Variations in Wind Speed and Air Temperature in the Surface Layer during Blowing Snow Analyzed from Empirical Data

Variations in wind speed and air temperature during blowing snow are considered in detail using data from the Canadian weather observation network with high spatiotemporal resolution. It is revealed that blowing snow considerably affects the lower atmospheric layer regime. The analysis of observational data illustrates the fact of wind speed increase during the snowstorm. The local minima of air temperature during the period of blowing snow are identified. The method is determined for calculating the threshold wind speed that provokes the onset of blowing snow. The highest skill scores were obtained for the method which takes into account air temperature and humidity.     

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。     

青海省甘德两次降雪过程的微气象特征分析

利用青海省甘德两次降雪过程的微气象观测数据,探讨了两场降雪过程雪深、雪密度、雪中含冰量、雪中含水量和雪面温度的变化情况,分析了地表反照率与雪密度、雪中含冰量及雪中含水量的关系,结合降雪过程近地面温、湿、风廓线特征分析了积雪对近地面温、湿、风梯度的影响。结果表明:积雪覆盖会导致地表反照率显著增加,降雪过后正午时地表反照率可高达0.8～0.9。随着积雪的消融,地表反照率逐渐减小;积雪反照率与雪密度和雪中含冰量呈正相关,与雪中含水量呈负相关;地表积雪覆盖会导致近地面温度梯度绝对值减小,相对湿度梯度绝对值在凌晨减小、午后增大,地表积雪覆盖对近地面风速梯度变化并无特定的影响。     

2008年1月末九江雨凇转大雪天气过程成因分析

对2008年1月25—29日九江市一次雨凇转大到暴雪天气过程的大气垂直结构进行了分析。结果表明,在雨凇和降雪区域中层有暖层,低层有冷层,且存在对称不稳定层结。垂直风切变明显,有利于对称不稳定能量积累和上升气流的形成。高、低空急流辐散、辐合相互垂直,引发的较强上升运动是雨雪天气得以维持的重要条件。东西风向切变使冷、暖气流在雨雪区域上空交汇,形成水平气旋性辐合,产生垂直运动,且与垂直风切变相互作用,促动上、下层动量传递,使高、低空急流维持。雨凇转大到暴雪时,暖层气温降低,垂直风切变向上增强,对称不稳定能量增大,风向切变辐合加大,上升气流和水汽输送加大。     

The Thermodynamic Effects of Sublimating, Blowing Snow in the Atmospheric Boundary Layer

A seasonal snowcover blankets much of Canada during wintertime. In such an environment, the frequency of blowing snow events is relatively high and can have important meteorological and hydrological impacts. Apart from the transport of snow, the thermodynamic impact of sublimating blowing snow in air near the surface can be investigated. Using a time or fetch-dependent blowing snow model named 'PIEKTUK' that incorporates prognostic equations for a spectrum of sublimating snow particles, plus temperature and humidity distributions, it is found that the sublimation of blowing snow can lead to temperature decreases of the order of 0.5 °C and significant water vapour increases in the near-surface air. Typical predicted snow removal rates due to sublimation of blowing snow are several millimetres snow water equivalent per day over open Arctic tundra conditions. The model forecast sublimation rates are most sensitive to humidity, as well as wind speed, temperature and particle distributions, with a maximum value in sublimation typically found approximately 1 km downstream from blowing snow initiation. This suggests that the sublimation process is self-limiting despite ongoing transport of snow by wind, yielding significantly lower values of blowing snow sublimation rates (nearly two-thirds less) compared to situations where the thermodynamic feedbacks are neglected. The PIEKTUK model may provide the necessary thermodynamic inputs or blowing snow parameterizations for mesoscale models, allowing the assessment of the contribution of blowing snow fluxes, in more complex situations, to the moisture budgets of high-latitude regions.     

景德镇市三类降雪天气概念模型研究

计算并分析了景德镇市出现雨夹雪、一般降雪、大雪（分别简称为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类降雪）形势场、本站要素、层结资料,概括了3类降雪的天气学概念模型。分析结果表明：（1）3类降雪天气过程中,高空500 hPa有强盛的西南偏西气流,且随着降雪强度的增大,西南风速逐渐增大。地面则有较强冷空气堆积,位于贝加尔湖西部的冷高压中心气压在1 050 hPa以上,景德镇处于冷高压底部。925 hPa 30°N附近冷空气势力强,气温低。Ⅰ类降雪的主要影响系统是在江西省北部上空交汇的冷、暖平流,Ⅱ类、Ⅲ类则是850 hPa的切变线,出现Ⅲ类降雪时切变线位于景德镇附近,而出现Ⅱ类降雪时切变线则稍偏南,位于赣中。（2）地面气温变化是降水相态改变的关键,气温越低,越易出现降雪。从大雪至雪后雨,气温逐渐上升。（3）中低层的气温,Ⅱ类降雪较Ⅰ类低;近地面层气温,Ⅲ类降雪与Ⅱ类降雪接近;700 hPa和850 hPa层气温,Ⅲ类降雪比Ⅱ类降雪偏高。（4）Ⅰ类降雪常伴有逆温,但在向Ⅱ类降雪的转换过程中,逆温逐渐减弱,到Ⅲ类降雪时,逆温消失。（5）3类降雪均存在明显的风垂直切变,低层风弱,高层风强,且随着降雪强度的增大,表现愈加明显。     

