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℃。     

“14·02”湖南三次雨雪过程对比分析

本文利用常规探空和地面观测资料、NCEP 1.0×1.0再分析资料及多普勒雷达资料,对2014年2月上中旬发生在湖南的三次雨雪过程(简称"14·02")进行了对比分析。结果表明:(1)第一次过程湘南出现冻雨,温度层结表现为850~700 hPa有明显逆温层,700 hPa温度高于0℃,850和925 hPa温度低于-4℃,地面温度低于0℃。从主要影响系统配置来看,700 hPa强盛的西南急流为水汽的输送和湘南融化层的形成和维持起到了重要作用,低层冷空气受南岭山脉阻挡而形成的地面静止锋和深厚的冷垫是导致湘南冻雨较长时间维持的原因。(2)第二、三次过程以降雪为主,温度层结显示地面温度0℃左右,地面以上层次温度低于0℃。(3)第三次雨雪强度最强,暖湿空气沿锋面强迫抬升,在低层冷空气共同作用下,导致较强雨雪天气的发生。雷达回波显示强降雪过程具有积层混合性降水回波及低质心高效降水回波特征。     

三门峡市回流形势下“雷打雪”天气的物理成因

利用高空与地面观测资料、1°×1°的NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对三门峡市2013年2月3日回流形势下"雷打雪"天气过程进行了分析。结果表明:500 hPa和700 hPa的低槽是这次暴雪伴雷电天气过程的主要影响系统,地面倒槽与回流冷空气的共同作用是造成此次过程对流发展旺盛的直接原因。地面温度对降水相态的变化有明显的指示意义:在降水相态转变前的1 h内的纯雨阶段,地面温度基本维持在1~2℃之间;在降水相态转变时,地面温度会降至0℃及以下;在固态及固液态混合降水期间,地面温度基本维持不变。逆温层及"上干冷、下暖湿"的垂直结构是判定此次不稳定能量强度的重要依据。雷达风廓线资料显示出此次过程中雷电活动发生在低层冷暖平流交汇处、风切变逐渐加大时,随着风速切变的稳定,以及暖平流的向上扩展,雷电活动结束。     

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.     

济南春季一次罕见降雪过程成因分析

利用高空和地面观测资料、温度廓线仪资料、L波段雷达资料、NCEP资料对济南春季一次罕见的降雪过程进行了分析。结果表明：降雪过程的水汽输送主要来自于中层,由700hPa 西南急流提供;低层冷空气垫的维持,有利于中高层西南气流的爬升;强降雪发生在850hPa冷平流开始减弱,700hPa暖平流增强的时段内,是典型的回流降雪形势;925～1000hPa的温度和降水相态的转变相关性更好,温度廓线仪资料可信度比较高,可以很好地反应降水相态转变时边界层温度的垂直分布;未出现降水时,市区和郊区边界层内的温差大;出现降雪后,市区和郊区边界层内的温差比较小。     

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。     

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。     

两次雨转大到暴雪过程的降水相态变化分析

对2013年2月的浙江两次雨转大到暴雪过程的环流背景、相态变化与地面气温及温度的垂直结构特征进行分析。结果表明,各种降水相态出现时的地面温度区间范围较大。850~700 h Pa有逆温层是降雪的有利条件,700 h Pa附近逆温层顶温度在零度以下,云顶高度较高或在925 h Pa有强干冷空气楔入时,即使地面温度高于2℃也有可能出现纯雪。反之700 h Pa附近有大于零度的暖层存在、凝结层高度较低时,地面温度低至-1℃以下也可以出现纯液态降水。     

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。     

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。     

东营一次初冬寒潮天气的降水相态分析

应用常规气象资料、自动站资料及T639资料,对2009年11月东营地区一次初冬寒潮天气背景下的降水相态进行了分析。结果表明：当冷空气路径偏西时,东营地区降温缓慢,加之低层东北风将渤海的相对暖气流吹至内陆地区,导致北部沿海地区不易出现降雪。通过分析出现不同降水相态的相邻地区空中和地面温度场发现：0℃层高度在边界层内高度,可以导致降水性质的不同;0℃层高度的变化,可以作为降水相态变化的依据;地面气温和低空温度,可以作为判断降水相态的依据。综合近年来东营市出现雨雪转换的天气个例,得到了降水相态的预报方法和雨雪转换的气象指标。     

