丹江口市两次不同相态降雪过程温度层结对比分析

利用常规观测资料、NCEP1°×1°逐6 h FNL资料与十堰多普勒雷达资料,对2017年2月丹江口市出现的两次不同相态降雪天气过程进行了对比分析,重点分析两次天气过程温度垂直层结的差异及产生原因。结果表明：降雪相态为纯雪时,温度垂直结构为冰晶层—冷层;降雪相态为冰粒时温度垂直结构为冰晶层—冷层—暖层—冷层;暖平流的厚度、强度与持续时间是造成纯雪与冰粒温度层结不同的原因。     

安徽省南部两次冻雨天气过程对比分析

基于逐时气象观测资料和一日4次ERA-Interim再分析资料对2018年1月4一7日(第一次过程)和24—27日(第二次过程)安徽省南部(简称皖南)两次冻雨过程中冻雨分布、时间演变及环流特征进行分析,结果表明:通过自动气象观测仪器的风速突然降为0 m·s~(-1)、风向固定不动,可大致推测出冻雨出现时间,比人工观测到冻雨出现时间早。两次冻雨天气均是在准静止锋天气下出现的,但导致冻雨形成的机制不同。第一次过程为典型的"冰相融化"机制,第二次过程为典型的"过冷暖雨"机制。东亚大陆近地面冷高压使两次冻雨天气中皖南处在东北气流之下,其带来的冷温度平流形成近地面到地面的冷垫,而750 hPa高度附近南支槽槽前暖湿气流带来暖温度平流是融化层或逆温层维持和发展的主要原因。当高空温度层结满足冻雨出现条件时,地面0℃线的位置会直接影响冻雨出现的范围。     

青藏高原腹地多年冻土区活动层水热过程对气候变化的响应

活动层作为多年冻土与大气系统之间能量和水分交换通道,其内部的水热状况是控制水循环和地表能量平衡的主要因素,并直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用一维水热耦合模型CoupModel,对青藏高原风火山试验点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。模拟效率参数表明模拟结果很好地反映了研究区多年冻土活动层水热状况。基于已验证的模型,设置多种不同气候变化情形,来分析活动层内部水热状况对全球气候变化的响应。研究结果表明:(1)土壤温度与气温呈正相关关系,气温每升高1℃活动层平均增温约0.78℃,但随着土壤深度增加,增温幅度逐渐减小;(2)升温导致活动层土壤冻结和融化过程发生变化,且对融化过程的影响明显大于冻结过程;(3)活动层各深度土壤含水量随气温升高而增大,且增大幅度随土壤深度增加而不断增大;(4)在完全融化期,降水量增加降低了浅层土壤温度,升高了深层土壤温度,而完全冻结期土壤温度均随降水量增加而升高;(5)降水量增加导致活动层含水量增加,其中完全融化期土壤含水量变化最明显。因此,气候暖湿化将对青藏高原多年冻土区活动层土壤温湿度及冻融循环过程产生较大影响,可能不利于冻土发育。     

低层暖平流强迫背景下湖南两次飑线过程对比分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,对2017年5月11日和6月5日发生在湖南的两次飑线过程(以下分别简称"5·11"飑线过程和"6·5"飑线过程)进行了对比分析。结果表明:(1)两次过程均发生在低层暖平流强迫背景下,"5·11"飑线过程发生前冷平流较明显,"6·5"飑线过程发生前暖湿气流更强盛,副热带高压位置不同导致后一过程水汽条件更好;(2)"5·11"飑线过程中层更干,0℃度层高度更低,有利于出现较大范围雷暴大风和小冰雹,而"6·5"飑线过程自由对流高度(LFC)相对较低、低层湿度更大,则易产生更大强度的短时降水;(3)"5·11"飑线过程产生大范围雷暴大风的环境条件明显好于"6·5"飑线过程,但后一过程因地面倒槽发展、暖湿气流更强、低涡东移使大气对流不稳定增大等原因,更有利于形成局地致灾性大风;(4)"6·5"飑线过程中气旋少且维持时间短,以及垂直风廓线产品(VWP)、径向速度图上雷暴大风特征不够典型,其预警难度更大。     

2008年湖南冻雨成因研究

利用NCEP再分析资料、TRMM卫星资料和WRF数值预报模式,对2008年1月12日-2月2日湖南冻雨的成因进行了研究.结果表明,冻结层和融化层之间的水汽辐合和较强的上升运动是冻雨产生的两个必要条件.湖南南部强冻雨的产生需要强水汽辐合和上升运动,相对较厚的融化层和高的暖中心温度.卫星云图上在融化层能够观测到亮带,回波强度较大;弱冻雨期间云顶亮温相对较高,观测不到亮带,融化层厚度薄.当考虑真实地形影响时,冻结层在雪峰山脉的北面存在加厚过程,冷中心温度明显偏低;受高大山脉影响,融化层的水汽加强,厚度和强度比加入虚拟地形影响时偏厚偏强,中上层对流不稳定增大,上升运动明显加强;当加入虚拟地形因素影响时,上升运动减小.     

