伴随对流层中低层气温持续下降的雪转雨过程分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）0.25°×0.25°分辨率细网格模式产品、探空观测资料和风廓线雷达等资料,对2014年2月18日浙江嘉兴雨雪天气过程中降水相态先由雨转雪、再由雪转雨的变化条件进行了分析,并对ECMWF细网格模式产品进行了预报性能检验,结果表明：模式形势预报准确,但未能预报出雪转雨过程。在对流层中低层气温持续降低的情况下,水汽凝结高度不同是造成两次相态转换的主要原因。上午垂直运动加强,水汽充沛,降水粒子的凝结高度高,足以形成大的雪花,在较低的零度层高度以下降落时不至于融化;下午垂直运动减弱,水汽集中在低层,尽管这一高度层的气温在-3～-2 ℃,但是不足以凝结成固态降水,同时地面气温受海上暖平流影响而回升,因此降水相态由雪转雨。     

河南省一次强雨雪相态多次转换成因分析

利用常规气象观测资料、地面自动站资料、欧洲再分析资料（ERA5 025°×025°),对2020年1月5—7日河南省强雨雪过程中雨雪相态多次转换成因进行分析。结果表明：500 hPa高空低槽、中低层切变线、西南（东南）暖湿急流与低层冷空气在强雨雪区交汇为强雨雪提供了动力、水汽条件,亦为雨雪相态转换提供了有利的温度条件。冷空气分别从东路和中路南下影响河南,导致近地层明显降温是雨转雨夹雪或雪的主要原因之一,而冷空气的强度和厚度是决定降水相态的关键因子。中层和近地面暖层厚度对降水相态至关重要。本次过程降水相态为纯雪时,冰雪层和冰水混合层厚度超过2 980 gpm,中层无暖层,近地面0 ℃线低于975 hPa;降水相态为雨夹雪时,有时无冰雪层,冰水混合层厚度超过1 400 gpm,中层有时有暖层,但整层暖层厚度在900～1 330 gpm;雨转雨夹雪发生在地面气温低于21 ℃时,雨夹雪出现在地面气温11～21 ℃时;纯雪发生在地面气温≤11 ℃时。     

江淮气旋影响下的山东降雪过程相态特征

利用常规的地面观测资料、高空探测资料、自动气象站1 h间隔观测资料、NCEP/NCAR再分析资料（1°×1°,6 h）和ERA5再分析资料（0.25°×0.25°,1 h）,针对1999—2013年山东省12例江淮气旋降雪过程,总结了降水形态类型及时空分布、相态转换等特征并讨论了降水相态“逆转”现象的物理机制。结果表明：1）江淮气旋降雪过程的降水形态种类多样,可出现雨、雪、雨夹雪、冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇,降水相态转换过程中,除了雨夹雪,冰粒也是一种过渡形态;2）冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇5种特殊降水形态最易出现在2月和3月,“雷打雪”现象亦多发于2月和3月;3）鲁东南和半岛南部地区以降雨为主,鲁西北地区多出现降雪,雷暴集中出现在鲁中的中西部和鲁南地区,尤其是鲁东南地区;4）江淮气旋降雪过程相态转换的基本形式为雨转雪,以有无明显雨雪分界线为依据,可分为“典型雨转雪”和“无明显雨雪转换”两类,二者的影响系统特点显著不同;5）范围较大的相态逆转现象易发区域在地面雨雪分界线附近,位于地面倒槽后部,走向与地面倒槽槽线走向一致。气旋生成前低层暖温度平流增强引起低层增温以及气温日变化导致的中午前后近地层浅薄增温均可引起相态逆转,上述两个因素均与地面倒槽的发展态势关系密切。     

安庆市降水相态识别判据研究

利用1999—2014年11月至翌年3月安庆站逐日地面气象观测资料和探空资料,分析了安庆站不同降水相态的时空分布特征和雨雪转换过程中影响系统的配置及转变,选取雨雪转换、降雪和冰粒(包括冻雨)3种天气现象,研究不同降水相态与特性层温度及厚度层结的关系。结果表明:1999—2014年安庆市固态降水集中出现在11月至翌年3月;有降水相态转换的过程中,将850hPa及以下各层温度与地面温度结合对降水相态转变的识别具有更好的效果,当T_(850hPa)≥-4℃、T_(925hPa)≥-4℃、T_(1000hPa)≥-1℃、T_(地面温度)≥1℃时可以判定降水相态为降雨,各层温度继续降低将出现雨转雪,直接降雪在以上指标的基础上需要850hPa的温度降至-6℃及以下;H_(850—700hPa)和H_(1000—850hPa)厚度层结雨雪转换的临界值分别为154dagpm、129dagpm,低于此值则为雪,反之为雨;0℃层高度也可以作为降水相态转换的指标之一,当0℃层高度下降至1000hPa左右时为雨转雪;降水过程中逆温层普遍存在,各种降水类型的区别在于冰粒(冻雨)在850—700hPa之间存在一个0℃以上的暖层,而降雪需要逆温层温度小于0℃。     

