南方极端低温雨雪冰冻过程天气学特征分析

应用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对我国1961-2008年的南方极端低温冰雪典型过程进行了天气学分析.1961-2008年我国南方极端低温冰雪过程共发生了5次;这5次南方极端低温冰雪过程主要是受西风槽和南支槽、中层低涡和切变线、西南急流、地面强冷空气共同影响造成的;多股冷空气不断南下,前沿冷锋抵达黔滇地区、低层冷垫上空暖湿气流强盛、垂直结构逆温长时期维持是南方极端低温冰雪过程的重要特征;根据环流特征的不同可分为西南气流和偏西气流两种类型,前者降水和降温基本上是同时发生,形成雨雪冰冻天气,而后者一般是先降水、后降温,且后期降温剧烈,以低温冰冻天气为主.     

新疆阿勒泰地区冬季极端低温事件特征分析

利用阿勒泰地区7个测站1961～2011年冬季(11月到翌年3月)逐日最低温度资料,采用百分位定义法给出各站发生冬季极端低温事件的阈值。采用气候趋势系数和气候倾向率、Gumbel分布函数及R/S分析等多种统计方法分析阿勒泰地区各站冬季极端低温事件的气候特征。结果表明:阿勒泰地区各站冬季极端低温事件发生阈值为-26～-36℃。阿勒泰地区冬季极端低温事件频次倾向率均呈减少趋势,强度倾向率均呈减弱趋势。50 a一遇冬季极端低温事件极值东部较低,西部较高。阿勒泰地区西部地区冬季极端低温强度<-50℃的概率较小,东部地区冬季极端低温事件强度<-50℃概率较大。根据R/S分析,阿勒泰地区冬季极端低温事件未来发生频次可能会有所增多,冬季极端低温事件未来发生强度可能会有所增强。     

广西两次典型低温雨雪天气过程的成因对比分析

利用常规观测资料、ERA-Interim、NCEP/NCAR再分析资料,对比分析了2016年1月21—26日和2018年12月28日至2019年1月2日影响广西柳州的2次低温雨雪冰冻天气的成因。结果表明:2次过程期间中高纬均为两槽一脊形势,阻塞高压较常年同期偏强28dagpm;2018年过程期间近地层强冷平流的持续输送和高层冷空气的补充是柳州2018年气温低于2016年的重要原因,中低层持续的水汽输送及水汽辐合,长时间逆温层维持以及较强的逆温强度使得降雪持续时间及范围强于2016年;2016年过程期间中层强盛的西北气流使冷空气南下迅速,700hPa急流区以及850hPa风速辐合区的偏南导致明显的降雪主要出现在广西南部,柳州只出现少量降雪,温度回升较快。     

一次寒潮低温过程的低频振荡特征

从大气存在低应振荡这一事实出发，阐述了１９９３年１１月１７－２１日寒潮低温过程的环流及低频振荡特征，对提高寒潮中期预报能力，有积极的意义。     

青藏高原两次极端暴雨过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、雷达资料、卫星云图及NCEP 1°×1°再分析资料,对2015年6月20日和8月19日发生在林芝市的两次暴雨过程进行对比诊断分析。结果表明:“6.20”过程发生在副热带高压稳定少动的环流背景下,“8.19”过程发生在伊朗高压东伸与西太副高形成两高之间切变线的环流形势下;暴雨区低层水汽强烈输送和垂直运动强烈发展以及对流层中低层辐合、高层辐散的典型配置是两次过程共同的特点,“8.19”过程水汽输送较“6.20”更为通畅,配合低空急流,辐合更强,且“8.19”过程较历史个例而言,具有移动缓慢,系统深厚的特点,强降水落区同强垂直上升运动、低空强辐合及高空强辐散、水汽通量辐合中心相一致;“8.19”过程有明显的冷空气下传过程,存在强的高低空急流,且云顶温度更低,对流系统发展更高,云顶温度低于-60℃中心维持时间较长,强降水出现在云顶温度低值中心及其梯度大值区内。      

