不同积雪深度下地面温度与雪面温度的相关

基于新疆昌吉州5个国家气象站2008—2010年积雪深度大于等于0 cm的实测地面温度与雪面温度,对0 cm地面温度（含最高、最低）、雪面温度（含最高、最低）及云量、日照时数、雪深进行统计分析,找出不同积雪深度下地面温度与雪面温度的关系,并以阜康市天池气象站2011年所有积雪日数据对关系模型作检验。结果显示：地面温度与雪面温度的关系有3个雪深分层：5 cm以下、6~40 cm和40 cm以上,积雪深度为0~5 cm时,地面温度与雪面温度差值很小,受雪深及天气条件影响明显,雪深6~40 cm,主要受雪深影响,雪深超过40 cm,地面温度趋于定值。     

青海湟源地区草面温度变化特征分析

利用湟源县气象站2014年1月—2016年12月草面温度观测资料,运用气候统计诊断方法对湟源地区草面温度的变化特征、草面温度与气温、地面温度的关系等进行了分析,结果表明:草面温度呈一高一低的日变化特征,草面温度日最低出现在6时,14、15时达到日最高值,说明太阳辐射是影响草面温度日变化的主要因素。月平均最低值出现在1月,为-7.8℃,月平均最高值为18.5℃,出现在7月。最大变温出现在11月和3月,其主要原因是由于11月至次年3月冷空气活动频繁;季节变化表现为夏季春季秋季冬季的气候特征。湟源地区草面温度与气温、地面温度呈极显著的正相关关系,通过了0.01的显著性检验水平。各层积雪深度下草面温度与气温、地温均呈正相关,差值的大小与天空状况有关,说明天空状况的变化,也是造成两者差值大小的原因之一。当地面被积雪覆盖时,各层均表现为地面温度草面温度气温的特征,且积雪深度越厚,草面温度、气温和地面温度越高。     

青藏高原沱沱河地区动态融雪过程及其与气温关系分析

受自然条件和观测数据的限制,对青藏高原腹地高时间频次积雪融雪动态过程的认识与研究仍不足,利用高原中部沱沱河地区野外观测试验场2013/2014年冬半年积雪深度和气温数据,对发生在11月期间的积雪动态融雪过程及其与气温的关系进行了分析。结果表明,高原中部地区融雪过程表现为先缓后急的总体特征,融雪在雪深较小的后期迅速加快。雪深变化与气温存在紧密联系,融雪过程发生之前3 h之内的气温都显著影响雪深变化,雪深变化与超前30 min及同步气温相关最为显著,线性相关系数分别达到-0.3600和-0.3589,通过了0.01显著性水平检验。考虑温度的滞后效应,沱沱河地区雪深下降在温度-13℃时就可发生,-4~-2℃是主要消融温度区间,这个温度明显低于中国其他山区积雪消融的临界温度。融雪过程主要发生在12:00-18:00期间,且存在12:00-13:30与16:30-18:00两个快速下降时段,值得注意的是,热量状况最好的14:00-16:00雪深下降并不显著。融雪期日照时数与雪深的相关系数为-0.845,融雪前期气温对雪深影响大于日照时数对雪深的影响,融雪后期日照时数对雪深影响大于气温对雪深的影响,均通过0.01显著性检验水平。融雪过程与热量条件及日照时数间的复杂关系表明,青藏高原腹地积雪的消融与日照时数、雪的形态、消融程度、升华过程等均有一定联系。     

连云港地区草温、地温和气温变化特征分析

利用连云港赣榆区气象观测站2014年逐时的草面温度、0 cm地面温度和气温观测数据,分析讨论了该地区三要素的月平均值、月极端最高、最低值特征以及草面温度与0 cm地面温度、气温在不同气象条件下三者之间的相互关系。结果表明:从全年变化来看,逐月平均值0 cm地温草温气温;逐月极端最高值0 cm地温草温气温;逐月极端最低值草温0 cm地温气温。在晴天和阴天多云状况下草温与0 cm地温、气温呈明显的正相关,阴天较晴天变化幅度小;阴雨天气时白天草温与气温明显下降,而0 cm地面温度降幅平缓且温度较高;有降雪时0 cm地面温度高于草温和气温,且变化较为平缓。用草温比用0 cm地温和气温能更好地判定霜的出现。     

