大兴机场近4年降雪统计及相态转换机制讨论

利用北京大兴国际机场2019.10月~2023.3月的自动观测系统地面气象观测数据、欧洲中心ERA5再分析资料、大兴机场微波辐射计和毫米波测云天气雷达资料,对大兴机场自开航以来冬半年降雪过程进行归类与分析,探讨在多相态降水过程中地面温度的作用。再选取具有相似气候特征的两次多相态降水过程进行对比分析,揭示形成降水相态转换的原因。最后,通过对大兴机场所有多相态降水过程的统计,提取降水相态的判别机制。结果表明:1) 自开航以来,大兴机场总共发生降雪过程29次,其中共10次多相态降水过程。2) 降水相态形成并不单受地面温度制约,与机场的气候特征、天气特征、温度层结的分布等因素均有关。3) 在降雨向降雪转换的过程中,冰雪层厚度占总云层的比例随低层温度的下降而上升,并且云中固态凝结物下落路径变短,降低了固态凝结物在下落过程中融化的概率,出现相态转换现象。4) 地面温度0℃及以下,850 hPa −4℃及以下时,降水相态多为降雪;地面温度2℃及以上,850 hpa温度−4℃及以上时,降水相态多为降雨;地面温度为0~2℃,850 hpa温度−4~0℃之间时,降水相态多为雨雪混合状态。5) 在多相态降水过程中,温度变化不明显时,冰雪层的厚度、冰雪层下边界距地面的距离,亦可作为降水相态转换的判别机制。

青海高原降水相态转换特征及预报指标分析

基于青海高原50个地面气象观测站点2006—2020年的观测资料,结合ERA-Interim再分析资料,利用线性倾向估计、概率密度分析等方法,揭示青海高原降水相态转换时空分布特征及相态预报指标,并对2021年的观测资料开展检验。结果表明:1)青海高原降水相态转换主要发生在春末夏初及秋季,空间上主要集中在祁连山区及青南地区,这与海拔高度密切相关;2)降水相态与低层温度密切相关,相对于地面的特征温度层(0℃、-5℃层等)高度、地面2 m温度和特征气压层(500 hPa、600 hPa、700 hPa)的温度可作为相态预报指标;3)雨转雪过程与雪转雨过程预报指标有明显差异,雪转雨时地面到0℃层温度垂直递减率大于雨转雪过程;4)检验结果表明,低层及地面2 m温度指标的可用性较好,中高层指标有一定偏差。

降水相态转换机制及积雪深度预报技术研究

利用2014—2017年山西省地面和高空气象观测资料、NCEP/NCAR FNL再分析资料、山西及周边地区多普勒天气雷达资料,对山西冬半年雨转雪过程进行归类与分析,探讨地面气温在降水相态转换中的作用,提取降水相态转换的前兆信息。针对降雪过程,统计分析降雪量和积雪深度增量的关系,总结提炼积雪深度预报指标。最后,选取气候特征相似的两次雨转雪过程进行对比分析,揭示降水相态转换的物理机制。结果表明:(1)山西省11月发生雨转雪的站次最多,其次为2月。地面气温作为降水相态变化的重要指标,其与气候和天气(如冷空气强度和路径)特征、地理位置等有关。(2)山西冬半年积雪深度增量与降雪量比值约0.68 cm·mm-1,且比值随着气温降低而增大,因此存在明显的时空差异。(3)在雨转雪的不同时段,随着对流层低层降温,冰雪层厚度在总云层的比例有所增加,且云中固态凝结物下落路径缩短,使得固态凝结物在下落过程中融化概率减小,造成相态变化。

张家界市雨雪相态转换预报着眼点研究

利用常规天气图、NCEP再分析资料、鄂西站探空资料,对张家界市2014年3次低温雨雪冰冻过程的天气实况、天气背景、环境条件等进行了综合分析。通过分析研究出张家界市出现雨夹雪或纯雪的气温指标值,张家界站、慈利站气温≤2℃,桑植站气温≤1℃。通过分析临近张家界的鄂西T-log P资料得知,降雪前中低层存在逆温层,降雪后在高空冷平流的影响下降温,其逆温减弱直至消失。逆温层的厚度、强度与降雪的强度和维持时间正相关。雨雪的大小,除了考虑水汽条件外,还要综合考虑动力抬升的强弱和降水持续时间的长短。对冬季雨雪相态转换研究可明确雨雪分界线及转换时间,为精细化预报预警提供技术支撑。

