一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析

本文应用常规探空资料、地面观测资料、欧洲中心细网格(0.25°×0.25°)数值预报初始场资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料分析了山东一次江淮气旋降雪过程的复杂相态特征,并初步分析了成因。结论如下:(1)山东省2014年2月16—17日的雨雪天气过程,降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点,表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪三种相态共存,郯城站降水相态逆转(由雨夹雪转雨再转雪),鲁东南地区降雪同时鲁西南地区降雨的"东雪西雨"现象。(2)在系统发展不强的江淮气旋降雪过程中,鲁中山区相对高海拔地区夜间强烈的辐射降温和山脉迎风坡的动力抬升作用均会造成边界层温度的降低,后期对流层低层为东北风控制时,除鲁中山区外,其迎风坡东麓或东北麓(潍坊地区)出现固态降水可能性也较大,一般情况下,地面2 m温度为1~2℃,1 000 hPa温度为0℃左右,925 hPa温度为-3℃左右,可出现固液共存降水现象。(3)相态逆转现象的发生与江淮气旋发展阶段和气温日变化两个因素紧密相关。0℃层在925 hPa上下的状态是一种临界状态,可产生雨夹雪或雨,但0℃层高度下降不是由雨转雪的充分条件,还需考察冷平流发展情况。(4)当江淮气旋生成地偏东(位于长江口附近),且发展不强烈时,山东若受其影响产生降水,后期上游如有新系统发展,可能与气旋共同影响山东,造成复杂相态的江淮气旋降雪过程。     

山东冬半年降水相态的温度特征统计分析

采用济南和青岛1999-2011年的降水、高空和地面观测资料,研究了山东冬半年降水相态与影响系统的关系及温度垂直变化特征,获得不同降水相态的温度预报指标.结果表明:(1)降水相态变化与影响系统有关,江淮气旋和回流形势产生的大雪以上强降雪存在雨雪转换,低槽冷锋、黄河气旋和切变线(低涡)多产生中雪以下直接降雪.(2)无相态变化的降雪过程一般发生在温度较低、垂直变化单一的条件下,850 hPa以下各层均有明显温度阈值.(3)有相态转换的降雪过程中,850和925 hPa的温度对于雨、雪、雨夹雪的识别没有明显指示性,1000 hPa以下的温度最为关键,将925 hPa以下各层与地面的温度结合起来判别相态,较使用单一特性层温度更为可靠;冰粒区别于其他降水类型,在温度场上的显著特征为700 hPa的温度较高.(4)0℃层高度可用于雨雪转换指标:降雨时0℃层高于925 hPa或在925 hPa上下,当0℃层的高度降至1000 hPa上下时转为降雪.(5)雨夹雪和冰粒发生在有雨雪相态转换的降水过程中,为过渡形态,不会单独出现.     

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。     

2018年初江西中北部冻雨暴雪天气过程特征及成因

2018年1月下旬,江西省中北部出现严重雨雪冰冻灾害天气,覆冰和积雪持续时间长达7 d,其间多次出现罕见的雨雪相态转换,先后经历了雨、冻雨、雪、冻雨、雪5个复杂过程。文中对此次天气过程的相态转换特征及成因进行了分析。结果表明： 1） 在有利的环流背景下,西风带小槽发展东移并携带冷空气南下,破坏850 hPa高度层附近的暖性逆温层,是冻雨转雪的重要因素,而700 hPa高度层上西南急流的脉动、偏南风增强为雪转冻雨提供了动力和热力条件。2） 冻雨发生时最强风切变出现在925—850 hPa高度层,降雪发生时出现在850—700 hPa高度层。两次冻雨转降雪过程中,上升运动均增强,降雪时低层辐合、高层辐散强度较冻雨时强。3） 近地面气温接近05 ℃时,850 hPa高度层冷暖平流对中低层大气的降温和升温作用至关重要,冷平流的降温作用剧烈,而暖平流的升温作用需要持续输送。暖层消失,冻雨即可转降雪;雪转冻雨时850 hPa和700 hPa高度层温度升至1 ℃,暖层内最高温度达2 ℃,相态的转变落后于暖性逆温层的形成。4） 此次过程中,九江地区发生雨转冻雨以及冻雨转雪过程,地面气温下降明显。雨转冻雨时,气温≤-05 ℃;冻雨转降雪时,气温≤-1 ℃。雪转冻雨时,地面温度略有上升,仍在-1 ℃以下。高山站气温的持续上升,对雪转冻雨天气有指示意义。     

