1960—2013年北京地区冻雨天气过程特征分析

利用地面气象站的观测资料、观象台的探空资料和NCEP/NCAR再分析资料对1960—2013年北京地区20个地面气象观测站冻雨天气过程的特征及其发生条件进行了分析。结果表明:1960—2013年北京地区11月至翌年4月均可能出现冻雨天气,北京东南部的大兴区和通州区、西北部的昌平区为冻雨发生相对较频繁的地区。低层丰富的水汽和抬升条件有利于冻雨天气的出现,大气层结的垂直结构可分为无融化层(整层<0℃)和有融化层(冷—暖—冷)两类,两种类型冻雨出现的概率相当(各占50%)。通过对北京地区冻雨天气过程典型个例的对比研究发现:850—700hPa暖平流对逆温强度的变化有重要影响;无融化层时,云顶高度较高,700hPa以下气层温度为-10~0℃,降水以过冷却水的形式降落至地面发生冻结形成冻雨;有融化层时,湿层较浅薄(位于850hPa以下),暖湿空气在近地层的"冷垫"上滑行,是此类冻雨发生的有利因素之一。     

天津机场地区冻雨天气分析

利用气象常规资料，对天津机场地区1979～2002年出现的3次冻雨天气进行对比分析，找出了冻雨发生的天气形势特点和大气垂直结构特征：地面受低压控制，高空处在槽前，有明显的增温现象，槽前西南暖湿气流强盛，存在低空急流；850hPa到地面存在逆温层；700～500hPa之间有冰晶层，冰晶层内的温度为-10～-14℃：850hPa附近为暖层，暖层底部的高度在1．0～2．0km左右，暖层的厚度大约为1．0～2．0km，暖层内的温度大约为0～2℃；从地面到1．0～2．0km的高度存在冷层，冷层内温度大约为0～-2℃。以2002年12月13～14日的冻雨天气为代表个例，利用客观分析产品进行诊断分析，总结出冻雨天气预报的着眼点，为冻雨天气预报提供参考。     

2020年内蒙古东南部一次特大暴雪伴冻雨灾害天气特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP逐6 h和逐日再分析资料、FY 2G卫星云图资料，从环流形势、水汽条件、动力条件及层结特征方面对2020年11月18—19日内蒙古自治区东南部罕见的特大暴雪伴冻雨过程进行分析。结果表明：①大气环流异常是造成此次灾害性天气的主要环流背景，500 hPa西风槽和南支槽、700 hPa西南低空急流及切变线、850 hPa以下东北急流、地面气旋是此次过程的主要影响系统，具有回流暴雪的天气特征；②低空偏南和偏东急流两支水汽输送路径及水汽强烈辐合为极端暴雪提供了充足的水汽，850 hPa和700 hPa比湿最大分别为5 g〖DK〗·kg-1 和4 g〖DK〗·kg-1；③低空偏南急流代表的暖空气与北方的冷空气剧烈交汇，暖湿空气在低层“冷垫”上爬升，加剧上升运动的发展，导致该区域降雪迅速加强；④非绝热加热项〖WTBX〗F〖WTBZ〗3对锋面生消作用最小，水平运动项〖WTBX〗F〖WTBZ〗1是锋生函数变化的主要贡献项，锋生函数〖WTBX〗F〖WTBZ〗变化与降水强度变化一致，在〖WTBX〗F〖WTBZ〗＞10的较强锋生区都出现暴雪，因此锋面的强迫抬升对暴雪的增幅作用不容忽视；⑤锋区的维持使得低层维持低温天气，锋上逆温，暖湿空气沿锋面抬升，900 hPa 以下“冷垫”与之上的“暖盖”长时间存在，导致暴雪发生并持续；⑥锋上逆温且逆温区存在融化层，这种垂直结构变化有利于降水相态转化，高层和低层为低于0 ℃的冷层，中间形成温度高于0 ℃的暖层，符合融化类冻雨的层结特征。     