河西走廊西部两次极端暴雨事件水汽特征分析

利用常规观测资料、地面自动站雨量资料和NCEP 1°×1°再分析资料,应用水汽通量诊断分析、后向轨迹模型等方法分析了2012年6月4—5日(简称"0605")和2011年6月15—16日("0616")河西走廊西部干旱区两次极端暴雨事件的水汽输送和收支特征。结果表明,高原低涡及其前部弱高压脊共同作用下,在甘肃中西部对流层中层形成的异常偏东气流是河西走廊西部暴雨水汽输送的关键,其将来自孟加拉湾的水汽接力式的输送到河西走廊西部,有利于该地区的水汽辐合;弱高压脊的强度和位置决定了异常偏东气流的强度和最西端延伸的位置,而异常偏东气流的强度和最西端延伸的位置在很大程度上又决定了暴雨水汽的主要来源;两次暴雨过程均存在两路异常的水汽输送,随西风气流的西路水汽输送和绕高原的东路水汽输送,"0605"过程弱高压脊位置偏东偏弱,异常偏东气流由东向西扩展,最西端达到张掖,较强的西路水汽输送贡献率达到了90.02%,而"0616"过程弱高压脊位置偏西偏强且在内蒙古西部形成闭合的反气旋环流,异常偏东气流由西向东扩展,最西端位于酒泉西部,较强的东路水汽输送贡献率达到了84.6%;西(东)路水汽输送在对流层低(中)层输入较为显著。     

山西秋季一次极端暴雨过程的异常特征分析

利用山西省109个国家站1960—2019年逐日降水量、2019年9月逐时降水量以及1980—2019年欧洲中期天气预报中心1°×1°逐6 h再分析(ERA5)资料,对2019年9月10—11日山西中南部区域性极端暴雨过程的异常特征及其成因进行分析。结果表明:(1)此次降水过程影响范围大、持续时间长,46站发生极端日降水事件,其中11站日降水量突破9月历史极值。(2)对流层中低层水汽、热力、动力条件均优于1980年以来山西中南部区域性暴雨过程的平均态,不同物理量的标准化距平绝对值(|N|)均达到2.5以上,超过历史相关统计值的上四分位值,尤其是水汽和热力条件表现出一定的极端性。(3)副高位置异常偏西、偏北且强度异常偏强导致中低层水汽和能量输送异常充足,山西中南部地区西边界和南边界的水汽输入对极端降水的发生发展起到重要作用。(4)倾斜上升的西南暖湿气流中存在位势不稳定层,700 hPa暖式切变线和地面冷锋触发对流,回波持续通过暴雨区产生"列车效应";稳定的切变线与异常的低层冷垫提供持续的动力条件,长时间维持异常充沛的水汽和水汽辐合是区域性极端暴雨的主要成因;大范围物理量场异常是导致此次极端降水事件发生的主要因素。     

青藏高原冬季极端低温异常气候变化特征分析

运用REOF、滑动平均、累计距平、合成分析等方法，对青藏高原冬季极端低温的年代际变化、异常空间分布、时间演变特征、与500hPa高度场及印度洋海温的关系进行了较为详细的诊断分析。结果表明：二十世纪60年代极端低温偏低，70年代到80年代中期，变化多波动，80年代初期，有一明显的由低到高的转折点，90年代后呈波动式缓慢上升趋势；冬季极端低温容易出现异常的区域是青海中北部、西藏中北部、西藏东南部和青海南部地区；12—3月500hPa高度场上乌拉尔山脊和北太平洋脊偏强(弱)，东亚大槽偏强(偏弱)偏西(偏东)，青藏高原冬季极端低温偏低(高)；赤道东印度洋附近和澳大利亚西部广阔的海域温度偏低(高)，青藏高原冬季极端低温偏低(高)。     

