一次典型大范围冷流暴雪个例的诊断分析

利用常规天气图和WRF模式模拟的数据,对2010年12月30日发生在山东半岛的一次冷流暴雪过程进行了天气学诊断分析。结果表明:(1)这是一次典型的大范围冷流暴雪过程,500hPa低涡位置偏南(43°N以南)、850hPa西北冷平流范围广,强度强是造成本次暴雪范围大的主要原因,为强冷流降雪的产生提供了有利条件。(2)降雪的水汽来自渤海,由西北风向山东半岛输送,并在半岛北部辐合;高湿区集中在850hPa以下,湿层较为浅薄。(3)降雪落区与高相当位温脊的位置存在着对应关系,强降雪通常发生在脊线附近;θe等值线向上凸起的高能区集中在750hPa以下,大气不稳定层结较低。(4)强烈的上升运动集中在对流层低层750hPa以下,上升运动越强,降雪量越大。⑸受地形影响,西北风吹向辽东半岛时转为东北风,西北风与东北风在渤海中东部至山东半岛形成切变线,切变线的方向和位置决定了降雪的强度与落区;风速在半岛北部低山丘陵前辐合,有利于产生上升运动,使得降雪加强。     

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。     

山东半岛一次强冷流降雪过程的中尺度特征分析

利用高空和地面的常规观测和天气加密观测资料,以及MM5V3.6中尺度数值模式系统的模拟结果,对2003年1月3~5日山东半岛北部地区发生的暴雪过程进行了中尺度特征研究。实况资料表明:在高空有利的大尺度环流形势控制下,不断入侵的冷空气作用下,受渤海暖海面的热力作用和山东半岛地形作用,产生了中尺度的海岸锋。在强冷平流、海岸锋锋生及半岛地形的摩擦抬升共同作用下,产生了这次强冷流降雪。海岸锋环流形成的对流云能引起降水量的局部增强。数值模拟结果表明:海岸锋生过程及其产生的沿岸辐合带是形成山东半岛冷流暴雪的主要原因,同时海岸锋同低层大气重力波耦合形成了海岸锋陷波。本文给出了山东半岛北岸海岸锋的概念模型。     

位涡在冷流暴雪短时预报中的应用

利用NCAR/NCEP逐日6 h间隔的再分析资料,对2005 年冬季发生在山东半岛的冷流暴雪过程中的位涡演变特征及其对降雪的作用机制进行了分析.结果表明:(1) 中高纬度阻塞环流形势经历了转型,其发展演变过程有利于冷空气频繁南下从不同的路径入侵渤海和山东半岛地区,造成持续性冷流暴雪;(2) 高位涡从高层下传,降雪强度与下伸高度有关;(3) 高位涡的移动可以很好地示踪冷空气的源地和路径,此次持续性强降雪过程的冷空气来源于4种路径;(4) 对流层中层的高位涡区的强度和影响时间可作为冷流暴雪预报的有益指标,500 hPa等压面的高位涡信号明显,与强降雪的出现有很好的同位相对应关系,700 hPa的位涡场有时候也表现出强劣信号,业务应用中可同时比较分析二者的高位涡区;(5) 高层的高位涡冷空气下沉时产生位势不稳定和对称不稳定层结,对降雪起到增强作用,500 hPa出现明显槽时可形成"不稳定-稳定-不稳定"的大气层结稳定垂直结构,在短时间内产生强降雪.     

近十年中国海效应降雪研究进展

海效应降雪的发生发展机制与内陆地区降雪有明显区别。中国渤海中东部、渤海海峡、黄海、东海海面及其沿海地区均可产生海效应降雪,以山东半岛的烟台和威海地区最为显著。从各海域海效应降雪的分布特征、渤海海效应暴雪的多尺度作用、地形对渤海海效应暴雪的影响、海效应降雪的研究资料、方法和数值预报检验等5个方面总结了近十年中国海效应降雪的主要研究进展,旨在进一步加深对海效应降雪的理解和认识。并针对当前预报业务难点和研究的薄弱环节提出了未来的研究重点。     