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。     

低层温度平流对华北雨雪天气过程的降水相态影响分析

利用常规地面、探空观测资料、NCEP FNL和GFS分析资料,通过对2012年11月3—4日华北地区雨雪天气过程的降水相态特征进行分析,发现涡旋外围的雨雪分界线基本与925 hPa的0℃等温线和925 hPa偏北与偏南风的流线辐合线相吻合;而涡旋中心附近的雨雪分界线则存在从涡旋西北象限向涡旋中心逆时针旋转的特征。气旋发展初期,降雪主要集中在850 hPa低涡的东北偏北象限到西北象限之间,低涡的东南象限为降雨。随着气旋强度增强,低层冷平流导致低涡西南象限温度下降,降雪落区逐渐沿气旋西侧的流场向南发展,最终呈现出气旋形状的分布特征。雨雪相态的转变取决于整个对流层低层(850~950 hPa)的温度平流状况。当900~850 hPa或者950~900 hPa出现较强暖平流时,即使其他层次存在明显冷平流,降水相态仍然可能以雨为主。低层涡旋西侧的西北冷平流是造成降雪的最重要原因,当低层气流转变为偏东风后,冷平流消失,降水相态转变为雨。     

内蒙古东南部降水相态判据的对比分析

利用内蒙古东南部通辽、赤峰两站1992—2012年的地面和探空数据,针对两地雨、雨夹雪和雪等不同的降水相态进行对比分析,结果表明:通辽站降雨或雨夹雪时850hPa气温特征较为接近,赤峰站降雨夹雪或雪时850hPa气温特征较为接近;通辽站850~700hPa两层之间的厚度降雨夹雪或雪时特征相近,赤峰站降雨或雨夹雪时特征相近,在箱线图中两层之间的厚度与850hPa温度分别对3种相态出现完全相反的叠加。在850、925hPa气温的判别指标中,赤峰较通辽站:降雨时分别高1.5℃和1.7℃、降雪时分别高2.4℃和3.8℃。气温(T)统计表明:降雨时通辽站气温在4.0℃以上、赤峰站气温在6.0℃以上,降雪时两站均T≤0.0℃,两站气温在0.0℃T≤4.0℃(通辽站,赤峰站为6.0℃)为雨、雨夹雪和雪共同出现的温度区间。虽然两站阈值大小有较大差异,但3种降水相态的出现均与中、低层厚度和低层气温密切相关,与中层的气温关系甚小,说明该地区中、低层厚度和低层气温高低决定地面降水相态。     

冬奥会张家口赛区一次降水相态特征分析

利用冬奥会气象观测站网资料、ERA5的0.25°×0.25°高分辨率再分析资料、常规探空资料以及激光雷达和风廓线雷达资料,从环流形势、温湿度和微物理特征以及雷达特征等方面对2020年11月17-19日冬奥会张家口赛区一次明显的雨转雪天气过程进行分析。结果表明：低层前期的暖湿西南气流,为降水提供好的水汽和能量条件,后期强的干冷平流为相态转换提供有利条件。赛区出现雨转雪时,700 hPa温度低于-2℃,同时850 hPa温度低于2℃。零度层高度的快速下降是相态转换的重要温度判据,0℃线降到距地面400 m左右赛区降水相态已经转变为纯雪,低层风向的转向对赛场的雨雪相态转换有一定的指示意义。随着高空云冰和雪水含量逐渐增加,其出现最大值后,雨雪相态开始转换。降雪时激光雷达最大探测高度比降雨时有明显的降低,风廓线雷达低层风场的变化和雨雪相态关系密切,风廓线雷达探测的垂直速度变化也能反映雨雪相态的转换。     

