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。     

青岛短期降水空漏报及小量降水预报指标分析

对2011年青岛短期降水空漏报进行了分析,并利用近年来观测资料,对暖湿气流降水、伴随海雾出现的毛毛雨及冷流降雪三种小量降水预报指标进行了研究。结果表明,500h Pa西风槽尚未进入或刚进入山东省时,青岛处于槽前西南暖湿气流影响下,低层存在上升运动、925h Pa,850h Pa,700h Pa相对湿度两层达到80%且K指数大于32℃全区可出现有量降水;受台风外围东南暖湿气流影响时,除满足低层相对湿度、上升运动外,还需关注低空急流存在与否。伴随海雾出现毛毛雨的预报指标为湿层厚度大于等于300m,湿层平均相对湿度大于等于92%。青岛北部地区出现冷流降雪时,850h Pa以下风向多为N-NNW向,850h Pa风速基本达到10m/s或以上,850h Pa温度多在-12℃以下,925h Pa温度露点差多小于等于5℃,当500h Pa环流存在横槽转竖或横槽南压时,冷流降雪也可影响到青岛南部地区。     

辽宁东南部一次强降雪天气的成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等对2015年2月25日辽宁东南部一次强降雪过程进行分析。结果表明:此次强降雪过程发生在低空切变线东侧暖湿区对应高空急流出口区左侧的辐散区内,有强的水汽辐合中心;地面偏南气流受山前地形抬升作用在强降水区形成风向辐合和850 hPa以下急流中心,是造成强降雪的主要原因之一;暴雪过程开始前6 h出现温度平流随高度减小的配置,假相当位温空间分布上锋区的形成,有利于不稳定层结的建立; 8～12 h前正涡度平流、中低层风向辐合带、近地面冷空气层的建立以及次级环流的形成加强了上升运动,对强降雪预报具有很好的指示作用;在降水相态是雨或雨夹雪时,雷达回波最大强度达到40～45 dBZ,而强降雪时回波强度为20～25 dBZ;当大连本站850 h Pa温度以及1 000 hPa与850 h Pa两层等压面之间的厚度处于雨雪转换临界值时,大连南部为雨或雨夹雪,北部为雪,此时出现强降雪,回波高度基本在6 km以下,最强回波25～35 dBZ维持在1 km以下,近地层为弱偏北风,与其上的西南风在边界层形成切变层,将暖湿气流抬升,为强降水提供动力条件。     

鲁南初冬一次罕见特大暴雪的成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2015年11月23—24日山东南部出现的一次罕见特大暴雪天气过程进行诊断分析。结果表明:1)这是一次典型的回流形势降雪,850 h Pa东南风急流影响的鲁南地区降雪强度较大,而东北风急流影响的区域降雪强度较弱。2)700 h Pa强西南低空急流、850 h Pa东南低空急流为鲁南地区降雪提供了充沛的水汽,水汽通量的强辐合区域即为大暴雪的发生区域。3)暴雪区上空散度呈现出弱辐散—强辐合—强辐散的垂直结构;暴雪落区与高空的强辐合中心以及强上升运动中心吻合度较高。4)暴雪期间,850~925 h Pa之间维持一个逆温层;强冷空气使得925 h Pa以下边界层温度锐降导致降雨迅速转雪,降雪持续时间长是鲁南地区产生异常强降雪的重要原因。     

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 h Pa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 h Pa,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。     

