果表明:500 hPa阶梯槽和地面江淮气旋是此次过程的主要影响系统。对流层中低层辐合、高层辐散及来自2个源地的充沛水汽在有利环流背景下汇合并被抬升是产生暴雪天气过程的主要原因。强降雪出现在850 hPa涡度和200 hPa散度大值区内。温度平流的强弱及冷暖过渡带位置能够较好地反映出降水的强度及落区。

“95.1”高原暴雪及其中尺度系统发展和演变的非静力模式模拟

为了对青藏高原暴雪进行深入的数值模拟研究 ,在对 1995年 1月 17～ 18日 (“95.1”)高原暴雪进行天气分析的基础上 ,利用非静力中尺度数值模式 MM5对该次暴雪过程进行了数值模拟 .数值模拟结果和客观分析结果的比较表明 ,非静力中尺度数值模式 MM5有能力再现地面以上大、中尺度环流系统和热力场 ;同时 MM5能够成功地模拟出复杂大地形条件下“95.1”高原暴雪中尺度低涡的发生、发展及结构演变 .模拟的运动场和云微物理量场的时空演变表明 ,垂直运动场与水汽场的耦合是水汽凝结和冻结成雪的运动学条件 ;气旋性涡柱和上升运动及深厚湿舌的耦合是暴雪形成的一种重要动力机制 ;模拟的流场演变表明流场更能表征高原上的中尺度系统 .

华北回流暴雪发展机理个例研究

利用新一代中尺度数值模式WRF对2004年11月24—25日发生在华北的一次回流暴雪过程进行了数值模拟,并着重对回流暴雪形成发展的机制进行了分析研究。在回流暴雪形成与发展的过程中,动力锋生机制发挥了重要作用;其产生的锋面次级环流是造成这次暴雪的主要原因;降水过程中,雨雪相态的转变与温度廓线有直接关系,随着降水由雨转为雪,雪水混合比增大迅速且其高度有所降低。地形在此回流暴雪过程中,通过其强迫的、分别位于迎风坡和背风坡的正负垂直速度中心,对降雪起明显的增幅作用,同时对雨水和云水分布产生影响。