我国冬季冻雨和冰粒天气的形成机制及预报着眼点

利用探空和地面观测资料,通过对2001年冬季至2010年冬季我国不同区域（分为4个区域：北方、江南、华南、西南）的冻雨和冰粒天气形成的物理过程进行分析发现：（1）除北方区域外,我国其他区域的冻雨主要以暖雨机制为主。北方区域的融化类冻雨比例也仅为39％,但纬度越高,出现融化类冻雨的几率高于上述比例。暖层出现是冻雨天气的重要特征,但暖层作用主要是输送水汽和维持锋面系统,以保证降水的发生和持续,低层及地面气温普遍低于0℃可能是最重要的原因。（2）我国冰粒天气的形成机制主要以融化机制为主。冰粒天气的云顶高度普遍高于冻雨天气。冰粒天气的暖层厚度和强度均小于冻雨天气,这主要是由于弱暖层只是部分融化冰晶和雪花,使其重新冻结成为可能。冰粒天气的700hPa风速值普遍小于冻雨天气,这一方面说明冰粒天气对水汽输送条件要低一些,另一方面也反映了冰粒天气暖层较弱的特点。（3）云顶高度、暖层强度和厚度、低层冷层温度露点差、700hPa风速以及地面气温是甄别冻雨和冰粒天气的特征量,但不同区域,这些特征量的有效性不一样。西南区域冻雨和冰粒天气的主要差别在地面气温,其他特征量或差别不明显,或代表性不足,只可以作为辅助判断的因子。     

南方不同类型冰冻天气的大气层结和云物理特征研究

利用观测资料和CAMS中尺度云分辨模式,对南方3次不同类型冻雨天气过程进行模拟,重点研究了冰冻天气中冻雨区云系宏、微观结构及大气层结特征,初步分析了冻雨形成的云物理机制.结果表明:(1)逆温层的存在是冻雨发生的必要条件,低层湿度较大的逆温常与冻雨天气有关.3次冻雨过程的冻雨区都存在逆温层,其中第一、二次过程属于锋面逆温,而第三次过程属于平流逆温.可见,逆温层结有利于冻雨的发生,但逆温层的存在仅是形成冻雨的条件之一.冻雨的发生还与水汽(湿度)、风向风速、地面特征有关.低层有水汽输入到冻雨区、地面温度等于或低于0℃,有利于冻雨形成和过冷雨水的冻结.(2)冻雨的形成需要满足3个主要条件:在对流层中高层存在冻结层,冻结层下要有暖层和逆温层,近地层有一个温度＜0℃的冷却层,并且低层的冷却层相对湿度较高.中高层冻结层主要产生冰相降水粒子,中层的暖层可以确保上层降落下来的固态降水粒子(雪或霰)融化成雨滴或在融化层中直接产生液态降水.这样,雨滴下降到低空冷却层后会逐渐变成过冷雨滴,当过冷却雨滴接触到＜0℃的地面或者其他物体表面时,迅速冻结形成冻雨.(3)不同冻雨区上空存在2种不同类型的云,对应云中有2种明显不同的温度层结:混合相云中的“冷-暖-冷”层结和水云中的“暖-冷”层结.具有2种不同层结特征的不同冻雨区云系,对应2种不同的微物理结构,具有2种不同的冻雨形成的云物理机制.(4)同一类型天气系统中的冻雨区,可以存在不同的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的机制;不同类型天气系统也可以存在特征相同的冻雨区,即冻雨形成的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的物理机制都相同.     

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。     

基于探空资料的江西典型冻雨天气过程垂直结构分析

利用探空资料和地面观测资料,对1959—2008年发生在江西的典型冻雨天气过程的大气垂直结构进行了分析。结果表明:冻雨的形成与大气饱和层、冰晶层、暖层、逆温层、冷层及特征物理量等因素的关系密切。对流层中下层的大气呈饱和或准饱和的逆温状态,饱和层顶位于暖层之上是冻雨发生的主要层结特征。冰晶层底部的平均高度为675hPa,平均厚度为2309m;暖层底部的平均高度为834hPa,平均温度为4.1℃,平均厚度为1765m;逆温层的平均温差为7.5℃;冷层的平均厚度为1668m,平均最低温度为-3.9℃;平均地面最低温度为-1.2℃;冻雨发生时大气整层比湿积分指数须增大为1000以上,干暖盖强度指数须降到-5℃以下。     

