山东一次极端雨雪过程积雪特征分析及模式产品检验

利用地面自动气象站资料、人工加密积雪深度逐时观测资料和ERA5再分析资料,对山东2021年11月6—8日极端雨雪过程积雪特征进行分析。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,积雪深度是预报难点。(2)暴雪和积雪集中分布在山东的中北部地区,有量积雪的范围与降雪量R≥5 mm的分布范围基本一致。积雪深度具有明显的时间变化特征。(3)在山东典型回流暴雪天气形势下,有利的水汽、动力条件和冷空气降温作用,造成山东出现极端雨雪。低层的强冷平流降温导致降水发生相态转换,山东中北部出现暴雪及严重积雪。(4)积雪区降雪含水比差异大,平均降雪含水比为0.53 cm·mm^-1,比历史平均值偏低。积雪深度与高空温度、相对湿度和垂直速度的配置有关,低的温度有利于降雪和积雪。地理位置、鲁中山地地形和地面风速对积雪深度有影响,海陆差异较纬度差异影响大,海拔高度影响较小。(5)欧洲中期天气预报中心业务预报模式积雪产品对山东积雪有较好的预报能力,时效近、误差小,但存在预报总体偏弱、北部偏小和中南部偏大的特点。     

一次典型大范围冷流暴雪个例的诊断分析

利用常规天气图和WRF模式模拟的数据,对2010年12月30日发生在山东半岛的一次冷流暴雪过程进行了天气学诊断分析。结果表明:(1)这是一次典型的大范围冷流暴雪过程,500hPa低涡位置偏南(43°N以南)、850hPa西北冷平流范围广,强度强是造成本次暴雪范围大的主要原因,为强冷流降雪的产生提供了有利条件。(2)降雪的水汽来自渤海,由西北风向山东半岛输送,并在半岛北部辐合;高湿区集中在850hPa以下,湿层较为浅薄。(3)降雪落区与高相当位温脊的位置存在着对应关系,强降雪通常发生在脊线附近;θe等值线向上凸起的高能区集中在750hPa以下,大气不稳定层结较低。(4)强烈的上升运动集中在对流层低层750hPa以下,上升运动越强,降雪量越大。⑸受地形影响,西北风吹向辽东半岛时转为东北风,西北风与东北风在渤海中东部至山东半岛形成切变线,切变线的方向和位置决定了降雪的强度与落区;风速在半岛北部低山丘陵前辐合,有利于产生上升运动,使得降雪加强。     

山东半岛冷流暴雪的WRF数值模拟方案研究

采用WRF数值模式,选择2005年12月6—7日和21日两次冷流暴雪天气过程进行模拟,通过有Kessler微物理方案和无微物理方案进行了敏感性试验对比分析。结果表明,有Kessler微物理方案对冷流降雪过程模拟效果好,模拟的降雪量和降雪落区更接近于实况,对流层低层温度平流和风场辐合能够揭示冷流暴雪产生的原因。而无微物理方案模拟的山东半岛降雪量较实况明显偏少,850h Pa温度冷平流的绝对值偏小,且风向辐合的交角偏小,辐合强度偏小。     

地形对山东半岛冬季冷流暴雪影响的一次数值模拟研究

利用MM5数值模式对山东半岛北部2005年12月3～4日暴雪天气进行模拟试验,研究了山脉地形和渤海对半岛北部冷流暴雪的影响,实验表明半岛北部的山脉地形对冷流暴雪的落区和强度影响较大,有山脉地形时降雪强度增大,降雪中心略北移,无渤海时没有明显降雪;同时,保留地形时的上升运动、低层风场辐合和正涡度区都要比无地形和渤海时大得多.     

