三种下垫面温度对比观测及结冰气象条件分析

利用湖北省恩施和金沙两地2009年冬季1、2月土壤、水泥、沥青三种不同下垫面温度和自动气象站的常规气象要素观测,研究冬季三种不同下垫面温度与气温等气象要素之间的关系,建立相应的多元回归拟合公式,并分析路面结冰的气象条件.结果表明:水泥和土壤路面温度变化幅度小于沥青路面温度,且二者变化趋势非常一致.气温是影响路面温度变化...     

陕西省高速公路路面温度特征及预报模型

利用2013年8月至2017年12月陕西高速公路交通气象站的路面温度、气温、相对湿度、风速等资料和全球大气再分析资料云量数据,分析四季不同天空状况下路面温度的分布特征,研究路面温度与气象因子的关系,建立多元回归方程。结果表明:四季路面温度有明显的日变化规律,雪后,00:00—08:00为路面结冰较易发生时段;气温是影响路面温度变化的最重要因子之一;对比路面温度实测值与预报值,回归模型对冬季路面最低温度的拟合效果较优,相关系数在0.94以上,标准差小于1,误差在±2℃的频率为98%。此外,模型对路面0℃低温预报水平较高。     

利用Logistic回归方法的高速桥（路）面结冰风险等级预警模型

为提升湖北省高速公路交通气象预报服务能力,丰富高速公路沿线桥、路面结冰预警预报产品,开展特色专业气象服务,利用武英高速凤凰关交通气象站2009—2011年3年冬季桥、路面温度观测数据,基于Logistic回归模型解析了桥、路面结冰温度条件频率随环境气温的变化规律,建立了道路结冰温度条件风险概率模型,并由此构建了武英高速桥(路)面结冰风险等级预警模型,得到以下结论。武英高速公路桥面先于路面结冰的临界环境气温存在2℃差效应,桥(路)面结冰温度条件的低、中、高风险频率对应环境气温3基点为1℃(-1℃)、-0.6℃(-2.7℃)、-2.2℃(-4.4℃)。环境气温降低到0.3~-1.6℃(-1.7~-3.8℃)是武英高速桥(路)面结冰频率变化的快增期,-0.6℃(-2.7℃)左右是桥(路)面结冰频率变化最敏感基点。研究以等级形式发布武英高速公路桥、路面结冰风险预警产品,用户可根据条件主动选择防范或规避风险。     

北京道面温度特征分析和统计预报研究

分析了北京市道面温度在冬季和夏季不同天气状况下的日变化,利用2012—2015年的道面站温度与北京区域模式输出的气象要素之间的相关关系,以5个道面站为代表站筛选不同相关因子建立多个道面冬季最低温度和夏季最高温度的线性回归统计预测模型,并对2016—2017年冬季、夏季道面温度预测检验。结果表明:在不同天气条件下道面温度与气温变化对比明显;道面温度与气温、辐射、日照时数相关较大;夏季按天气类型建模预测准确度有所提升,在晴到多云状况下,模型预测冬季最低温度误差控制在±2℃内,夏季最高温度误差控制在±3℃左右,其他天气状况下误差增大,冬季预测模型好于夏季预测模型。     

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。     

石家庄草面温度变化特征

利用石家庄地区5个观测站2008～2010年逐日的草面温度、地面温度和气温观测数据,分析讨论了该地区草面温度平均值、极端值、日较差特征以及草面温度与地面温度、气温在不同气象条件下三者之间的变化关系.结果表明:全地区年平均草面温度呈现出北低南高的特点,西南部山区最高;年平均最高草面温度中部地区最高,年平均最低草面温度西南...     

冬季车辆热源对道面温度影响的估算

为了估算冬季车辆对道面温度的影响和提高对道面温度的模拟能力,建立了冬季车辆热源影响参数化方案,估算车辆热源对道面温度的影响,并引入CLM-road道面温度模型对北京市五元桥的道面温度进行模拟。结果表明:(1)在夜间和上下班高峰,辐射、摩擦因子对道面起明显加热作用,且存在2个加热峰值;中午时段,辐射、摩擦因子和热对流因子共同对道面起降温作用,且后者作用更明显。(2)只考虑气象要素情景下,冬季道面温度的模拟结果存在低温偏低而高温偏高的系统性误差,最低道面温度与实测值偏差较大。(3)增加了车辆热源影响后,模拟的冬季道面温度消除了系统性的误差问题,模拟效果有显著提高,在冬季道路结冰和积雪灾害预报中有一定参考价值。     

银川城市道路路面温度变化特征及统计模型

采用人工定点观测路面温度资料,分析了不同天空状况和不同材质道路的路面温度日变化特征。结果表明：路面温度具有明显的日变化特征,晴空或少云时,日出和日落时段路面温度略高于气温,中午前后路面温度变幅最大,且明显高于气温;阴雨天时,路面温度略高于气温,变化相对平缓且与气温保持较好的相关性。由于水泥和沥青不同的物理特征,沥青路面对气温的反应灵敏,水泥路面反应平缓,即水泥路面最高温度多低于沥青路面,最低温度多高于沥青路面。在此基础上应用逐步回归方法建立逐时路面温度预报模型和最高道面温度预报模型,并应用模型模拟的结果与实测路面温度作对比分析,结果表明逐时道面温度预报模型的模拟效果较好,最高道面温度预报模型误差较大,需要进一步修正和改进。     

