2008年10月青藏高原东部一次区域暴雪过程及气候背景分析

2008年10月26~28日青藏高原东部出现了一次历史罕见的强区域暴雪过程。本文利用MI-CAPS资料、T213资料和NCEP资料对此次区域暴雪过程形成的气候背景、环流形势和影响系统进行了分析,同时对其水汽条件、动力条件等物理特征也进行了分析。结果表明,青藏高原东部冬半年区域暴雪过程500 hPa环流形势场可分为北涡南槽型、西太平洋副热带高压型和南北槽分支型3种类型,此次区域暴雪过程属于西太平洋副热带高压型;红外云图显示,来自孟加拉湾的热带风暴登陆北上为此次暴雪提供了充沛的水汽;物理量诊断分析表明,区域暴雪过程期间,水汽通量场、水汽通量散度场和垂直运动场都反映出该区域内有大量水汽输送和水汽辐合,上升运动较强。

孟湾风暴影响高原暴雪的个例分析:基于倾斜涡度发展的研究

基于湿位涡(MPV)诊断分析和倾斜涡度发展(SVD)理论,研究了2007年11月一次孟加拉湾热带风暴北上造成青藏高原暴雪的天气事件。结果表明:热带风暴螺旋云系移动至高原东南部受陡峭地形抬升与高层北侧下滑的干冷空气(MPV1正值带)相交汇是导致这次天气过程的重要原因。由于等熵面密集且明显倾斜,在降雪区上空附近大气弱稳定区,负的MPV2对总湿位涡MPV的贡献超过了MPV1,SVD得到较大增长,同时使得MPV<0,导致条件性对称不稳定的产生,有利于倾斜涡度的发展。条件性对称不稳定机制是这次暴雪发生、发展的一种可能的重要机制。

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。

“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 .

“96.1”暴雪期中尺度切变线发生发展的动力诊断Ⅰ:涡度和涡度变率诊断

利用引入三相云显式降水方案后改进和发展的中尺度模式 (MM4)模拟输出资料 ,对“96.1”高原暴雪切变线发生、发展的结构进行了运动学和动力学诊断。涡度场演变指出 ,高原上局地涡度中心和涡度带的生成和发展不仅与暴雪切变线的形成和发展密切相关 ,而且有预测切变线生成的先兆意义 ;涡度场、散度场、垂直速度场与相当位温场的剖面结构诊断表明 ,运动场和热力场的相互配置与耦合关系极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持 ;涡度变率诊断结果指出 ,涡度正变率中心带初生于暴雪切变线附近 ,其时空演变与切变线生成和发展相伴的正涡度中心带垂直结构及演变基本一致。在对涡度变率贡献的诸因子中 ,非线性相互作用涡度变率的相对数值最大 ;时间平均涡度变率的贡献次之 ;与强波扰气流有关的扰动涡度变率贡献最小。在总涡度变率的诸强迫项中 ,散度项贡献最大 ;水平涡度平流项次之 ;垂直涡度输送项和扭转项的贡献相反 ,基本上互相抵消。

WRF-WSM3微物理方案在青藏高原地区暴雪模拟中的改进及试验

通过青藏高原一次暴雪过程的模拟试验,对WRF模式中的WSM3微物理方案中的降水模拟偏差原因进行了分析,并根据观测试验结果,提出了改进WSM3微物理方案中冰核浓度的2种计算方案。通过调整温度和冰核浓度之间的关系,检验了冰核浓度Pigen过程对降水的影响。结果显示,WSM3方案对青藏高原地区的冰核浓度估计过高;当考虑了冰面过饱和度随温度区间的变化后,计算的冰核浓度可以改进降水的模拟效果;但通过温度的变化和冰面过饱和度二者的调整,降水模拟的效果并不明显。冰核浓度对温度变化的敏感存在着一个范围,冰面过饱和度和温度区间的大小存在一定关系。通过另外2个个例和敏感性试验的研究结果表明,对于温度较高的固态降水,冰核浓度的变化对降水模拟的改进不显著。

