宁波北仑地区的一次冻雨过程分析

2013年1月初,宁波北仑地区附近山区输电线路上出现厚度20~30 mm的严重冻雨覆冰。本文利用电力部门收集的详细灾情信息和欧洲中心高分辨率(0.75°×0.75°)的全球再分析资料,对此次冻雨过程进行了分析。结果表明,冻雨覆冰期间的暖湿气流主要来自西太平洋,从海南岛以东区域北上输送到浙江省,不仅在北仑地区上空带来大的水汽通量,还形成典型的冷暖冷的逆温层结,具备产生冻雨的空中层结条件;虽然北仑城区地面气温一直在0℃以上,观测不到雨凇现象,但附近海拔300~400 m以上的山区地面气温维持在0℃以下,且山区风速较大,非常有利于冻雨在地物上冻结形成冻雨覆冰;经过40 h左右的持续冻雨,北仑山区出现严重的覆冰灾情。     

中国南方地区冻雨落区分析及推算

基于改进的层结分析法,对2008—2019年我国出现的5次严重冻雨过程的冻雨落区及冻雨出现的海拔高度进行了推算,并利用全国地面2000多个地面测站的雨凇观测数据及电网覆冰灾情资料进行了验证。改进算法后推算的冻雨落区不仅涵盖了地面观测的雨凇分布区域,还涵盖了无雨凇观测但出现严重冻雨灾情的山区,且推算的冻雨出现海拔高度与实际灾情出现高度也较为一致,从而较好地解释了复杂地形条件下出现明显冻雨灾情而未见地面雨凇观测记录的现象。推算获取的5次冻雨落区叠加后表明:中国南方地区存在一条从贵州、湖南、江西到浙江,自西向东、冻雨频次由高到低的冻雨带。该冻雨带往北可发展到达四川、重庆、湖北、安徽南部,往南则可抵达云南、广西、广东和福建北部,其南部分布边缘与我国南方山脉走向较为一致。冻雨区域上空普遍存在"冷-暖-冷"的层结特征,而在浙江省,广西、广东和福建三省(自治区)的北部等地形起伏度较大的地区,则具有"暖-冷-暖-冷"的层结特点,即近地面存在气温高于0℃的浅薄暖层。因而,浙江省和福建北部的冻雨主要出现在海拔高度为300～400 m以上的山区,广西东北部和广东西北部还受深厚暖层影响,冻雨多出现在海拔高度为300～1 300 m的山腰区域。     

我国冬季冻雨和冰粒天气的形成机制及预报着眼点

利用探空和地面观测资料,通过对2001年冬季至2010年冬季我国不同区域（分为4个区域：北方、江南、华南、西南）的冻雨和冰粒天气形成的物理过程进行分析发现：（1）除北方区域外,我国其他区域的冻雨主要以暖雨机制为主。北方区域的融化类冻雨比例也仅为39％,但纬度越高,出现融化类冻雨的几率高于上述比例。暖层出现是冻雨天气的重要特征,但暖层作用主要是输送水汽和维持锋面系统,以保证降水的发生和持续,低层及地面气温普遍低于0℃可能是最重要的原因。（2）我国冰粒天气的形成机制主要以融化机制为主。冰粒天气的云顶高度普遍高于冻雨天气。冰粒天气的暖层厚度和强度均小于冻雨天气,这主要是由于弱暖层只是部分融化冰晶和雪花,使其重新冻结成为可能。冰粒天气的700hPa风速值普遍小于冻雨天气,这一方面说明冰粒天气对水汽输送条件要低一些,另一方面也反映了冰粒天气暖层较弱的特点。（3）云顶高度、暖层强度和厚度、低层冷层温度露点差、700hPa风速以及地面气温是甄别冻雨和冰粒天气的特征量,但不同区域,这些特征量的有效性不一样。西南区域冻雨和冰粒天气的主要差别在地面气温,其他特征量或差别不明显,或代表性不足,只可以作为辅助判断的因子。     