2009年11月10-12日河南北部暴雪天气诊断分析

利用常规观测资料和FY2C卫星产品,对2009年11月10-12日河南北部地区暴雪天气过程进行诊断分析,结果表明:500 hPa图上在中高纬地区形成稳定的"两槽一脊"环流形势,出现"南槽北脊"结构,低空急流显著发展,850 hPa盛行偏东气流,地面图上河套倒槽与回流形势同时发展,触发了这次暴雪天气;深厚的湿层和持续的水汽辐合为暴雪产生提供了充沛的水汽条件;低层辐合、高层辐散是触发不稳定能量释放的重要启动机制,中低空正涡度平流中心和温度冷平流中心先于暴雪出现,对暴雪天气预报有指示作用;低层冷空气较强,高层暖湿空气较强,这种"冷垫"与"暖盖"稳定形势是这次连续性区域暴雪产生的重要热力条件。     

中国东北地区两场罕见冻雨过程的对比分析

2020年11月17～20日（过程1）和2021年11月7～11日（过程2）在中国东北地区发生了两场历史罕见的冻雨事件，给吉林和黑龙江两省造成了异常严重的灾害。本文利用NCEP/NCAR和EC-ERA5再分析资料、地面气象要素实况和探空资料，对这两次冻雨过程进行了诊断分析。结果表明，地面关键影响系统均为北上发展加强的江淮气旋，冻雨区均位于地面暖锋北部冷空气一侧的等压线密集带中。冻雨形成过程存在差异，过程1主要表现为先有地面降温形成“冷垫”，之后气旋携带的暖空气在“冷垫”上爬升并配合850 hPa暖锋维持；过程2则表现为大量暖湿空气向北输送，地面气温回升，850 hPa暖舌发展，被抬升的暖湿空气降落在前期较冷的下垫面上形成冻雨。冻雨发生时，水汽条件丰沛，并伴有上升速度和锋区的明显加强。温度层结呈现“冷—暖—冷”三明治型垂直分布特征，即低空有逆温层且有融化层和近地面有冻结层同时存在。两次过程均符合多数北方冻雨的“冰相融化”机制。过程1逆温层顶高度、逆温强度及最大融化层厚度均强于过程2，且逆温持续时间长，导致电线积冰厚度差异明显。地形对冻雨有一定的影响。最后提炼出一个东北冻雨天气的三维结构模...     

2008年河南持续低温、冻雨和暴雪成因

应用常规气象观测和1°×1°NCEP资料,分析了2008年1月中下旬河南持续低温、冻雨、暴雪的成因,结果表明：1月中下旬500 hPa极涡较历史同期明显偏东偏南,咸里海和孟加拉湾地区的高度明显偏低;冻雨出现时大气的温度垂直分布呈现中暖下冷的特征,存在明显的逆温层和〉0℃的暖层;暴雪产生时底层东北风明显加大。极涡位置偏东,有利于极地冷空气不断沿贝加尔湖脊前西北气流南下,中纬环流东高西低,有利于孟加拉湾水汽持续向东北方向输送,两者是导致河南出现持续低温雨雪天气的主因。冻雨发生时上空需存在厚度超过500 m的暖层（t〉0℃）,暖层下有近2000 m的t〈0℃的冷层,且950-750 hPa大气相对湿度〉90%。近地面东北急流的出现或东北风的加强,促进了低层的辐合或抬升,有助于垂直风切变加强和上升运动发展,对降水的加强有指示意义。     