基于加密观测的一次极端雨雪过程积雪特征分析

利用降水现象仪、地面自动站、人工加密积雪深度逐时观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对山东2020年1月5-7日罕见雨雪过程的积雪特征及温度影响机制进行了分析。结果表明:(1)降水量突破同期历史极值导致此次雨雪过程成为极端天气事件,地面影响系统为江淮气旋,冷平流较弱,积雪深度是预报难点。(2)整个过程全省各站的平均降雪含水比为0.46 cm·mm~(-1),低于过去20年间的江淮气旋暴雪过程。(3)积雪深度与高空温度、相对湿度和垂直速度的配置有关,在最大上升运动与90%以上相对湿度的叠置层次内,如果环境温度有利于树枝状冰晶增长则积雪深度和降雪含水比大,而环境温度适合空心柱状冰晶增长的则积雪深度小;云下温度高于0℃使得积雪深度减小。(4)积雪深度与近地面温度的关系表现为:气温低于0.5℃可形成有量积雪;0 cm地温对积雪的影响表现在积雪产生之前,降至0.4℃以下可形成有量积雪;雪面温度在产生积雪前后的2 h内维持在0℃左右,其他时段变化与气温类似。(5)降雪含水比基本上随着气温的升高而减小,在0.5 cm·mm~(-1)以上时一般降雪期间气温低于0.4℃。该个例揭示了积雪深度和降雪含水比的预报需要综合考虑高低空气象条件。     

一次江淮气旋暴雪的积雪特征及气象影响因子分析

利用自动站、人工加密观测及常规观测资料,通过对2017年2月21—22日一次江淮气旋暴雪过程积雪特征的分析,揭示了近地面气象要素对积雪深度的复杂影响。结果表明:(1)江淮气旋系统特有的空间结构导致山东南、北地区的降雪量和积雪深度不均衡分布。(2)积雪深度具有时效性,在降雪结束时达到峰值,因温度的变化导致峰值不一定维持到次日08时。(3)积雪深度是近地面多气象要素共同作用的结果,降水相态、降雪量、降雪强度、气温、地温和风速均有影响。主要表现为:雨夹雪在转为纯雪之前可产生不超过1 cm的积雪,如果不转雪则不会产生有量积雪;各地降雪含水比差异较大,全省平均为0. 5 cm·mm~(-1),低于全国平均值;在降雪不融化的情况下,降雪量、降雪强度越大则积雪越深,降雪强度大是气温和地温都高于0℃时产生积雪的必要条件;地温和气温越低对积雪形成越有利,积雪开始产生时的地温最高阈值多在0℃左右,地温先突降后缓升是积雪产生前后的共性特征,积雪产生后1～2 h内地温略有上升并逐渐趋于稳定;积雪产生时气温一般低于0℃,气温高于0℃时大部分降雪融化;有利于产生积雪的平均风力多不超过2级,极大风则在3～4级以下。     

临汾市草面温度变化特征及影响因子分析

利用临汾市2007年-2011年2月的草面温度和相应的地面温度、气温、总低云量、降水、日照、风速等资料,采用数理统计、相关分析、一元线性回归分析等方法,对草面温度的日、月、季、年变化特征及其与各气象要素的关系进行分析。结果表明：①草面温度呈逐年上升趋势。月平均草面温度的最高值出现在7月,最低值出现在1月,年较差为33．7℃。②草面温度日变化呈现“降一升一降”的变化趋势。日平均草面温度最高值在春、夏、秋三季一般出现在13时,在冬季出现在14时,最低值在春秋季一般出现在6时,夏季出现在5时,冬季出现在7时。③草面温度与气温、地温均呈现明显的线性正相关。草面温度高于气温,草面温度的极端值振幅比气温的偏大;地面温度高于草面温度。④引起草面温度变化的气象因素较多,主要是低云量和总云量,其次是降水、日照和风速。     

北疆积雪参数特征分析

采用2009年和2010年2月中旬雪深、分层积雪密度、含水率和温度野外调查数据,分析了北疆地区积雪参数属性特征,雪深-温度和密度-含水率关系。①雪深达10cm,雪土界面温度比积雪表面高3℃左右,超过10cm,偏高6～10℃;雪土界面温度与积雪深度高度线性相关,积雪越深,保温作用越显著;②2010年1月以来,北疆地区多降雪天气,2月积雪深度比2009年同期雪深明显增加;③2010年2月,北疆地区积雪密度均值总体范围0.15～0.272 g/cm3比2009年同期积雪密度0.087～0.225 g/cm3偏大;④在一定体积含水率间隔范围,积雪密度和体积含水率间线性相关。     