江淮气旋影响下的山东降雪过程相态特征

利用常规的地面观测资料、高空探测资料、自动气象站1 h间隔观测资料、NCEP/NCAR再分析资料(1°×1°,6 h)和ERA5再分析资料(0. 25°×0. 25°,1 h),针对1999—2013年山东省12例江淮气旋降雪过程,总结了降水形态类型及时空分布、相态转换等特征并讨论了降水相态"逆转"现象的物理机制。结果表明:1)江淮气旋降雪过程的降水形态种类多样,可出现雨、雪、雨夹雪、冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇,降水相态转换过程中,除了雨夹雪,冰粒也是一种过渡形态; 2)冰雹、冰粒、霰、米雪和雨凇5种特殊降水形态最易出现在2月和3月,"雷打雪"现象亦多发于2月和3月;3)鲁东南和半岛南部地区以降雨为主,鲁西北地区多出现降雪,雷暴集中出现在鲁中的中西部和鲁南地区,尤其是鲁东南地区; 4)江淮气旋降雪过程相态转换的基本形式为雨转雪,以有无明显雨雪分界线为依据,可分为"典型雨转雪"和"无明显雨雪转换"两类,二者的影响系统特点显著不同;5)范围较大的相态逆转现象易发区域在地面雨雪分界线附近,位于地面倒槽后部,走向与地面倒槽槽线走向一致。气旋生成前低层暖温度平流增强引起低层增温以及气温日变化导致的中午前后近地层浅薄增温均可引起相态逆转,上述两个因素均与地面倒槽的发展态势关系密切。     

青岛冬半年降水相态统计分析及判别方法研究

通过对2006—2015年青岛冬半年不同相态降水的统计分析得出,青岛冬半年纯雨日数1月最少,纯雪日数2月最多,12月和1月是雨夹雪及雨雪转换日数占当月降水日数比例最高的两个月。通过个例分析表明,雨雪转换过程多与冷空气入侵相联系。温度场和风场条件能较好地反映出雨雪转换的特征,降温和风向转换在850 h Pa以下层更为明显。探空资料分析表明,850 h Pa、925 h Pa、1 000 h Pa和地面气温对不同相态降水都有很好的指示意义,越低层指示性越好。0℃层高度对不同相态降水同样具有指示意义,100~500 m高度是雨雪转换的关键高度层;以不同高度层气温为指标确定出青岛冬半年降水相态预报判别指标。     

有利环流形势下北京降雪空报原因

利用常规资料及微波辐射计、风廓线等新型探测资料,分析了2007年2月7日当大尺度环流形势非常有利并且华北东部地区出现大范围降雪的情况下,京津地区未产生降水及导致预报失误的主要原因。大范围环流形势演变分析结果表明,700 hPa以上辐合系统前部的偏南气流将水汽输送到降水区,且回流冷空气形成的冷楔和华北倒槽提供了有利的背景条件。弱冷空气南压导致倒槽填塞没有影响京津地区而且边界层内辐合系统产生的上升气流较弱是造成京津绝大部分地区未出现降水的原因之一。大湿度区层次高、湿层薄是北京城区没有降雪的另一重要原因。造成此次降雪空报的主要原因是:数值模式对边界层相对湿度预报过高,且时效间隔较长、其间的天气形势难以判断;不利于降雪的实况信息显现得过晚。北京东部个别测站出现降水的可能原因是在短时回流条件具备的同时有高空槽过境,但动力抬升条件差。在较强偏南暖湿气流提供水汽的同时,海拔高、水汽易于凝结是北京西北部的几个较高海拔测站出现降雪的原因。     

山东春季一次江淮气旋暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料、山东自动站资料以及NCEP/NCAR1°×1°逐6h再分析资料,对2013年5月26日山东气旋暴雨过程进行诊断分析。结果表明:此次暴雨是由高空低涡切变线和地面气旋共同影响产生。暴雨发生在深厚的暖湿气流中,高低空系统随高度略向北倾斜,冷空气比较弱,暴雨落区主要位于地面气旋中心北部的东南气流里。在这次暴雨过程中,850h Pa西南急流与东南急流对能量锋区的形成与维持起到关键的作用,暴雨的落区主要位于能量锋区内并偏于θse高值区一侧。此次气旋暴雨也是发生在深厚的强上升运动区内,在这次过程中暴雨落区及其移动与强的上升运动中心的相关性比较好。暴雨的辐合中心主要集中在950h Pa附近,比一般暴雨的辐合层(一般在900h Pa附近)高度更低,说明边界层辐合对于气旋暴雨的重要性。暴雨过程中,700h Pa山东MPV1为正值,MPV2为负值;700h Pa等压面上MPV1正值中心与该层上的低涡系统对应比较好。     

