淮河流域2003年梅雨时期降水与水汽输送的关系

本文利用2003年6～7月逐日NCEP／NCAR再分析资料分别计算了淮河流域梅雨期的水汽输送和该区域的水汽收支,分析了大尺度水汽输送和梅雨期降水之间的关系。结果表明：2003年梅雨期间(6月20日～7月23日)淮河流域水汽输送的来源主要有2个,一是孟加拉湾的西南气流经中南半岛北部进入华南再向淮河流域输送,二是来自西太平洋副热带高压南侧的偏东气流在南海转向形成的偏南气流进入华南再向北输送,以上两条输送带以定常方式向淮河流域输送水汽。通过计算梅雨期的整层涡动水汽输送,发现经向水汽输送非常稳定,纬向水汽输送具有较大幅度变化。研究还表明：2003年梅雨期间淮河流域的水汽收支主要来自经向水汽输送,特别是南部边界的水汽流入,而纬向水汽输送多表现为水汽的流出。梅雨期间淮河流域经向水汽收支的突然增强和维持稳定往往对应一次强降水过程的开始。梅雨期间淮河流域净水汽收入主要来源于经向从地面到600hPa高度的深厚水汽输送,另外在纬向近地面层还有一支弱的净水汽流入,而中低层为明显的纬向净水汽流出。在经向水汽净输入相当情况下,纬向水汽净输出的减弱有利于增强强降水过程的强度。淮河流域2003年夏季经向水汽收支的爆发性增长和突然减弱和该区域的入、出梅日期对应,它的演变反映了东亚夏季风由南向北推进的进程。     

2016年湖州地区两次降雪过程对比分析

利用Micaps观测资料、NCEP再分析资料及风廓线资料对2016年1月20—21日湿雪过程,1月31—2月1日干雪过程,从水汽、动力方面进行了对比分析,认为:1) 1月20—21日的湿雪过程水汽充沛,水汽输送为700 h Pa西南急流和850 h Pa东南气流; 1月31—2月1日的干雪过程水汽层次浅薄,水汽输送只有700h Pa西南气流。2)湿雪过程低层暖平流强,在中低层形成暖式切变线,冷空气楔入到暖湿气流底部,迫使其抬升,形成深厚上升运动区,雪量较大,但并不利于积雪;干雪过程低层冷平流强,在中低层形成冷式切变线,降雪过程中弱暖湿气流沿深厚冷空气垫爬升,上升运动较弱,降雪量较小,但有利积雪。     

江苏3次不同量级降雪过程的对比分析

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对发生在江苏省3次不同量级的降雪过程:区域性暴雪("130218"过程)、区域性大雪("091116"过程)和区域性中雪("160131"过程)进行对比分析。结果表明:江苏发生区域性降雪时,水汽主要由700 hPa西南急流输送至降雪区上空,降雪量级和落区与700 hPa水汽输送强度和水汽向北输送位置密切相关,水汽输送愈强,湿层越深厚,降雪强度愈强,强水汽输送到达位置愈北,降雪落区也向北扩的更明显;暴雪时正涡度强且正涡度区最为深厚,动力抬升作用强,且暴雪和大雪发生时基本上整层都为垂直螺旋度正值区;降雪时整层温度基本上都在0℃以下,中层有暖平流发展;不同之处在于暴雪及大雪时中低层具有明显的逆温层,且随着降雪量级的增大,逆温强度和逆温层厚度明显增强、增厚,而中雪发生时不一定有逆温层结;降雪强度与湿位涡分量绝对值存在一定的正相关关系。     

曲靖2005年1月9～13日寒潮过程浅析

利用M icaps常规资料,分析了2005年1月9~13日的寒潮天气过程。结果表明,500hPa中高纬地区维持的两槽一脊,有利于冷空气不断加强补充;700hPa的低空急流为大—暴雪提供水汽输送;低层辐合和高层辐散提供动力条件,大量的水汽凝结提供水汽条件,从而导致大—暴雪天气过程的发生。     