乌鲁木齐两次极端暴雪天气过程对比分析

利用常规观测资料、地面自动站、NCAR/NCEP FNL 1°×1°再分析资料和FY2E卫星云图对2014年12月7—8日、2015年12月10—12日发生在新疆天山北坡乌鲁木齐地区的两次有气象记录以来的极端暴雪天气过程,从水汽、不稳定条件、动力、温湿层结及中尺度特征方面进行对比分析,得出如下结论:(1) 500 hPa高空槽、700 hPa短波槽和850 hPa切变线是这两次过程共同的影响系统,两次过程500 hPa均有明显西南急流和-36℃冷中心,700 hPa和850 hPa均有明显西北气流相配合。(2)两次过程中整层较大的比湿和水汽通量散度输送为暴雪提供了充足的水汽条件。(3)风场辐合与天山地形抬升产生的强上升气流和强辐合为暴雪的形成提供了有利的动力条件。(4)两次过程发生前,乌鲁木齐上空低层均有东南风层控制,存在逆温,有利于能量聚集。但是由于两次过程环流形势、水汽分布、能量聚集程度及中尺度特征有所不同,因此两个过程的降雪量存在明显差别,对城市的影响程度也有差异。其中"12.11"过程中尺度系统影响时间更长、冷中心更强,造成的降雪天气更为罕见。     

副高西侧四川盆地两次极端暴雨过程分析

本文利用1×1°NCEP/NCAR再分析资料、FY2E卫星TBB资料及地面自动站资料,对2013年7月8~11日和7月17~19日四川盆地出现的两次极端暴雨过程的环流形势、中尺度环境条件和触发机制、水汽条件异常特征、地面能量和水汽压的分布及演变特征进行了诊断和对比分析,结果表明:(1)两次过程均发生在500h Pa为东高西低的形势下,暴雨落区位于低层低涡右侧、偏南气流左侧,高空急流入口区右侧。(2)副高外围偏南风持续向四川盆地上空输送暖湿气流,形成高能、高湿和层结不稳定的有利环境条件,500h Pa高原低值系统东移诱发低层正涡度辐合,造成对流强烈发展,是两次过程的共同特征,副高、低层低涡和辐合区位置、盆地内能量和水汽条件分布的差异是导致两次过程暴雨落区不同的主要原因。(3)两次过程都存在明显的水汽条件异常特征,其中降雨极端性更强的"7.8-11"过程标准化距平更大。(4)初始对流主要出现在地面水汽压的24h显著增量区域和地面能量锋偏低能区一侧,强降雨开始后,地面水汽压的演变趋势对降雨强度和强降雨持续时间也有一定的指示意义。     

鄂东北春季三类典型极端强降水特征分析

利用1961—2020年降水资料、NCEP／NCAR2.5°×2.5°和ERA5资料,对鄂东北春季极端强降水个例天气系统及物理量的异常度、配置与降水落区的关系进行了分类对比研究。结果发现：(1)鄂东北春季极端强降水有三种典型形势,即地面倒槽型、冷锋前沿型、暖低压型。三类极端强降水过程500 hPa均有南支槽缓慢东移,湖北以东、东北地区到日本有异常强的高压或高压脊,东高西低的形势使降水持续时间长。850 hPa偏南急流异常强盛,鄂东北位于切变辐合区。强降水发生前地面暖低压异常发展,为强降水提供了有利的环境条件。(2)鄂东北大多数春季极端强降水与低层水汽、中低层垂直速度的异常密切相关。鄂东北及周边为低层水汽辐合和垂直速度异常度绝对值之和大值区。     

基于加密观测的一次极端雨雪过程积雪特征分析

利用降水现象仪、地面自动站、人工加密积雪深度逐时观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对山东2020年1月5-7日罕见雨雪过程的积雪特征及温度影响机制进行了分析。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,地面影响系统为江淮气旋,冷平流较弱,积雪深度是预报难点。(2)整个过程全省各站的平均降雪含水比为0.46 cm·mm~(-1),低于过去20年间的江淮气旋暴雪过程。(3)积雪深度与高空温度、相对湿度和垂直速度的配置有关,在最大上升运动与90%以上相对湿度的叠置层次内,如果环境温度有利于树枝状冰晶增长则积雪深度和降雪含水比大,而环境温度适合空心柱状冰晶增长的则积雪深度小;云下温度高于0℃使得积雪深度减小。(4)积雪深度与近地面温度的关系表现为:气温低于0.5℃可形成有量积雪;0 cm地温对积雪的影响表现在积雪产生之前,降至0.4℃以下可形成有量积雪;雪面温度在产生积雪前后的2 h内维持在0℃左右,其他时段变化与气温类似。(5)降雪含水比基本上随着气温的升高而减小,在0.5 cm·mm~(-1)以上时一般降雪期间气温低于0.4℃。该个例揭示了积雪深度和降雪含水比的预报需要综合考虑高低空气象条件。     