风廓线下落速度在浙江冬季降水相态识别中的应用

利用浙江7部风廓线雷达探测资料,进行了不同相态降水粒子下落末速的数据分析,统计得到不同降水相态的下落速度阈值,液态降水粒子的下降速度为1.8~6.0 m·s~(-1),固体降水在0.1~1.8 m·s~(-1)。同时对浙江省2011—2014年4年冬季8次雨雪转化过程中的探空资料和地面降水观测资料进行分析,得到最适合浙江省冬季降水相态识别判据是2 m温度、1000 hPa温度、0℃层高度和850和1000 hPa高度差。通过计算各指标的空报率、漏报率和TS评分,得到了最佳阈值,预报雨和雪最佳阈值的TS评分都可达到0.8以上。对雨夹雪的判断,需结合中层暖层指标,可以使判别准确率明显提高。     

沙颍河流域一次基于高分辨资料的降水相态分析

利用常规气象资料、NCEP 0. 25°×0. 25°分析资料以及微波辐射计、风廓线雷达等高分辨率资料,采用诊断和统计方法,对2017年2月21日沙颍河流域一次雨雪过程中降水相态进行分析。结果表明:在高空低槽与东路冷空气共同作用造成雨雪天气的背景下,925 h Pa及以下冷高压底部的偏北冷空气造成低层持续降温,导致降水相态变化。过程前期700 h Pa以下为强暖平流,冷平流在900 h Pa以下且较为浅薄,温度层结为冷层-暖层-冷层-暖层,冰晶粒子下落融化形成雨滴。降水中后期冷平流发展强烈导致温度迅速下降,整层温度变为冷层,导致相态为雪;即使下游局部地区仍有暖层,但暖层浅薄、低层冷层深厚,相态也为雪。雨雪转换时0℃层高度下降明显,降雨阶段0℃层在抬升凝结高度以上,降雪阶段0℃层降到抬升凝结高度以下; 0℃层亮带回波在相态转换时出现明显变化,其亮带高度逐渐降低。微波辐射计的温湿廓线、云底高度以及液态水等在雨雪转换中均有显著变化,液态水含量在雨雪转变时迅速增大。风廓线风场定性反映了冷空气持续南下,低层冷垫增厚,导致相态转变以及降水强度增加;风廓线速度定量反映出降雨和降雪之间的差异,降雨速度范围为1. 5～7. 0 m·s-1,降雪速度范围在0. 25～1. 5 m·s-1;雨雪转换时下落速度明显减小,可用于相态转变的监测和预报。     

辽宁地区雨雪转换天气的判别和分析北大核心

利用2011—2020年辽宁地区逐小时地面观测数据和定时高空观测数据,统计分析纯雪、雨雪转换两类降水天气特征。结果表明,辽宁地区2011—2020年雨雪转换日数与纯雪日数比值为1∶5,沿海地区多于内陆,雨雪转换时主要有5种天气类型:空中槽型、北上气旋型、低涡切变型、冷平流型、回流型,其中,空中槽型雨雪转换日数最多,占总日数的42.8%;冷平流型和回流型相对较少,分别占9.4%和7.8%。地面2 m气温、0℃层高度、抬升凝结高度、抬升凝结高度气温与地面2 m气温差、700~850 hPa位势高度差、850~1000 hPa位势高度差等6个气象因子对鉴定辽宁地区降水相态有一定参考意义。利用高分辨的欧洲细网格资料对2021年2月28日雨雪天气过程的降水相态进行诊断分析,结果表明,雨雪相态的转变对对流层低层温度平流非常敏感,0℃层高度、冰雪层厚度、粒子降落行程与降水相态之间关系密切;当0℃层高度降低(由920 hPa到950 hPa),云中冰雪层增厚(由430 hPa增至530 hPa),液态水层变薄(由20 hPa到10 hPa),云中冰雪物下落到地面的行程缩短(由780 m降至410 m),下落环境温度降低(由3.5℃到0.5℃),降水相态由雨转换为雨夹雪或雪。     