内蒙古东北部地区一次极端降雪过程的水汽输送特征

利用内蒙古呼伦贝尔市常规观测资料和GDAS、NCEP/NCAR再分析资料,采用欧拉方法分析了2016年春季内蒙古东北部地区一次极端暴雪过程的水汽输送及收支特征,利用HYSPLIT模式和聚类分析模拟计算了此次暴雪天气过程的水汽源地、主要水汽输送通道及其对水汽输送的贡献,并与传统的欧拉方法结果进行对比。结果表明:(1)有3支不同源地的水汽流在内蒙古东北部地区交汇,对呼伦贝尔地区暴雪的发生与维持有重要影响;(2)经向和纬向输送为此次暴雪天气的发生提供了充足的水汽,暴雪区水汽主要源于中高层的南边界和随西风气流的西边界;(3)利用HYSPLIT模式模拟发现,在此次暴雪天气过程中水汽主要来源于新地岛以西洋面、日本海以及巴尔喀什湖,且三者贡献率大致相当。     

基于构成要素的一次切变线暴雪天气分析

2013年1月20-21日山东出现了一次暴雪过程,此次过程具有冷空气弱、东西雨雪共存及存在两个强降水中心等特点,济南至淄博(鲁中的北部地区)的次暴雪中心为预报难点。为了探讨此类暴雪过程降水落区、强度和相态变化的物理机制,根据常规观测、NCEP/NCAR再分析逐6 h及多普勒天气雷达资料,采用基于构成要素的预报方法(Ingredients-based Methodology,IM),从动力抬升、水汽、降雪效率和相态等四个方面进行了分析。结果表明:(1)高层两个短波槽、低层切变线、地面华北锢囚锋和倒槽等天气系统相继共同作用造成了此次暴雪过程,其中500 hPa短波槽对降雪的阶段性表现最明显。(2)四个有利构成要素相叠加导致鲁中地区产生暴雪:中低层有西南和东南两支气流输送了充足的水汽;低层经向切变线和暖切变线造成了强上升运动;云中温度在-15~-14℃之间达到最佳降雪效率;低层温度低。(3)低层经向切变线对次降水中心的暴雪形成有重要作用,暴雪发生在经向切变线的右侧东南风减小的区域。(4)最强降雪发生在对流层中高层西南风和低层东南风强盛的时段。(5)对流层低层冷暖平流导致边界层内温度垂直变化出现差异,从而产生不同降水相态,其中1000 hPa至近地面的温度最为关键,尤其2 m气温在1℃左右时,更需综合分析925 hPa以下各层的温度;同时复杂下垫面对降水相态的影响也不容忽视。     

2018年1月江苏两次暴雪天气对比分析

利用ERA Interim Daily的05°×05°资料对2018年1月3—4日和24—28日出现的两次强降雪过程（分别称为月初过程和月末过程）进行对比分析。研究结果发现,两次过程均为“西阻型”,多冷涡活动,东移高原槽前的西南气流与南下冷空气沿长江一带交汇。月初过程副高较强,中低空西南急流强盛,过程先降雨后降雪,小时降雪量大;月末过程先后受到两次低槽的影响且冷涡较强,低层有深厚冷垫,过程为纯降雪,持续时间长。两次过程均存在低空西南急流输送暖湿气流形成的水汽通量辐合,月初过程还有来自东海的水汽输送。两次过程均存在逆温,月初过程地面温度高于0 ℃,月末过程低层气温低,有冷垫存在。两次过程动力条件较好,暴雪区对应深厚的正涡度柱,低层辐合高层辐散,垂直螺旋度呈下正上负分布,且存在次级环流,增强了上升运动,有明显锋生大值区与之配合,两次过程在动力条件的各项数值指标上,月初过程更有利于降雪。通过雷达分析可知月初过程以层状云降雪回波为主,夹杂一定弱对流云降水回波,速度场上呈牛眼结构,有低空急流配合;月末过程以层状云降雪为主,牛眼结构弱,低空急流比月初过程弱。     

