2005年12月上旬山东半岛暴雪的观测与数值模拟研究

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的FNL(Final Analyses)资料、红外卫星图像、中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectrometer)图像以及位于烟台的Doppler雷达图像,对2005年12月3日～8日发生在山东半岛的暴雪进行了观测和数值模赔分析.天气形势分析表明:高空冷涡从西北方向持续不断地向山东半岛输送冷空气.此次暴雪过程中,渤海海水温度异常偏高,平均海温在11 ℃左右,远高于气候平均值8.2 ℃,表明渤海对过境冷空气的增温增湿作用是此次暴雪形成的重要原因,山东半岛的复杂地形对降雪带分布也有重要影响.降雪地点、持续时间、降雪量以及雪带方向等主要特征都被美国宾夕法尼亚州立大学和美国大气研究中心联合研制的中尺度模式(MM5)较好地模拟再现.模拟结果分析表明:此次暴雪过程属于浅对流过程,主要集中在对流层低部.     

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。     

一次渤海海效应暴雪云团的卫星观测及成因分析

利用星载激光雷达资料等多种卫星遥感数据,结合大气再分析资料等,对2008年12月4—6日发生在山东半岛北部的一次海效应暴雪云团降雪过程进行了分析。结果表明:(1)暴雪云团发生在东北冷涡西南部对流层中低层强西北冷平流、地面气压场气旋式弯曲的天气背景下。(2)受冷平流作用,对流层中下层降温明显,导致渤海低层大气不稳定度增加,海面风场辐合产生上升运动,并将大量的水汽和热量输送至低层大气,这有利于浅对流的加强,并进一步促进降雪云团的形成。(3)降雪云团虽然为浅对流云,但云系冷中心较强;云团发展旺盛时期的云内平均降雪率为0.41mm/h,且降雪率的大值区表现为强弱相间的条状分布。(4)云团的射出长波辐射通量不仅与云团温度有关,还与云内冰水含量有关,冰水含量越高,射出长波辐射通量越低;在研究云对辐射的影响时,没有降水(雪)的云系和有降水(雪)的云系应该分别考虑,降水(雪)弱的云系和降水(雪)强的云系也应该分别考虑。     

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.     

基于卫星识别的渤海海效应事件基本特征分析

针对渤海区域冬季较为常见的海效应事件,利用2000——2012年的GMS5、GOES9和MTSAT等卫星遥感数据及NCEP FNL再分析数据、海面温度SST、地面降水观测数据等资料,系统研究了渤海海效应事件的季节变化和日变化特征。研究结果表明:渤海海效应事件一般持续时间不长,但在11月——次年1月,有持续时间较长的个例,这段时间也是发生次数最多的时期;海效应事件的发生有较明显的日变化特征,清晨和上午出现的频次明显大于下午和前半夜,且不同季节也不尽相同;海效应事件中有约一半会造成山东半岛降水,其中在冬半年主要造成降雪,但个别情况下也有可能形成降雨;另外,造成海效应事件的天气学环境指标也具有很强的季节变化特征,其中850 hPa温度、海面温度、地面2 m温度和比湿均有较明显的月变化,而风速、海面和850 hPa温差则相对稳定,季节变化不大。这些研究结果将进一步加深对渤海海效应事件的认识,为预报思路凝练和研究的开展提供参考和借鉴。     

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。     

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。     

青岛地区一次晚秋局地大暴雨的天气分析

利用常规、非常规天气观测资料及MM5数值模拟资料等对2004年11月9～10日山东青岛地区局地大暴雨过程进行了分析,结果表明:(1) 此次暴雨是冷锋前暖区的强降水;(2) 此次暴雨局地性强、突发性强、持续时间短;(3) 西太平洋的水汽是这次暴雨的主要水汽源;(4) 这次强降水发生时大气层结不稳定并不明显,对流层中低层存在对流不稳定,与山东夏季暴雨大气层结强烈不稳定有显著差异;(5) 低层辐合、高层辐散和较强的垂直上升运动是这次暴雨出现的有利动力条件,强降水期间并不必需对流层低层出现辐合;(6) 中低层位涡中心对预报具有很好的指示意义;(7) 青岛特殊的地形和这次降水关系密切.     

渤海海效应暴雪微物理过程的数值模拟

采用RAMS4.4中尺度数值模拟结果,分析了2008年12月4～6日1次渤海海效应暴雪的微物理过程。结果表明:(1)在降雪初期,云中水物质包含云水、雨水、霰、冰晶和雪晶,及地水物质为雨水和霰。随着温度的降低,中后期仅存冰晶和雪晶,产生降雪。由于整个过程以降雪为主,降雨时间短暂,通常忽略降雨,称为降雪过程。(2)本次海效应暴雪的微物理过程表现在两方面:一是"播撒-反馈"机制,二是合适的冰相过程。这两种过程均有利于降雪增幅。(3)西风槽前产生的环境云和冷空气流经渤海暖海面时形成的海效应云之间在合并时发生"播撒-反馈"作用,前者是中云,后者是低云,前者从上层播撒冰晶和雪晶到下层,使得降雪增强。(4)微物理过程另一个有利因素是环境温度,本次强冷空气使得降水云中的温度在-10～-15℃之间,有利于树枝状冰晶的增长,从而产生强降雪。强降雪发生在强上升运动、高相对湿度和适宜的温度的叠置区域。     