近55年久治县0cm地温变化特征及成因分析

利用1963—2017年久治县气象局0cm地面温度和相关气象资料,采用气候倾向率、M—K检验法和相关分析法,分析了近55年来久治地区0cm地面温度的变化趋势以及与气温、日照时数、降水量、总云量和低云量的相关关系。结果表明:55年来久治地区的地面温度以0.626℃/10a的速率增温,四季地温也呈上升趋势,其中冬季升温极为显著,秋季次之;月变化同年、季变化一致,均呈升温趋势,2月增温最快,5月增温最慢;地面平均最高温度以-2.898℃/10a的速率降温,四季中也呈降温趋势,春季降温最明显,秋季降温最弱,月变化同年、季变化趋势一致也呈降低趋势,9月降温最快,8月降温最慢;地面平均最低温度以2.885℃/10a的速率上升,四季和月变化同年变化一致,冬季升温明显,3月升温最快,8月升温最慢。地气温差在年、四季和月中的变化一致,都呈上升趋势,冬季和3月增加明显。通过M—K检验发现,地面温度于1998年发生了突变,地面平均最高温度于1973年发生由高到低的突变,地面平均最低温度于1994年发生突变,地气温差于2003年发生突变。相关分析发现气温和低云量是影响地面温度升高的主要因子,日照时数、降水量、与地面温度呈负相关关系,总云量与地面温度呈弱的正相关。     

和林格尔县地温变化与气温的关系

利用和林县气象局1960—2008年气温、40、80cm地温月平均数据,降水、日照、积雪月总量数据,对地温与气温的变化关系及其影响因子进行了分析。结果表明,40cm地温与气温有相同的变化趋势,其突变点与气温变化的突变点相同,均为1987年。40cm地温在夏季略受降水的影响,而冬季受积雪的影响较明显。其终年与日照时数相关较弱,说明地-气辐射过程平衡的速度较快,会很快消除掉其他气象因子带来的地温与气温之间差异的阶变。40cm与80cm地温变化的一致度很高,表明80cm很少得到来自地壳内部热量,80cm地温变化的两个异常点分别位于1988年和1990年,处于1987年附近但落后于1987年,说明气候突变会影响到80cm地温变化,但影响滞后。     

Impact of rain snow threshold temperature on snow depth simulation in land surface and regional atmospheric models

This study investigates the impact of rain snow threshold (RST) temperatures on snow depth simulation using the Community Land Model (CLM) and the Weather Research and Forecasting model (WRF-coupled with the CLM and hereafter referred to as WRF CLM), and the difference in impacts. Simulations were performed from 17 December 1994 to 30 May 1995 in the French Alps. Results showed that both the CLM and the WRF CLM were able to represent a fair simulation of snow depth with actual terrain height and 2.5℃ RST temperature. When six RST methods were applied to the simulation using WRF CLM, the simulated snow depth was the closest to observations using 2.5℃ RST temperature, followed by that with Pipes’, USACE, Kienzle’s, Dai’s, and 0℃ RST temperature methods. In the case of using CLM, simulated snow depth was the closest to the observation with Dai’s method, followed by with USACE, Pipes’, 2.5℃ RST temperature, Kienzle’s, and 0℃ RST temperature method. The snow depth simulation using the WRF CLM was comparatively sensitive to changes in RST temperatures, because the RST temperature was not only the factor to partition snow and rainfall. In addition, the simulated snow related to RST temperature could induce a significant feedback by influencing the meteorological variables forcing the land surface model in WRF CLM. In comparison, the above variables did not change with changes in RST in CLM. Impacts of RST temperatures on snow depth simulation could also be influenced by the patterns of temperature and precipitation, spatial resolution, and input terrain heights.     