基于云微物理过程的北方冻雨的模拟与形成机制研究

本文通过耦合AFWA(Air Force Weather Agency)冻雨参数化方案的WRF模式,对2020年冬季因暖锋引发的中国北方严重冻雨灾害个例进行了模拟,结果显示模式能够很好地模拟此次冻雨过程中降水相态的空间分布。通过分析暖锋的演变、水成物云微物理特征以及降水相态的变化,得到：在辽宁中北部—吉林中东部地区,暖锋导致中低空形成“冷—暖—冷”的温度层结,该区冻雨形成机制以“冰相机制”为主,即高空的雪花落入大于0℃暖层内融化、再降落到次冻结层后形成冻雨。同时,发现存在高空无固态水成物、逆温层内暖雨下落到次冻结层在地面形成冻雨的现象,这种新机制被定义为“暖雨机制”,更多水成物垂直剖面与同期地面观测降水相态的比对,验证了新机制的存在,并解释了该机制形成的可能原因。为更深入理解冻雨形成机理以及北方冻雨的预报、预警提供科学支撑。     

一次极端暴雪事件中罕见冻雨成因分析

使用常规观测资料、自动气象站资料、雷达回波资料及ERA5 0.25°×0.25°再分析资料,对2021年11月8—9日发生在黑龙江省极端暴雪事件中罕见冻雨过程进行分析。结果表明：冻雨发生在降水强度较大时段,地面气温普遍低于0℃。垂直气温存在典型的“冷—暖—冷”层结特征,近地层存在强逆温层,在探空图上＞0 ℃的面积比＜0 ℃的大。近地层冷垫的形成是冷高压南侵所致,受到江淮气旋和地形阻挡,在海拔较低的松花江干流地区堆积形成。融化层在850 hPa低涡前部,西南或偏南暖湿低空急流携带暖湿空气像楔子一样插在冷空气中,持续的暖平流特征明显。地面冷垫与中层暖层之间有明显的锋区特征,存在强逆温层。电线积冰直径与融化层持续长短有很大的相关性。冻雨的形成符合“冰相融化”机制。雷达观测在冻雨区具有回波强度增大的特征。     

基于CloudSat卫星观测的贵州冻雨形成机制分析

利用CloudSat卫星观测资料,从云物理观测和温度垂直结构角度对贵州地区冻雨形成机制进行分析。结果表明,对冰相机制的冻雨,CloudSat卫星的CPR雷达反射率、云冰含量和温度廓线产品能够描述冰相降水粒子在融化层中相变为液态水的"融冰"过程,雷达反射率回波0℃层亮带是该过程的直接反映,云冰含量产品也能够反映融化层对冰相降水粒子的融化作用。对"过冷暖雨"机制的冻雨,CloudSat卫星能够描述降水粒子在整层气温低于0℃的环境中保持过冷水状态下落的过程。研究基于云物理观测证实贵州冻雨存在一种具有融化层的暖雨机制,其大气存在着具有融化层的逆温结构,降水粒子在融化层中为普通液态水,在温度略低于0℃的环境中为过冷水,过冷水下落经过融化层时升温变为普通液态水,再继续下落进入次冻层冷却,最后与低于0℃的地面物体碰并冻结形成冻雨。冻雨形成机制不能通过融化层区分。     

中国东北地区两场罕见冻雨过程的对比分析

2020年11月17～20日（过程1）和2021年11月7～11日（过程2）在中国东北地区发生了两场历史罕见的冻雨事件，给吉林和黑龙江两省造成了异常严重的灾害。本文利用NCEP/NCAR和EC-ERA5再分析资料、地面气象要素实况和探空资料，对这两次冻雨过程进行了诊断分析。结果表明，地面关键影响系统均为北上发展加强的江淮气旋，冻雨区均位于地面暖锋北部冷空气一侧的等压线密集带中。冻雨形成过程存在差异，过程1主要表现为先有地面降温形成“冷垫”，之后气旋携带的暖空气在“冷垫”上爬升并配合850 hPa暖锋维持；过程2则表现为大量暖湿空气向北输送，地面气温回升，850 hPa暖舌发展，被抬升的暖湿空气降落在前期较冷的下垫面上形成冻雨。冻雨发生时，水汽条件丰沛，并伴有上升速度和锋区的明显加强。温度层结呈现“冷—暖—冷”三明治型垂直分布特征，即低空有逆温层且有融化层和近地面有冻结层同时存在。两次过程均符合多数北方冻雨的“冰相融化”机制。过程1逆温层顶高度、逆温强度及最大融化层厚度均强于过程2，且逆温持续时间长，导致电线积冰厚度差异明显。地形对冻雨有一定的影响。最后提炼出一个东北冻雨天气的三维结构模...     