台风Mindulle变性再发展的特征及机理研究

对于2004年台风Mindulle登陆入海再发展进行研究分析。通过演变特征的分析,发现在台风北移时,冷空气入侵台风低层,台风经历一个变性再发展的过程,台风在高层一直保持暖心结构,并且在台风的西侧形成一个冷锋面结构,而在北侧为一个暖性锋面结构,使得暖空气被迫抬升,冷空气也逐渐包围了台风。冷平流与来自暖海面的暖平流交汇使得暖湿的海面对流加剧。同时高空急流入口处辐散区与台风低压的重合和西风槽的东移,对台风的维持和再发展起到了重要的作用。     

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。     

地形对山东半岛冬季冷流暴雪影响的一次数值模拟研究

利用MM5数值模式对山东半岛北部2005年12月3～4日暴雪天气进行模拟试验,研究了山脉地形和渤海对半岛北部冷流暴雪的影响,实验表明半岛北部的山脉地形对冷流暴雪的落区和强度影响较大,有山脉地形时降雪强度增大,降雪中心略北移,无渤海时没有明显降雪;同时,保留地形时的上升运动、低层风场辐合和正涡度区都要比无地形和渤海时大得多.     

黄、渤海与山东半岛地方性降水天气

分析了山东半岛几种地方性降水天气的基本特征及其成因，阐明黄、渤海是山东半岛地方性降水天气的主要影响因素。其作用主要体现在热力和水汽两个方面，以及由热力条件所引发的中小尺度辐合系统。     

Severe winter weather as a response to the lowest Arctic sea-ice anomalies

Possible impact of reduced Arctic sea-ice on winter severe weather in China is investigated regarding the snowstorm over southern China in January 2008. The sea-ice conditions in the summer （July-September） and fall （September-November） of 2007 show that the sea-ice is the lowest that year. During the summer and fall of 2007, sea ice displayed a significant decrease in the East Siberian, the northern Chukchi Sea, the western Beaufort Sea, the Barents Sea, and the Kara Sea. A ECHAM5.4 atmospheric general circula- tion model is forced with realistic sea-ice conditions and strong thermal responses with warmer surface air temperature and higher-than-normal heat flux associated with the sea-ice anomalies are found. The model shows remote atmospheric responses over East Asia in January 2008, which result in severe snowstorm over southern China. Strong water-vapor transported from the Bay of Bengal and from the Pacific Ocean related to Arctic sea-ice anomalies in the fall （instead of summer） of 2007 is considered as one of the main causes of the snowstorm formation.     

台风“利奇马”对渤海风暴潮影响研究

利用实测资料对比和FVCOM数值模拟等方法,研究了"利奇马"台风风暴潮在渤海的演变规律。研究表明:渤海沿岸的风暴潮过程是由局地风"直接作用"及外部天气系统"间接影响"共同作用引起的,且它们引起的风暴潮时空分布明显不同。在"利奇马"台风风暴潮中,"直接作用"引起的风暴增水在渤海湾和莱州湾沿岸分别约占总风暴增水的2/3和1/2。     

利用环境一号卫星热红外影像反演渤海海表温度

针对环境卫星热红外遥感影像,结合美国环境预报中心(NCEP)再分析数据,运用覃志豪单窗算法(MW),修订了该算法的主要参数计算公式,建立了反演海洋表面温度的流程.利用2009年10月4日渤海上空的热红外遥感影像进行反演试验,同时对比反演结果和美国中等分辨率成像光谱仪(MODIS)的海表温度产品(MOD28)之间的差异....     

基于20年卫星遥感资料的黄海、渤海海雾分布季节特征分析

目前对海上雾分布的认识多基于沿岸测站和海上船舶、浮标观测,但这些数据非常稀少,且存在代表性和数据质量方面的问题,因此一直缺乏对海雾分布更全面、清晰的了解。卫星遥感数据空间均一、覆盖范围广、质量一致,具有对无云条件下大范围、离岸海雾监测的优势。本文通过分析算法检测出的1989-2008年黄渤海海雾及云的频数、分布百分率信息,得到了黄渤海海雾季节变化的较全面特征。除印证其他资料或研究的结论外,还发现:(1)黄海海雾频数随季节变化的幅度较渤海明显;(2)黄海、渤海海域存在冬季海雾多发时段;(3)海雾生消过程中有覆盖区变化的东传特征;(4)春夏雾季中存在黄海中部和西朝鲜湾两处海雾多发区,其中西朝鲜湾也是全年海雾最多的海域。另外,在样本充足的情况下,通过对检测出的低云、中高云覆盖百分率和海雾频数的分析统计,还能估算出黄海、渤海部分季节20年海雾发生的平均概率。     

威海市"2005.12"连续暴雪特性初步分析

受北方冷气团等因素的影响,2005年12月3～21日,威海市遭遇了百年不遇的持续性特大暴风雪天气,降雪量及持续降雪历时都为威海地区有水文资料以来的之首。雪灾所造成的损失也是空前的。本文就这次暴雪的特性、成因及与历史上所发生的持续暴雪情况,作进一步的分析探讨,为今后迎战大暴雪、防灾减灾提供及时的理论数据打好基础。