2018年辽宁两次雨转暴雪过程对比分析

应用常规观测、风廓线雷达、多普勒雷达及NCEP再分析资料,从影响系统、水汽、热动力演变等方面对辽宁2次雨转暴雪成因及降雪量可预报性进行对比分析。结果表明:过程Ⅰ回暖时间长,锋生时间短,近地面锋区影响期间降水增强,925～850 hPa锋区垂直分布,850 hPa锋区过境后强降雪结束;过程Ⅱ短暂强回暖,冷空气楔入低层早,暖湿空气沿冷垫上滑,锋生时间长,近地面锋区影响期间无降水,中层锋区与低层东北回流叠加时出现强降雪,850 hPa锋区过境缓慢,强降雪持续时间长,700 hPa锋区过境后强降雪结束。雷达回波特征显示,0℃层亮带高度在降水相态转变为雨夹雪前明显降低,雨夹雪阶段基本维持,降雪后0℃层亮带消失。对数值预报降雪量订正,首先关注前期回暖、气温日变化与系统性降温叠加作用,再根据不同类型降雪影响系统动力、水汽辐合等条件判断降水时段,综合订正降雪量。     

天津地区冬季降水相态识别判据研究

利用2000—2015年10月至次年4月天津地区逐日常规气象观测资料和ERA-Interim再分析资料(0.125°×0.125°),对天津地区发生的3种降水相态转换(雨转雨夹雪再转雪)的天气过程进行统计,分析降水相态转换过程中温度、湿度和不同等压面厚度特征,得到与降水相态转换关系密切的9种判别因子:850 hPa温度(T 850)、925 hPa温度(T 925)、1000 hPa温度(T 1000)、地面温度(T s)、1000~850 hPa位势厚度(H 1000-850)、850~700 hPa位势厚度(H 850-700)、0℃层高度、-4℃层高度和925 hPa相对湿度,给出每种因子对应不同降水相态的阈值,并通过3次天气个例进一步验证指标的可用性。在此基础上,综合利用9个判别因子和阈值指标建立降水相态判别方程,经检验发现雨和雪回代检验判别准确率达80%以上。     

一次寒潮背景下降水相态变化特征分析

利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2013年4月18日到20日河南出现的一次区域性寒潮天气过程的环流背景、影响系统及寒潮期间降水多相态转换的成因进行了分析。结果表明:本次寒潮过程属于横槽转竖型,冷锋迅速南下,导致寒潮暴发;此次寒潮天气的大气温度层结存在逆温层结构特征,温度廓线的变化会导致降水相态发生变化;受低层冷空气持续影响,暖层强度即融化层遭到一定程度的破坏或消失,冷层即冻结层强度增强,0℃层高度下降,以致降水相态发生相应的改变;降水相态的变化与暖层温度及0℃层高度密切相关。根据本次寒潮过程中NCEP再分析数据得到:当降水相态为雨时,暖层温度≥2℃,0℃层高度≤975 h Pa;当降水相态为雪时,暖层温度≤-1℃,0℃层高度≌1000 h Pa;当降水相态为冰粒时,2℃≥暖层温度≥-1℃,1000 h Pa≥0℃层高度≥975 h Pa。     

近30a山西不同相态降水的统计特征及概念模型

利用山西省1981~2010年108站的地面降水观测数据,以降水量≥0.1 mm的日数为指标,对山西108个县市不同相态降水的时空分布特征进行了分析,结果表明:五寨(山西西北部)和陵川(山西东南部)平均降雨日数、平均降雪日数、平均雨夹雪日数都位于全省之首;30 a间山西的降雨日数和降雪日数分别以3.333 d/10 a和1.529 d/10 a的趋势减少,而雨夹雪日数则以0.34 d/10 a的趋势增多;山西区域降雪和降雨日数变化趋势的空间分布都具有西部减少趋势高于东部的特征,雨夹雪日数变化趋势的空间分布则具有东部增多趋势高于西部增多趋势的特征;朔州和忻州西部是降雪日数减少趋势最强的区域,运城是降雨日数减少趋势最强的区域,晋城是雨夹雪日数增多趋势最强的区域。应用328个多相态降水过程资料和NCEP再分析资料进行统计分析,结果表明:冷空气侵入导致中低空温度下降,0℃层高度降低是降水相态发生变化的主要原因;-3℃和0℃是山西中南部降水相态转变时850 hPa和925 hPa的临界值;3.5℃则是山西北部和高海拔地区降水相态发生转变时850 hPa温度的临界值;西北路冷空气侵入多相态降水过程,地面冷锋是降水相态的分界线,东路冷空气侵入多相态降水过程,低空切变线则是降水相态的分界线。     