一次雨雪天气过程的风廓线雷达特征

利用3部风廓线雷达资料对2016年2月12—13日鲁中地区出现的一次雨雪天气过程进行分析。结果表明:(1)此次雨雪天气是由低涡和地面气旋共同作用造成的一次回流降水过程,强降水出现在气旋中心的北侧冷区中,925 h Pa和近地面气温下降到0℃以下是雨转雪的重要标志。(2) 1 km以下超低空风场变化是降水开始的信号,低层冷垫强度的变化决定降水相态的转变,降雪时雷达最大探测高度比降雨时有明显下降;低空切变指数在降水开始和结束时会出现较大幅度增大,降雨持续阶段低空切变指数的小幅增加与雨强增强相对应。(3)风廓线雷达垂直速度不仅能体现降水强度的变化,同时也能反映降水相态的变化,降雨转雨夹雪转降雪过程中近地面的垂直速度逐渐变小。(4)大气折射率结构常数和信噪比随高度均呈现逐渐减小趋势,两者的变化能够反映降水强度的变化,均具有零度层亮带特征,亮带的消失对应降雪的开始。     

青岛冬半年降水相态统计分析及判别方法研究

通过对2006—2015年青岛冬半年不同相态降水的统计分析得出,青岛冬半年纯雨日数1月最少,纯雪日数2月最多,12月和1月是雨夹雪及雨雪转换日数占当月降水日数比例最高的两个月。通过个例分析表明,雨雪转换过程多与冷空气入侵相联系。温度场和风场条件能较好地反映出雨雪转换的特征,降温和风向转换在850 hPa以下层更为明显。探空资料分析表明,850 hPa、925 hPa、1 000 hPa和地面气温对不同相态降水都有很好的指示意义,越低层指示性越好。0 ℃层高度对不同相态降水同样具有指示意义,100～500 m高度是雨雪转换的关键高度层;以不同高度层气温为指标确定出青岛冬半年降水相态预报判别指标。     

乌鲁木齐机场一次寒潮多相态降水过程分析

利用常规观测资料及新疆区域自动站、乌鲁木齐风廓线雷达、多普勒雷达资料,针对2015年2月13日发生在乌鲁木齐地区的一次雨雪天气过程,从大气背景环境、风温垂直结构、冷暖平流及雨、雪相态转换成因等方面进行分析。结果表明:此次寒潮降水天气的大尺度环流背景是中亚地区高空脊向极区发展,脊顶北风引导极地冷空气南下,在西西伯利亚地区发展成大槽。大槽东移进入新疆地区后,槽后冷空气与北上的西南暖湿气流在天山山区汇合造成此次寒潮降水天气。乌鲁木齐机场出现雪转雨再转雪等相态转换,是由于先受冷平流控制,随着地面冷锋前部暖平流临近,低空暖层厚度加大,降雪粒子在降落过程中融化为雨滴,地面降水相态转为雨夹雪和雨,冷锋系统进入后,再次处于冷平流控制下,降水相态再由雨转为雪。风廓线雷达风场资料的分析结果表明,空中冷暖平流的性质和转换与降水相态变化有较好的对应关系;风廓线垂直速度显示,降雪粒子与雨滴粒子相比,垂直速度较小且雨滴粒子主要集中在1000 m以下。利用多普勒雷达产品分析地面冷锋的移动、空中冷暖平流的变化,有助于对降水相态变化的预报。     

一次回流型降雪过程的成因和相态判据分析

利用常规高空和地面观测资料、天津铁塔和雷达资料、全球资料同化系统(GDAS)分析资料、雷达变分同化分析系统资料、EC和NCEP再分析资料对2016年11月20—21日天津初雪天气进行成因分析,结果表明:本次过程是在高空槽和回流冷空气共同作用下产生的,主要水汽来源为对流层中低层槽前西南暖湿气流和回流东风,回流东风经渤海低空运行时吸收水汽由"干冷"变为"湿冷";动力条件主要来自回流冷垫的动力抬升作用,降水期间回流东风层厚度由1.5km增加至2km;锋面上的非地转次级环流可将回流东风水汽向上输送成为降水原料,同时可加强其上暖湿空气的垂直上升运动;高空云水粒子向云冰粒子的转换和边界层回流冷空气加强对本次雨雪相态转换是不可或缺的,回流冷空气北风分量风速和厚度陡增、800～950hPa出现均温层、云冰粒子陡增并向低空延伸、700～850hPa与850～1000hPa厚度的变化特征对雨雪相态的判别均有较好的指示作用。     