位涡在冷流暴雪短时预报中的应用

利用NCAR/NCEP逐日6 h间隔的再分析资料,对2005 年冬季发生在山东半岛的冷流暴雪过程中的位涡演变特征及其对降雪的作用机制进行了分析.结果表明:(1) 中高纬度阻塞环流形势经历了转型,其发展演变过程有利于冷空气频繁南下从不同的路径入侵渤海和山东半岛地区,造成持续性冷流暴雪;(2) 高位涡从高层下传,降雪强度与下伸高度有关;(3) 高位涡的移动可以很好地示踪冷空气的源地和路径,此次持续性强降雪过程的冷空气来源于4种路径;(4) 对流层中层的高位涡区的强度和影响时间可作为冷流暴雪预报的有益指标,500 hPa等压面的高位涡信号明显,与强降雪的出现有很好的同位相对应关系,700 hPa的位涡场有时候也表现出强劣信号,业务应用中可同时比较分析二者的高位涡区;(5) 高层的高位涡冷空气下沉时产生位势不稳定和对称不稳定层结,对降雪起到增强作用,500 hPa出现明显槽时可形成"不稳定-稳定-不稳定"的大气层结稳定垂直结构,在短时间内产生强降雪.     

山东半岛冷流暴雪过程的个例分析

2008年12月4~5日,山东半岛出现了1次冷流暴雪过程,渤海上的辐合带对这次暴雪过程起到了重要的作用。本文利用观测资料和数值模式对这次过程进行了研究,探讨渤海辐合带的发展演变机制及对山东半岛冷流暴雪的影响,并分析了太行山脉对渤海辐合带的影响。结果表明,渤海上空生成的西北东南向的中尺度辐合带造成了以烟台-牟平-文登为中心的西北东南向的降雪带。太行山脉的阻挡作用使绕太行山的西北气流在太行山背风侧形成辐合,同时在低层大气存在1个暖脊,所以在渤海形成了1个西北东南向的辐合带。在西北风的水平平流和非地转风的作用下,渤海辐合带向东北移动,当渤海西北岸出现北风后,渤海辐合带西北部在北风的水平平流作用下向南移动,而渤海辐合带东南部在西北风水平平流和非地转风的作用下,继续向东北移动并与山东半岛北部的海岸锋辐合带合并增强,渤海辐合带西北和东南两部分移动方向的不同造成了辐合带的波动。渤海辐合带增强后登陆山东半岛,造成山东半岛西北东南向降雪带。对这次冷流暴雪个例的分析发现,太行山脉通过形成背风低压中尺度系统直接影响渤海上的中尺度辐合带的发展,而渤海辐合带与山东半岛北岸附近海岸锋的耦合使辐合加强,增强了降雪强度。     

2005年12月上旬山东半岛暴雪的观测与数值模拟研究

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的FNL(Final Analyses)资料、红外卫星图像、中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectrometer)图像以及位于烟台的Doppler雷达图像,对2005年12月3日～8日发生在山东半岛的暴雪进行了观测和数值模赔分析.天气形势分析表明:高空冷涡从西北方向持续不断地向山东半岛输送冷空气.此次暴雪过程中,渤海海水温度异常偏高,平均海温在11 ℃左右,远高于气候平均值8.2 ℃,表明渤海对过境冷空气的增温增湿作用是此次暴雪形成的重要原因,山东半岛的复杂地形对降雪带分布也有重要影响.降雪地点、持续时间、降雪量以及雪带方向等主要特征都被美国宾夕法尼亚州立大学和美国大气研究中心联合研制的中尺度模式(MM5)较好地模拟再现.模拟结果分析表明:此次暴雪过程属于浅对流过程,主要集中在对流层低部.     

2005年山东半岛特大暴风雪分析

利用常规资料及MM5模拟结果，对2005年12月3-22日山东半岛特大暴风雪过程进行分析，结果表明：此次过程发生在前期异常偏暖，而在强冷空气导致寒潮爆发的形势下，强海气温差、日本海后部横槽持续气旋性弯曲和强冷平流是大尺度环流背景，半岛北部一带850hPa气温下降到-12℃是出现大雪或暴雪的重要指标；中尺度分析的结果表明，冷流降雪的散度、垂直速度、涡度垂直结构不同于一般暴雨过程，其上升运动、高空辐散等局限在500hPa以下的对流层中低层，使冷流降雪由低云引起，为更深入了解冷流降雪的机制提供参考。     