北京一次冬季回流暴雪天气过程的数值分析

回流天气是华北地区冬、春、秋季节产生降雨（雪）的主要天气类型,预报员常常因对回流天气系统结构特征认识不足和诊断失误而导致预报的失败,是降雨（雪）预报的难点和重点。利用北京地区高分辨率快速循环同化中尺度数值预报系统（BJ-RUC）对2010年1月2—3日一次典型的回流暴雪天气过程进行模拟,分析数值模式的模拟能力,研究各层主要影响系统结构特征及形成暴雪的关键性条件,探讨典型回流暴雪天气过程的形成机理。主要结论为：数值模式对此次暴雪过程的近地面回流冷空气、中低层低值系统及变化特征、主要降雪时段和降雪量模拟效果较好,对降雪落区的模拟存在一定偏差。低层回流偏东风遇到地形后引起垂直运动主要在低层800 hPa以下,所产生的降雪量不大,而其与上游850～700 hPa低涡系统发展东移其前部的上升运动汇合所形成的大范围、深厚、强烈的上升运动是产生明显降雪的关键性条件。上游低涡系统前部西南暖湿气流相对应的大湿度区移近是产生较强降雪的重要条件。持续的低层回流冷空气湿度较大,对于低层大气起到水汽输送的作用。回流冷空气使低层大气维持长时间的水汽输送并与其上层东移的大湿度区相结合,增加湿层厚度,有利于降雪持续而形成较强降雪。降雪开始时间和降雪强度的变化与对流层中下转偏南风的时间和偏南风风速增大有关。     

新疆北部地区一次特大暴雪天气诊断分析

使用NCAR再分析资料,对新疆北部阿勒泰地区2000.11.20-24特大暴雪天气进行诊断分析,结果表明:500hPa极涡、贝加尔湖后部的东南气流、850hPa暖切变以及地面气旋的共同作用是产生新疆北部阿勒泰地区2000.11.20-24特大暴雪天气过程的环流背景条件。特大暴雪天气发生在较强的能量锋区、高湿区和水汽通量辐合区内。特大暴雪天气发生时,在阿勒泰地区上空形成一个由低层到高层强盛的动力性纬向垂直环流圈,为冷暖气流共同作用提供了持续不断的动力条件。正涡度的输送,使得阿勒泰地区上空的低值系统和锋区得以维持和加强。高空急流加强了特大暴雪天气的上升运动;低空偏南急流将巴尔喀什湖以南的高温高湿的不稳定大气源源不断地输送到阿勒泰地区上空,为特大暴雪天气提供了热力、水汽和不稳定能量的条件。     

一次中亚低涡造成的新疆暴雪天气过程分析

利用实况观测资料、EC/T639数值模式预报资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2012年2月一次由中亚低涡造成的冬季新疆西部地区典型暴雪天气过程的环流特征和物理量场进行了综合分析。结果表明:此次暴雪天气过程属欧洲脊发展、中亚低涡东移造成的新疆西部及天山北坡的降雪过程。200 hPa西南急流使高层辐散,起到"抽气机"作用;500 hPa偏南气流与700 hPa东风急流为暴雪提供了水汽和热量的输送,同时加强了抬升运动;高层辐散、低层辐合以及较强的上升运动是暴雪发生的动力条件,上升运动的强盛发展阶段对应降雪强度最大时段;水汽的垂直输送导致局地比湿显著增大,深厚的湿层和强烈的水汽辐合为暴雪提供了充沛的水汽条件;云图上"干侵入"出现的时间与位置可以大致判断强降雪出现的时间和位置。     