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。

南支槽与孟加拉湾风暴结合对一次高原暴雪过程的影响

利用NCEP/NcAR逐6 h 1°×1°。再分析资料与常规和非常规观测资料,对2007年11月云南德钦高原暴雪产生的原因进行了研究,探讨南支槽与孟加拉湾风暴结合对高原东南部强烈天气的影响过程。结果表明:(1)在南支槽和孟加拉湾风暴结合的天气尺度条件下,槽前偏南风低空急流受高原大地形阻挡产生的高原切变线是高原暴雪的直接影响系统;(2)由于地形和冷空气的作用,上升运动向北倾斜使高原对流层中上层首先出现上升运动,整层上升运动在高原切变线和次级环流上升支的共同作用下强烈发展。孟加拉湾风暴北上与南支槽结合、高原切变线北移和风暴低压临近使德钦上升运动出现三次增强;(3)南支槽前偏南风低空急流向北输送水汽,部分水汽被抬升到高空,部分水汽绕过高原东南角向下游输送。高空水汽经高原上空沿着高空西风急流向下游远距离输送。高、低空水汽通道不重合往往会影响高原及其下游强降水落区的预报。受高空水汽输送影响,高原东南部纵向岭谷区具有高层大气最先增湿的特征,近地层水汽通量长时间强烈辐合有利于高原暴雪的形成;(4)上游冷空气沿南支西风到达孟加拉湾,促使南支槽加深和维持有利于引导盂加拉湾风暴北上,南支槽前偏南风低空急流把暖湿空气输送上高原,同时横槽转竖冷空气从高原南下,冷暖空气在德钦交汇形成强锋区也是暴雪产生的一个有利条件。(5)高原暴雪的锋区结构具有中纬度锋面天气特征,在暴雪发生的锋区附近,满足倾斜位涡发展和条件性对称不稳定。

川西高原中部一次极端暴雪成因分析

利用0.5°×0.5°的ECWMF再分析资料,常规气象资料以及西南区域数值预报模式模拟等资料,应用天气分析和诊断方法,对2016年2月21日川西高原中东部的极端暴雪天气过程进行系统分析。结果表明:500hPa贝加尔湖横槽旋转南下使得冷空气并入川西高原中部的低槽中,其与西南暖湿气流交汇产生的锋生以及西南急流存在是此次暴雪天气产生的重要原因;随着副高的北进,此次强降雪开始之前有来自于孟加拉湾和南海的两支水汽输送,西南低空急流稳定维持为此次暴雪提供了充足的水汽。MPV2在此次暴雪过程中起到了重要作用;强降雪主要发生在SVD(Slantwise Vorticity Development)强烈发展的时段内,暴雪落区与SVD发展最强烈的区域重合;西南区域数值预报模式提前6h对此次暴雪的形势场和物理量场都做出了较为准确的预报,其中垂直速度和水汽条件预报与实况最吻合,但降水预报的量级较实况偏弱一个量级,强降水落区比强度预报更准确。

一次高原强降雪过程三维对称不稳定数值模拟研究

利用一次较成功地模拟了“９７．１２”青藏高原东南部暴雪过程的ＭＭ５中尺度模式输出资料， 用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式， 对“９７．１２”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验。结果表明： ％ψ场和ｗ％场的三维配置在降雪发生前和发生初期与暴雪带基本一致， 说明非线性对称不稳定是这次高原暴雪启动的一种动力学机制。

“96.1”高原暴雪过程湿对称不稳定的数值研究

利用一次较成功地模拟了“96 .1”青藏高原东北部暴雪过程的MM4中尺度模式输出资料 ,根据条件对称不稳定 (CSI)的非线性理论判据对这次暴雪过程进行了诊断 ,结果表明 ,CSI是“96 .1”暴雪发生和发展的一种动力机制。在诊断的基础上 ,用非线性对称不稳定和非纬向非平行基流对称不稳定模式对“96 .1”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了数值试验 ,结果指出 :用两种方法进行数值模拟时 ,都会出现对称环流 ,不仅Ψ′场和w′场彼此协调 ,而且与观测分析的结果大体一致 ,进一步揭示了对称不稳定确实是这次暴雪发生发展的一个动力学机制 ,尽管非线性模拟中的上升支位置在移动过程中落后于切变线的位置。