基于探空资料的江西典型冻雨天气过程垂直结构分析

利用探空资料和地面观测资料,对1959—2008年发生在江西的典型冻雨天气过程的大气垂直结构进行了分析。结果表明:冻雨的形成与大气饱和层、冰晶层、暖层、逆温层、冷层及特征物理量等因素的关系密切。对流层中下层的大气呈饱和或准饱和的逆温状态,饱和层顶位于暖层之上是冻雨发生的主要层结特征。冰晶层底部的平均高度为675hPa,平均厚度为2309m;暖层底部的平均高度为834hPa,平均温度为4.1℃,平均厚度为1765m;逆温层的平均温差为7.5℃;冷层的平均厚度为1668m,平均最低温度为-3.9℃;平均地面最低温度为-1.2℃;冻雨发生时大气整层比湿积分指数须增大为1000以上,干暖盖强度指数须降到-5℃以下。     

1960—2013年北京地区冻雨天气过程特征分析

利用地面气象站的观测资料、观象台的探空资料和NCEP/NCAR再分析资料对1960—2013年北京地区20个地面气象观测站冻雨天气过程的特征及其发生条件进行了分析。结果表明:1960—2013年北京地区11月至翌年4月均可能出现冻雨天气,北京东南部的大兴区和通州区、西北部的昌平区为冻雨发生相对较频繁的地区。低层丰富的水汽和抬升条件有利于冻雨天气的出现,大气层结的垂直结构可分为无融化层(整层<0℃)和有融化层(冷—暖—冷)两类,两种类型冻雨出现的概率相当(各占50%)。通过对北京地区冻雨天气过程典型个例的对比研究发现:850—700hPa暖平流对逆温强度的变化有重要影响;无融化层时,云顶高度较高,700hPa以下气层温度为-10~0℃,降水以过冷却水的形式降落至地面发生冻结形成冻雨;有融化层时,湿层较浅薄(位于850hPa以下),暖湿空气在近地层的"冷垫"上滑行,是此类冻雨发生的有利因素之一。     

2008年1月南方一次冰冻天气中冻雨区的层结和云物理特征

2008年1月中下旬, 我国南方经历了四次历史罕见的冰冻雨雪天气。本文针对2008年1月25~29日的一次典型冻雨天气过程, 在实测资料、NCEP再分析资料综合分析的基础上, 利用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云分辨模式对1月28日~29日的冻雨天气过程进行了数值模拟, 研究了冰冻天气形成的大气层结及云系冻雨区云的宏微观结构特征, 初步分析了冻雨形成的云微物理过程及云物理成因。结果表明, 深厚而稳定的逆温层和低空冷层的存在是大范围冻雨出现的直接原因。此次南方冰冻过程中, 湖南和贵州两地冻雨形成的云物理机理不同, 不同冻雨区上空为两种不同类型的云, 对应两种不同的云微物理结构和大气层结结构。湖南冻雨区云层较厚, 云顶温度较低, 属于混合相云, 云中高层存在丰富的冰相粒子 (雪的比含水量最大)。湖南冻雨在 "冷—暖—冷" 层结下, 通过 "冰相融化过程" 形成, 即在锋面之上的对流层中层水汽辐合中心内形成的雪, 从高空落入暖层, 雪融化形成雨, 再下落到冷层后, 形成过冷雨滴, 最后接触到温度低于 0℃的物体或降落到地面上, 迅速冻结形成冻雨。而贵州冻雨区云层较薄, 云顶温度较高, 属于暖云, 中高层基本无冰相粒子, 低层为云水和雨水 (云水的比含水量最大)。贵州冻雨是在 "暖—冷" 层结下通过 "过冷暖雨过程" 形成的。即水汽沿锋面抬升, 在对流层中低层的水汽辐合中心内, 经过冷却凝结成云滴, 通过碰并云滴增长的雨滴下落到低空冷层, 形成的过冷却雨滴直接冻结形成冻雨。     

中国冻雨潜在发生指数在数值产品中的推广应用

根据冻雨发生时特定的地面温度、地面湿度及高空温度三个基本特征,定义了中国冻雨潜在发生指数(FRGPI)并进行了初步验证。在此基础上利用欧洲中心ERA-Interim再分析及模式预报产品,结合2013/2014年冬季冻雨发生情况,对中国冻雨潜在发生指数进行了推广应用。结论如下:2014年2月上旬,高空槽、中低层切变线、低空急流及暖湿气流的共同作用,造成了中国南方产生冻雨的适宜的地面温度t、温度露点差D及高空温度层结Er,因此出现大范围冻雨灾害。2月中旬贵州受西南低涡及暖湿气流影响,也产生了适宜的t、D及Er条件,遭受了持续性冻雨灾害。2013/2014年冬季期间,适宜冻雨的温度t集中在冬季寒潮过程中0℃等温线所在地区,温度露点差D集中在西南暖湿气流影响区域,高空温度层结Er集中在中高纬与低纬天气系统交界地带;三部分交叉区域则为冻雨高发地带,且地面温度露点差可能是制约冻雨分布的主要因素。将FRGPI指数与欧洲中心数值预报产品相结合发现,可以提前10 d有效地对冻雨灾害进行预报,对防灾减灾有一定的实用性。     