华北南部一次回流暴雪天气的诊断分析

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对发生在华北南部的一次回流暴雪天气过程进行了动力、热力等诊断分析。结果表明：该回流暴雪天气属于华北回流中的两槽一脊型,导致这次强降雪的影响系统是高空急流、西来槽、低涡切变和低空急流,东北冷空气起到了触发作用。最大降水出现在南北风转换阶段,当东北风完全控制低层,降水结束。高空辐散和低层辐合相叠置及高空正涡度的下传,有强降水的产生,但上升运动中心较低。降雪前的增暖增湿与低层冷空气的楔入使华北南部位于θse能量锋区和水汽辐合区内,有利于强降雪的产生。回流天气的水汽主要来自于南方,低层东北冷空气也有间接输送水汽作用。     

一次回流型降雪过程的成因和相态判据分析

利用常规高空和地面观测资料、天津铁塔和雷达资料、全球资料同化系统(GDAS)分析资料、雷达变分同化分析系统资料、EC和NCEP再分析资料对2016年11月20—21日天津初雪天气进行成因分析,结果表明:本次过程是在高空槽和回流冷空气共同作用下产生的,主要水汽来源为对流层中低层槽前西南暖湿气流和回流东风,回流东风经渤海低空运行时吸收水汽由"干冷"变为"湿冷";动力条件主要来自回流冷垫的动力抬升作用,降水期间回流东风层厚度由1.5km增加至2km;锋面上的非地转次级环流可将回流东风水汽向上输送成为降水原料,同时可加强其上暖湿空气的垂直上升运动;高空云水粒子向云冰粒子的转换和边界层回流冷空气加强对本次雨雪相态转换是不可或缺的,回流冷空气北风分量风速和厚度陡增、800～950hPa出现均温层、云冰粒子陡增并向低空延伸、700～850hPa与850～1000hPa厚度的变化特征对雨雪相态的判别均有较好的指示作用。     

Effects of Snowfall on Drifting Snow and Wind Structure Near a Surface

Wind-tunnel and numerical experiments were performed to investigate the effects of snowfall on the wind profile and the development of drifting snow. Wind profiles and mass-flux profiles of drifting snow were measured with and without artificial snowfall over a snow surface within the tunnel. Wind and shear-stress profiles and the impact speeds of the snowflakes during snowfall were also investigated numerically. During snowfall, snowflakes transfer part of their horizontal momentum to the air, which increases the stress close to the snow surface; however, the resultant modifications of the wind profiles are small. Because snowflakes have large momentum, the decomposed snow crystals that result from their collision with a surface can form a saltation layer, even over a hard snow surface where entrainment of the grains from the surface does not occur. Additionally, during snowfall, the threshold friction velocity can be lower than the impact threshold because snowflake fragmentation facilitates snow drifting. The broken crystals contribute to the increase in the number of drifting snow grains, even below the impact threshold.     

渤海西岸降雪过程中偏东风在250 m塔层内的特征分析

利用天津铁塔观测资料、加密自动站和常规观测资料,针对4次渤海西岸典型降雪过程,分析了偏东风在降雪发生前后的演变特征。结果表明：4次降雪过程均属于回流降雪,其水汽来源与西南气流的水汽输送和近地面层的东风水汽输送有关;地面东风出现在降雪开始之前8 h以上,风速一般在2 m·s^-1左右,220 m高度可达12 m·s^-1左右。从造成东风的系统看,由南部北上的低压系统造成的东风或东南风湿度比较大,而由东北南下的冷高压造成的东风或东北风都比较干。出现最大降雪的时段,塔层的东风显著加大,而地面的风速变化不明显。     

一次回流降雪过程边界层东风结构分析

利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2010年12月23日凌晨至上午发生在河北的一次回流降雪过程进行了诊断分析,结果表明：地面蒙古冷高压外围的偏北风携带冷空气东移至东北平原后转向西南方向抵达河北中南部地区,边界层偏东气流将渤海水汽带向河北中南部;在降雪前期表现为“湿冷”,在降雪过程中表现为“干冷”;偏东风在太行山东麓地形作用下被迫抬升,其携带的水汽随之抬升,为降雪过程提供了弱的水汽条件;边界层内水汽通量散度主要表现为纬向水汽辐合,在降雪前主要由水汽平流引起,在降雪过程中主要由风场辐合造成。     

