基于加密观测的一次极端雨雪过程积雪特征分析

利用降水现象仪、地面自动站、人工加密积雪深度逐时观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对山东2020年1月5-7日罕见雨雪过程的积雪特征及温度影响机制进行了分析。结果表明:(1)降水量突破同期历史极值导致此次雨雪过程成为极端天气事件,地面影响系统为江淮气旋,冷平流较弱,积雪深度是预报难点。(2)整个过程全省各站的平均降雪含水比为0.46 cm·mm~(-1),低于过去20年间的江淮气旋暴雪过程。(3)积雪深度与高空温度、相对湿度和垂直速度的配置有关,在最大上升运动与90%以上相对湿度的叠置层次内,如果环境温度有利于树枝状冰晶增长则积雪深度和降雪含水比大,而环境温度适合空心柱状冰晶增长的则积雪深度小;云下温度高于0℃使得积雪深度减小。(4)积雪深度与近地面温度的关系表现为:气温低于0.5℃可形成有量积雪;0 cm地温对积雪的影响表现在积雪产生之前,降至0.4℃以下可形成有量积雪;雪面温度在产生积雪前后的2 h内维持在0℃左右,其他时段变化与气温类似。(5)降雪含水比基本上随着气温的升高而减小,在0.5 cm·mm~(-1)以上时一般降雪期间气温低于0.4℃。该个例揭示了积雪深度和降雪含水比的预报需要综合考虑高低空气象条件。     

库尔勒市霜冻特征及其驱动力分析

利用库尔勒市气象局2003—2012年春、秋季最低地面温度、最低气温、云量、风速和海平面气压等气象要素资料,分析该地区的霜冻特征以及最低地面气温和其它气象要素之间的关系,结果表明:(1)库尔勒市霜冻主要出现时段为10月、11月以及次年的3月;(2)最低气温与最低地面温度之差介于-3～8℃,其中在3～5℃之间占总数的72.5%;(3)当08时海平面气压低于1015 hPa时,发生霜冻的概率仅为4.8%;气压超过1025 hPa时,出现霜冻的概率达84.7%;(4)通过最低气温、云量和风速建立的最低地面气温预报方程,分别对最低地面温度和霜冻做出预报,其中最低地面温度预报的准确率在70.7%～83.5%之间,霜冻预报的准确率为89.9%,效果良好。     

山东降雪含水比统计特征分析

降雪含水比（snow-to-liquid ratio,SLR）是指积雪深度与降雪融化后等量液体深度（降雪量）的比值,可用来计算积雪深度。山东有两种产生机制不同的降雪,冷流降雪主要分布在山东半岛北部沿海地区,其他类降雪在全省范围均可发生,二者的降雪含水比有明显差异。利用山东122个国家级气象观测站自建站以来至2018年12月的逐12 h降水量、日积雪深度、降水性质、日最高气温及1999—2018年的MICAPS高空、地面图资料,通过限定条件进行质量控制,统计分析了山东不同地区的降雪含水比气候特征,为积雪深度预报提供参考。结果表明：1）山东降雪含水比的变化范围为0.1～3.0 cm·mm-1,全省大部地区多年平均降雪含水比为0.9 cm·mm-1,主要集中在0.3～1.1 cm·mm-1之间;山东半岛北部沿海地区（强冷流降雪区域）的多年平均降雪含水比为1.3 cm·mm-1,主要集中在0.9～2.0 cm·mm-1之间。2）降雪含水比的大小与降雪量等级有关,且存在明显月变化。全省大部地区从中雪至暴雪随着降雪量等级的增大,降雪含水比依次减小;各等级的降雪含水比月最大值均出现在1月或12月,最小值出现在11月或2月;山东半岛北部沿海地区的降雪含水比表现出更为复杂的特征,在以冷流降雪为主的11月—次年1月,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比基本相当;2月和3月冷流降雪不明显,降雪含水比表现出与其他地区降雪类似的特征。3）不同天气系统暴雪的降雪含水比有差异。江淮气旋暴雪过程平均降雪含水比为0.69 cm·mm-1,总体上呈现“北大南小,山区大沿海小”分布,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比中位数分别为0.8、0.7和0.5 cm·mm-1;回流形势暴雪过程的全省平均降雪含水比为0.67 cm·mm-1,中雪的降雪含水比中位数为0.8 cm·mm-1,大雪和暴雪均为0.6 cm·mm-1;冷流暴雪的降雪含水比明显大于其他两类暴雪,中位数在1.1～1.6 cm·mm-1之间变化,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比中位数分别为1.4、1.6和1.3 cm·mm-1。     