山东降雪含水比统计特征分析

降雪含水比(snow-to-liquid ratio,SLR)是指积雪深度与降雪融化后等量液体深度(降雪量)的比值,可用来计算积雪深度。山东有两种产生机制不同的降雪,冷流降雪主要分布在山东半岛北部沿海地区,其他类降雪在全省范围均可发生,二者的降雪含水比有明显差异。利用山东122个国家级气象观测站自建站以来至2018年12月的逐12 h降水量、日积雪深度、降水性质、日最高气温及1999—2018年的MICAPS高空、地面图资料,通过限定条件进行质量控制,统计分析了山东不同地区的降雪含水比气候特征,为积雪深度预报提供参考。结果表明:1)山东降雪含水比的变化范围为0. 1～3. 0 cm·mm~(-1),全省大部地区多年平均降雪含水比为0. 9 cm·mm~(-1),主要集中在0. 3～1. 1 cm·mm~(-1)之间;山东半岛北部沿海地区(强冷流降雪区域)的多年平均降雪含水比为1. 3cm·mm~(-1),主要集中在0. 9～2. 0 cm·mm~(-1)之间。2)降雪含水比的大小与降雪量等级有关,且存在明显月变化。全省大部地区从中雪至暴雪随着降雪量等级的增大,降雪含水比依次减小;各等级的降雪含水比月最大值均出现在1月或12月,最小值出现在11月或2月;山东半岛北部沿海地区的降雪含水比表现出更为复杂的特征,在以冷流降雪为主的11月—次年1月,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比基本相当; 2月和3月冷流降雪不明显,降雪含水比表现出与其他地区降雪类似的特征。3)不同天气系统暴雪的降雪含水比有差异。江淮气旋暴雪过程平均降雪含水比为0. 69cm·mm~(-1),总体上呈现"北大南小,山区大沿海小"分布,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比中位数分别为0. 8、0. 7和0. 5 cm·mm~(-1);回流形势暴雪过程的全省平均降雪含水比为0. 67 cm·mm~(-1),中雪的降雪含水比中位数为0. 8 cm·mm~(-1),大雪和暴雪均为0. 6 cm·mm~(-1);冷流暴雪的降雪含水比明显大于其他两类暴雪,中位数在1. 1～1. 6 cm·mm~(-1)之间变化,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比中位数分别为1. 4、1. 6和1. 3 cm·mm~(-1)。     

2005年山东半岛特大暴风雪分析

利用常规资料及MM5模拟结果，对2005年12月3-22日山东半岛特大暴风雪过程进行分析，结果表明：此次过程发生在前期异常偏暖，而在强冷空气导致寒潮爆发的形势下，强海气温差、日本海后部横槽持续气旋性弯曲和强冷平流是大尺度环流背景，半岛北部一带850hPa气温下降到-12℃是出现大雪或暴雪的重要指标；中尺度分析的结果表明，冷流降雪的散度、垂直速度、涡度垂直结构不同于一般暴雨过程，其上升运动、高空辐散等局限在500hPa以下的对流层中低层，使冷流降雪由低云引起，为更深入了解冷流降雪的机制提供参考。     

辽东半岛南部冷流降雪的统计特征及相关要素分析

辽东半岛南部地区及周边海域在特定的季节、天气形势和条件下可能会造成灾害性的冷流降雪天气, 提高冷流降雪预报准确性, 对沿海地区防灾减灾具有重要意义。本文利用1981—2021 年辽宁地区各气象站逐日降水资料及ERA5 再分析资料, 运用统计学和物理量诊断方法对辽东半岛南部地区冷流降雪的气候特征、发生规律及成因进行了分析。研究结果表明：辽东半岛南部地区冷流降雪强度弱, 主要以小雪为主; 降雪次数和降雪量均呈现南多北少的特点, 前者年际变化趋势平稳而后者较大; 12 月是冷流降雪发生的主要月份, 而11 月和2 月是降雪强度较强的月份。冷流降雪的产生和较大的海洋表面与大气温差、低层不稳定层结、海陆地形作用有密切关系; 当500 hPa 和850 hPa 影响系统为冷涡或低槽、辽东半岛南部及周边海域低层为偏北风且相对湿度条件较好、1 000 hPa 对应正相对涡度等条件时, 可以预测辽东半岛南部可能出现冷流降雪; 海表温度（Sea Surface Temperature, SST） 与850 hPa 温度之差直接决定了地面冷流降雪量的大小。     