风廓线雷达垂直速度与地面降雨关系研究:以济南为例

基于风廓线雷达数据产品的垂直速度资料和地面气象观测站2014年分钟降雨记录,采用多项式非线性拟合方法,探讨了各季节特征高度层垂直速度与地面降雨之间的相关关系;并根据场次降雨过程的分钟数据分析了垂直速度阈值对降雨开始、结束时间以及降雨强度的指示性。结果表明,垂直速度能够反映雨滴的下落速度特征,综合各个高度层来看,700 m高度层垂直速度与小时雨量回归方程拟合优度较为稳定,其他高度层在不同季节拟合优度差别略大;垂直速度的大小虽不能完全定量地预报降雨强度,但对于整个过程的雨强波动变化有着明显的指示性作用,700 m高度层垂直速度对于降雨的预报指示效果最为稳定。垂直速度对降水的指示性可用于灾害性天气,如暴雨、冰雹、降雪等的预警及临近预报,其阈值的确定受降水相态、降水类型、气温、湿度、湍流等影响,且并非唯一指标。     

4次大暴雨过程雷达径向速度和超低空西南急流特征分析

利用多普勒天气雷达VWP资料,结合探空资料和降水实况,对4次大暴雨降水过程雷达径向速度和超低空西南急流特征进行了分析。4次强降水过程有3次属于低槽冷锋类,1次属于切变线类,K值较大,850 h Pa与500 h Pa温差较小,较弱的垂直风切变,中低层具有充沛水汽。低层具有相似的流场结构,径向速度上零速度线表现为"S"型,即暖平流结构。上游超低空风速≥10 m·s-1,上下游雷达之间出现≥5 m·s-1的风速差之后,两部雷达之间出现小时雨量30 mm以上的强降水;上游超低空急流达到12 m·s-1以上,并且上下游超低空风速差超过15 m·s-1,降水强度进一步加强并维持。超低空急流的建立与维持,同时上下游雷达之间的超低空强辐合,为降水风暴的发展与维持提供了能量、水汽与动力条件,对强降水的形成与持续具有重要作用。     

一次局地大暴雨的地面观测资料同化预报试验研究

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其3DVAR(3-Dimentional Variational)资料同化系统,采用36 km、12 km、4 km三层嵌套网格进行逐3 h资料同化和快速更新循环预报,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了资料同化敏感性试验。试验结果表明,地面观测资料同化和快速更新循环对本次降水的预报起到了关键性作用。在快速更新循环预报时不同化地面观测资料,或同化全部观测资料进行冷启动预报,模式均不能预报出山东的降水。同化地面观测资料后,显著改进了模式降水落区预报。地面观测资料同化可以影响到700 hPa高度以上温压湿风要素的变化,从而改变了大气初始场的温湿结构,导致模式预报的700 h Pa附近高空大气湿度和热力不稳定增强,700 hPa以下低层风场更强,850 h Pa鲁中以南风速较无观测资料同化的偏强2～4 m·s-1,低层风场的动力作用触发高空的不稳定大气,降水出现在山东。     

“12·14”山东暴雪过程降水相态的多源观测分析

基于毫米波云雷达、降水天气现象仪、风廓线雷达、双偏振雷达、自动气象站等多源观测资料及欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）资料,对2023年12月14日山东暴雪过程的环流背景和降水粒子微物理参数进行分析,探讨新型观测资料在降水相态监测与预报中的应用。结果表明：（1）此次过程受高空槽、低空西南急流和江淮气旋影响,伴随地面气温下降和中层暖层消退,出现雨、雨夹雪、冰粒和雪等相态。（2）降水天气现象仪探测发现,雪和雨的下落末速度均较小,雪粒子直径超过8 mm,雨粒子直径大多在4 mm以下。（3）毫米波云雷达观测到反射率因子、径向速度、谱宽和垂直液态水含量降低时,雨夹雪转为雪。（4）风廓线雷达显示雨夹雪和冰粒阶段对应强的低空西南急流和最大垂直速度（4~5 m·s^-1）,转雪时3 km以下垂直速度降低至2 m·s^-1左右。（5）相关系数（C_c）、差分反射率（Z_DR）和水平极化反射率因子（Z_h）等双偏振参量可判断融化层亮带,亮带的下降和消失可指示此次过程雨向雪的转换。     