2008年初冻雨强度变化以及与逆温层特征之间的关系

利用NCEP/NCAR 2008年1月10日至2月2日的再分析资料和常规地面观测资料分析了造成我国南方低温雨雪冰冻灾害的4次主要冻雨过程的强度变化特征以及在此期间逆温层的时空分布特征,并讨论了两者之间的联系.结果表明,四次冻雨过程第三次最强、第二次过程次之,第一次最弱.同时,无论从区域平均还是从水平分布上看,逆温层强度...     

贵州冻雨频发地带分布特征及成因分析

利用贵州省84站48年观测资料及2008年1月12日至2月14日NCEP 1°×1°的再分析资料,采用统计分析和插值处理,揭示了贵州冻雨以27°N为中轴线的频发地带分布特征。为探讨这一现象,寻找了与频发地带分布相似的典型冻雨个例,并从影响冻雨的冷暖气团、温湿特征等方面进行了讨论。分析指出,贵州冻雨频发地带是冷暖气团共同影响,在有准静止锋的背景下产生的;冻雨天气时,低空有逆温存在。在水平方向上,低空逆温分布范围宽广,逆温中心出现在贵州中东部和湖南西部之间,对应着冻雨区域的强中心。在垂直方向上,当存在明显融化层、温度场呈"冷—暖—冷"结构特征时,对应强冻雨天气;无融化层存在,低层冷中心的冷平流很强,仍可出现较强冻雨。逆温减弱时,冻雨的范围减小。通过分析,给出了一类典型冻雨天气的三维结构。     

中国冰冻天气的气候特征

研究冰冻天气的空间分布和变化规律对于冰冻灾害的预测、预估以及防灾减灾具有重要意义。利用1961—2008年603个站点雾凇和雨凇天气现象资料,283个站点的电线覆冰资料,采用计算多年平均值、标准冰厚转换、EOF以及求趋势变化等方法,研究了我国冰冻天气的空间分布和气候变化特征。结果表明:全国大部分地区都有冰冻天气出现;雾凇主要出现在北方地区,雨凇主要出现在南方。年冰冻日数随海拔高度增加而增加,但海拔3100 m高度以上冰冻日数较少。冰冻厚度较大的地区位于东北东南部、华北东部、西北地区东南部、西南地区东部、江南东北部。在全球气候变暖背景下,我国大部分地区冰冻天气发生频次减少,但强度增强。     

2016年12月克拉玛依一次罕见冻雨天气过程分析

本文对2016年12月4-5日新疆克拉玛依市出现历史罕见的冻雨天气过程,通过实况观测资料的综合分析,并利用WRF区域模式进行数值模拟,分析冻雨形成的环流形势、风场、大气层结以及冻雨区云系。结果表明,大尺度环流形势为西风带上弱波动东移,配合中低层西南急流,以及冷暖气团交汇,为冻雨的形成提供了必要的天气尺度条件。本次冻雨的形成机制为融化机制,水汽输送层主要位于冰晶层,水汽受冰晶效应充分凝结后再在暖层融化,落入冷层迅速冷却为冰粒或过冷却雨滴。逆温层是冻雨发生的主要条件,并且随着逆温层减弱,降水物的相态也从冰粒转为过冷却水。本次冻雨过程与南方冻雨不同的是,克拉玛依上空在降水前期就存在强逆温,并且在冻雨发生前逆温层出现减弱再加强的变化。     