青海省道路结冰变化时空分布特征及其影响等级划分

利用2004—2012年10月至次年4月青海省主要公路沿线自动气象站逐时气象资料,分析了青海省道路结冰的时空分布特征,讨论了道路结冰与地面和气温之间的变化关系,以及积雪深度与地面最高温度的关系。分析表明,青海省道路结冰的空间分布为从东南向西北逐渐减少,结冰时间主要集中在1—4月。由于道路结冰主要取决于气温和积雪深度变化,而地面温度与气温,积雪深度与地面最高温度之间存在显著的线性相关关系,因此分别建立了地温和积雪深度预报模型,从而对道路结冰进行预警。根据道路结冰的持续时间,将道路结冰对交通安全影响程度划分为4个气象等级,分别为极严重、严重、较重和轻度道路结冰。     

湖北省高速公路道路结冰预警模型

利用2013年以来建立的湖北省高速公路沿线的87个交通气象观测站每10分钟一次的气温及路面温度等实况资料,对各个高速路段的路面结冰频率随气温的变化规律进行了分析,发现均满足Logistic回归模型,但不同高速路段结冰对应的环境气温有差异。通过研究各个高速路段道路结冰的气温条件概率,计算得到湖北高速各个路段拐点气温,再结合路段降水情况,可以对湖北省高速公路结冰进行预警,从而为高速公路是否开展消冰措施、何时开展消冰措施提供建议。     

沿天山高速公路冰雪灾害分析及其对交通安全的影响

利用2002年12月-2006年12月沿天山高速公路因恶劣天气导致交通管制统计记录,结合相应时间段高速公路沿线气象资料,对比分析了高速公路冰雪灾害对交通安全的影响,结果表明：高速公路冰雪灾害的危害程度依次是道路结冰、风吹雪、强降雪。路面结冰主要影响路段在吐乌大高速公路、乌奎高速公路和乌鲁木齐机场高速公路;风吹雪集中出现在达坂城到乌鲁木齐一线;除了吐乌大高速达坂城到吐鲁番段没有因强降雪影响交通的记录外,沿天山其它各段均有发生。归纳了高速公路冰雪灾害气象要素预报指标,建立了预报模型,制定出冰雪灾害的气象指数等级、安全行车预防措施,为交通运输气象服务提供具体可操作的预报产品。     

冬季扬溧高速路桥面的低温差异性特征研究

利用江苏扬溧高速公路润扬大桥段2012—2015年交通气象监测站逐分钟监测资料和同期邻近气象观测站逐时气象观测资料,开展了冬季路桥面温度的差异性特征及成因分析研究,结果表明:(1)冬季相同天气条件下,不同类型下垫面的夜间温度分布表现为“桥面温度＜路面温度＜地面温度”;同一路段上,桥面与相邻路面的温度差值最大可达-5.7 ℃,出现最大差值的时间比达到最低温度的时间早近1 h。(2)冬季不同天气条件下夜间路桥面温度变化规律相似,晴天变幅最大、阴天和雨天居中、雪天最小;桥面温度一般比路面温度提前2 h降至0 ℃以下,桥面维持低温时间比路面长3 h,低温维持阶段桥面温度低于路面温度约2 ℃。(3)冬季夜间雪天桥面平均降温速率最小,较其他三类天气条件下小一个量级;同一天气条件下桥面的平均降温速率明显高于路面。(4)冬季夜间晴天条件下,桥面热通量最大(-55.6 W/m2),阴天和雨天次之,雪天最小(约为晴天的1/2);四种天气条件下夜间桥面与路面的热通量差值都近似为-10 W/m2,桥面热通量的变幅更大;与桥面相比,夜间路面还受到路基的热补偿作用,这种作用强于空气对路面的潜热输送和流体运动热交换,所以桥面温度低于路面温度。这也是冬季夜间桥面更容易、更早出现结冰现象的根本原因。      

北京城市化对一次降雪过程影响的数值模拟研究

利用中尺度数值预报（Weather Research and Forecast,WRF）模式,针对2018年3月17日05—17时（北京时）北京地区的一次降雪过程模拟分析了城市化对降雪的主要影响机制。结果表明,城市化使得北京五环以内降雪量减少,降雨量增加,这主要是由于城市化低层增温效应加强了雪的融化过程,产生混合型降水,距离市中心越近越容易发生混合型降水。城市化对降雪的总降水量和降水的时、空分布也存在一定的影响。降水初期,城市化造成的“城市干热岛”效应不利于水汽的水平和垂直输送,不利于云的形成,地面总降水量减小。随着降水过程的发展,部分冰相粒子融化,使近地面水汽增多,“城市热岛效应”的热力抬升作用有利于水汽的垂直输送和云的发展,部分云滴或水汽抬升进入云中,增强冷云过程,使雪和霰粒子含量增大,地面总降水量增加。城市化产生的“城市效应”对低层大气温度和云微物理过程产生影响,而云微物理过程的非绝热过程反过来又影响低层大气温度和大气层结,影响能量和水汽输送,进而对云和地面降水产生影响。      