辽东半岛南部冷流降雪的统计特征及相关要素分析

辽东半岛南部地区及周边海域在特定的季节、天气形势和条件下可能会造成灾害性的冷流降雪天气, 提高冷流降雪预报准确性, 对沿海地区防灾减灾具有重要意义。本文利用1981—2021 年辽宁地区各气象站逐日降水资料及ERA5 再分析资料, 运用统计学和物理量诊断方法对辽东半岛南部地区冷流降雪的气候特征、发生规律及成因进行了分析。研究结果表明：辽东半岛南部地区冷流降雪强度弱, 主要以小雪为主; 降雪次数和降雪量均呈现南多北少的特点, 前者年际变化趋势平稳而后者较大; 12 月是冷流降雪发生的主要月份, 而11 月和2 月是降雪强度较强的月份。冷流降雪的产生和较大的海洋表面与大气温差、低层不稳定层结、海陆地形作用有密切关系; 当500 hPa 和850 hPa 影响系统为冷涡或低槽、辽东半岛南部及周边海域低层为偏北风且相对湿度条件较好、1 000 hPa 对应正相对涡度等条件时, 可以预测辽东半岛南部可能出现冷流降雪; 海表温度（Sea Surface Temperature, SST） 与850 hPa 温度之差直接决定了地面冷流降雪量的大小。     

渤海海效应暴雪的三维热力结构特征

采用烟台多普勒天气雷达、天气图等观测资料和中尺度模式(RAMS4.4)进行数值模拟,分析了2008年12月4~6日发生的一次海效应暴雪的时空分布和三维热力结构特征。结果表明:(1)渤海海效应降雪并非传统认为的仅发生在蓬莱以东的山东半岛地区,而是广泛分布于山东半岛、莱州湾、渤海中东部和黄海西部洋面上;降雪源地有暖海面和陆地,即莱州湾、渤海中部至渤海海峡和山东半岛。(2)浅层对流是海效应降雪的重要热力特征,当强冷空气流经渤海时,暖海面通过湍流交换等作用向冷空气底层输送感热和潜热,使得低层增温增湿,产生对流层中上层干冷低层暖湿的对流性不稳定。(3)冷空气的强弱影响渤海暖海面及山东半岛地区的垂直热力结构,导致降雪强度在不同时段存在显著差异。海气温差与热通量成正比,初期冷空气弱,对流层中低层的垂直温差小,海面上空的暖湿层浅薄,不稳定能量弱,产生的降雪量小;中后期冷空气强盛,对流层中低层的垂直温差大,暖湿层较为深厚,不稳定能量增强,导致降雪强度和降雪量大。(4)与单一要素温度和湿度相比,对流层低层相当位温的水平分布对强降雪落区具有更好的指示意义,强降雪发生在高相当位温脊线附近。     

一次渤海海效应暴雪云团的卫星观测及成因分析

利用星载激光雷达资料等多种卫星遥感数据,结合大气再分析资料等,对2008年12月4—6日发生在山东半岛北部的一次海效应暴雪云团降雪过程进行了分析。结果表明:(1)暴雪云团发生在东北冷涡西南部对流层中低层强西北冷平流、地面气压场气旋式弯曲的天气背景下。(2)受冷平流作用,对流层中下层降温明显,导致渤海低层大气不稳定度增加,海面风场辐合产生上升运动,并将大量的水汽和热量输送至低层大气,这有利于浅对流的加强,并进一步促进降雪云团的形成。(3)降雪云团虽然为浅对流云,但云系冷中心较强;云团发展旺盛时期的云内平均降雪率为0.41mm/h,且降雪率的大值区表现为强弱相间的条状分布。(4)云团的射出长波辐射通量不仅与云团温度有关,还与云内冰水含量有关,冰水含量越高,射出长波辐射通量越低;在研究云对辐射的影响时,没有降水(雪)的云系和有降水(雪)的云系应该分别考虑,降水(雪)弱的云系和降水(雪)强的云系也应该分别考虑。     