一次江淮气旋暴雪的积雪特征及气象影响因子分析

利用自动站、人工加密观测及常规观测资料,通过对2017年2月21—22日一次江淮气旋暴雪过程积雪特征的分析,揭示了近地面气象要素对积雪深度的复杂影响。结果表明:(1)江淮气旋系统特有的空间结构导致山东南、北地区的降雪量和积雪深度不均衡分布。(2)积雪深度具有时效性,在降雪结束时达到峰值,因温度的变化导致峰值不一定维持到次日08时。(3)积雪深度是近地面多气象要素共同作用的结果,降水相态、降雪量、降雪强度、气温、地温和风速均有影响。主要表现为:雨夹雪在转为纯雪之前可产生不超过1 cm的积雪,如果不转雪则不会产生有量积雪;各地降雪含水比差异较大,全省平均为0. 5 cm·mm~(-1),低于全国平均值;在降雪不融化的情况下,降雪量、降雪强度越大则积雪越深,降雪强度大是气温和地温都高于0℃时产生积雪的必要条件;地温和气温越低对积雪形成越有利,积雪开始产生时的地温最高阈值多在0℃左右,地温先突降后缓升是积雪产生前后的共性特征,积雪产生后1～2 h内地温略有上升并逐渐趋于稳定;积雪产生时气温一般低于0℃,气温高于0℃时大部分降雪融化;有利于产生积雪的平均风力多不超过2级,极大风则在3～4级以下。     

濮阳市0 cm地温变化特征及成因分析

利用线性分析方法和相关分析方法,分析了濮阳近50年地面温度的变化倾向率及成因。月平均地面温度变化趋势具有明显的阶段性,12月至翌年4月呈升温趋势,5～11月呈降温趋势,其变化倾向率分别为0．01～0．32℃／10a和-0．04～-0．83℃／10a,年平均地面温度变化倾向率为-0．23℃／10a;各月地面平均最高温度的变化倾向率,11月为0．01℃／10a,其余月份则为-0．46～-2．16℃／10a,年变化倾向率为～0．23℃／10a;各月地面平均最低温度的变化倾向率,11月为-0．02℃／10a,其余月份则为0．09～0．76℃／10a,年变化倾向率为0．34℃／10a;各月平均地气温差的变化倾向率为-0．17～-0．66℃／10a,年变化倾向率为-0．35℃／10a。当地地面平均最高温度呈逐年递减趋势,地面平均最低温度呈逐年递增趋势,地面平均最高温度的递减趋势远大于平均最低温度的递增趋势,因此,年平均地面温度呈逐年递减趋势。地气温差逐年递减,大气稳定度增强,不利于近地层污染物和水汽扩散,由此带来轻雾日数增多,空气污染加重。日照时数减少,地面受太阳直接辐射减少,是地面温度趋降的直接原因,空气湿度和降水量趋增、空气污染加重等要素的变化,是地面温度趋降的间接原因。     

1973—2012年4—10月呼伦贝尔市地面温度时空分布特征

利用呼伦贝尔市1973—2012年4—10月地面0cm温度观测资料,对在全球变暖环境下地面温度的时空分布特征进行分析。分析表明：呼伦贝尔市地面温度呈现随纬度和高度递减的分布方式,各台站地面温度呈现显著上升趋势,平均年倾向率为0.82℃/10a,夏季变率明显高于秋冬季,秋季各台站间的变率差距较大。大多数台站2007年为地面温度显著偏高的异常年,突变大多发生在20世纪90年代后期至21世纪10年代初期,重现期百年一遇在40.9-34.8℃之间变化,20a一遇在33.7~39.4℃之间,新巴尔虎左旗较高,根河较低。     

鄂西北两次强降雪的滴谱特征和积雪深度预估方法

利用丹江口站Thies Clima激光雨滴谱仪(TCLPM)和地面人工加密观测资料对2010年12月14—15日和2012年1月20—22日两次强降雪天气滴谱演变特征及预估积雪深度方法进行了分析探讨,结果表明:(1)激光雨滴谱仪能自动识别降水相态,结合地面人工加密观测结果,气温高于0.7℃,降水相态为雨,低于0.7℃为雨夹雪,低于-0.5℃为纯雪,同时发现地面温度低于0.5℃,地面开始有积雪,且这两次过程地面风速比较低有利于地面积雪;(2)激光雨滴谱仪还可以很好地监测强降雪天气滴谱特征演变规律,回波强度(Z)、平均直径(D_m)、降雪粒子水含量(W)、数浓度(N)随降雪强度增强而增大,且两次过程中D_m、Z、N、W均与地面积雪速率(VSD)均有不同程度的正相关性,W与VSD相关性更好,分别达到了0.844和0.926;(3)选取降雪粒子水含量W与地面积雪速率进行一阶拟合,得出地面积雪速率预估方程,通过纯雪阶段地面积雪速率预估值(VSDF)和地面积雪深度预估值(SDF)与利用雨滴谱仪实测资料反演的VSD、SD两者进行比较,发现它们两者非常接近,说明通过这种方法可以较好地预估地面积雪速率和积雪深度,其结果可以再现地面积雪跃增的主要时段。     