“96.1”高原暴雪过程三维条件性对称不稳定的数值研究

利用“96 .1”青藏高原东北部暴雪过程的较成功的中尺度模拟的输出资料 ,用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式 ,对“96 .1”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验。结果表明 ,ψ场和w场的三维配置与切变线的演变过程相当一致 ,说明用三维基流中二维非线性对称不稳定可能能较好地描述SI在切变线东伸南移过程中所起的作用。

“95.1”大雪的对称不稳定数值诊断分析

利用一次较成功地模拟了“95 .1”青藏高原东北部大雪过程的 MM5中尺度模式输出资料 ,根据条件对称不稳定 (CSI)的非线性理论判据对这次大雪过程进行了动力学诊断分析 ,结果表明 ,大雪的发生发展过程与σ2 正值区的分布和演变非常一致 ,表明“95 .1”大雪是由明显的湿对称不稳定所致。

一次高原强降雪过程三维对称不稳定数值模拟研究

利用一次较成功地模拟了"95.1"青藏高原暴雪过程的MM5中尺度模式输出资料,用非纬向非平行基流中的对称不稳定模式,对"95.1"暴雪发生发展过程的动力学机制进行了三维基流中二维非线性对称不稳定数值模拟试验,结果表明:ψ场和w场的三维配置在降雪发生初期和发展过程中与暴雪带基本一致,说明非线性对称不稳定是这次高原暴雪启动的一种动力学机制。

孟加拉湾风暴费林(1302)对藏南一次暴雪过程的影响分析

利用中国气象局地面加密观测资料、日本气象厅卫星TBB资料和NCEP/NCAR 1°×1°FNL资料,对2013年10月发生在西藏南部(简称藏南)的一次暴雪天气过程进行分析,结果表明:(1)盂加拉湾风暴费林北上残余云系的影响是这次暴雪天气产生的重要原因。(2)不同于风暴与高原南侧南支槽结合产生影响的典型环流形势,"费林"与其东侧高压环流形成的偏南低空急流是其北上影响藏南的有利大气环流背景。(3)"费林"不仅通过偏南低空急流向藏南输送不稳定能量,而且通过自身强烈的抬升运动,为暴雪提供有利的动力和热力条件。(4)风暴与青藏高原西侧冷空气交汇产生的锋生以及青藏高原地形的强迫抬升,也加强了暴雪的动力条件。(5)这次暴雪过程的不稳定能量主要源于风暴的平流输送,藏南高海拔、干冷下垫面和低0℃层高度是暴雪持续发生的一个有利因素。

基于逐日积雪深度预报的藏北草原雪灾等级评估

选取西藏高原北部牧区的13个气象站冬半年（11月—次年4月）的1980—2007年逐日积雪深度和最高、最低、平均气温资料,对藏北牧区草场的融雪量与气温关系进行了分析。利用线性回归模型建立融雪率和最高、最低气温的方程,给出了藏北草场的融雪日数、逐日积雪深度的计算方法,得出草场雪灾等级评估产品,实现在一场降雪后根据日常天气预报业务制作草场逐日积雪深度的预报产品,并实时评估雪灾的严重程度,为草原雪灾气象服务提供定量化参考产品。对2008—2009、2009—2010和2010—2011年的三个冬半年进行了预报效果评估,1-15d的逐日积雪深度的平均绝对误差不超过2cm;积雪日数误差不超过9d,误差在1d以内的占78.5%;雪灾等级的准确率约为84%;该方法具有较好的预报效果,能为藏北雪灾评估提供参考。该方法的缺陷在于,由于没有准确的定量降雪预报产品,故没有考虑后续降雪量的新增积雪影响。

西藏高原西南部地区一次暴雪天气过程诊断分析

利用NCEP/NCAR的2.5°×2.5°逐6 h再分析资料、常规气象观测资料和卫星云图资料,对2013年1月17—19日西藏高原西南部地区的一次暴雪天气过程进行了综合分析。结果表明:此次西藏高原西南部地区暴雪天气过程中高纬地区为两槽两脊型,深厚的南支槽、西南急流和西太平洋副热带高压是此次暴雪过程的主要影响系统。此次暴雪过程气旋性涡度可达15.0×10^(-5)s^(-1),低层辐合和中高层辐散有利于产生上升运动,250 h Pa附近正散度为3.5×10^(-5)s^(-1),中高层的强抽吸效应和强上升运动对暴雪的发生具有重要作用;主要水汽来源为阿拉伯海,水汽通量增加和水汽通量散度中心向东北方向移动说明西南暖湿气流源源不断地向暴雪区输送水汽并辐合;同时,地形的抬升作用有利于水汽凝结,云系接近西藏高原时云顶亮温(Black Body Temperature,TBB)明显减小,到达暴雪区上空时TBB为-50℃以下,其中西藏高原西部的普兰地区上空TBB达-60℃以下。