2022年2月中下旬桂北一次低温雨雪天气过程成因分析

本文利用观测资料、广西中尺度自动站资料及FNL资料,分析了2022年2月中下旬影响桂北的一次低温雨雪冰冻天气。分析表明：（1）过程期间中高纬为两槽一脊型,乌拉尔山高压脊强盛发展,东移缓慢;脊前的强冷空气与南支槽前的西南暖湿气流在华南交汇为此次低温雨雪天气的产生提供了有利的环流形势。此次过程产生的重要原因是低层强锋区稳定维持。（2）从降雨转为雨夹雪,温度垂直结构,逆温层的高度、厚度及强度、0度层的高度,近地面融化层的厚度、地面温度都有显著变化。（3）持续的中低层水汽输送和辐合利于冰冻雨雪天气的发生及维持（4）湿层厚度的变化对雨雪相态的转化有一定的指示意义。     

2010年2月24日沈阳地区冻雨成因分析

利用NCEP的全球数据同化系统（GDAS）1°×1°分析资料、NOAA的2.5°×2.5°全球格点资料和气象观测资料等,对2010年2月24日沈阳地区大范围冻雨灾害天气过程进行分析。结果表明：冻雨发生前期,沈阳地区的明显增温是导致大范围雨雪冰冻灾害的重要原因;925—750 hPa存在的t≥0℃温厚暖层是冻雨形成的必要条件;西南气流的建立有利于大量暖湿空气向东北地区输送,并决定了低温冰冻灾害发生的区域。中层温厚暖层的建立与破坏时间对冻雨的预报具有一定的指示意义。     

2008年江西省冻雨和暴雪过程对比分析

利用NCEP1°×1°逐6h分析资料和常规观测资料,从环流形势、垂直热力结构、动力抬升、水汽条件等方面着手,对2008年1月25—28日和2月1—2日江西省罕见大范围冻雨和暴雪过程进行了对比分析。结果表明,2次过程发生在相似的环流背景下,但暴雪过程的饱和湿度层更加深厚,冷空气条件、动力辐合、垂直风切变均强于冻雨过程。对流层中层的爆发性增温是冻雨、暴雪降水相态改变的关键,2次过程在925—700hPa都存在逆温层,但冻雨过程的锋面逆温更强,并在800hPa以上存在1～2km的0℃以上暖层,暖层最高温度为2～7℃;而暴雪过程整层温度均在0℃以下,不存在暖层。强降雪伴随着湿位涡的发展而加强,MPV1正中心附近的强梯度带和MPV2负斜压中心附近的密集等值线,以及深厚、强烈的上升运动对冻雨和暴雪的预报具有较好的指示意义。2次过程在低空都为辐散气流,中层辐合、高空辐散,且辐合、辐散层从高到低,从北向南倾斜分布。暴雪过程的高层辐散更强,高低空的抽吸作用更加剧烈。     

江西省冻雨垂直温度层结分析及预报

利用1960-2013年江西省89个气象观测站常规观测资料,采用统计分析和插值处理方法,对江西106次冻雨过程垂直温度层结进行分析,并建立冻雨预报思路。结果表明：江西省冻雨发生通常伴随1000-850 hPa剧烈降温和700 hPa增温,925-700 hPa存在明显逆温。融化层是冻雨发生的必要条件,87.7 %样本融化层位于700 hPa,9.4 %样本融化层位于850 hPa;一般以1000 hPa温度<1.0 ℃、925 hPa和850 hPa温度<-2.0 ℃和700 hPa温度≥0.0 ℃作为江西冻雨预报的温度阈值标准,同时也应注意融化层位于850 hPa的情况。地面气温越低,越有利于冻雨形成,冻雨发生时最低气温为0.0 ℃以下,平均气温为1.0 ℃以下。冷暖空气持续在27°-28 °N交汇,且鄱阳湖以南至抚河流域平均气温＜1.0 ℃和最低气温＜0.0 ℃出现比其他地区多,造成该区域冻雨发生频次比其他地区明显偏多。另外,通过大气逆温层结、地面气温与冻雨的对应关系,建立基于模式资料和常规观测资料的自动诊断方法。     