1981-2010年青藏高原降雪日数时空变化特征

利用青藏高原气象站降雪日数观测资料,分析1981-2010年青藏高原降雪日数的时空变化特点和主要影响因素。结果表明:降雪日数总体上呈青藏高原中东部高寒地区、喜马拉雅山脉南麓和祁连山脉流域降雪日数多,南部河谷和北部湖盆区降雪日数少的空间分布格局;春季降雪日数占全年的45%,其次是冬季（28%）和秋季（22%）,夏季最少（5%）;30年内青藏高原平均年降雪日数呈明显减少趋势,降幅达10.5 d/（10 a）,其中,春季降幅最大（4.8 d/（10 a））,夏季最小（1.2 d/（10 a））;年降雪日数在1997年发生了由多到少的气候突变;降雪日数年内分布呈双峰型,峰值出现在冬夏大气环流的转换季节,青藏高原大气环流的转换期与上升运动相联系的低值天气系统和高空温湿条件均有利于降雪出现;青藏高原降雪日数的明显减少与气温的显著上升呈线性关系。     

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。     

基于INCA和METRo的江苏省路面高温精细化预报

使用INCA（Integrated Nowcasting through Comprehensive Analysis）多源资料融合分析和短临外推预报系统的预报结果作为气象强迫场,驱动一路面温度理论预报模型（Model of the Environment and Temperature of Roads,METRo）,开展江苏省高速公路夏季路面高温预报试验,并使用公路沿线逐小时的路面温度观测资料对预报结果进行检验。结果表明:该预报方法能够较好地预报出高速公路沿线日最高路面温度的逐日变化趋势,以及日最高路面温度的大范围空间分布特征。平均日最高路面温度预报绝对偏差为4.1℃,平均相对偏差为10.8%。其中,日最高路面温度预报绝对偏差在5℃以内的站次占总数的64.5%,相对偏差在15%以内的站次占总数的74.6%,比常规业务预报方法分别提高了23.1%和25.3%。但该预报方法对较小的温度波动以及局地性较强的极端温度分布特征的预报技巧还需进一步提高。     

河套地区一次寒潮强降雪过程环流形势及物理成因分析

运用常规气象观测资料,对2007年12月25—29日发生在河套地区的1次寒潮、强降雪天气过程进行诊断分析。结果表明:高空横槽转竖,直接促使寒潮爆发;500hPa冷中心强度达-44℃、地面冷高压中心强度达到1060.0hPa是寒潮爆发的必要条件;高空切变线与地面倒槽是此次降雪的主要影响系统;西南气流形成的水汽通道,为此次降雪提供了较好的水汽条件。     

北京高速公路大气能见度演变特征及其物理分析

根据首都国际机场高速公路专业气象自动监测站网所提供的高时间分辨率资料, 对大气能见度演变特征以及相应的物理因子进行分析。结论如下: (1) 大气能见度具有明显的日变化和逐月变化特征。就日变化而言, 能见度以14时最大, 但最低值出现时段却不一定。对于季节变化, 全年以夏季大气能见度状况最好。 (2) 无论是季节变化还是日变化, 高速公路上的大气能见度与气象要素之间都是复杂的非线性关系, 而不是简单的线性关系。通过对21个月中能见度最低月资料的分析表明, 大气能见度与湿度间呈明显的乘幂分布关系, 其与气温呈U型相关。但在月平均能见度最大月, 能见度则与湿度呈指数关系。 (3) 从物理上来看, 大气能见度与湿度的关系, 主要是通过水汽分子的Rayleigh散射和雾的Mie散射两个方面来表现; 风速则是由于压力阻力卷起大气气溶胶来影响大气能见度的; 而0℃附近温度影响大气能见度则主要是通过Bergeron三相过程。 (4) 200 m以下的低能见度基本上是湿度在100%的情况下发生的, 即都是大雾天气影响的直接结果, 但对200 m以上的低能见度则不同, 200～1000 m其间有一半是雾, 而1～4 km的能见度中不到三分之一是雾, 主要是由灰霾、 沙尘暴等天气现象造成。     

冬季高速公路路桥温度变化规律及能量平衡分析

利用2009年10月-2010年3月湖北省武英高速凤凰关水库自动气象站逐时路、桥面温度和常规气象资料,分析了冬季典型天空状况（晴空、阴天）和天气过程（雾、降雨、降雪）中气温、路面温度和桥面温度的变化规律。结果表明,夜间桥面温度与气温接近,比路面温度低2℃,桥面0℃以下的低温维持时间为路面维持时间的2倍左右。利用下垫面能量平衡模型,分别计算冬季夜间晴空和阴天时路、桥面辐射能量收支变化情况,分析了夜间路面和桥面温度变化差异的原因,并对桥面比路面更易结冰的现象给出了理论解释。