关中地区两次初夏区域性暴雨过程特征分析

使用1°×1°的NCEP再分析资料、常规观测及云图资料,从环流形势、物理量和TBB特征出发,结合盛夏暴雨过程对比,分析总结2006年6月2-3日("0602"过程)和2013年5月25日("0525"过程)关中地区两次初夏区域性暴雨特征。结果表明,关中初夏暴雨发生前,青藏高压明显偏南、偏弱,暴雨区北侧200 hPa急流形态、位置变化小,急流轴南侧的风速经向切变明显增大。初夏暴雨期间无西太平洋副热带高压和远距离台风作用,上游与周边西风带影响系统差异导致低层水汽输送与辐合明显弱于盛夏暴雨,分布形态不同。850 hPa大陆东部高压稳定维持有利于初夏暴雨低层偏东南气流发展、维持。初夏暴雨发生在位势稳定层结环境,暖湿空气沿着低层冷空气向北爬升,暴雨中心等熵面随高度向北倾斜,存在能量锋生和对称不稳定。暴雨区上空中高层深厚的正位涡和低层浅薄的负位涡垂直差异增大,300 hPa以上增幅明显,存在位涡异常。初夏暴雨中心以东约300 km处纬向中尺度垂直环流有利于暴雨区上升运动维持,但上升中心强度、高度和低层高能轴附近不稳定能量明显小于盛夏暴雨。总螺旋度显著增幅区对初夏暴雨落区有指示作用,其正负区相交零线、正值区增大中心分别和大雨、暴雨落区北界一致。同时,关中以北存在显著负螺旋度区,总螺旋度正值范围、强度明显偏小,中心移动、增大区偏南,局地螺旋度垂直方向正值中心区域相对分散。关中初夏暴雨云系范围大,结构复杂,主要由对应高层显著反气旋区的北部盾状中高云区和南部带状低云区组成,云团中心TBB-60℃、云顶偏低,暴雨主要位于南北云区交汇处的窄带强回波附近,而非TBB中心区或梯度大值区附近。     

秦皇岛市两次极端最低气温天气过程的对比分析

利用MICAPS资料和NCEP(1°×1°)再分析资料,对秦皇岛市2001年1月15日和2010年1月6日两次最低气温极值天气过程,从环流形势、物理量场的垂直结构、温度方程的平流项、垂直项与非绝热项等进行了综合对比分析。结果表明:两次过程环流形势基本相似,均自西北路径直接影响华北,冷平流由水平方向移动并在垂直方向下传;通过对局地温度变化中各项因子的定量估算,发现当空气干燥且从低到高空均为下沉气流时,下沉增温的影响不容忽视;2010年1月6日出现的最低气温极值主要是非绝热因子影响。2010年1月3—4日秦皇岛降暴雪,积雪深度在10 cm以上,2010年1月6日非绝热项为-0.907℃.h-1,2001年1月15日非绝热项为-0.301℃.h-1,下垫面性质的改变对局地气温的影响可为最低气温预报提供参考。     

中国大范围极端低温事件的特征分析

利用NCEP/NCAR的逐日再分析资料和国家气象信息中心的观测站温度资料,分析了中国大范围极端低温事件的特征。基于强度、范围和时间3个条件定义了全国性极端低温事件,得到38个大范围极端低温事件(LECES),根据影响地域分为全国型、东部型、华南华北型、西北华南型、华北东北型5类,对比分析各类型事件的环流形势特征。结果表明：全国型LECES在发生前15 d左右存在前兆信号,乌拉尔山出现明显的阻塞形势,300 hPa高空急流呈正负纬向带状分布,急流增加,东亚季风强,西伯利亚高压增强,冷空气在亚洲北部堆积。在850 hPa上,西伯利亚地区为异常强大的反气旋,中国大部分地区受北风控制,这种高低空环流系统的配置和演变影响着我国,使中国发生极端低温天气。此外,与全国型LECES相比,其他型LECES在发生前5 d左右出现前兆信号,事件持续时间短,强度弱,且500 hPa高度场、海平面气压场的异常区域决定了LECES的类型。     