青藏高原雪灾变化对热带海洋海温异常响应的数值模拟

采用青藏高原72个气象台站日积雪观测资料及 Hadley 中心海温月平均资料,在分析高原雪灾频数与海温异常关系的基础上,利用ECHAM5 模式进行雪灾变化对热带海洋关键海域 SSTA响应的敏感性试验。结果表明：（1）1978-2014年青藏高原冬半年雪灾频数总体呈减少趋势,减幅为3.4次/（10 a）,尤以1998年后极为显著。雪灾空间上表现出自北向南递增的分布形式,高值区主要集中在喜马拉雅山脉北坡及嘉黎地区,而柴达木盆地及青海东部农业区为雪灾发生低值区。（2）雪灾频数变化与赤道中东太平洋、热带印度洋海温异常相关显著,敏感性试验表明,在 El Niño模态强迫下,东亚大槽偏弱,新地岛及乌拉尔山地区形成阻塞高压,偏北气流引导冷空气从西伯利亚通道南下,在高原堆积,阿拉伯海暖湿气流经伊朗高原输送至青藏高原;而在印度洋偶极子型海温模态强迫下,中纬欧亚大陆显示正异常,形成高压,同纬度西北太平洋强的负异常,使西伯利亚冷空气与西北太平洋南下湿润气流在南海转为偏南风进入高原,北印度洋异常气旋使部分南海-孟加拉湾暖湿气流进入高原,为高原降雪提供了水汽条件。     

我国南方两次低温雨雪事件天气成因对比分析

2018年和2021年末我国南方分别发生了一次大范围的低温雨雪天气,对生活、生产造成了严重影响,因此对比分析这两次低温雨雪天气成因具有重要意义。结果表明：两次过程期间,对流层中层中高纬阻塞流场显著,阻高位于贝加尔湖西侧,脊前偏北气流在下游横槽后部堆积,使得西伯利亚高压强度增强。东传的Rossby波在阻高区域发生能量频散,利于阻高减弱、崩溃,横槽转竖引导槽后冷空气南下,导致地面强烈降温,同时在西伯利亚高压东侧和南侧,低频风温度平流是造成强降温的主要原因。低纬南支槽活跃,向北的暖湿空气与中高纬南下的冷空气汇合,造成我国南方大范围的低温雨雪、冻雨天气。与2018年过程相比,2021年过程持续时间较短,降水范围小,关键区降温幅度更大,是因为2021年过程期间Rossby波能量频散更快,阻高维持时间较短,冷空气从中高纬地区直接南下侵袭我国,而2018年冷空气在贝加尔湖附近发生堆积、西折,向南渗透时势力减弱。     

一次雨夹雪转暴雪天气过程的微物理模拟研究

利用非静力平衡中尺度数值模式MM5,在四重嵌套网格区域内采用Reisner霰方案,对2009年2月12—13日辽宁雨夹雪转暴雪天气过程进行数值模拟,并对云内微物理过程特别是对雨水、雪和霰的源项进行分析。结果表明：雨水与雪碰并和雨水与云水碰并是产生雨水的主要微物理过程,并且雨水的增长主要分布在700hPa以下。300hPa—200hPa之间雪的凝华增长、冰晶向雪的自动转化和900hPa以下雨水与雪碰并成雪是雪增长主要的物理过程。冰晶向雪的自动转化对降雪的增长和长时间维持起到了重要作用。列出了此次天气过程降水云系的三层云结构及微物理过程模型。     

Evaluation of Snow Depth and Snow Cover Fraction Simulated by Two Versions of the Flexible Global Ocean–Atmosphere–Land System Model简

Based on historical runs,one of the core experiments of the fifth phase of the Coupled Model Intercomparison Project （CMIP5）,the snow depth （SD） and snow cover fraction （SCF） simulated by two versions of the Flexible Global OceanAtmosphere-Land System （FGOALS） model,Grid-point Version 2 （g2） and Spectral Version 2 （s2）,were validated against observational data.The results revealed that the spatial pattern of SD and SCF over the Northern Hemisphere （NH） are simulated well by both models,except over the Tibetan Plateau,with the average spatial correlation coefficient over all months being around 0.7 and 0.8 for SD and SCF,respectively.Although the onset of snow accumulation is captured wellby the two models in terms of the annual cycle of SD and SCF,g2 overestimates SD/SCF over most mid-and high-latitude areas of the NH.Analysis showed that g2 produces lower temperatures than s2 because it considers the indirect effects of aerosols in its atmospheric component,which is the primary driver for the SD/SCF difference between the two models.In addition,both models simulate the significant decreasing trend of SCF well over （30°-70°N） in winter during the period 1971-94.However,as g2 has a weak response to an increase in the concentration of CO2 and lower climate sensitivity,it presents weaker interannual variation compared to s2.     