华南一次暖区暴雨的演变及云微物理机制模拟研究

利用WRF v4.0中尺度模式及0.25 °×0.25 °高分辨率的GDAS分析资料,对2017年6月15日发生在华南的一次典型暖区暴雨过程进行数值研究。多源观测资料对比分析表明,Thompson aerosol aware云微物理方案与YSU边界层方案组合合理再现了此次暴雨的演变过程。观测与模拟的强风速下传、低层风场切变及降水之间存在较好的对应关系,强的雷达反射率与水汽通量散度中心一致。在中尺度对流系统（MCS）发展和成熟阶段,冷池的出流抬升是新生对流的重要触发条件,地形的动力抬升作用并非主导。云微物理分析指出,由于华南上空充沛的水汽及过冷雨水,雪的最大来源项表现为水汽凝华成雪,而霰的最大来源项为过冷雨滴碰并冰晶、雪并冻结成霰。在零度层之下的1.5 km区域,冰相粒子的融化率可达暖雨过程（1×10-4g/(kg·s)的2倍,暗示其在融化层对雨水形成的支配作用,而雪霰的重力沉降扮演了重要角色。此外,相变过程显著影响着大气的温度变化,当对流云底较低时,低层的水汽凝结将抵消雨水蒸发导致的冷却作用,减弱地面冷池的强度。      

冀中南一次春季雨雪过程诊断与预报技术分析

利用常规观测资料、自动站资料、雷达及NCEP 1°×1°资料,在诊断2013年4月19日河北省一次回流多相态降水过程成因的基础上,总结了降雪漏报的原因。结果表明:冀中南降水区位于700hPa切变线南侧、700 hPa西南低空急流与850 hPa东北风急流交汇处,暖湿空气在冷垫上爬升和急流的次级环流为降水提供了动力条件,低空急流为降水提供了水汽条件。整层大气可降水量及变化可作为降水预报的重要参考。对比分析雨区和雪区的温度廓线发现:通过温度平流分析温度的垂直分布和演变比单独分析温度特性层高度对于辨别降水相态更为可靠,而雷达风廓线资料可作为识别冷暖平流进而辨别大气温度层结变化的有益补充。本次降水相态预报出现偏差的主要原因是对温度垂直分布和演变判断不够准确。     

2022年北京冬季奥运会人工造雪气象条件初步研究

利用北京和张家口地区气象站建站至2016年历年11月至次年3月气象资料,研究2022年北京冬奥会人工造雪地面气象条件,结果表明：降水相态与地面气温(T)和相对湿度线性组合关系密切,通过计算不同温度对应降水相态频率,发现北京T≤-0.2℃,张家口市T≤-0.8℃时,降水相态为雪的频率≥95%;估算了冬奥会和残奥会举办地区域自动气象站2014—2016年赛事期间可造雪时数,发现冬奥期间造雪时数较为充足,残奥期间造雪时数较少,可以采用造雪和储雪结合保证赛事用雪。     

一次致灾超级单体雹暴过程数值模拟和发展机制分析

利用高分辨率中尺度数值模式WRF,模拟了2019年3月21日发生在浙江省的一次大范围致灾超级单体雹暴过程,结合多普勒雷达探测产品,分析了风暴的雷达回波结构、流场结构、各类水成物等特征及其演变,并探究冰雹形成的物理机制。结果表明:此次雹暴过程是在高空急流轴右侧和低层切变线相重叠的区域发生和发展的,强垂直风切变有利于雹暴的维持和发展。实况超级单体雹暴在雷达回波上呈现出钩状回波、持久深厚的中气旋、典型的高悬强回波、有界弱回波区和三体散射现象。模拟试验成功地模拟出了雹暴云团的水平演变和垂直结构特征。合适的0℃和-20℃高度以及-20~0℃层厚度有利于雹粒的增长。雹粒子主要由云水、过冷雨水和雪粒子转化形成,再通过碰并过冷云水、冰晶、雪粒子而不断增长。     

95GHz云雷达对一次冷锋云系结构的观测分析

利用安徽寿县W-Band云雷达(95GHz,波长3.16mm)、地面微波辐射计、探空和地面观测等资料,对2008年11月5-7日一次冷锋云系的云结构进行了分析。结果表明,云雷达的多普勒速度可以初步确定粒子相态和大小以及是否存在雪晶或雨滴;在0℃层附近有回波暗带产生,这主要是由于波长为3mm的雷达对雪晶的衰减较强以及粒子的非Rayleigh散射引起的;云雷达观测可以清楚地识别混合云中的融化层。冷锋云系发展、演变过程及结构非常不均匀:锋面前部,在5～7km之间有一水凝物含量大值区,不断有长大的冰雪晶下落,使云底逐渐下伸,触地后产生间歇性阵性降水;降水过后,5km左右有一相对干层,上部为高层云,下部为散乱的多层云结构;冷锋临近,云层冷区没有水凝物含量大值区,回波强度较弱,暖区2km以下是干冷的东北气流,限制了雨滴通过暖雨过程增长,导致锋面降水强度较小,持续时间短。锋面后部4～7km高度,由于冰雪晶沉降,相对湿度较小,云层分裂成两层云;冷锋过后,出现了较强的降水,这主要是由暖雨过程产生的。     