北京地区两次雨雪转换过程的相态模拟研究

利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting),对2015年11月2022日和2016年11月2021日北京地区两次雨雪转换过程进行数值模拟,根据模拟结果,结合探空等实况观测资料,分别对降水相态转换的机制进行了探讨,并比较分析了两次过程云微物理特征的差异。研究表明:中尺度数值模式WRF较为准确地模拟出了两次雨雪过程的降水量级和落区;同样是雨转雨夹雪过程,但是两次过程云中雪晶粒子的含量和分布的层次是截然不同的,导致相态转换的微物理过程也不同。2015年的过程,雪晶通过与过冷云(雨)滴的粘连碰冻作用而不断增长导致观象台的相态由雨转为雨夹雪;而2016年的过程,雪晶主要依靠冰晶的凝华、撞冻及碰并等机制而不断增长导致观象台的相态由雨转为雨夹雪。在预报冬季降水相态时,不仅要关注各标准层的经验阈值温度,还要充分关注模式产品中与微物理有关的水成物分布的层次和浓度大小。

基于CMA-MESO冰粒子含量的雨雪相态判据应用

利用中国气象局中尺度模式(CMA-MESO)云降水物理直接输出的水凝物混合比,确定基于冰相水凝物占比的雨雪相态判据,并应用于2023年1月14—15日我国大范围降水过程的雨雪相态判别。结果表明:该判据明显改善了基于温度和高度场的厚度判据对我国东部地区雨夹雪范围判别偏大、对分散性雨夹雪漏报的问题,6~18 h时效雨夹雪预报TS评分较厚度判据提升75%~100%,24 h时效降雪预报TS评分较厚度判据提升67%;对全国雨雪范围判别合理,对小范围雨夹雪具有指示作用;对全国3~36 h时效降雨、降雪和雨夹雪预报TS评分为0.76~0.62,0.69~0.63和0.11~0.08;对降雨和降雪存在一定空报和漏报,对24 h时效雨夹雪空报明显;对相态转换过程有较好指示效果,判别代表站相态转换开始时间误差为1~2 h,对我国东部地区代表站的相态转换和雨夹雪持续时间判别优于厚度判据,基于厚度判据雨夹雪预报持续时间偏长。研究结果可为雨雪相态业务预报提供客观预报产品参考。

相态转换酸在花土沟油田的应用

酸化是改造近井地带污染的最直接有效的处理方式,随着工艺技术水平的发展,各种酸化方式和化工材料应运而生,基本解决了各个油田实施酸化作业的需要,但是各种工艺都有自身的局限性,单一的工艺难以解决复杂地质条件的情况。相态转换分流酸化利用相态转换剂、相态转换活化剂之间的相互作用,使酸液在液态←→固态←→液态之间多次转换。可以满足油田分流酸化增产改造的需要。本文从相态转换原理,通过相态转换酸在花土沟油田的应用实例进行分析。