2008年1月南方一次冰冻天气中冻雨区的层结和云物理特征

2008年1月中下旬, 我国南方经历了四次历史罕见的冰冻雨雪天气。本文针对2008年1月25~29日的一次典型冻雨天气过程, 在实测资料、NCEP再分析资料综合分析的基础上, 利用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云分辨模式对1月28日~29日的冻雨天气过程进行了数值模拟, 研究了冰冻天气形成的大气层结及云系冻雨区云的宏微观结构特征, 初步分析了冻雨形成的云微物理过程及云物理成因。结果表明, 深厚而稳定的逆温层和低空冷层的存在是大范围冻雨出现的直接原因。此次南方冰冻过程中, 湖南和贵州两地冻雨形成的云物理机理不同, 不同冻雨区上空为两种不同类型的云, 对应两种不同的云微物理结构和大气层结结构。湖南冻雨区云层较厚, 云顶温度较低, 属于混合相云, 云中高层存在丰富的冰相粒子 (雪的比含水量最大)。湖南冻雨在 "冷—暖—冷" 层结下, 通过 "冰相融化过程" 形成, 即在锋面之上的对流层中层水汽辐合中心内形成的雪, 从高空落入暖层, 雪融化形成雨, 再下落到冷层后, 形成过冷雨滴, 最后接触到温度低于 0℃的物体或降落到地面上, 迅速冻结形成冻雨。而贵州冻雨区云层较薄, 云顶温度较高, 属于暖云, 中高层基本无冰相粒子, 低层为云水和雨水 (云水的比含水量最大)。贵州冻雨是在 "暖—冷" 层结下通过 "过冷暖雨过程" 形成的。即水汽沿锋面抬升, 在对流层中低层的水汽辐合中心内, 经过冷却凝结成云滴, 通过碰并云滴增长的雨滴下落到低空冷层, 形成的过冷却雨滴直接冻结形成冻雨。     

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。     

我国冰粒降水天气的观测特征统计分析

研究冰粒降水天气的特征对于更好地认识冰冻天气,提高冰冻天气的预警预报能力有重要意义,但我国相关研究较少。利用2011—2013年中国民航机场的例行观测、特殊观测资料,分析了冰粒降水天气的时空分布、持续时间和地面气象要素等特征。选取2001—2013年50个探空站资料分析了冰粒的垂直环境特征。结果表明:冰粒降水天气集中分布在中纬度的黄河下游、长江中下游地区。冰粒降水发生的次数与其持续时间相关性不强,在少发区,其持续时间也可能较长;冰粒降水天气在1—2月比较常见,单次冰粒降水天气过程的持续时间比较短,一般不超过1 h;我国冰粒天气发生时,同时常会有轻雾或无其他天气情况,一般很少伴随有雪。冰粒的融化参数一般小于冻雨的融化参数,但冰粒冻结参数一般大于冻雨的冻结参数。在冰粒天气发生之前一般温度逐渐降低、气压逐渐升高。冰粒天气发生前后湿度都比较大,发生期间风速变化比较小。     

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。     

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。     

冻滴微物理过程的分档数值模拟试验研究

霰和冻滴是深对流降水的主要来源。由于二者密度差异造成的不同下落末速度必然会导致云微物理过程的变化以及降水时空分布的改变。我们在以色列特拉维夫大学二维轴对称对流云全分档模式的基础上,将水成物粒子从34档增加到40档,修改了霰和雪的密度,加入冻滴分档处理的微物理过程,发展了一个包括液滴、冰晶、雪、霰和冻滴更为详细的云微物理分档模式。利用改进后的模式模拟了一次理想的强对流天气过程,分析了改进模式与原模式模拟的云微物理量场以及水成物粒子的时空分布特征,模拟结果表明:（1）由于冻滴的产生,较大的下落末速度导致在云内-3℃至-8℃较早地出现了冻滴,并造成了大量的冰晶繁生。（2）冻滴形成前期,液态水中心区域位于垂直上升速度大值中心上方,形成液态水累积区;冻滴形成期,液态水累积区位于0℃层以上,雨滴冻结生成冻滴,霰与半径大于100 μm的液滴碰并生成冻滴;冻滴增长期,在垂直上升气流的支撑下,冻滴碰并过冷水增长,导致冻滴含量增大,液态水含量减小。因此,改进模式能较好的模拟冻滴的形成过程,可以将该分档处理的微物理方案耦合到三维WRF（Weather Research and Forecasting model）模式中,更深入地研究强雷暴风切变在冰雹生成过程中的作用。     