北疆北部一次暖区暴雪天气过程的的综合分析

利用地面观测、高空探测常规资料、NCEP 1°×1°再分析以及FY-2G红外云图资料，综合分析了2016年11月10—13日北疆北部的暖区暴雪过程成因，结果表明，此次暴雪天气是在“单阻型”经向环流和有利的高低空天气系统配置下发生的，主要表现为500 hPa东欧阻塞高压脊稳定，西西伯利亚低涡和冷槽东南下至北疆境外的中亚地区，200～500 hPa低涡和冷槽系统深厚且呈前倾结构，低涡底部极锋锋区加强并压至北疆上空，700～850 hPa北疆北部有暖平流和暖脊发展，地面气压场呈“两高夹一低”形势，北疆在地面冷锋前部和暖锋后部的暖区内。中高层西北急流、低层偏西气流和偏东气流三支气流在暴雪区上空汇合，暴雪区位于高空低涡底部西北急流、低层暖平流和切变线、地面暖低压南部的高低空重叠区域内。500 hPa以下仅有一条西方水汽输送路径，最强水汽输送在600～700 hPa，最强水汽辐合位于850 hPa附近，最大暴雪中心（裕民）的水汽输送强度更强、厚度更厚、时间更长，其平均云顶黑体亮温TBB值较富蕴偏高10℃左右。     

西藏高原西南部地区一次暴雪天气过程诊断分析

利用NCEP/NCAR的2.5°×2.5°逐6 h再分析资料、常规气象观测资料和卫星云图资料,对2013年1月17—19日西藏高原西南部地区的一次暴雪天气过程进行了综合分析。结果表明:此次西藏高原西南部地区暴雪天气过程中高纬地区为两槽两脊型,深厚的南支槽、西南急流和西太平洋副热带高压是此次暴雪过程的主要影响系统。此次暴雪过程气旋性涡度可达15.0×10~(-5)s~(-1),低层辐合和中高层辐散有利于产生上升运动,250 h Pa附近正散度为3.5×10~(-5)s~(-1),中高层的强抽吸效应和强上升运动对暴雪的发生具有重要作用;主要水汽来源为阿拉伯海,水汽通量增加和水汽通量散度中心向东北方向移动说明西南暖湿气流源源不断地向暴雪区输送水汽并辐合;同时,地形的抬升作用有利于水汽凝结,云系接近西藏高原时云顶亮温(Black Body Temperature,TBB)明显减小,到达暴雪区上空时TBB为-50℃以下,其中西藏高原西部的普兰地区上空TBB达-60℃以下。     

天山北坡中部一次罕见特大暴雪天气成因

利用我国数值预报产品T6390场预报资料和新疆天山北坡中部地区的地面降雪量资料,分析新疆天山北坡中部地区2010年2月23日发生的罕见特大暴雪天气的特征及这次过程形成的原因。结果表明:这场罕见特大暴雪天气具有降雪强度强、范围广、积雪深度异常偏厚、灾情严重等特点,属60a不遇。乌拉尔山长脊、西伯利亚冷涡东移为罕见特大暴雪天气的发生提供了大尺度环流背景,冷涡外围强锋区中分裂出的中尺度短波、西南急流、700hPa中尺度辐合带、850hPa"人"型切变场、中高压、中低压以及地面冷锋是特大暴雪的直接影响系统;高低空形势场、急流和锋区以及中尺度的动力、水汽因素的有利配合为特大暴雪的发生提供了必要条件。特大暴雪发生在高空锋区短波槽前的冷暖平流交汇区、700hPa中尺度辐合带、850hPa"人"型切变场、西南急流、地面冷锋、中低压后部和中高压前部、强的能量锋区、高湿区以及水汽通量辐合区的重合区域内。特大暴雪发生过程中,天山北坡中部上空维持一个由低层到高层强盛的动力性纬向垂直环流圈,为冷暖气流共同作用提供了动力条件;正、负涡度中心的配置,有助于天山北坡中部上空的低值系统和锋区的加强。高空急流加强了特大暴雪天气的上升运动;强盛的低空西南暖湿急流将里咸海地区的高温高湿不稳定气流输送到天山北坡中部上空,为特大暴雪天气提供了热力、水汽和不稳定能量的条件。     