山东冬半年回流降雪形势特征及相关降水相态

利用2000-2013年冬季回流形势36次降水个例的高空、地面观测资料及济南、青岛的降水资料,研究了山东回流形势的环流特征,并按中间暖层和低层冷层的厚度进行了分型。在分型的基础上,探讨了不同形势下温度、厚度的垂直变化特征,获得了不同降水相态下的温度和厚度预报指标。结果表明：（1）回流形势可分为3种,即：回流Ⅰ型、回流Ⅱ型和浅回流型,其中浅回流型又可分为冷层薄浅回流与暖层薄浅回流。（2）直接降雪时,内陆地区各层的温度阈值为T_（850）≤-4℃,T_（925）≤-2℃,T_（1000）≤0℃或T地面≤1℃;但是沿海地区更要确保地面温度〈0℃。（3）无论内陆还是沿海,当T_（850）≤-3℃,T_（925）≤-1℃,T_（1000）≤0℃或T地面≤1℃时,要考虑降水相态由雨转为雨夹雪或雪;（4）直接降雪的厚度指标：回流Ⅰ型与回流Ⅱ型,冷层H_（850-1000）为127~130 dagpm,暖层H_（500-700）为252~256 dagpm;冷层薄浅回流,冷层H_（925-1000）为61~64 dagpm,暖层H_（500-850）为403~413 dagpm;暖层薄浅回流,冷层H_（700-1000）为279~284 dagpm,暖层H_（500-700）为250~260 dagpm。雨转雪时,回流Ⅰ型与回流Ⅱ型,冷层H_（850-1000）为127~130 dagpm,暖层H_（500-700）为255~264 dagpm,浅回流型雨转雪过程个例太少,厚度指标有待以后关注。

一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析

本文应用常规探空资料、地面观测资料、欧洲中心细网格（0．25°×0．25°）数值预报初始场资料和NCEP／NCAR1°×1°再分析资料分析了山东一次江淮气旋降雪过程的复杂相态特征，并初步分析了成因。结论如下：（1）山东省2014年2月16-17日的雨雪天气过程，降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点，表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪三种相态共存，郯城站降水相态逆转（由雨夹雪转雨再转雪），鲁东南地区降雪同时鲁西南地区降雨的“东雪西雨”现象。（2）在系统发展不强的江淮气旋降雪过程中，鲁中山区相对高海拔地区夜间强烈的辐射降温和山脉迎风坡的动力抬升作用均会造成边界层温度的降低，后期对流层低层为东北风控制时，除鲁中山区外，其迎风坡东麓或东北麓（潍坊地区）出现固态降水可能性也较大，一般情况下，地面2m温度为1～2℃，1000hPa温度为0℃左右，925hPa温度为-3℃左右，可出现固液共存降水现象。（3）相态逆转现象的发生与江淮气旋发展阶段和气温日变化两个因素紧密相关。0℃层在925hPa上下的状态是一种临界状态，可产生雨夹雪或雨，但0℃层高度下降不是由雨转雪的充分条件，还需考察冷平流发展情况。（4）当江淮气旋生成地偏东（位于长江口附近），且发展不强烈时，山东若受其影响产生降水，后期上游如有新系统发展，可能与气旋共同影响山东，造成复杂相态的江淮气旋降雪过程。

一次回流型降雪过程的成因和相态判据分析

利用常规高空和地面观测资料、天津铁塔和雷达资料、全球资料同化系统(GDAS)分析资料、雷达变分同化分析系统资料、EC和NCEP再分析资料对2016年11月20—21日天津初雪天气进行成因分析,结果表明:本次过程是在高空槽和回流冷空气共同作用下产生的,主要水汽来源为对流层中低层槽前西南暖湿气流和回流东风,回流东风经渤海低空运行时吸收水汽由"干冷"变为"湿冷";动力条件主要来自回流冷垫的动力抬升作用,降水期间回流东风层厚度由1.5km增加至2km;锋面上的非地转次级环流可将回流东风水汽向上输送成为降水原料,同时可加强其上暖湿空气的垂直上升运动;高空云水粒子向云冰粒子的转换和边界层回流冷空气加强对本次雨雪相态转换是不可或缺的,回流冷空气北风分量风速和厚度陡增、800～950hPa出现均温层、云冰粒子陡增并向低空延伸、700～850hPa与850～1000hPa厚度的变化特征对雨雪相态的判别均有较好的指示作用。