2013年冬季广东罕见持续暴雨过程特点及成因

利用常规气象观测站、区域自动站资料和NCEP/NCAR客观分析资料等,对2013年12月13—17日广东出现的持续时间长、影响范围广和累计雨量大的罕见暴雨过程特征及成因进行了分析;对比分析了此过程与2008年年初持续低温雨雪冰冻过程形成的异同条件。结果表明:500hPa上在青藏高原附近建立"北脊南槽"的环流形势,促使北方冷空气沿脊前东移南下和来自南海、孟加拉湾沿南支槽前向东向北推进的暖湿气流在广东持续交绥,并在局地形成异常经向垂直环流,为持续性暴雨提供有利的环流背景条件;广东位于200hPa高空槽前部,处于高空急流入口区南侧的辐散、中低层辐合的区域中,也十分利于中低层水汽辐合抬升、凝结而产生暴雨。同2008年初持续低温雨雪冰冻过程相比较,这两次过程均发生在相似的"北脊南槽"形势下,但本次过程槽脊经向度大、南支槽位置偏南、降雨强度大;而2008年初过程则雨雪冰冻影响范围广和持续时间长;两过程虽同是在冬季低温背景下发生,而本次过程没有像2008年初过程那样在中层建立一强逆温层和低层形成一过冷却层,因而降水相态以雨为主,2008年初过程则以降雪冰冻(冻雨)天气为主。     

1961—2010年贵州冬季路面持续凝冰时间时空分布变化特征

利用1961—2010年贵州冬季的日最低地表温度以及日降水资料分析了近50 a路面持续凝冰时间的统计特征.结果表明：位于贵州26.5~27.5°N纬度带西部的地区高频发生持续凝冰,每年平均发生6~9次轻级凝冰(持续凝冰1~3 d)、3~6次中级凝冰(4~6 d)、2~4次重级凝冰(7~11 d)和1~2次特重级凝冰(12 d以上).总体来看,在全省范围内各级凝冰发生频次都有不同程度的下降趋势.极端持续凝冰事件集中发生在1月以及2月上半月,且贵州中西部以及西北部阈值在10 d以上,受凝冻影响大.     

安徽省南部两次冻雨天气过程对比分析

基于逐时气象观测资料和一日4次ERA-Interim再分析资料对2018年1月4一7日(第一次过程)和24—27日(第二次过程)安徽省南部(简称皖南)两次冻雨过程中冻雨分布、时间演变及环流特征进行分析,结果表明:通过自动气象观测仪器的风速突然降为0 m·s~(-1)、风向固定不动,可大致推测出冻雨出现时间,比人工观测到冻雨出现时间早。两次冻雨天气均是在准静止锋天气下出现的,但导致冻雨形成的机制不同。第一次过程为典型的"冰相融化"机制,第二次过程为典型的"过冷暖雨"机制。东亚大陆近地面冷高压使两次冻雨天气中皖南处在东北气流之下,其带来的冷温度平流形成近地面到地面的冷垫,而750 hPa高度附近南支槽槽前暖湿气流带来暖温度平流是融化层或逆温层维持和发展的主要原因。当高空温度层结满足冻雨出现条件时,地面0℃线的位置会直接影响冻雨出现的范围。     

The Unprecedented Freezing Disaster in January 2008 in Southern China and Its Possible Association with the Global Warming

The unprecedented disaster of low temperature and persistent rain, snow, and ice storms, causing widespread freezing in the Yangtze River Basin and southern China in January 2008, is not a local or regional event, but a part of the chain events of large-scale low temperature and snow storms in the same period in Asia. The severity and impacts of the southern China 2008 freezing disaster were the most significant among others. This disastrous event was characterized by three major features： （1） snowfall, freezing rain, and rainfall, the three forms of precipitation, coexisted with freezing rain being the dominant producer responsible for the disaster; （2） low temperature, rain and snow, and freezing rain exhibited extremely great intensity, with record-breaking measurements observed for eight meteorological variables based on the statistics made by China National Climate Center and the provincial meteorological services in the Yangtze River Basin and southern China; （3） the disastrous weathers persisted for an exceptionally long time period, unrecorded before in the meteorological observation history of China.
The southern China 2008 freezing disaster may be resulted from multiple different factors that superimpose on and interlink with one another at the right time and place. Among them, the La Nina situation is a climate background that provided conducive conditions for the intrusions of cold air into southern China; the persistent anomaly of the atmospheric circulation in Eurasia is the direct cause for a succession of cold air incursions into southern China; and the northward transport of warm and moist airflows from the Bay of Bengal and South China Sea finally warranted the formation of the freezing rain and snow storms and their prolonged dominance in the southern areas of China.
A preliminary discussion of a possible association of this disastrous event with the global warming is presented. This event may be viewed as a short-term regional perturbation to the global warming. There is no