长江中下游一次暴雪冻雨微物理过程模拟研究

根据NECP1°×1°客观再分析资料和常规观测资料,利用中尺度数值模式WRF对2008年1月25—29日长江中下游暴雪冻雨过程进行了数值模拟,结果表明：WRF模式可以很好地模拟出此次强降雪过程高低空环流形势演变特征以及降水带的分布。分析表明,中层西南急流对暖湿空气的输送以及低层冷空气的持续扩散为暴雪和冻雨的发生提供了很好的温度层结条件。云微物理过程特征分析表明,此次暴雪冻雨过程存在多种云系共同降水,中低空600—850 hpa强逆温层尤其是0 ℃层的存在使得雪、冰晶等冰相粒子融化形成过冷却水,是大范围冻雨形成的必要条件,同时也是区分大范围冻雨暴雪形成的重要条件。     

北京延庆山区降雪云物理特征的垂直观测和数值模拟研究

基于风廓线雷达、云雷达、粒子谱仪、微波辐射计和自动站等垂直观测设备,结合中尺度数值模式WRF对2017年3月23~24日北京延庆海坨山地区的一次降雪过程进行了观测和数值模拟研究。研究结果表明:垂直探测仪器结合中尺度数值模式可以获得降雪的宏观结构和微物理信息,有助于对降雪的深入研究。此次降雪过程由中高层西南及偏南暖湿气流与低层东南偏冷空气交汇造成动力和水汽辐合抬升形成,4~5 km高度处的风切变有利于降雪的增强。上升气流有助于水汽的输送、冰雪转化以及雪晶凝华、聚合,冰晶数浓度中心对应着上升运动顶部。然而此次降雪云系低层过冷云水含量不足,降雪回波<20 dBZ,回波顶高<7 km,雪花垂直下落速度<2 m s-1,地面降水量大值与低层强回波区对应。降雪粒子谱分布范围较窄,以直径1 mm左右的小粒子为主,相态主要为干雪,基本不存在混合相态。     

极端天气气候背景下两次降雪过程的对比分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°分析资料,从同期气候背景、影响系统特征、干侵入特征和影响等方面,对2008年1月28日20时-29日08时、2月1日20时-2日08时江西中、北部两次较强降雪过程进行了分析。结果发现,两次过程发生的气候背景主要与大气环流异常及拉尼娜事件有关。两次过程的系统配置具有相同的特点,中层700-500hPa西南气流强盛,低层850hPa到地面的冷空气垫深厚,700-850hPa存在逆温层。两次过程都具有干侵入特征,干侵入所引起的对流层中低层垂直方向上的降温,使中低层0℃以上暖层明显减弱,700hPa温度降为0℃以下,为混合云内雨转雪的发生提供了必要的温度条件。两次过程中,低层冷平流越强,雪区南界越偏南。江淮到黄淮的下沉气流为对流层高层干空气侵入提供了动力条件,高层干冷空气向南、向下侵入,导致对流层低层850hPa偏北气流加强和维持,加大了中低层垂直风切变,使上升运动加强,为水汽凝结、冰晶和雪晶比含水量的增加提供了必要条件,从而使降雪得到发展。两次过程中,上升运动越强,降雪强度越大。     

鹰潭市一次冻雨暴雪天气过程分析

利用常规气象资料、T213资料等,对鹰潭市2008年2月1-2日出现的冻雨、暴雪天气过程进行分析。结果表明,暴雪出现在500hPa槽前、700hPa急流轴与切变线之间、850hPa切变线附近和地面冷高压底部的区域。高空低槽东移,700hPa西南急流的南压,使得700hPa温度下降为-3．7℃,温度条件变化有利于产生降雪。中低层辐合、高层辐散及较强的上升运动,为强降雪提供较好的动力条件。850—700hPa的逆温层有利于冻雨、暴雪出现,当700hPa温度≥-1℃时,出现冻雨;当温度≤-3℃时,出现暴雪。对流层中层较好的水汽输送,是暴雪发生的重要原因之一。