江淮气旋影响下的山东降雪过程相态特征

利用常规的地面观测资料、高空探测资料、自动气象站1h间隔观测资料、NCEP/NCAR再分析资料(1°×1°,6h)和ERA5再分析资料(0.25°×0.25°,1h),针对1999—2013年山东省12例江淮气旋降雪过程,总结了降水形态类型及时空分布、相态转换等特征并讨论了降水相态“逆转”现象的物理机制。结果表明:1)江淮气旋降雪过程的降水形态种类多样,可出现雨、雪、雨夹雪、冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇,降水相态转换过程中,除了雨夹雪,冰粒也是一种过渡形态;2)冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇5种特殊降水形态最易出现在2月和3月,“雷打雪”现象亦多发于2月和3月;3)鲁东南和半岛南部地区以降雨为主,鲁西北地区多出现降雪,雷暴集中出现在鲁中的中西部和鲁南地区,尤其是鲁东南地区;4)江淮气旋降雪过程相态转换的基本形式为雨转雪,以有无明显雨雪分界线为依据,可分为“典型雨转雪”和“无明显雨雪转换”两类,二者的影响系统特点显著不同;5)范围较大的相态逆转现象易发区域在地面雨雪分界线附近,位于地面倒槽后部,走向与地面倒槽槽线走向一致。气旋生成前低层暖温度平流增强引起低层增温以及气温日变化导致的中午前后近地层浅薄增温均可引起相态逆转,上述两个因素均与地面倒槽的发展态势关系密切。

2023年初贵阳机场一次雨雪天气过程诊断分析

文章利用中国地面气象台站2400站的常规观测资料、ERA5分辨率为0.25˚ × 0.25˚的逐小时大气再分析资料、贵阳机场的自动气象观测数据、57816贵阳站的探空数据,对2023年初贵阳机场的一次雨雪天气过程进行了诊断分析。分析表明:2023年1月15~18日贵阳机场出现长达4 d的低温雨雪天气,降水类型涉及雨夹雪、冻雨等,降水相态复杂多变,出现多次转换;700 hPa西南气流和850 hPa及以下东北回流冷空气是贵阳机场本次雨雪过程的主要水汽来源通道;冷空气南下后,中低层冷平流发展强烈,温度迅速降低,700 hPa急流呈现弱–强–弱的变化趋势;冰水、云水含量在整个雨雪天气过程中共存且云中水汽相态分布呈现明显的分层及阶段性变化;上述条件的共同作用造成了2023年1月15~18日贵阳机场雨雪天气以及降水相态的多次转换。

基于多源观测资料的雄安一次雾转暴雪的过程分析

利用多源高时空分辨率观测资料对2021年11月6—7日河北雄安新区一次雾转暴雪天气过程进行深入分析.结果表明:(1)微波辐射计观测特征:整个过程大气层湿度深厚,雨转雨夹雪再转雪阶段,3~6 km大气层相对湿度逐渐增大至80%以上;雾转雪过程中大气层温度明显下降,雾转雨100 m以下大气层温度下降4~5℃;雨转雨夹雪1~6 km大气层温度明显降低2~3℃;100 m以下大气层温度低于0℃时,预示着雨夹雪转雪.(2)毫米波云雷达观测特征:大雾阶段反射率因子强度较弱为-16.0~0.3 dBz,雾滴下降速度基本为0 m/s;雨转雨夹雪2 km以下大气层反射率因子强度增强至33~45 d Bz,径向速度明显增大至-6.9~-4.2 m/s;雨夹雪转雪云顶升高1~2 km,3 km以下大气层最强反射率因子减弱6~12 dBz,径向速度减弱约3 m/s.(3)雨滴谱观测特征:雨转雨夹雪时降水粒子直径增大,最大为4.5 mm,下降速度1~7 m/s;雨夹雪转雪时直径1.5~5.0 mm的降水粒子数量增多,但下降速度明显减小至0.5~3.0 m/s.(4)此次雾转暴雪过程,3种产品对雾、雨,雪相态转换和持续过程均有较好反映,其中毫米波云雷达产品的宏观、微观及云物理特征对临近预报预警有明显参考价值.