基于逐时资料的黄山雾凇特征及气象条件分析

利用2004—2016年黄山气象站逐日、逐时地面气象观测资料分析了雾凇的时间分布特征及气象条件。结果表明:(1)黄山年平均雾凇日61.6d,年份之间差异明显;雾凇初日主要在11月,终日主要在3—4月;连续雾凇日数多在3～4d,占40%,各年均出现了连续雾凇日数≥10d的情况。(2)雾凇出现在10月至次年4月,其中12月至次年3月雾凇日数占89.8%;月平均雾凇日数与月平均气温呈显著负相关。雾凇还存在一定的日变化,08:00—09:00最多,18:00最少。(3)逐日资料统计表明,适宜雾凇出现的气象条件是雾日且日平均气温在-8～2℃之间、平均相对湿度≥80%、平均风速2～9m/s。(4)逐时资料统计表明,雾凇的形成主要受气温影响,雾凇形成前需7h以上的累计低温(≤0℃),适宜雾凇形成的气象条件是有雾且气温在-6～1℃之间,湿度≥95%,风速2～11m/s,较好地反映了雾凇形成的临界气象条件。     

京藏高速民和至西宁段冬季路面与地面最低温度变化特征及影响分析

利用2018年1月1日至2020年12月冬季1月、2月和12月-次年2月逐日逐小时京藏高速民和至西宁段常规气象站和交通气象站逐日逐时气象观测资料,分析了冬季逐月平均路面最低温度和地面最低气温的日变化特征及其相关关系,建立了4站冬季各月路面最高温度和最低温度分别与地面最高温度和最低温度的相关性方程,旨在为路面温度精细化预报服务提供参考。结果表明：京藏高速民和至西宁路段4站冬季各月平均路面最低温度和地面最低温度冬季各月具有明显的日变化特征,平均路面最低温度和地面最低温度达到最低值和最高值的时间并不是完全相同；。常规气象站点平均地面最低温度日出/日落的变化速率要高于交通站点平均路面最低温度,并且平均地面最低温度的变化幅度要比路面最低温度变化幅度大。平均地温面最低温度的最高值比路面最低温度的最高值超前1～2h,常规气象站点逐小时地面最低温度＜0℃的时间维持15～18h,交通站点路面最低温度＜0℃的时间维持8～22h。应用统计学方法建立的朝阳站、汉庄站、高庙桥站和老鸦峡站最高和最低路面温度与最高和最低地面温度相关性方程具有很好的实际应用价值,可在实际业务工作中推广应用。     

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。     

基于L波段雷达资料的威宁降雪天气预报模型初探

利用威宁站逐日地面降雪观测资料和L波段雷达每天08时、20时的探空资料,采用数理统计方法,分析2008—2019年探空各规定标准等压面温度、湿度和风向风速的分布特征,找出其降雪预报指标,建立降雪预报模型。结果表明：①威宁降雪天气主要与中低层的湿度及其风向风速、近地面~500 hPa的温度关系密切;②降雪预报模型主要包含湿度指标（H_近地面≥80%、H₇₀₀≥80%、H₆₀₀≥60%）、温度指标（T_近地面≤0.5 ℃、T₇₀₀≤-1.2 ℃、T₆₀₀≤-4.8 ℃、T₅₀₀≤-8.2 ℃）和风向风速指标（V_近地面≤5 m·s^-1、V₆₀₀≥17 m·s^-1）3个方面,随着高度的增加,风速增大,南北风切变明显;当湿度、温度指标同时满足时,直接判断将有降雪天气出现,不再进行风向风速指标的判别;③预报模型对2020年冬季(12月、1月、2月)降雪进行检验,其预报准确率达70%,预报可靠性高,对威宁降雪预报具有较强的指导性。     