大连地区大雾特征

选取2007年2月和4月出现在大连及其沿海地区的两次大雾过程, 采用GTS1型数字式探空仪探测资料、常规观测资料和NCEP/NCAR再分析资料, 对其环境场、热力和动力作用等进行诊断分析。结果表明:大雾期间, 中高纬度地区高空纬向暖干气流和对流层中下层西南暖湿气流, 为大雾形成提供了有利的水汽和风场条件。低层大气稳定层结的建立及暖干空气与雾层的上下叠置, 有利于大雾的维持。黄渤海的海温作用使冬季地面冷高压进一步增温变性, 有利于辐射雾形成发展, 使春季的暖气团冷却凝结, 有利于平流冷却雾的生成维持。伴有冷平流东移南下的偏北风是促使持续大雾消散的动力因子。     

2004年冬季华北平原持续大雾天气的诊断分析

利用GTS1型数字式探空仪探测的资料、NCEP 1°×1°的6小时资料和常规观测资料,对2004年冬季华北平原历史上少见的持续大雾天气进行了天气动力学诊断分析。结果表明:华北平原近地面气层900hPa以下的负涡度平流、冷温度平流和弱辐合上升运动引起该层气温下降,900-500hPa的正涡度平流、暖温度平流和辐散下沉运动造成该层气温升高,在上升和下沉运动区的界面层中形成逆温层,逆温层的高度和强度影响雾的形成和状况。夜间辐射热力强迫作用和950hPa以下的微风是大雾形成的动力因子。大雾边界层中存在的水汽饱和层是在特定的环流形势下华北平原低空盛行东和东南向岸气流,将北部海面的水汽向西向北平流到冷近地面气层中的结果。     

南方两次相似降雪(雨)过程的对比研究

2006年2月中旬和下旬,长江三角洲一带分别发生降雪和降雨过程,预报过程中对降水形态的预报存在失误。通过对这两次过程的比较分析,期望为今后的预报中区分南方地区的固态降水和液态降水提供一定参考。得出以下一些主要结论:降雪过程高空槽前以偏西气流为主,环流较平;降水过程,槽前西南气流强盛,偏南分量明显。南方大雪的产生须由东北风回流产生的冷平流在华东一带形成冷中心,而北到西北风产生的冷平流降温往往因为降水与降温不同步,无法形成大雪。降雪过程开始前,850hPa附近存在干层,而降雨过程则是中低层都湿。逆温层和700～800hPa的温度对降水形态有重要影响。降雪过程结束时高层先变干,而降雨过程结束时是中层先变干。降雪过程,上空大气中冰雪区集中,含雪量和冰晶含量大值中心与降雪带位置相对应。降雨过程含雪量下界抬高,含雪量和冰晶含量大值中心落后于降雨带,并且南压过程中快速减弱,冰雪区分散。     

珠海三灶机场一次平流海雾的特征及成因初探

为进一步了解平流海雾的形成、发展和消散过程特点和机制,利用风廓线雷达、自动观测、探空、数值产品以及常规气象观测等资料,分析了2014年2月17—18日珠海三灶机场一次平流海雾过程的边界层温湿风三维演变特征及天气学成因。结果表明:边界层内暖湿平流输入、浅层辐合抬升、湍流加强、多层逆温结构以及夜间地面的辐射冷却有利于近地层饱和湿空气的凝结和逆温层的维持,是雾形成的主要物理机制;暖湿平流持续及湍流减弱或停歇是雾维持的原因;近地层偏北风干冷平流入侵并出现下沉气流及日间地面辐射增温使逆温层被破坏是雾消散的主要因素。     

一次雷暴大风引发的强沙尘暴天气的中尺度系统分析

使用探空、地面和张掖多普勒天气雷达观测资料对2013年7月30日发生在河西走廊的一次强沙尘暴天气进行了分析。结果表明：这次雷暴大风沙尘天气是对流层低层冷平流作用下,不稳定能量释放形成的β、γ中尺度对流系统造成的,雷暴下击暴流的辐散流和密度流是引发地面强风和沙尘暴的直接因素。高层干、中层相对湿和低层干的层结,易产生雷暴大风天气。1 h正变压和负变温演变能很好地反映雷暴下击暴流形成的雷暴高压和冷池的强弱变化,同时也反映了下击暴流的辐散气流和冷池密度流造成的地面大风及沙尘天气的变化。     