基于RBF网络的新疆特重雪灾区最大积雪深度预测研究

新疆是我国积雪资源最丰富的区域之一,也是雪灾多发区之一,预测最大积雪深度,可以为雪灾的预警与防范提供参考和依据。本研究基于建立的雪灾灾损指数,确定了新疆特重雪灾区域;进一步聚焦特重雪灾区的8个县（市）,包括阿勒泰市、福海县、青河县、塔城市、托里县、沙湾市、尼勒克县和伊宁县,分别建立县域RBF网络模型,预测2021—2050年年最大积雪深度,结果表明：该模型可用于新疆特重雪灾区最大积雪深度预测,但预测精度仍有待提升;塔城市、尼勒克县将于2025—2029年连续出现最大积雪深度偏高事件,2039年青河县将出现最大积雪深度的极大值,因此应关注可能发生雪灾的年份与县(市),积极做好雪灾的防御工作。     

基于RBF网络的新疆特重雪灾区最大积雪深度预测研究

新疆是我国积雪资源最丰富的区域之一,也是雪灾多发区之一,预测最大积雪深度,可以为雪灾的预警与防范提供参考和依据。本研究基于建立的雪灾灾损指数,确定了新疆特重雪灾区域;进一步聚焦特重雪灾区的8个县（市）,包括阿勒泰市、福海县、青河县、塔城市、托里县、沙湾市、尼勒克县和伊宁县,分别建立县域RBF网络模型,预测2021—2050年年最大积雪深度,结果表明：该模型可用于新疆特重雪灾区最大积雪深度预测,但预测精度仍有待提升;塔城市、尼勒克县将于2025—2029年连续出现最大积雪深度偏高事件,2039年青河县将出现最大积雪深度的极大值,因此应关注可能发生雪灾的年份与县(市),积极做好雪灾的防御工作。     

积雪分布及其对中国气候影响的研究进展

对北半球不同地区的积雪分布状况、积雪异常影响中国气候的事实以及影响机理等问题的研究成果进行了较系统的回顾与总结。青藏高原、蒙古高原、欧洲阿尔卑斯山脉及北美中西部是北半球积雪分布的关键区,其中青藏高原是北半球积雪异常变化最强烈的区域。中国积雪分布范围广泛,其中新疆、东北和青藏高原是3个大值区。总体来看,北半球积雪有减少的趋势,而中国积雪却有弱的增加趋势。冬、春季高原积雪与欧亚积雪对中国夏季降水的影响是相反的。积雪影响中国气候的机理解释为：冬季积雪反照率效应起主要作用,春夏季积雪水文效应起主要作用。积雪被视为中国短期气候预测的一个重要物理因子,继续加强该领域的研究对于提高中国短期气候预测的准确率将有重要意义。     

An empirical formula to compute snow cover fraction in GCMs

There exists great uncertainty in parameterizing snow cover fraction in most general circulation models (GCMs) using various empirical formulae, which has great influence on the performance of GCMs. This work reviews the commonly used relationships between region-averaged snow depth (or snow water equivalent) and snow cover extent (or fraction) and suggests a new empirical formula to compute snow cover fraction, which only depends on the domain-averaged snow depth, for GCMs with different horizontal resolution. The new empirical formula is deduced based on the 10-yr (1978-1987) 0.5°× 0.5° weekly snow depth data of the scanning multichannel microwave radiometer (SMMR) driven from the Nimbus-7 Satellite. Its validation to estimate snow cover for various GCM resolutions was tested using the climatology of NOAA satellite-observed snow cover.     

2008年初持续雨雪灾害过程分析

利用地面实况资料与长沙单站探空等观测资料,对2008年1月中下旬至2月上旬初发生在湖南的低温、雨雪、冻雨灾害天气过程的影响实况和成因进行了分析.结果表明:中高纬阻高的建立、崩溃、重建导致其前部的鄂霍茨克海低涡不断引导冷空气南下,是产生低温、雨雪、冻雨的大气环流背景;南支锋区上强盛的西南气流带来了充沛的水汽,与北支锋区上南下的冷空气结合时,出现了持续的冻雨,当冻雨形成后逆温的强弱、融化层厚度及暖层温度高低、冷却层厚度、700 hPa西南气流强弱、日平均气温与日雨量的变化都与冻雨厚度变化密切相关;当高空南支有低槽分裂东移,中低层西南大风核上强烈的水汽辐合与阻高崩溃横槽转竖带来的冷空气共同作用影响时,为南方大范围暴雪过程提供了动力、水汽和凝结条件.