菏泽市一次暴雪天气过程的预报分析

利用常规天气图、数值预报、卫星云图、雷达资料和各种物理量场等对2009年11月11—12日菏泽市暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：深厚的水汽、充足的水汽来源和中低层水汽辐合作用是暴雪天气发生的必不可少条件,影响这次暴雪有两个水汽来源,一个是700hPa的西南气流对水汽的输送,一个是850hPa的偏东风对水汽的输送,两个水汽输送带的辐合中心在菏泽交汇,造成此次暴雪天气;低层辐合高层辐散是造成这次暴雪的垂直环流机制;数值预报对于强降水出现的时间和落区有一定的指导意义。     

2018年1月鄂北大暴雪的异常环流形势和水汽输送特征

利用气象观测资料、NCEP再分析资料、GDAS资料,结合HYSPLIT模式分析2018年1月3—4日鄂北地区大暴雪的异常环流形势和水汽输送特征。结果表明:1)100 hPa极涡向亚洲东北部分裂,极锋急流位置偏南,500 hPa乌山的阻塞形势和偏强偏东的东亚大槽,有利于将强冷空气向我国中东部输送;700 hPa强盛的西南急流配合850?hPa偏东风辐合,提供有利的动力、水汽;地面冷高压势力偏强,从东路南下并不断补充,有利于降雪天气长时间的维持。2)整层水汽通量高值舌从华南沿海伸至长江沿线,鄂北地区水汽输送强度、水汽辐合偏强;4条水汽输送路径分别是650 hPa干冷空气在黄海转向从东北路输送水汽,水汽贡献率排第二;650～700 hPa气团将孟加拉湾的水汽输送至暴雪区,水汽贡献率排第一;500 hPa干冷空气自偏西方向过来,水汽贡献率最少;近地层暖湿气团将南海水汽自偏南路径输送至暴雪区,水汽贡献率排第三。与一般降雪过程比,增加了偏南的输送路径,且水汽贡献最多和次多路径的气团水汽含量更高。     

北京地区4月一次罕见暴雪的形成机制分析

利用雨滴谱仪、多普勒天气雷达、微波辐射计、地面加密自动站、EC再分析资料及气候整编资料等多源观测资料,分析了2018年4月4—5日,北京地区罕见暴雪过程的极端性及形成机制。结果表明:(1)此次过程是北京地区4月首次出现纯雪日,降雪量和积雪深度均突破历史同期记录,1000～850 hPa温度标准化异常SD值均小于-3,日降雪量排在整个冷季的前5%,是一次极端天气过程。(2)低层强冷空气入侵形成冷垫,700 hPa强西南低空急流输送充沛水汽,使北京地区上空800～500 hPa产生条件性对称不稳定,暖空气在锋区以上的强上升运动触发不稳定能量,产生高架对流,局地雷达回波具有夏季对流单体的倾斜结构特征,有利于暴雪增幅。(3)降雪过程先后受到两次冷空气叠加影响,前期强冷空气持续剧烈降温导致低层温度偏低,使得温度达到降雪阈值,是此次极端降雪过程产生的主要原因。(4)微波辐射计监测显示,降雪的起止时间与逆温具有良好的对应关系,降水相态主要取决于1 km以下的温度变化。     

山东西北部一次极端暴雪的动力和热力特征

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及HYSPLIT气流轨迹模式,对2021年11月6—7日山东西北部一次极端暴雪过程的水汽来源、动力和热力特征进行了综合分析。结果表明：(1)此次暴雪是发生在横槽转竖型寒潮天气过程中的回流性降雪,具有降水量大,初雪时间早,积雪深度深等特征,属于一次极端天气事件。(2)HYSPLIT模式水汽轨迹后向追踪显示,低空西南和东南暖湿气流对暴雪的水汽输送占比较大,两者对降水的水汽贡献分别为39%和59%,是暴雪的主要水汽来源。(3)低层由北向南“楔入”的冷空气,一方面将暖湿气流抬升,为暴雪的发生提供“冷垫”,另一方面与中低层的西南急流形成深厚的锋区和次级环流,锋生与次级环流的正反馈有利于暴雪的发展和维持。(4)湿位涡在暴雪区内呈现出MPV1>0且MPV2<0的配置,有利于中尺度对称不稳定能量的积累和释放,是暴雪发生发展的重要物理机制。     