渤海海效应暴雪微物理过程的数值模拟

采用RAMS4.4中尺度数值模拟结果,分析了2008年12月4～6日1次渤海海效应暴雪的微物理过程。结果表明:(1)在降雪初期,云中水物质包含云水、雨水、霰、冰晶和雪晶,及地水物质为雨水和霰。随着温度的降低,中后期仅存冰晶和雪晶,产生降雪。由于整个过程以降雪为主,降雨时间短暂,通常忽略降雨,称为降雪过程。(2)本次海效应暴雪的微物理过程表现在两方面:一是"播撒-反馈"机制,二是合适的冰相过程。这两种过程均有利于降雪增幅。(3)西风槽前产生的环境云和冷空气流经渤海暖海面时形成的海效应云之间在合并时发生"播撒-反馈"作用,前者是中云,后者是低云,前者从上层播撒冰晶和雪晶到下层,使得降雪增强。(4)微物理过程另一个有利因素是环境温度,本次强冷空气使得降水云中的温度在-10～-15℃之间,有利于树枝状冰晶的增长,从而产生强降雪。强降雪发生在强上升运动、高相对湿度和适宜的温度的叠置区域。     

积雪密度演变对北极积雪深度模拟的影响

积雪具有复杂的时空分布,在高纬度地区的气?冰?海耦合系统中扮演了重要的角色。准确的积雪质量平衡计算可以帮助我们更好地理解海冰演变过程以及极区冰雪与大气之间的相互作用。雪密度是影响积雪质量平衡众多因素中的重要因子。现有的一维高分辨率冰雪热力学模型（如HIGHTSI）中,使用常数块体雪密度均值将降雪雪水当量转化为积雪深度。本文参考拉格朗日冰上积雪模型（SnowModel-LG）模式对积雪分层压实的处理,简化为新、旧两个雪层,并在质量守恒条件下同时考虑新、旧雪层深度对压实增密的响应,将该物理过程加入HIGHTSI模式中。利用ERA-Interim再分析数据作为大气强迫,针对北极15个冰质量平衡浮标沿其漂移轨迹模拟了降雪积累期海冰表面雪密度变化对积雪深度变化的影响,在原HIGHTSI设置下分别采用定常块体雪密度均值330 kg/m3（T1试验）、接近实际的常数新雪密度200 kg/m3（T2试验）以及改进后框架下新、旧雪层随时间压实增密的雪密度（T3试验）计算积雪深度,并将模拟结果与浮标观测进行对比。结果表明,本文改进的算法对雪密度变化的处理更为合理,且能较好地再现积雪深度的变化;考虑新、旧雪层深度对压实增密的响应能较好地避免以较低的降雪密度持续过度积累,以浮标观测为标准,分层积雪密度压实计算得到的平均绝对误差相对T2减小了5 cm。     

楚科奇海、白令海表层沉积物210 Pb和137 Cs分布

通过分析第十次北极考察楚科奇海、白令海考察区表层沉积物样品中放射性核素~(210)Pb和~(137)Cs,获得表层沉积物(0～8 cm)中~(210)Pb和~(137)Cs在不同断面和不同层的比活度范围和分布。楚科奇海陆架区R断面表层沉积物(0～2 cm层)~(210)Pb比活度范围为44.80～117.45 Bq·kg~(-1);~(137)Cs检出主要分布在表层沉积物(2～4 cm和4～6 cm层),比活度范围为未检出～2.23 Bq·kg~(-1)。白令海BL和BR断面表层沉积物(0～2 cm层)~(210)Pb比活度范围分别为29.93～141.35 Bq·kg~(-1)和40.78～620.43 Bq·kg~(-1);BL和BR断面~(137)Cs比活度范围分别为未检出～2.48 Bq·kg~(-1)和未检出～2.08 Bq·kg~(-1)。其中在白令海考察区南端陆坡区深海站位出现~(210)Pb比活度高值;结合表层沉积物垂向分层数据揭示水体中~(210)Pb随颗粒物移除沉降到海底,随海底深度增加而显著升高;各站位的表层沉积物年沉积率随海底深度增加而降低。深海区域站位表层沉积物~(210)Pb比活度随海底深度增加而增加现象说明,颗粒物沉降过程的吸附作用是主要原因。也表明表层沉积物~(210)Pb比活度与海水深度的比值作为~(210)Pb均化因子(HF),可指征颗粒物中~(210)Pb比活度从水体上层至海洋底层随沉降过程的平均变化。研究结果表明楚科奇海陆架区部分站位表层沉积物~(210)Pb存在明显的扰动情况,楚科奇海陆架区、白令海陆架区表层沉积物中~(137)Cs在沉积物各层深分布不均匀。     