基于多源观测资料对张家口一次雨雪天气降水相态特征的分析

利用ERA5再分析资料及云雷达、微波辐射计和SA双偏振多普勒雷达等多源观测资料,分析2020年11月17—19日张家口地区一次雨雪天气的降水相态演变特征。结果表明:在高空低槽、中低层低涡与地面倒槽配合下,高空槽后西北气流引导冷空气南下造成气温迅速下降,导致降水相态变化。过程前期整层大气均为强暖平流,且地面气温较高,降水相态为雨。18日傍晚冷平流发展强烈,各层温度迅速降低,整层变为冷层,导致降水相态转换为雪。散度和垂直速度的诊断表明降雨时段的动力强迫主要位于高层,降雪时段则主要位于低层。云雷达高分辨率资料可以反映0℃层变化,大于10 dBZ的质心变化可以指示降水强度变化,降雨时的基本速度最大可达6~8 m·s^(-1),而降雪时则小于2 m·s^(-1)。微波辐射计高分辨率时空资料可以准确判断雨雪转换时间,降水开始之前3~5 h积分水汽含量出现跃升与峰值。双偏振雷达和微波辐射计结合可以对降水粒子相态实现准确判断,可用于降水相态转换的临近预报。     

基于构成要素的一次切变线暴雪天气分析

2013年1月20-21日山东出现了一次暴雪过程,此次过程具有冷空气弱、东西雨雪共存及存在两个强降水中心等特点,济南至淄博(鲁中的北部地区)的次暴雪中心为预报难点。为了探讨此类暴雪过程降水落区、强度和相态变化的物理机制,根据常规观测、NCEP/NCAR再分析逐6 h及多普勒天气雷达资料,采用基于构成要素的预报方法(Ingredients-based Methodology,IM),从动力抬升、水汽、降雪效率和相态等四个方面进行了分析。结果表明:(1)高层两个短波槽、低层切变线、地面华北锢囚锋和倒槽等天气系统相继共同作用造成了此次暴雪过程,其中500 hPa短波槽对降雪的阶段性表现最明显。(2)四个有利构成要素相叠加导致鲁中地区产生暴雪:中低层有西南和东南两支气流输送了充足的水汽;低层经向切变线和暖切变线造成了强上升运动;云中温度在-15~-14℃之间达到最佳降雪效率;低层温度低。(3)低层经向切变线对次降水中心的暴雪形成有重要作用,暴雪发生在经向切变线的右侧东南风减小的区域。(4)最强降雪发生在对流层中高层西南风和低层东南风强盛的时段。(5)对流层低层冷暖平流导致边界层内温度垂直变化出现差异,从而产生不同降水相态,其中1000 hPa至近地面的温度最为关键,尤其2 m气温在1℃左右时,更需综合分析925 hPa以下各层的温度;同时复杂下垫面对降水相态的影响也不容忽视。     

1981—2011年阿里河地区气温极差变化浅析

利用1981—2011年阿里河镇的平均气温及逐日最高、最低气温资料,详细分析了年平均气温、年极端最高气温、年极端最低气温以及年平均气温极差的变化规律和特点。结果表明:阿里河地区的年平均气温呈明显上升趋势;年极端最高、最低气温都呈上升趋势;年平均气温极差值逐渐增大。     

1951～2002年中国平均最高、最低气温及日较差变化

利用1951～2002年全国733个台站的月平均最高、最低气温资料,对我国年、季平均最高、最低气温变化趋势的空间分布状况和时间变化特征进行了分析.结果表明:近52年来,我国平均最高气温的变化特征呈现北方增暖明显、南方变化不明显或呈弱降温趋势;年平均最低气温全国各地基本一致,呈明显的变暖趋势;无论是年还是季,平均最低气温的增暖幅度明显大于平均最高气温的增幅;我国年平均日较差多呈下降趋势,并在我国北方地区尤为明显,各季平均日较差亦均呈下降趋势,并以冬季的下降幅度为最大;年平均最高气温和最低气温的变化在年代际变化上基本呈现较为一致的步伐,即52年来主要的变暖均是从20世纪80年代中期开始,均在90年代后期达到了近52年来的历史新高,近年来又略有回落.     

天山山区近40年冬季温度变化特征

利用新疆1959～1998年的冬季温度资料,分析天山山区近40年来冬季温度变化的基本特征,并与新疆南部、新疆北部进行比较,所得主要结果如下：(1)天山山区冬季平均温度在冷暖变化阶段上与新疆北部的相似性强于新疆南部。(2)冬季平均温度空间分布的同步变化性以新疆北部为较好,新疆南部和天山山区较差,而冬季平均温度空间分布的反向变化性,以天山山区和新疆南部较大,新疆北部较小。(3)三大区域冬季平均温度20世纪60～70年代的变化趋势是不同的,但70～90年代均表现为持续升温,90年代为最暖。(4)就近40年的显著线性增温趋势的空间分布范围看,以最低温度表现得空间范围最广,最高温度最差,平均温度居中。冬季最低温度增温率以新疆北部最大,新疆南部居中,天山山区最小。新疆南部和新疆北部冬季平均温度存在长度分别为27及29年的相近的最佳增温时段,增温率新疆北部大于新疆南部。(5)新疆北部和新疆南部冬季平均温度均在1979年发生了由低温向高温的突变。     