南支槽影响下西藏高原南部3次暴雪天气特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和常规观测资料,对2013年1-2月西藏高原南部3次暴雪天气的环流形势、动力、水汽条件等进行诊断对比分析。结果表明:3次暴雪天气中高纬度均以经向型环流形势为主,从长波槽脊配置可分为长波槽型和横槽型两大类;西太平洋副热带高压偏西偏强、伊朗高压东北发展对南支槽加深和缓慢东移起到关键作用。南支槽区560 dagpm线在30°N以南,并东移至70°E附近或以东时西藏高原南部开始出现暴雪天气;暴雪区附近涡度场变化反映了南支槽强度特征,中高层强辐散对南支槽发展起到重要作用;水汽主要源于阿拉伯海,孟加拉湾水汽对东部降雪起到补充作用,南支槽前高空西南急流对水汽输送起关键作用,同时喜马拉雅山脉的大地形抬升,有利于上升运动和水汽凝结成云;水汽通量、水汽通量散度等变化及中心的移动方向,对降雪的强度、落区和时段具有较好的预报指示意义。

基于NEX-GDDP数据集的青藏高原牧区雪灾风险预估

依托中国逐日雪深模拟预估数据集、草地生产力数据、气象站点数据、灾害统计资料以及统计年鉴,选取了历史基准时段(1986—2005年)、未来近期(2016—2035年)和未来远期(2046—2065年)三个时间段,以及RCP4.5和RCP8.5两种情景,分析了青藏高原牧区雪灾危险性、牧区牲畜暴露量以及脆弱性,在此基础上,定量预估了青藏高原畜牧业雪灾风险。结果表明:①青藏高原区域内,中国逐日雪深模拟预估数据中,CESM1-BGC模式模拟的积雪深度数据更接近于站点雪深观测值,模拟精度最高,此次研究选用该模式下雪深数据识别雪灾危险性。雪灾危险性从时序看,相比于历史时期,RCP4.5情景下未来近期、未来远期和RCP8.5情景下未来近期、未来远期发生雪灾危险性的范围减少6%、11%、6%和14%;但是雪灾危险性强度减弱并不明显,RCP4.5情景下,未来远期,甚至增强;空间分布来看,危险性指数较高的区域主要分布在藏北高原、冈底斯山脉沿线、昆仑山脉西段沿线、祁连山脉沿线、三江源区域和横断山脉山脉区域。②与2000年青藏高原牧区草地载畜量相比,2017年载畜量增加11%,未来载畜量将可能进一步增加。③相比较于历史时期,RCP4.5情景下未来近期、未来远期和RCP8.5情景下未来近期、未来远期牲畜受雪灾损失量分别减少了10.2%、10.3%、28.3%和45.5%。未来RCP8.5情景下雪灾风险最小,空间分布来看,牲畜损失较大区域与雪灾危险指数较高区域相一致。牧区雪灾造成牲畜死亡量变化主要受到雪灾发生范围变化所影响。

青藏高原一次暴雪过程诊断分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°每6 h分析资料、fnl资料,结合分析FY-2C水汽图像和水汽云图,从500 h Pa环流背景、影响系统及水汽、动力条件等方面对2013年1月17-19日青藏高原的一次暴雪过程进行了诊断分析。结果表明,此次暴风雪天气发生在北半球环流呈三槽两脊经向度较大的环流背景下;伊朗南支槽是主要的影响系统;高层强烈辐散配置导致强垂直上升运动;伊朗南支槽东移上高原,西太平洋副热带高压的位置和强度有利于伊朗南支槽的加强、维持、缓慢东移来影响高原西部,即伊朗南支槽为此次高原西部的暴风雪天气提供了稳定的环流背景,同时不能忽视高原大地形的影响。