2010年新疆北部暴雪异常的环流和水汽特征分析

2010年新疆北部地区暴雪异常偏多,降雪量和积雪深度记录突破历史极值。利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°再分析资料,对北疆暴雪时空分布特征进行了分析,并对2010年两种暴雪类型发生时的大气环流、水汽输送特征进行了合成分析。结果表明,北疆暴雪多发生在山区和迎风坡上,在暴雪形成过程中地形作用不容忽视;北疆暴雪的发生与极锋急流和副热带急流的位置、强度密切相关,两支急流的叠加和汇合是冷锋暴雪发生的主要大尺度环流形势,极锋急流在暖区暴雪中占主导地位;冷锋暴雪是由北方冷空气与西南暖湿气流汇合造成的,而暖区暴雪是北方南下的冷空气相对更冷而形成的冷暖汇合造成的;冷锋暴雪时地面高压呈西南—东北向,暴雪发生在强冷锋锋区内;暖区暴雪时地面高压呈西北—东南向,暴雪由冷锋前暖锋引发;新疆北部暴雪的水汽以接力的方式输送,伊朗副热带高压的强度和位置的变化对暴雪的水汽输送起决定性作用。     

低纬高原地区水汽资源的气候变化特征

用1948—2009年NCEP/NCAR月平均再分析资料,分析低纬高原地区对流层不同层次水汽输送特征。结果表明,地面～300 hPa每年从西边界、南边界流入低纬高原的水汽分别有344.0×1010 t和115.0×1010 t,有341.5×1010 t和73.5×1010 t水汽分别从东边界和北边界流出,水汽净流入达44.0×1010 t。水汽净收入主要集中在对流层低层,以西边界的水汽输入最多;但经向上的水汽输送对低纬高原地区的净收入贡献相对较大,并且纬向水汽输送与经向水汽输送量呈反相关。夏季水汽输送净收入占全年的67.5%,其对流层低、中、高层均为水汽净流入。西边界水汽输入呈增加趋势,东边界水汽输出量呈减少趋势,南、北边界水汽输入、输出呈减少趋势,均在1980年代末发生突变,突变后南边界的水汽输入明显减少,北边界的输出呈下降趋势。年净水汽和夏季净水汽呈减少趋势。低纬高原地区水汽净收入在1978年发生突变,突变后水汽呈减少趋势。      

近10 a宝鸡暴雪特征及典型个例对比分析

利用2011—2020年常规气象观测资料和ERA5 025 °×025 °再分析资料,统计宝鸡暴雪时空分布特征,并对两次区域性暴雪个例进行对比分析。结果表明：（1）暴雪集中在1—3月,2月最多,区域性暴雪均在1月;暴雪日大值区位于宝鸡东部,区域性暴雪集中在中部川塬区,局地暴雪主要在南、北山区;暴雪日降雪量均值与极大值空间分布均呈现自西南向东北逐渐增多的趋势,极大值大多出现在区域性暴雪中。（2）两次区域性暴雪过程均发生在偏东回流冷空气作为冷垫锲入中低空西南暖湿急流的形势背景下,西南急流向暴雪区输送充足的水汽和能量,低层偏东回流冷空气促使西南急流在冷垫上爬升,产生动力抬升作用,同时降低低层温度,达到降雪产生的温度条件。（3）有利于区域性暴雪产生的条件为：近地面2 m气温≤-02 ℃且850 hPa温度≤-5 ℃,600 hPa附近暖平流中心≥17×10-5 ℃/s,低层冷平流中心≤-8×10-5 ℃/s;500 hPa水汽通量最大值≥18 g/（cm·hPa·s）,中层水汽辐合持续时间≥8 h,对应水汽通量散度中心≤-9×10-8 g/（hPa·s·cm2）,垂直速度中心≤-09 Pa/s;低空θse锋区内MPV1≥11 PVU和MPV2≤-14 PVU。