珠江三角洲大气边界层温度与流场垂直分布特征

利用顺德地区1988年1月和7月大气边界层1500m内温度、风场资料,分析不同季节、不同稳定度的温度与风场廓线特征。研究表明,夏季温、风垂直增长率大、增值均匀;冬季近地层增长率特别大,向上趋平缓。逆温层在冬季的频率较高,而且在适当天气条件下出现的平流逆温持续时间亦相当长。温、风垂直分布较复杂,很难用直观的简易函数关系表示。因此,沿用各种经验公式时,必须注意在特定地区的实用性。     

台风“莫兰蒂”登陆前后引起的浙江沿海地区强降水过程分析

用实况降水、雷达反射率、欧洲中心(ECMWF)全球模式细网格及0. 5°×0. 5°分辨率ERA-Interim再分析等资料,对2016年15日发生在浙江省沿海地区的强降水过程进行分析和诊断,结果表明:该过程是由14号台风"莫兰蒂"的外围螺旋雨带产生的; 15日在浙江东部沿海地区有充沛的水汽,源源不断的水汽输送和明显的不稳定层结条件;在边界层辐合线、山脉地形、边界层急流头部三者共同作用下,该区域形成强烈的边界层辐合上升运动,触发了对流;对流层高层200 h Pa高空急流右后侧和气流发散区叠加,提供了强的高空水平辐散,有利于低层辐合上升的维持和发展,最终导致浙江沿海地区发生强降水。对比分析发现模式预报的边界层东南偏东急流及边界层辐合线均明显比实况弱,这可能是各大数值预报中心对这次过程的预报都明显偏小的主要原因,说明边界层东南偏东急流及边界层辐合线对于强降水具有重要作用。     

东海黑潮暖水区一次夜间云覆盖边界层发展过程的大涡模拟——辐射强迫研究

2015年4月2日,中国海洋大学东方红2船在东海黑潮暖水区观测到了一次夜间云顶逆温边界层发展的过程。本文利用船载数据及UCLA_LES3.0模式进行数值模拟,讨论边界层发展的原因以及云对边界层发展的作用。结果显示,海表潜热通量的供应使边界层内水汽增多,水汽抬升凝结成云。云的产生使边界层内水汽通量、热通量以及垂向湍流速度的分布发生改变,云区的水汽通量变大,云顶的热通量发生突变,云区和近表面层均有湍流速度的极大值,云底有湍流速度的极小值。云形成过程中通过改变边界层内浮力项的贡献影响边界层的垂直结构,云区有正的浮力项贡献,云底以下有负的浮力项贡献。云顶长波辐射主要影响边界层中上层,在关闭辐射强迫后,边界层内比湿和位温的廓线没有明显变化,但最大垂直速度减小了20%,垂向积分的湍流动能降低了约30%,垂向湍流速度在边界层中上层不存在极大值,边界层内热通量廓线没有突变,水汽通量和热通量廓线分布与晴空边界层廓线相当。本研究通过数值试验证明了云顶长波辐射效应对大气边界层的反馈作用,为理解云与边界层的相互作用提供了科学依据。     