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。     

2011年与2008年贵州低温雨雪冰冻天气锋区特征对比

用常规气象观测资料和NCEP2．5°×2．5°再分析资料,对贵州2011年年初和2008年年初2次严重低温雨雪冰冻灾害期间的天气形势、冷空气、水汽和大气层结等特征进行了分析比较。结果表明：静止锋是贵州低温雨雪冰冻天气的主要天气系统;2008年较2011年冷暖空气均较强,故锋区强、锋面坡度较小,这是2008年冰冻天气强于2011年的主要原因;冻雨的发生与层结的逆温有很大关系,逆温发展的阶段均能较好地对应每一次冰冻过程;逆温强度强且长时间存在是2008年冰冻天气持续时间长的原因。2次过程中低层锋区附近有明显的水汽辐合,形成雨雪天气;对2011年降雪和冻雨过程的对比分析表明降雪与冻雨最明显的特征是降雪时层结基本无逆温,逆温层的出现是降雪转换成冻雨的重要原因。     

Analysis of the Structure of the Temperature Field in Relation to the Persistent Snowy and Cold Weather in South China in Early 2008

In early 2008, a persistent cold and snowy weather process occurred in South China. Severe freezing rain (FR) and blizzards hit the region, which was not seen in the past 50 years. This work studied the disaster at its most severe stage (25 January-2 February 2008) and addressed the reason for the occurrence of three rainfall types and particularly the FR that resulted from the temperature inversion and low surface temperature. Evidence suggests that the south-to-north distribution of rainfall, FR, and snowfall was determined by the surface temperature conditions and the stratification features of the northward-tilting front in the mid-lower troposphere over different parts of South China. Under the above frontal conditions,the temperature inversion in the mid-lower troposphere and the cold ground temperature took place and the FR formed. The temperature layer (> 0°C) inside the inversion in this region depended on necessary intensity, depth, and height of the inversion, i.e., the depth of the inversion can be neither too thick or low nor too thin or high. For those too thick and low (too thin and high) inversions, the precipitation fell as rain (snow and ice pellets). In the early 2008 case, the 0-6°C layer occupied 650-850 hPa, below which was the sub-freezing level with temperature < 0°C. With the presence of the low sub-freezing level, FR or ice damage could occur even at the 0-1°C surface temperature condition. Besides, even in the absence of a suitable inversion, a low ground temperature might have made ice-covered water and supercooled drops or water from melted ice freeze rapidly into ice at the surface, and the ground ice maintained and accumulated,which resulted in the severe disaster.     

2016年12月克拉玛依一次罕见冻雨天气过程分析

本文对2016年12月4-5日新疆克拉玛依市出现历史罕见的冻雨天气过程,通过实况观测资料的综合分析,并利用WRF区域模式进行数值模拟,分析冻雨形成的环流形势、风场、大气层结以及冻雨区云系。结果表明,大尺度环流形势为西风带上弱波动东移,配合中低层西南急流,以及冷暖气团交汇,为冻雨的形成提供了必要的天气尺度条件。本次冻雨的形成机制为融化机制,水汽输送层主要位于冰晶层,水汽受冰晶效应充分凝结后再在暖层融化,落入冷层迅速冷却为冰粒或过冷却雨滴。逆温层是冻雨发生的主要条件,并且随着逆温层减弱,降水物的相态也从冰粒转为过冷却水。本次冻雨过程与南方冻雨不同的是,克拉玛依上空在降水前期就存在强逆温,并且在冻雨发生前逆温层出现减弱再加强的变化。     

四川地区隆冬冷暖年大气环流及天气特征分析

利用NCEP再分析资料及实况资料,分析四川地区1951~2007年1月典型冷、暖年及2008年1月四川低温雨雪冰冻天气的大气环流特征,发现:东亚冬季风异常偏强(偏弱)与四川隆冬季节气温偏低多阴雨雪天气(气温偏高晴少雨雪天气)明显相关,冷年表现为500hPa极涡在亚欧地区强度显著偏南(偏强),南支低槽活跃,西伯利亚~蒙古地面冷高压偏强,四川地区850hPa气温偏低,0℃线偏南,为明显的反气旋距平风场,低层湿度增加,暖年则与之相反。