基于温度剖面特性的2016年南极普里兹湾海冰厚度变化分析

2016年4月至11月在南极中山站普里兹湾布设了A1、A2、A3 3套冰雪情检测传感器。传感器每隔1 h采集一次数据,实时获取了被测点空气、积雪、海冰和海水的剖面温度数据。通过对不同介质剖面温度的分析,系统可以有效反映出海冰、积雪在气温影响下的温度变化差异,即空气、积雪、海冰和海水的热传导特性差异。通过寻找合理的温度阈值,编写MATLAB程序分别对积雪、海冰上下界面位置进行了自动判断,从而得到整个观测期间海冰厚度和积雪深度的变化过程。并与人工观测进行比较,结果表明:从传感器安装时间开始,海冰持续增长,10月开始海冰增长速度放慢,直至10月末达到最大海冰厚度170 cm左右。A1、A2、A3传感器采集的冰厚值与人工观测值之间平均误差分别为5.1 cm(A1)、3.4 cm(A2)、3.6 cm(A3);积雪深度的平均误差分别为3.2 cm(A1)、3.5 cm(A2)、2.7 cm(A3),传感器测得的积雪、海冰厚度结果可以较好的反映出被测地点冰雪情的演变过程,是一种可以应用于条件恶劣地区的冰雪环境有效检测手段。     

互花米草入侵对闽东滨海湿地土壤有机碳的影响

探讨入侵种互花米草(Spartina alterniflora)对闽东滨海红树林湿地生态系统的影响,揭示互花米草的入侵机制,采用空间替代时间的研究方法,对闽东滨海湿地互花米草入侵不同阶段的群落类型(秋茄(Kandelia candel)红树林群落、秋茄红树林-互花米草共生群落、互花米草群落和光滩)土壤有机碳(TOC)的演化进行研究。结果表明:1)水平变化:4个不同入侵阶段TOC大小次序为:秋茄红树林群落秋茄-互花米草群落互花米草群落光滩,且秋茄红树林群落0-60cm土层深度有机碳平均值24.8g·kg~(-1),互花米草群落则为11.73g·kg~(-1),说明互花米草入侵闽东滨海红树林湿地有可能大大削弱该生态系统的碳汇功能。4个不同群落类型0-20cm土层深度的TOC不具有显著性差异(P0.05),但20-40cm、40-60cm土层深度具有显著性差异(P0.05);2)垂直变化:除互花米草群落TOC在40-60cm土层达到最大外(P0.05),其他3个群落类型都是在20-40cm土层深度达到最大(P0.05);3)相关性:土壤容重与土壤含水量存在极显著的负相关性(P0.01),TOC和土壤容重存在极显著的负相关性(P0.01),TOC与土壤含水量存在极显著的正相关性(P0.01)。     

2014年鲁南一次暖切变暴雪过程的诊断分析

利用常规观测资料、自动站资料及NCEP1°×1°再分析资料对2014年2月4—6日鲁南暴雪过程进行诊断分析。研究表明:(1)500h Pa的短波槽,700h Pa和850h Pa暖式切变线及低空急流是造成这次暴雪的关键影响系统,同时位于华北700h Pa的小高压对强降雪的形成也起到关键作用。(2)东南低空气流的移动跟雨区的移动具有很好的对应关系。第一阶段降雪的水汽辐合主要集中在700h Pa,第二阶段的水汽辐合集中在对流层低层。(3)此次降雪过程降水相态的温度与厚度判据与经验统计预报指标一致。     

