一次异常强渤海海效应暴雪的三维运动研究

2008年12月4～6日发生在渤海中东部及山东半岛地区的暴雪过程是一次异常强渤海海效应暴雪个例,利用中尺度数值模式RAMS4.4,以三维轨迹和物理量诊断分析相结合的方法研究了暴雪的三维运动结构及其演变特征。结果表明:(1)气块的三维轨迹分析揭示出各层冷空气进入渤海前后产生不同的运动路径,低层冷空气气块流经渤海时产生了上升运动,而中高层的气块基本不受影响,仍然维持原来的运动方向,表明暖海面对对流层低层冷空气的作用。(2)天气尺度系统产生的动力强迫与海效应两种作用相结合,是造成异常强降雪的重要原因。经向度大的高空槽发展、加深时,一方面槽前正涡度平流增强使得低空产生质量补偿辐合上升,为降雪提供了有利的动力条件;另一方面它引导冷空气向下向南爆发,造成海面上空温湿场垂直差异更大,形成较强的对流不稳定层结,海效应降雪增强,最强降雪就出现在高空槽影响期间。因此,高空槽是否过境可作为强降雪时段的预报着眼点。(3)对流层低层西北气流受到长白山南部及辽东半岛千山山脉的影响,转为东北风自渤海北部向南吹,在渤海与环境风场的西北风构成切变线,产生辐合上升运动,触发不稳定能量产生强降雪。在地面气压场上,相应的切变线表现为渤海至渤海海峡的等压线存在气旋性弯曲。该切变线是渤海海效应降雪的重要影响系统,其方向和位置决定了强降雪的落区及强度。(4)对流层中低层的垂直风向切变大小影响海效应降雪带的分布,垂直风向切变很小时使得低层热量和水汽汇合到狭窄的区域,有利于形成局地强降雪。

渤海西岸边界层东风与暴雪天气的机理分析

2008年12月20—21日和2010年1月3日天津地区分别出现了历史同期罕见的暴雪天气。为了提高对这种极端天气发生机理的认识,利用多种资料对这两次天气过程进行了分析。结果表明:两次暴雪过程均属于回流型降雪,但环流形势和影响系统的演变却不尽相同。影响系统分别为高空横槽(高空槽)、850 hPa切变(850 hPa低涡切变)和地面倒槽(地面气旋),水汽源自700 hPa西南气流和边界层东风的水汽输送。由于两次过程均与边界层东风相伴,特别对渤海西岸边界层东风对降雪天气的影响和作用进行探讨,表明偏东风不仅为本地输送一定量级的水汽,同时这种具有冷湿特征的东风还会与内陆具有暖湿结构的偏南风形成地面辐合线,加强地面的动力抬升作用,产生上升运动,有利于雨雪天气的加强和维持,因此可以认为边界层东风对暴雪的发生发展起到了显著的作用。

渤海海效应暴雪微物理过程的数值模拟

采用RAMS4.4中尺度数值模拟结果,分析了2008年12月4～6日1次渤海海效应暴雪的微物理过程。结果表明:(1)在降雪初期,云中水物质包含云水、雨水、霰、冰晶和雪晶,及地水物质为雨水和霰。随着温度的降低,中后期仅存冰晶和雪晶,产生降雪。由于整个过程以降雪为主,降雨时间短暂,通常忽略降雨,称为降雪过程。(2)本次海效应暴雪的微物理过程表现在两方面:一是"播撒-反馈"机制,二是合适的冰相过程。这两种过程均有利于降雪增幅。(3)西风槽前产生的环境云和冷空气流经渤海暖海面时形成的海效应云之间在合并时发生"播撒-反馈"作用,前者是中云,后者是低云,前者从上层播撒冰晶和雪晶到下层,使得降雪增强。(4)微物理过程另一个有利因素是环境温度,本次强冷空气使得降水云中的温度在-10～-15℃之间,有利于树枝状冰晶的增长,从而产生强降雪。强降雪发生在强上升运动、高相对湿度和适宜的温度的叠置区域。

山东半岛冷流暴雪过程的个例分析

2008年12月4~5日,山东半岛出现了1次冷流暴雪过程,渤海上的辐合带对这次暴雪过程起到了重要的作用。本文利用观测资料和数值模式对这次过程进行了研究,探讨渤海辐合带的发展演变机制及对山东半岛冷流暴雪的影响,并分析了太行山脉对渤海辐合带的影响。结果表明,渤海上空生成的西北东南向的中尺度辐合带造成了以烟台-牟平-文登为中心的西北东南向的降雪带。太行山脉的阻挡作用使绕太行山的西北气流在太行山背风侧形成辐合,同时在低层大气存在1个暖脊,所以在渤海形成了1个西北东南向的辐合带。在西北风的水平平流和非地转风的作用下,渤海辐合带向东北移动,当渤海西北岸出现北风后,渤海辐合带西北部在北风的水平平流作用下向南移动,而渤海辐合带东南部在西北风水平平流和非地转风的作用下,继续向东北移动并与山东半岛北部的海岸锋辐合带合并增强,渤海辐合带西北和东南两部分移动方向的不同造成了辐合带的波动。渤海辐合带增强后登陆山东半岛,造成山东半岛西北东南向降雪带。对这次冷流暴雪个例的分析发现,太行山脉通过形成背风低压中尺度系统直接影响渤海上的中尺度辐合带的发展,而渤海辐合带与山东半岛北岸附近海岸锋的耦合使辐合加强,增强了降雪强度。

渤海海效应暴雪云特征的观测分析

利用静止卫星(GMS5,GOES-9,MTSAT)红外数据与CloudSat卫星云剖面雷达数据、NCEP FNL分析资料与常规观测资料,对2001—2010年发生的12次渤海海效应暴雪过程中云的演变特征、渤海热力作用与暴雪云团垂直结构及相态组成进行了观测分析。发现不同生成源地的暴雪云通常在渤海上快速发展,云中多存在水平范围可达100~300 km的密实条状或块状云团,其下对应主要降雪区域;暴雪云生成源地可分为渤海湾及莱州湾附近、渤海中部、辽东湾附近3种,暴雪云在海上移动主要受850 hPa风场影响;渤海暖海面与其上冷空气间的热量、水汽交换形成的不稳定层结条件,导致暴雪云进一步发展;暴雪云发展旺盛时期高度可达4 km,其冰水含量最大值达600 mg·m^(-3)且主要集中在2 km高度附近,平均值可达303 mg·m^(-3),冰粒子有效半径最大值约为120μm,平均值约为91μm。

地形对山东半岛冬季冷流暴雪影响的一次数值模拟研究

利用MM5数值模式对山东半岛北部2005年12月3～4日暴雪天气进行模拟试验,研究了山脉地形和渤海对半岛北部冷流暴雪的影响,实验表明半岛北部的山脉地形对冷流暴雪的落区和强度影响较大,有山脉地形时降雪强度增大,降雪中心略北移,无渤海时没有明显降雪;同时,保留地形时的上升运动、低层风场辐合和正涡度区都要比无地形和渤海时大得多。