介稳态高镁尾卤变温提取结晶硫酸镁的分离参数优化

盐田老卤等高镁卤水中的主要盐组分是MgCl_(2),夹杂着少量NaCl、KCl等物质,属于难分离的共饱和体系。为打破共饱和卤水的分离限制,文章将老卤转化为高温介稳态的MgSO_(4)尾卤,通过“介稳—稳态”相态转换分离出过饱和态MgSO_(4)组分。定量考察了降温速率-0.14℃/min时静态分离、-0.14℃/min时搅拌分离、-2.73℃/min时静态分离等三种工艺条件下MgSO_(4)的分离效果。结果表明,-0.14℃/min静态及搅拌条件下得到的结晶镁盐纯度均可达到97%以上,而-2.73℃/min静态条件下结晶镁盐纯度为93.16%~95.46%,说明缓慢的降温速率更有利于分离镁盐,且搅拌对结晶盐纯度没有影响。增加搅拌时,析出的结晶镁盐不具有良好的晶型、呈细砂状,但是搅拌显著加快了镁盐的结晶析出,结晶时间从静态的6.5 h缩短为4.7 h。据此,在高镁卤水变温分离中可优选-0.14℃/min静态分离的工艺条件以获得晶型较好的高纯度结晶镁盐产品,在不考虑晶型情况下可利用搅拌加快结晶进程。

北京2016年“11·20”初雪预报偏差分析

通过分析2016年11月19—21日的EC再分析数据、风廓线雷达数据等多种资料,发现北京2016年11·20初雪天气预报偏差的原因包括以下几个方面:(1)回流"冷垫"缺失、850hPa切变线偏南、整层可降水量不足等是造成这次雨雪天气过程总降水量偏少的主要原因。(2)北京平原地区水汽通量辐合相对较弱、雨转雪的时间较预报晚3h左右、-18^-9℃层饱和程度不足、雨转雪后影响系统也已过境北京等是造成北京平原地区,尤其是北京城区降雪量不足的原因。(3)"回流"冷垫未形成、低层暖平流强盛是造成0℃层高度下降缓慢的主要原因。本文并通过相似天气个例对比发现:此类北京地区高空水汽饱和程度不足的雨转雪天气,雨转雪的时间点预报尤其需关注0℃层高度变化,当0℃层高度下降至100m以下时,才可能出现雨转雨夹雪或雪的天气。

伴随对流层中低层气温持续下降的雪转雨过程分析

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)0.25°×0.25°分辨率细网格模式产品、探空观测资料和风廓线雷达等资料,对2014年2月18日浙江嘉兴雨雪天气过程中降水相态先由雨转雪、再由雪转雨的变化条件进行了分析,并对ECMWF细网格模式产品进行了预报性能检验,结果表明:模式形势预报准确,但未能预报出雪转雨过程。在对流层中低层气温持续降低的情况下,水汽凝结高度不同是造成两次相态转换的主要原因。上午垂直运动加强,水汽充沛,降水粒子的凝结高度高,足以形成大的雪花,在较低的零度层高度以下降落时不至于融化;下午垂直运动减弱,水汽集中在低层,尽管这一高度层的气温在-3^-2℃,但是不足以凝结成固态降水,同时地面气温受海上暖平流影响而回升,因此降水相态由雪转雨。

山西两类暴雪过程的雷达产品特征比较及降雪量估测

利用山西大同站常规观测资料和多普勒天气雷达基数据,对山西两类暴雪天气过程(倒槽冷锋型和锢囚锋型,分别简称为“Ⅰ类”和“Ⅱ类”)进行对比分析。结果表明,两类暴雪天气存在相似点:(1)当降水相态为雨或雨夹雪时,低层零速度线均呈现较明显的“S”型弯曲特征,零速度线形状的变化和0℃层亮带位置变化对相态转换具有明显指示意义;(2)由9点平均法绘制的两类暴雪的平均基本反射率因子垂直廓线也具有相似特征,即平均基本反射率因子垂直廓线强度在30~40 dBZ之间,因此可利用平均基本反射率因子垂直廓线定量估测降雪量级,并可判断0℃层亮带。但两类暴雪天气也存在明显差异:(1)Ⅰ类暴雪属于冷云降水,冷垫深厚,虽然低层强冷空气将水汽通道切断,但由中层偏南急流和西北气流径向辐合产生的动力抬升作用使得降雪维持并达到暴雪量级;Ⅱ类暴雪属于暖云降水,由暖切变线触发,冷垫不明显,锢囚锋和南风急流长时间维持是造成暴雪的主要原因。(2)Ⅰ类暴雪过程中出现明显的0℃层亮带且长时间维持,而Ⅱ类则没有明显的0℃层亮带。(3)Ⅰ类暴雪过程中,“S”型零速度线逆转成南北分布的直线时,表明低层暖平流减弱的同时有东风湿冷垫形成,此时降水相态由雨转雪;Ⅱ类暴雪过程中,零速度线由“S”型转为反“S”型时,表示冷平流入侵明显,此时降水相态由雨夹雪转为雪,零速度线再次明显顺转则指示降雪减弱趋于结束。