不同氮磷比及铁浓度对球形棕囊藻二甲基硫和二甲巯基丙酸内盐生产的影响

本文通过实验室培养研究了不同氮磷比(0∶1、5∶1、20∶1、50∶1)以及铁浓度(10、100、1 000nmol·L-1)对球形棕囊藻二甲基硫(DMS)和二甲巯基丙酸内盐(DMSP)产生的影响。富磷浓度(36.12μmol·L-1)条件下的球形棕囊藻DMS和DMSP的产量明显高于贫磷浓度条件下(0.361 2μmol·L-1)的DMS和DMSP的产量,N/P比为50∶1时球形棕囊藻的DMS和DMSP产量明显高于其他N/P比(0∶1、5∶1、20∶1)的DMS和DMSP产量,但N/P比为50∶1时单位Chl-aDMS/DMSP产量在4个N/P比(0∶1、5∶1、20∶1、50∶1)中却最低。贫磷培养液的DMSPd在N/P比为0∶1时峰值显著高于其它N/P比(5∶1、20∶1、50∶1)条件下的DMSPd,并且N/P比为50∶1时DMS的释放量最大。低Fe3+浓度有助于球形棕囊藻藻液中DMSPd的形成,Fe3+浓度为1 000nmol·L-1时单位Chl-a的DMSPp产量最小,而单位Chl-a的DMS生产能力在Fe3+浓度为100nmol·L-1时得到加强。     

盐度对毛蚶(Arca subcrenata Lischke)呼吸与代谢的影响

在实验室的条件下.研究盐度(16、24、32、40)对不同规格(A:(50.79±3.24)cm,B:(42.24±0.78)cm,C:(34.82±1.51)cm)的毛蚶(Arca subcrenata Lischke)耗氧率(R_0)(mg·g~(-1)·h~(-1))、排氨率(R_n)(μg·g~(-1)·h~(-1))的影响。实验表明:在实验盐度(16～40)范围内,毛蚶的耗氧率(R_0)和排氨率(R_n)与软组织干质量(0.27～1.81g)呈幂指数关系,符合公式R= aW~b,其单位体重的耗氧率和排氨率在盐度为32时达到最大,而后随着盐度的升高其值逐渐减小。     

雪藻高密度连续培养中生物量和花生四烯酸的高产率

以 1 .4cm和 2 .8cm光径的平板光生物反应器 ,恒定高光强 [2 4 0 0 μE/(m2 ·s) ],通气、无菌高密度连续培养雪地绿藻 (简称雪藻 )。连续采收并补充等量新鲜培养液 ,当藻体生物量(以去灰分干重表示 ,AFDW)达恒态时 ,研究雪藻比生长速率 (SGR)、藻体的生物产量、总脂肪酸 (TFA)和花生四烯酸 (AA)产率。结果表明 ,尽管随着比生长速率增加 ,雪藻高密度连续培养体系的AA/TFA、TFA/AFDW和AA/AFDW三个指标有不同程度的降低 ,但生物产量、总脂肪酸及其花生四烯酸产出都相当高。 2 .8cm光径的平板光生物反应器中 ,雪藻SGR为0 .2d- 1 时 ,每平方米光照面积日获 35 .3gAFDW的高产量 ;SGR 0 .1 35d- 1 时 ,TFA产率最大 ,为7.0g/(m2 ·d) ,此时AA产率也最高 ,达 2 .6g/(m2 ·d)。尽管 1 .4cm光径的反应器的培养体积比前者下降了 5 0 % ,但细胞浓度明显提高 ,单位光照面积的AFDW和TFA最大日产率只下降了37.3%和 1 0 % ,分别为 2 2 .1和 6.3g/(m2 ·d) ,而AA的最大日产率也是 2 .6g/(m2 ·d)。结果还表明 ,氮或磷营养亏缺能明显提高雪藻AA含量的各项指标 ,同时高光强也有利于雪藻累积AA。