天津市典型办公建筑极端能耗气候响应特征分析

利用TRNSYS软件模拟了1981—2010年天津市典型办公建筑采暖和制冷能耗,采用百分位法确定逐日和逐时的能耗极端值,分析了极端能耗对气候响应的特征,以期为办公建筑采暖和制冷节能提供依据.结果表明:1981—2010年天津市典型办公建筑采暖极端能耗日数呈下降的趋势,而制冷极端能耗日数呈上升的趋势,均未通过显著性检验.此外,极端能耗占总能耗的比例也没有显著的变化趋势.采暖日极端能耗主要受温度和风速影响,而制冷日极端能耗则受温度、湿度和辐射的共同影响.干球温度、湿球温度、风速及辐射对采暖小时极端能耗均有影响,其中采暖小时极端能耗对风速和辐射的响应存在延迟;制冷小时极端能耗主要受湿球温度和辐射影响,对辐射的响应没有延迟,而对湿球温度的响应存在2—3 h的延迟.可见,天津市典型办公建筑采暖和空调制冷系统节能设计及安全运行需考虑不同气象因子的影响.     

1996年冬季一次南方低温事件的低频特征分析及诊断

加强大气季节内振荡研究是发展延伸期预报能力的关键之一。研究表明低温形成与冬季风和冷空气的季节内振荡有密切联系。因此,本文利用192站日最低温度观测资料和ERA-Interim再分析环流资料,讨论了偏东路径南下冷空气造成的南方低温事件中准双周振荡特征及低频环流特征,并进行热力学诊断,希望提高对中高纬度地区持续性低温事件中低频信号的认识。结果显示:我国南方地区最低温度存在显著的10~20 d振荡周期,低温事件伴随低频振荡的加强而发生。1996年2月17~24日低温过程前后的低频环流场分析表明,西伯利亚及东亚上空的异常高/低压是影响我国大部分地区冬季温度的关键区,系统沿西北-东南向低频波列向下游移动,东移特征在中纬度带最明显,异常偏北风引导高纬冷空气向南推进是低温事件爆发的根本原因。垂直结构上,内陆以正压性为主,东亚沿岸表现出斜压性。热力学诊断发现温度局地变化主要受平流项和非绝热项作用,冷平流是维持低温过程的关键。     

北京地区一次典型大雾天气过程的边界层特征分析

利用中国科学院大气物理研究所325 m铁塔15层风、温、湿梯度观测资料和3层超声资料,对2002年12月1~4日发生在北京地区的持续大雾天气过程进行近地面层大气边界层特征分析。结果表明,近地面大气边界层较大的相对湿度(70%)、较小的风速(3.0 m.s-1)和风速垂直切变(0.02 s-1)、稳定的层结结构以及较低的气温是北京持续大雾天气形成的主要原因。冷空气的侵入使得边界层相对湿度迅速减小,风速和风速垂直切变增大,破坏近地面大气边界层的结构,导致大雾的消散。分析还发现,大雾的维持与消散主要受风场等动力因素的影响,热力层结是大雾维持和消散的必要条件。冷空气的侵入自上而下影响平均风场,而对湍流风场的影响则是自下而上的。尺度分析结果表明,大雾期间,近地面边界层内中尺度动量通量和感热通量都大于湍流尺度的,中尺度动量通量与平均风速基本呈反相关;冷空气的侵入使得湍流通量显著加强,是导致大雾天气消失的主要原因。     

湖北省两类典型极端降水过程气象因子异常特征对比

利用NCEP/NCAR再分析数据和其他常规观测数据,对湖北省两类典型极端降水型(南北气流汇合型、南北槽叠加型)的天气背景及气象因子异常特征进行分析,结果表明:南北气流汇合型500 hPa上形成南北气流汇合形势,低层切变线南侧南风发展异常强盛,地面上冷锋入暖槽形成静止锋,动力因子(850 hPa涡度、200 hPa散度)和水汽因子(大气可降水量)异常特征显著;南北槽叠加型500 hPa上形成南北槽叠加形势,低层或边界层形成显著低涡切变,地面上暖低压强烈发展,动力因子(200 hPa散度、925 hPa涡度)和不稳定因子(700 hPa温度平流)异常度比例偏高。最后给出了两类集天气背景与气象因子异常度配置于一体的极端降水天气概念模型。