昆明冬季降水相态识别判据研究

利用昆明气象站1952—2013年冬季的降水及天气现象资料,统计分析了昆明冬季降雪的气候特征。利用1980—2013年高空、地面资料,选取500 hPa温度、700 hPa温度、0℃层高度、500～700 hPa之间的位势厚度、地面日最低温度和日平均温度6个物理量,针对雨和雪的降水相态进行统计分析,采用降雪TS评分最高的原则确定物理量的阈值。对每个单一判据给予不同的权重,采用权重线性法设定降雪的综合判据,通过对6个物理量降雪判据进行不同的组合试验,并考虑到综合判据的业务化,最终选定700 hPa温度、500～700 hPa之间的位势厚度、地面日最低温度3个单一判据组合为综合判据,并用中尺度WRF模式对2014年的13次降水天气进行了降水相态判别检验,结果表明综合判据可为昆明冬季降水相态客观预报提供较好的参考。     

2016年广东一次罕见寒潮雨雪冰冻天气过程分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料,分析了2016年1月下旬广东罕见大范围雨雪冰冻天气过程的大尺度环流和冷空气活动特征、动力和水汽条件,采用湿球温度讨论了降水相态和大气温度垂直结构特征。结果表明：此次寒潮过程环流形势为横槽转竖型,横槽下摆引导强冷空气向南迅猛爆发,以及伴随着异常强的冷高压、锋区、冷温度中心和冷温度平流的冷空气主力南侵,是本次寒潮过程粤北和广东中南部温度陡降的主要原因;700 hPa冷暖空气的辐合,以及700 hPa西南气流从孟加拉湾输送水汽经中南半岛北部到北部湾至华南地区加强并辐合,是造成雨雪冰冻天气产生的重要动力和水汽条件;在有利的大尺度环流、动力和水汽条件配合下,降水相态的变化与暖层强度及湿球温度密切相关,暖层的明显减弱及暖层下方湿球温度低于0 ℃冷冻层的强度增强,导致降水相态由雨向雪、雨夹雪、霰等固态降水转变;在发生固态降水的平均时段内,粤北地区中低层湿球温度均低于0 ℃,无明显融化作用,产生纯雪或雨夹雪的可能性大;而位置偏南的珠江三角洲地区仍存在浅薄的暖层,因此主要出现雨夹雪或霰。当寒潮入侵涉及华南降水相态预报时,需要注重实况探空和模式预报探空的大气温湿垂直结构的分析,更应重视湿球温度的研究和应用。     

南方两次降雪过程的降水相态模拟研究

利用常规地面观测资料、NCEP GFS分析资料、卫星及多普勒雷达资料和中尺度数值模式WRF,通过对比分析寒潮型暴雪和冷暖空气对峙型(下称对峙型)雨雪两类天气过程的大气环流形势、温湿廓线和对流层中低层风场特征,发现温度平流的强度和高度层次是两类雨雪天气过程的最大差异.东部沿海地区的低层风向可以用来判定冷空气的强度和爆发时间.从热量的收支来看,温度垂直廓线的主要影响因子是温度的水平平流和非绝热过程.逆温层的出现主要是温度水平平流项的贡献;强降水期间,非绝热加热与温度水平平流的增温效果相当.对峙型降雪的平流降温明显小于寒潮型降雪,对峙型降雪的中低层更多的是暖平流.950 hPa混合降水凝结比可作为降水相态的预报因子,混合降水凝结比接近100％,雪混合比＞0.2 g·kg-1,地面降雪;凝结比在95％～100％之间为降水类型过渡区,结合非绝热降温幅度和地面温度,可以用来判定过渡区的降水类型;凝结比＜90％,地面温度在0℃以上,类型为降雨.     

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。     

多普勒雷达在强降雪相态转变过程的研究应用

利用常规气象资料、NCEP1°×1°再分析资料和北京多普勒雷达资料，对河北廊坊地区2020年2月14日强降雪过程中相态转变特征进行详细分析，并引入HYSPLIT模式，对强降雪地区气块进行96 h后向追踪模拟。研究发现：零速度线闭合状态反应了低空急流与中高空急流（气流）发展、对峙、消亡等状态，对地面降水相态变化的临近预报有较好指示意义；距离北京多普勒雷达40－80 km范围内的廊坊各地面气象观测站，在零度层亮带高度迅速下降后半个小时到1小时内先后完成雨雪相态转变；利用HYSPLIT模式得到强降雪地区四个高度层的水汽源地、路径及贡献，发现：700 hPa和850 hPa对降水区的水汽贡献较大，且均为暖湿气流。