黑龙江省一次暴雪过程分析

正1天气实况2016年11月13-14日黑龙江省发生一次暴雪天气过程,过程系统移动速度快,降雪强度大,最大降雪量出现在龙江,降雪量为18.0 mm。过程出现东西两个降雪中心,西部中心位于齐齐哈尔附近,东部地区降雪中心位于鹤岗附近, 6 h最大降雪量西部出现在龙江(14 mm),东部出现在鹤岗(7.6 mm)。2形势分析2016年11月13日08时-14日08时,500 hPa     

中国典型大雾落区基本概念模型的研究与建立

利用MICAPS气象信息综合分析处理系统的历史气象资料,根据大雾形成的物理机制,对2008-2010年发生在中国典型区域大雾天气个例中主要影响因子进行分析,得出7个有利于区域大雾产生的因子。结果表明：7个因子中,逆温层厚度为20-200 hPa;地面温度露点差多小于1 ℃,前一日多小于3℃;近地面湿空气厚度0.05-0.70 km;逆温层极值点0 ℃线是雾淞产生特征线;地面偏南风风速为2-6 m·s-1;气温为-15.0～20.0 ℃,其中,-5.0～5.0 ℃占比例最大,0 ℃线是大雾发生的特征线;变性或减弱的高气压。7个因子均有12-24 h的超前特征,经过叠加,构成了“大雾落区基本概念模型”。根据模型建立了大雾落区预报业务系统。理论检验表明,区域大雾预报时效可提前到12-24 h,24 h区域大雾预报准确率为87.5 %。     

吉林省东南部山区雨或雨夹雪转雪天气特征分析及预报指标探讨

选取吉林省白山市东岗气象站2005-2011年降水和地面观测资料及欧洲高空温度实况资料,研究吉林省东南部山区雨雪相态转换与影响系统、温度垂直变化特征的关系,获得雨雪相态转换的温度指标。结果表明:白天雨转雪时,925h Pa温度≤3℃,850h Pa温度≤-2℃,700h Pa温度≤-9℃,地面温度基本都在0℃以上,最高5℃时仍可出现降雪,但80%≤3℃,这与吉林省中西部地区有明显不同。夜间雨转雪时,地面和925h Pa均≤2℃,850h Pa温度80%≤0℃,700h Pa温度80%≤-8℃。500h Pa温度雨雪转换的温度指标不明显。同时降水相态的温度指标白天和夜间有所不同,其中白天925h Pa和地面温度高于夜间,而850h Pa、700h Pa和500h Pa则是夜间高于白天。     

我国东部地区冬季模式边界层探空效果评估

应用中尺度气象模式MM5对2006年和2007年12月东部地区进行逐日模拟,并用地面常规观测资料及南京和安庆12h一次的逐日探空资料对模拟的地面及边界层内气象要素进行检验,计算地面和边界层内不同高度的温度、湿度、风向和风速等要素的多种常用统计参数;并分别评估雾发生前和发生时边界层探空的模拟效果。结果表明:(1)MM5模式模拟的地面温度和湿度均较理想,但风速误差较大。温度、相对湿度、风速的观测与模拟的偏差概率分布均呈近正态分布,峰值中心分别为-1.52℃、4.59%和1.92m·s-1,白天模拟效果优于夜间。(2)以南京、安庆两站为例,模拟的08:00(北京时,下同)和20:00边界层内探空基本可靠,但20:00的效果比08:00好;模拟效果均随高度上升而变好;且南京站边界层内温度、湿度的模拟效果优于安庆站,但安庆站风的模拟效果优于南京站。(3)以南京站为例,雾发生前和发生时温度、湿度模拟效果较平均情况差,风速模拟较其他模拟时段无明显变化。(4)南京、安庆冬季近地层逆温发生频率都比较高,常见多层逆温,MM5模式能再现近地层逆温,但有高估的倾向,且对边界层中上部逆温模拟效果不佳。此外,敏感性试验的结果表明,模拟方案中地面负的温度偏差不是由近地层高垂直分辨率所致。     

第24届冬奥会海坨山赛区近两年冬季地面风场特征

基于北京市海坨山赛区4个自动气象站2014、2015年冬半年地面风场资料,分析第24届冬奥会海坨山赛区冬季地面风场分布特征。结果表明:(1)各站冬季地面风场具有明显的风向取向以及风速值分布区间特征,其中海拔较高的A1492站风向呈明显的西西南至西北4个方位取向,10.0 m·s~(-1)以上风速的发生频率约为49.1%,月平均风速均10.0 m·s~(-1);(2)各站月平均风速最大值均出现在1月,A1489、A1490和A1491站风速最小值均出现在11月,A1492站最小值出现在3月;(3)各站日逐小时平均风速呈典型的日变化特征,08:00—16:00风速逐渐增大、16:00—18:00缓慢减小。     