南充雷暴大风天气学概念模型和环境物理量分析

利用1981～2016年气象常规观测和自动站资料对南充大风的基本气候特征进行统计分析,重点探讨不同类型区域雷暴大风的天气系统配置和环境物理量基本特征。结果表明:(1)南充雷暴大风按照形成原因主要分为高空冷平流强迫类和斜压锋生类,按落区出现情况分为全市型、东部型和西部型,东部型雷暴大风主要由高空冷平流强迫所致,全市型和西部型雷暴大风过程则多为斜压锋生所造成。(2)斜压锋生类雷暴大风主要发生在显著冷暖平流导致的斜压锋生与锋面动力强迫共同作用的形势下,高空冷平流强迫类则主要是高空强干冷平流的作用。(3)雷暴大风过程发生前大气环境呈上干下湿、湿层浅薄或为“喇叭口”形态,对于不同类型雷暴大风过程发生前的环境物理结构不同,斜压锋生类雷暴大风产生时大气环境多为明显斜压特征,高空常伴有强锋区,低层不稳定能量大,因此热力因子比较重要。高空冷平流强迫类主要发生在川陕槽后强烈冷平流形势下,水平风垂直切变大、要求低层增温快,故热力和动力因子都重要。      

湖南冬季两次暴雪过程的对比诊断分析

利用常规地面和高空观测资料及欧洲中心ERA-5再分析数据,对2021年12月25—27日（21·12）、2022年2月21—23日（22·02）发生在湖南的两次暴雪过程进行诊断分析。两次暴雪过程有强度大、影响范围广,暴雪落区较为重合的特点。两次暴雪过程也表现出明显差异,21·12过程的累计降雪量小于22·02过程,但21·12以干雪为主,22·02以湿雪为主。分析差异的成因发现：（1）22·02过程水汽辐合强度强、延伸高度高、厚度厚,动力条件由南支槽和低涡提供;21·12过程水汽条件相对弱,动力条件由冷锋强迫抬升提供。（2）21·12过程冷空气从低层南下,云中冰相粒子比例大,温度层结满足干雪条件;22·02过程中层气温下降,云中冰相粒子与水相粒子共存,地面气温在0℃以上,故以湿雪为主。     

南京冬季平流雾的生消机制及边界层结构观测分析

利用系留飞艇边界层要素探测系统等设备,对2006年12月24q7日发生在南京地区的雾日边界层结构进行了综合探测,深入研究了这次平流雾的生消机制及边界层结构。结果表明：此次雾属于比较典型的平流雾,生成和维持主要决定于暖湿气流和系统性下沉运动,消散主要是干冷空气南下造成的;雾项下降阶段出现了双层结构,中层逆温是逆温主层,属于下沉逆温及平流逆温,主逆温层强中心始终位于雾顶附近或处于雾顶之下;风速随高度呈现多峰分布,中层急流与强度较弱的中上层和上层急流合并后,又与下层急流出现了一强一弱的波动;在风速较小时,风场趋于均匀化;雾消散时,低层风场趋于线性化;雾主要的水汽来源是暖湿气流;比湿场与风场有较好的时空分布对应性,主逆温层强中心也是逆湿强中心,风场与温度场共同主导了比湿场的时空分布。     

我国干旱地区一次直升机自然结冰试飞天气个例分析

2018年3月17日、27日,国产某型直升机在新疆五家渠地区成功完成2架次自然结冰试飞。利用NCEP/NCAR的1°×1°再分析资料、机测液态水含量资料结合常规气象资料,对2次结冰天气过程的天气环流形势、动力热力特征、液态水含量进行分析。结果表明:17日在高空冷涡、地面冷锋前的环流形势下,试飞高度层位于冷暖平流交汇处,温度为0～-4℃,比湿值为3～3.5 g/kg,处于强水汽辐合中心,并伴有弱上升运动,Ic积冰指数为20～30,云中液态水含量波动较大,飞机挂架上形成0.5 cm厚度的凇冰。27日在高空槽前和地面冷锋后的环流形势下,试飞高度层在弱冷平流中心附近,温度为0～-2℃,比湿值接近4.5 g/kg,处于弱水汽辐合中心边缘,伴有弱上升运动,Ic积冰指数为30～40,云中液态水含量稳定,飞机挂架上形成1～2 cm厚度的明冰。在气象保障中运用探空、云图、雷达、微波辐射计等资料有效预报了积冰区域及高度。