不同中心位置的山东半岛冷流暴雪天气分析

利用天气图和环渤海地面自动站风场资料,统计分析了2005—2014年山东半岛的14个冷流暴雪过程,总结出暴雪落区的特征:当500hPa影响系统为冷涡时,可以预测烟台、威海可能出现强降雪,冷涡中心偏南时,威海更有可能出现暴雪。当500hPa影响系统为低槽,烟台发生暴雪时,北部有小槽摆下,槽位置偏西;威海发生暴雪时,东部有宽广的东北-西南向横槽南摆,槽位置偏东。低空700hPa荣成站风速小于青岛时,暴雪中心在威海;反之,暴雪中心在烟台。当暴雪中心位于烟台时,地面图上辽东半岛西海岸有一片较规则的东北风区域;当暴雪中心位于威海时,辽东半岛西海岸无东北风或东北风较为凌乱,不连续出现。     

山东半岛冷流暴雪的WRF数值模拟方案研究

采用WRF数值模式,选择2005年12月6—7日和21日两次冷流暴雪天气过程进行模拟,通过有Kessler微物理方案和无微物理方案进行了敏感性试验对比分析。结果表明,有Kessler微物理方案对冷流降雪过程模拟效果好,模拟的降雪量和降雪落区更接近于实况,对流层低层温度平流和风场辐合能够揭示冷流暴雪产生的原因。而无微物理方案模拟的山东半岛降雪量较实况明显偏少,850h Pa温度冷平流的绝对值偏小,且风向辐合的交角偏小,辐合强度偏小。     

Interdecadal oscillations in the Japan Sea proper water related to the arctic oscillation

The time series of dissolved oxygen (DO) concentration in the Japan Sea Proper Water (JSPW) shows clear interdecadal oscillation with about 20-year periodicity since the 1970s. This interdecadal variation in the DO concentration is positively correlated with the Arctic Oscillation (AO) index; the DO concentration tends to be high during a positive AO phase when the East Asian winter monsoon (EAWM) is relatively weak, which is considered to be an unfavorable condition for the JSPW formation. To clarify the discrepancy, the cause of the interdecadal oscillation was investigated using the wind at Wajima and sea surface temperature (SST) in the JSPW formation area. The cold-air outbreaks determined from the wind at Wajima are synchronized with the interdecadal oscillation of the AO; during a positive AO phase the cold-air outbreaks over the Japan Sea are more active, as reported by Isobe and Beardsley (2007). Since the SST in the JSPW formation area is negatively correlated with cold-air outbreaks, the activity of cold-air outbreaks is more important to the JSPW formation than the EAWM, at least on an interdecadal timescale. Significant correlations of the indicator of low pressure migration with the AO and cold-air outbreaks confirm that atmospheric disturbances move frequently into the Japan Sea from the East China Sea in a positive AO phase. A detailed examination of cold-air outbreaks revealed that the passing of atmospheric low pressures temporarily enhances the east-west pressure gradient over the Japan Sea and effectively brings cold air into the JSPW formation area.     

渤海不同区域沉积物古菌的多样性分析

产甲烷古菌在滨海沉积物碳循环过程中起着重要作用。本研究以渤海不同区域沉积物为研究对象,通过T-RFLP以及室内富集培养方法,解析了渤海不同区域沉积物产甲烷菌群落结构差异,并评估其产甲烷潜力。结果表明,渤海不同区域沉积物细菌和产甲烷古菌群落结构组成存在差异,其主要优势产甲烷菌为Methanobacterium和Methanosarcina,主要优势细菌为Desulfovibrio和Thiobacillus。渤海不同区域沉积物在实验室培养条件下产甲烷量存在明显差异,表现为近岸区域沉积物产甲烷量较高。且渤海沉积物具有较高的产甲烷潜力(乙酸转换率达到46.46%),潜在甲烷排放量估计值可达1.74亿t/年。     