地温观测方法的研究

利用铂、铜、热敏３种电阻传感器的遥测地温仪与台站现用玻璃地温表，在不同天气条件下，用不同安置方法进行大量的对比试验，探讨地面、草面、地中不同深度温度的最佳观测方法。得出：地面温度应用体积小棒状传感器的多点采样平均来代替单点一次采样；地中温度表用直埋式与套管式无大差异；草温为农业服务有重要意义等结论。为遥测地温的观测方法提供科学依据。     

赤道东太平洋海温与中国温度、降水的关系

根据１９５１～１９９８年北太平洋海温和中国温度、降水资料,统计分析了春、夏、秋、冬四季赤道东太平洋海温、厄尔尼诺及拉尼娜事件和中国温度、降水的关系,结果表明：赤道东太平洋海温、厄尔尼诺和拉尼娜事件与中国温度、降水有一定关系,其中与温度冬季关系较好,与降水秋季关系最好。     

冬小麦田午时冠层温度与气温和地温的关系

基于野外实测数据，分晴日、阴日及不区分阴晴3种情况，研究了湿润与较干冬小麦田午时冠层温度、气温和地温间的定量关系。结果表明:湿润麦田晴日使用气温预测冠温效果最好，基于最终模型估算冠温的平均误差仅1.03℃，标准差为1.26℃。较干麦田晴日与阴日用地温估算冠温效果最佳，基于最终模型估算冠温的平均误差分别为1.64，1.54 ℃；其估算冠温的标准分别为2.05，1.89℃。用本文统计建模法预测结果的误差低于目前用NOAA影像反演冠温时2~3℃的均方根误差。研究结果也说明使用气温和地温预测麦田冠温是切实可行的。这就为冠温数据的获取提供了廉价有效的新方法；同时也使利用遥感影像与地面气象站常规观测资料相结合的方法，在较大的区域范围内进行冬小麦需水预测成为可能。     

南昌夏季气温变化特征及其预测

南昌夏季平均气温存在明显的年际变化特征,夏季平均气温有下降的趋势;利用均生函数模型对南昌夏季平均气温趋势进行了拟合和预报,拟合值与实况值基本一致,并预报了2005年～2007年南昌的夏季处于冷夏;分析了南昌夏季最高气温、最低气温变化趋势,结果表明冷夜和暖夜变化具有对称性,冷夜减少和暖夜的增加趋势几乎一致,而冷日和暖日的变化也呈非对称性分布,上升趋势比较明显,但下降趋势不明显。     

天气舒适度的分析和应用

人体舒适度的研究侧重于为人们提供一种服务，使人们能从感性上了解天气，从而有效地指导公众的生活和工作。在对多种舒适度指标进行比较分析的基础上选择出有效温度作为衡量舒适度的主要工具，并对它作了适当的修正。针对广东省中山市的气候特点将平均有效温度划分为9级，近一年的试用收到较好的效果。此外当白天平均、最低、最高有效温度以及湿度、风力异常时，应用程序也会输出必要的信息，从而给公众以详细的天气说明。     

我国近40年气温变化地域类型的研究

依据１９５１－１９９０年全国７０多个站点４０年的气温资料,采用相关分析和线性模拟的方法,从区域气候特征和气温变化趋势一致的角度,首先划分出气温变化的１０个地区再根据气温变化率进行分型,最后在此基础之上归并成３个气温变化区域,以进一步揭示我国气温变化的区域差异。     

本世纪昆明气温异常及突变的分析

根据昆明１９２１～１９９３年的年，夏季（６～８月），冬季（１２～２月）平均气温资料，分析研究了昆明的气温变化趋势，冷暖阶段，气温异常发生频率及气温突变点，结果表明：从本世纪２０年代开始，昆明气温呈上升趋势，至４０年代前后达最高，此后下降，７０年代降至最低，８０年代开始略有回升，１９２１～１９５４年为偏暖阶段，１９５５～１９９３年偏冷阶段，昆明高温异常主要出现在１９５０年以前，低温异常大多数出现在１