山东相态逆转降雪天气的特征与预报

采用高空和地面观测资料,对山东1999—2013年24次有相态逆转降雪过程的影响系统、出现时间、逆转前后的温度变化及各类系统逆转的天气形势特征进行了统计分析。结果表明：1）低槽冷锋、江淮气旋、黄河气旋和暖切变线可在山东产生降水相态逆转,而回流形势降雪不会产生逆转。2）山东降水相态逆转发生在11月—次年4月,以12月和1月居多,12月频率最高;有明显的日变化,14时前后最容易发生逆转,而23时—次日05时最少。3）雪转雨时最显著的特征为地面2 m气温升高,升温幅度多在1～2 ℃;850 hPa以下至地面的温度至少有1～2个层次升温。4）地面2 m气温对逆转的指示性最好,降雪时在0 ℃左右,略高于通常降雪阈值,最低为-1 ℃;其次为1 000 hPa,降雪时接近于0 ℃。5）对流层低层暖平流升温或温度日变化升温导致雪转雨,温度平流弱时温度日变化起主要作用。各类天气系统的逆转范围、时段等有明显差异。因此,对于降雪阈值附近的相态预报,需综合考虑低层温度平流和日变化两个因素,重点关注地面2 m气温能否升温,午后为关键时段。     

济宁冬季气候特征对日光温室生产的影响

利用济宁1960—2013年逐年冬季（12月—次年2月）平均气温、平均最低气温、≤-5.0℃低温日数、日照时数、降雪日数、能见度≤1000m 雾日数及平均风速等资料进行数据统计分析。发现济宁冬季平均气温、平均最低气温整体呈上升的趋势,≤-5.0℃低温日数有减少的趋势,热量条件利于发展日光温室。冬季日照、降雪日数有下降的趋势,雾有略微下降的趋势,虽然日照时数减少,对日光温室生产稍显不利,但光照条件总体利于发展日光温室。冬季平均风速和平均极大风速有减小的趋势,对发展日光温室是一个较为有利的因素。     

基于风廓线雷达资料的暴雪天气过程分析

利用常规观测资料和风廓线雷达产品对平顶山市2014年2月5—6日的暴雪天气过程进行诊断分析,结果表明:欧亚地区"两槽一脊"的环流背景下,700 h Pa西南急流、850 h Pa切变线和地面中尺度辐合线是这次暴雪的影响系统。风廓线雷达水平风资料可以清楚地展示暴雪过程风场"天南地北"的垂直结构及其变化特点。2500 m以上出现西南急流,同时720 m以下出现东北风,降雪开始。2500 m以上西南急流最大风速达到20m·s~(-1),近地面出现12 m·s~(-1)的东北风,降雪开始加大;近地面东北风减弱,降雪减弱;西南急流消失,近地面层出现偏北风,降雪停止。垂直速度的大小与降雪的强弱一致,降雪越强,速度越大;垂直速度小于0.5 m·s~(-1),降雪停止。大气折射率常数C2n在-144~-120 d B且接地,为降雪时段。降雪越强,C2n越大;C2n小于-144 d B时,降雪停止。垂直速度、折射率结构常数等指标的变化能够反映降雪的开始、发展和结束及降雪的强度,为精细化预报提供参考。     

西安地区高温天气分月精细化预报指标

利用1987—2016年西安城区和6个区县的高温天气资料,运用天气学原理和统计学方法,分析≥35℃、≥37℃和≥40℃高温天气的时空分布特征。研究表明近30 a西安地区高温日数整体表现为增加趋势,≥35℃、≥37℃和≥40℃高温日线性倾向率分别为3.3、3.0和0.2 d·(10 a)-1;≥35℃和≥37℃高温日7月出现最多,≥40℃高温日6月出现最多。根据500 h Pa大气环流形势,将西安地区高温天气分为西北气流型、西太平洋副热带高压型(以下简称副高)(细分为副高影响型和副高控制型)以及大陆暖高型3种类型。通过分析高温发生前一天08:00的高低空暖空气温度范围和位置分布、地面气压场分布、24 h变压强度、气温和云量、ECWMF数值模式850 h Pa温度和海平面气压场预报结果以及5个指标站08:00 850 h Pa和地面温度等因子,细化总结出6—8月逐月≥35℃、≥37℃和≥40℃高温精细化预报指标。