海河流域主要河口闸下通道风暴潮增水研究

建立东海-黄海-渤海大范围风暴潮二维数学模型,对9216台风风暴潮过程进行模拟,分析渤海湾造陆工程前后风暴潮增水对海河流域主要河口(海河口、永定新河口和独流减河口)闸下区域最高潮位的影响,并探讨有效降低河口闸下通道内风暴潮潮位的开发方式。研究表明:渤海湾围填海工程实施后,闸下通道内维持自然地形时,通道内最高潮位高于工程前;闸下通道实施地形开挖后,通道内最高潮位依然高于工程前,但较自然地形条件下抬高幅值有所减小。闸下通道结合开发建设港池航道等工程实施地形开挖,使得通道内水深增加,可降低通道内风暴潮增水幅度。     

The long-term trend of Bohai Sea ice in different emission scenarios

Based on a coupled ocean-sea ice model, this study investigates how changes in the mean state of the atmosphere in different CO_2 emission scenarios(RCP 8.5, 6.0, 4.5 and 2.6) may affect the sea ice in the Bohai Sea, China,especially in the Liaodong Bay, the largest bay in the Bohai Sea. In the RCP 8.5 scenario, an abrupt change of the atmospheric state happens around 2070. Due to the abrupt change, wintertime sea ice of the Liaodong Bay can be divided into 3 periods: a mild decreasing period(2021–2060), in which the sea ice severity weakens at a nearconstant rate; a rapid decreasing period(2061–2080), in which the sea ice severity drops dramatically; and a stabilized period(2081–2100). During 2021–2060, the dates of first ice are approximately unchanged, suggesting that the onset of sea ice is probably determined by a cold-air event and is not sensitive to the mean state of the atmosphere. The mean and maximum sea ice thickness in the Liaodong Bay is relatively stable before 2060, and then drops rapidly in the following decade. Different from the RCP 8.5 scenario, atmospheric state changes smoothly in the RCP 6.0, 4.5 and 2.6 scenarios. In the RCP 6.0 scenario, the sea ice severity in the Bohai Sea weakens with time to the end of the twenty-first century. In the RCP 4.5 scenario, the sea ice severity weakens with time until reaching a stable state around the 2070 s. In the RCP 2.6 scenario, the sea ice severity weakens until the2040 s, stabilizes from then, and starts intensifying after the 2080 s. The sea ice condition in the other bays of the Bohai Sea is also discussed under the four CO_2 emissions scenarios. Among atmospheric factors, air temperature is the leading one for the decline of the sea ice extent. Specific humidity also plays an important role in the four scenarios. The surface downward shortwave/longwave radiation and meridional wind only matter in certain scenarios, while effects from the zonal wind and precipitation are negligible.     

渤海对辽东半岛大暴雨影响的数值试验

运用MM5V3.5模式成功模拟了辽东半岛2004年8月3日的大暴雨过程,并模拟出了产生大暴雨的中尺度低压.敏感性试验比较了渤海、沙漠、城市和地形高度产生的地面温度、湿度、不同高度的水平风速、垂直速度的变化,研究了不同下垫面造成的边界层结构特征和局地环流,揭示出渤海和辽东半岛地形使降水大幅度增强.湿位涡诊断分析表明,此次大暴雨是在低层强对流不稳定和斜压不稳定条件下发生的,改变渤海地表和降低辽东半岛地形高度都使低层不稳定减弱.     

渤黄海沿海2月份海平面异常偏高成因分析

使用1980—2010年的水位、气温、海温、气压和风场资料,对中国渤黄海沿海2月份的海平面变化特征以及异常偏高成因进行了探讨,分析结果表明:近30年,渤黄海沿海2月份海平面呈现明显的上升趋势,2009年和2010年2月份的海平面达到近30年的高值,冬季高海平面导致全年平均海平面偏高。近两年2月份海平面处于多个长周期振动的高位重合期,各振幅叠加的结果近100 mm,对海平面起了明显的抬升作用。高海平面使得辽宁、河北以及山东等沿岸地区的海水入侵距离和土壤盐渍化程度均有所增加,海岸侵蚀加重;上海在2009—2010年连续2年2月份发生了近年较严重的咸潮入侵。2009年和2010年2月份,气压较常年同期显著偏低,冬季季风显著偏弱,是海平面上升的主要原因之一。     