雨雪天气对内蒙古交通影响服务评估

文章对2012年3月21-23日的一次降水、降温和大风过程,从500hPa高度场形势图和700hPa高度场图、700hPa流场图和850hPa温度场图对天气形势进行了分析,得出预报结论:受冷暖空气共同影响,我区大部地区将出现雨夹雪天气,其中鄂尔多斯市东部、包头市南部、呼和浩特市、乌兰察布市南部、锡林郭勒盟西南部有小到中雨夹雪或雪,个别地区偏大,呼伦贝尔市、兴安盟有小雪,锡林郭勒盟以东地区4、5级偏西风转5、6级西北风,气温下降6℃左右,锡林郭勒盟以西地区4级西南风转4、5级西北风,气温下降4～6℃.对我区境内所有高速公路、铁路沿线以及在建高速公路产生的影响及服务效益进行了评估;对如何提高气象服务提出了一些良好建议.     

2009年隆冬辽宁雨转暴雪和大雪过程对比分析

针对辽宁2009年2月中旬旬初雨转暴雪过程和旬末大雪过程,利用常规观测资料和NCEP 10×10 逐6 h分析资料,从环流形势、影响系统、水汽和动力条件及热力结构等方面入手,对这两次过程进行对比分析。结果表明：这两次过程在许多方面显著不同。两次过程均发生在乌山阻高稳定的形势下,均受中纬度东移的中尺度低值系统影响,但雨转暴雪过程中高纬度为两脊一槽型,中纬度短槽与南支低槽结合携强冷空气东移,与低空急流在辽宁上空交汇。大雪过程为东低西高型,中纬度气旋性波动东移,切变线北抬过程中与西南暖湿气流作用影响辽宁。两次过程均发生在600 hPa以下相对湿度为80%以上的大气中,均具有低层辐合高层辐散的特征和深厚的上升运动,但雨转暴雪过程水汽含量更高,辐合层更深厚、强度更强,垂直速度较大雪过程大一个量级;两次过程都有明显的风垂直切变特征,但雨转暴雪过程发生在风垂直切变迅速增大的条件下,大雪过程风垂直切变相对稳定;雨转暴雪过程降水随湿位涡的发展而增强,两者有较好的对应关系,而大雪过程湿位涡表现微弱;雨转暴雪过程槽前0 ℃层达到850 hPa,槽后各层温度迅速下降至0 ℃以下,而大雪过程整层温度始终在0 ℃以下。     

2009年深冬辽宁雨转暴雪和大雪过程对比分析

针对辽宁2009年2月中旬旬初雨转暴雪过程和旬末大雪过程,利用常规观测资料和NCEP 10×10 逐6 h分析资料,从环流形势、影响系统、水汽和动力条件及热力结构等方面入手,对这两次过程进行对比分析。结果表明：这两次过程在许多方面显著不同。两次过程均发生在乌山阻高稳定的形势下,均受中纬度东移的中尺度低值系统影响,但雨转暴雪过程中高纬度为两脊一槽型,中纬度短槽与南支低槽结合携强冷空气东移,与低空急流在辽宁上空交汇。大雪过程为东低西高型,中纬度气旋性波动东移,切变线北抬过程中与西南暖湿气流作用影响辽宁。两次过程均发生在600 hPa以下相对湿度为80%以上的大气中,均具有低层辐合高层辐散的特征和深厚的上升运动,但雨转暴雪过程水汽含量更高,辐合层更深厚、强度更强,垂直速度较大雪过程大一个量级;两次过程都有明显的风垂直切变特征,但雨转暴雪过程发生在风垂直切变迅速增大的条件下,大雪过程风垂直切变相对稳定;雨转暴雪过程降水随湿位涡的发展而增强,两者有较好的对应关系,而大雪过程湿位涡表现微弱;雨转暴雪过程槽前0 ℃层达到850 hPa,槽后各层温度迅速下降至0 ℃以下,而大雪过程整层温度始终在0 ℃以下。     

城市雪灾气象等级划分标准的研究

摘要：本文选取累积降雪量、最大日降雪量、连续降雪日数、积雪深度、日最低气温、日最大风速和日最小相对湿度7个气象因子构成城市雪灾气象指数。通过对城市雪灾气象指数的范围划分,得到从低到高的5级城市雪灾气象等级,并给出等级描述及可能影响。     