沈阳地区1次雨夹雪天气过程分析

利用常规自动站观测资料和Micpas实况资料,对2018年3月14日至15日沈阳地区1次大雪天气过程进行分析,结果表明:此次降雪过程是在高空低槽、低空切变线和地面冷锋的共同作用下形成,源源不断的水汽输送和缓慢的系统移速是导致此次降雪量级偏大的重要原因;降水相态的演变与温度的垂直分布存在良好的对应关系。

2011年初湖南暴雪过程的成因和数值模拟分析

利用多种观测资料及NCEP再分析资料,对2011年1月17—20日湖南一次大范围暴雪过程进行了诊断分析,并使用WRF模式对其云微物理特征及降水相态转换机制进行数值模拟,旨在探讨本次强雨雪过程降水相态变化和暴雪形成及其发展成因。结果表明:乌拉尔山前部南下的冷空气与来自孟加拉湾及南海的暖湿气流在湖南长时间交汇产生锋生强迫,在静止锋区上界形成强辐合上升运动,是湖南大范围暴雪天气持续的主要原因;强烈的上升运动和持续的水汽辐合为本次暴雪过程提供了动力、水汽条件,"冷空气楔"上爬升的暖湿气流维持时间较长,是持续性大范围暴雪产生的重要热力条件;WRF模式能较好地模拟降雪量级及强降雪落区。雪粒子的产生和发展不仅与液水比含量大小有关,还与其上空冰晶的含量及分布密切相关,雪的凝华增长、冰晶向雪的自动转化和雨水与雪碰并成雪可能是本次降雪发生、发展最主要的物理过程,冰雪粒子大值中心及强上升运动区对预报强降雪带位置有较好的指示作用。

2018年初江西中北部冻雨暴雪天气过程特征及成因

2018年1月下旬,江西省中北部出现严重雨雪冰冻灾害天气,覆冰和积雪持续时间长达7 d,其间多次出现罕见的雨雪相态转换,先后经历了雨、冻雨、雪、冻雨、雪5个复杂过程。文中对此次天气过程的相态转换特征及成因进行了分析。结果表明:1)在有利的环流背景下,西风带小槽发展东移并携带冷空气南下,破坏850 hPa高度层附近的暖性逆温层,是冻雨转雪的重要因素,而700 hPa高度层上西南急流的脉动、偏南风增强为雪转冻雨提供了动力和热力条件。2)冻雨发生时最强风切变出现在925—850 hPa高度层,降雪发生时出现在850—700 hPa高度层。两次冻雨转降雪过程中,上升运动均增强,降雪时低层辐合、高层辐散强度较冻雨时强。3)近地面气温接近0.5℃时,850 hPa高度层冷暖平流对中低层大气的降温和升温作用至关重要,冷平流的降温作用剧烈,而暖平流的升温作用需要持续输送。暖层消失,冻雨即可转降雪;雪转冻雨时850 hPa和700 hPa高度层温度升至1℃,暖层内最高温度达2℃,相态的转变落后于暖性逆温层的形成。4)此次过程中,九江地区发生雨转冻雨以及冻雨转雪过程,地面气温下降明显。雨转冻雨时,气温≤-0.5℃;冻雨转降雪时,气温≤-1℃。雪转冻雨时,地面温度略有上升,仍在-1℃以下。高山站气温的持续上升,对雪转冻雨天气有指示意义。