两类典型台风路径影响下的黄、渤海海浪场特征研究

台风引起的海浪灾害对我国黄、渤海沿岸影响巨大,严重威胁相关区域人民群众生命财产安全。本文主要利用ERA5(the fifth generation European Center for Medium-Range Weather forecasts atmospheric reanalysis of the global climate)风场研究了两类不同移动路径下的台风(1909号台风“利奇马”和1109号台风“梅花”)在黄、渤海区域的海浪场的时空分布特征及风-浪成长关系。结果表明:两个台风引起的海浪的有效波高空间分布明显不同,波高的分布和风速对应,而海浪周期与风速、波高的分布无明显相关性,波向较风向偏于台风移动方向且两者偏差较大;两个台风进入黄海之前就形成一个从黄海向渤海的“涌浪舌”。海浪成分方面,台风“利奇马”引起的沿海区大浪主要是风浪,而台风“梅花”移动路径的右侧以风浪为主,左侧则主要是涌浪;通过建立无因次波高与无因次周期的幂律关系、以及有效波高关于风速的二次多项式变化关系,研究了风-浪成长特性,结果发现,台风浪的成长特性与台风过程关系不明显,但与所处水域的水深和海底地形地貌有关,表现为两个台风在黄海区域的台风浪成长较渤海区域更为充分。     

渤海湾大规模围填海导致的岸线变化及潮流场响应分析

本文以21世纪初渤海湾大规模的围填海工程为背景,对2000-2015年典型年份的卫星遥感影像资料进行了岸线提取,并分析了其时空演变规律.以此为基础,建立了不同岸线及地形条件下的渤海湾水动力数值模型,计算结果与塘沽、黄骅港和东风港三个潮位观测站的实测数据吻合良好.模拟结果显示:渤海湾大规模围填海工程的建设使得三个主要工程区(曹妃甸工业区、天津港及黄骅港)附近的潮流运动更加剧烈,但对于渤海湾离岸潮流场的影响不大.M2分潮流速及流向变化明显,其最大流速方向与建筑物布置、深水航道航线方向一致.黄骅港挡沙堤的建设使其附近流场出现局部涡旋,导致潮流以旋转流的形式运动.     

1982–2019年渤、黄海海洋热浪时空变化特征分析

基于1982–2019年美国国家海洋和大气管理局最优插值海表温度资料,运用多种统计方法分析了渤、黄海海洋热浪（频次、持续时间、强度）的时空分布特征及与之相关的环流背景。结果表明:（1）海洋热浪具有一定的区域性差异,更强、更持久和更多的海洋热浪多集中在渤海和北黄海海区;（2）近38年来,渤、黄海海洋热浪变化趋势也具有明显的区域性差异,频次、年平均持续时间、年平均平均强度和最大强度总体呈增多、增强趋势,但朝鲜半岛沿岸海域没有显著变化,这与该地区的平均海温变化密切相关;（3）根据日平均海表面温度将海洋热浪分为中等、强、严重和极端4种等级,结果表明,除极端海洋热浪外,其他3种不同等级海洋热浪发生频次和增长趋势均存在显著的地理差异,中等强度海洋热浪在渤、黄海所有区域均频次偏多且有显著的增加趋势,而强和严重海洋热浪主要集中在我国的渤海海域,但渤、黄海区域极端海洋热浪几乎没有发生;（4）就渤、黄海区域平均而言,38年间,共发生83次海洋热浪,平均每年2.2次;海洋热浪具有明显的季节差异,不同等级强度的海洋热浪的多发季节均在夏季;（5）合成分析结果表明,夏季渤、黄海海洋热浪与大气环流密切相关,当从高层到低层贝加尔湖区域上空表现为大范围的相当正压结构的暖性高压异常时,盛行的下沉运动和高空西北气流,带来了晴朗的天气和更多的地面净太阳短波辐射,有利于渤、黄海海洋热浪的形成和维持。