Some Characteristics of the Surface Boundary Layer of a Strong Cold Air Process over Southern China

In southern China,cold air is a common weather process during the winter season;it can cause strong wind,sharp temperature decreases,and even the snow or freezing rain events.However,the features of the atmospheric boundary layer during cold air passage are not clearly understood due to the lack of comprehensive observation data,especially regarding turbulence.In this study,four-layer gradient meteorological observation data and one-layer,10-Hz ultrasonic anemometer-thermometer monitoring data from the northern side of Poyang Lake were employed to study the main features of the surface boundary layer during a strong cold-air passage over southern China.The results show that,with the passage of a cold air front,the wind speed exhibits low-frequency variations and that the wind systematically descends.During the strong wind period,the wind speed increases with height in the surface layer.Regular gust packets are superimposed on the basic strong wind flow.Before the passage of cold air,the wind gusts exhibit a coherent structure.The wind and turbulent momentum fluxes are small,although the gusty wind momentum flux is slightly larger than the turbulent momentum flux.However,during the invasion of cold air,both the gusty wind and turbulent momentum fluxes increase rapidly with wind speed,and the turbulent momentum flux is larger than the gusty wind momentum flux during the strong wind period.After the cold air invasion,this structure almost disappears.     

山东半岛典型冷涡暴雪个例对流云及风场特征的观测与模拟

利用卫星云图、 多普勒天气雷达资料、 常规观测资料和MM5模式模拟结果, 分析了2005年12月4日典型冷涡造成山东半岛暴雪的云带变化、 对流单体的生成与发展、 低空急流特征及雷达强回波带的变化特征。结果表明： 冬季冷涡携带强冷空气南下, 经过渤海暖湿下垫面后影响山东半岛时, 卫星云图上从渤海到山东半岛可以清楚地分析出造成暴雪的西南-东北向结构特征的横向云带; 雷达图上, 在渤海到山东半岛形成一强降雪回波带, PPI径向速度图上可清楚地分析出暴雪区的低空急流和中尺度对流的低空辐合, 雷达径向速度垂直剖面反映暴雪产生在零速度线附近和低空急流的存在; MM5模式模拟结果显示： 暴雪发生时山东半岛在1.5 km存在低空急流, 水平风的时间-高度垂直剖面反映暴雪发生时干冷空气经过暖湿的渤海海面在700 hPa以下出现暖平流, 垂直上升运动和散度的低层辐合、 高层辐散与雷达图像反映的强降雪回波是相对应的。     

城市雪灾气象等级划分标准的研究

选取累积降雪量、最大日降雪量、连续降雪日数、积雪深度、日最低气温、日最大风速和日最小相对湿度7个气象因子构成城市雪灾气象指数。通过对城市雪灾气象指数的范围划分,得到从低到高的5级城市雪灾气象等级,并给出等级描述及可能影响。     

大同市一次暴雪天气过程多普勒雷达速度特征

利用高空、地面环流形势图、欧洲数值预报产品和大同地区C波段单多普勒雷达产品中的反射率因子、径向速度和VWP产品,对2009年11月9—10日发生在大同地区的暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：地面回流和高低空急流是产生强降雪的主要原因;较大降雪回波与连续性降雨回波存在相同特点。利用大面积降水的多普勒雷达PPI径向速度零线的朝向、正负速度面积和径向速度值的大小定性判断辐合辐散图像特征与根据零速度线的弯曲程度、一定距离圈上零速度点与雷达中心连线夹角计算出的辐散值相比较,表明两种方法具有较好的一致性,可以在实际工作中对辐合、辐散快速判断。由重新处理的雷达原始资料求得每30 min的雷达风廓线资料,可以清楚地展示强降雪风场的垂直结构及其变化,直观地反映降水过程中的风场变化特征。     

Theoretical considerations on the mass and energy consistent treatment of precipitation in cloudy atmospheres

The purpose of this paper is to present a rigorous derivation of a model equation system for the mass and energy open precipitating atmosphere. The derivation is based on the treatment of the atmosphere in terms of three open thermodynamic subsystems consisting of cloudy air, rain water and snow, respectively. Each of the three subsystems moves with a different velocity as caused by the different fall velocities of rain and snow in comparison to the cloudy air.A basic assumption of the model consists in the neglect of the inertia terms in the momentum equation of the falling hydrometeors. It will be shown that this simplification yields additional source terms in the budget equations of the total momentum and the total kinetic energy of the system. However, the prognostic equations for the atmospheric wind field and the corresponding kinetic energy equation remain free of these source terms. The model equations strictly conserve the total mass and energy of the system. It is concluded that the combination of the barycentric velocity of the cloudy air and the total density of the system is the best choice to describe the time evolution of the atmospheric wind field.