“12·14”山东暴雪过程积雪深度特征及成因

利用常规观测、积雪深度逐时加密观测资料和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）资料,对2023年12月13—15日山东一次极端暴雪天气过程积雪特征及其成因进行分析,得到以下结论：（1）此次过程是一次江淮气旋暴雪天气过程,具有持续时间长、降水相态复杂、基础温度低、降温幅度大和积雪深度厚等特征。（2）最大小时新增积雪深度可达8 cm;过程平均雪水比为0.7 cm·mm^-1,呈“西大东小” 的分布特征。（3）有积雪的站近地面温度从开始降雪到地面产生积雪,气温和雪面温度均呈下降趋势,0 cm地温在降雪前期降温明显,积雪形成后地温不再明显变化。无积雪的站在整个降雪时段内近地面温度可分为4种情况。（4）雪水比随气温变化最明显;积雪形成之后地温对雪水比大小影响不大;当雪水比小于0.75 cm·mm^-1时,雪水比随雪面温度降低而增大,当雪水比大于0.76 cm·mm^-1后,雪面温度不再有明显变化。     

青岛沿海一次降雪过程的多普勒雷达资料分析

本文对2005年2月17日至18日青岛降雪过程的雷达资料进行了分析。多普勒雷达资料很好地揭示了青岛沿海成为本次过程区域降水中心的原因,除了有利的水汽输送,更重要的是青岛沿海出现了一个维持约半小时的中尺度气旋。在对雷达资料的风廓线资料分析时,发现系统中存在标注ND字符的异常原因。     

2023年和2005年山东两次极端海效应暴雪的对比

利用常规气象观测资料、降水天气现象仪资料、美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA）资料、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）资料等对2023年12月山东半岛的海效应特大暴雪和2005年12月持续性海效应强降雪过程的高空形势、海气温差、低层切变线、大气水凝物等进行了综合分析。结果表明：（1）亚欧大陆强大的经向高压脊和脊前冷涡环流是发生海效应暴雪的大尺度环流背景。2005年高压脊宽广、稳定少动是海效应强降雪持续时间长的主要原因,2023年高压脊、冷涡的经向特征更加显著,冷空气爆发力强。（2）2005、2023年渤海海面温度较常年偏高;2023年偏高2.5 ℃的范围更广,12月20—21日海气温差超过30 ℃。（3）出现暴雪时,山东半岛北部存在偏西风和北—东北风之间的风场辐合;荣成站出现暴雪时,低层需要更强劲的引导气流。（4）2023年12月20—21日,云体主要由冰晶和雪晶构成,较多雪晶位于上升气流上方,与冰粒子分布区域重叠,说明除了水汽凝华外,冰雪晶粒子之间的聚合作用对雪粒子的增长有很大帮助,聚合产生的枝状雪粒子有利于积雪深度增大,文登站雨滴谱也表明,21—22日雪粒子直径偏大的特征更明显。     

2021年2月黄河中下游两次暴雪的相态转换特征及成因

利用常规高空资料、地面加密自动站、双偏振多普勒天气雷达、微波辐射计与ERA5再分析数据等多源资料,分析了2021年2月下旬黄河中下游两次暴雪过程的相态演变及形成机理。结果表明:两次过程的大尺度影响系统基本一致,只是影响系统的强度和位置不同导致两次过程存在些许差异。两次过程均存在相态转换,过程Ⅰ中存在相态逆转(由雨转雪再转雨),而过程Ⅱ中只存在雨转雪的转换。在太行山以西的山区,当地面2 m气温低于0.5 ℃时,降水相态以雪为主,在0.5~1 ℃之间时,多为雪或雨夹雪并存;在平原地区,当2 m气温为1~2 ℃时,降水相态为雨或雨夹雪,在0~1 ℃之间时,则为雪与雨夹雪并存,低于0 ℃时,降水相态为雪。在降雨阶段,双偏振雷达产品相关系数(CC)值约在0.98以下,差分反射率(Z_DR)在0.6 dB以上,差分传播相移率(K_DP)值约在0.2 (°)·km^-1以上;在降雪阶段,CC值在0.98~0.99之间,Z_DR值在0.2~0.8 dB之间,K_DP 值约在0.2 (°)·km^-1以下;但在降水相态由雨转雨夹雪时,Z_DR、CC与K_DP 值没有明显变化。