“23·12”山东半岛特大海效应暴雪特征及成因

采用地面气象观测站、多普勒天气雷达、闪电、积雪深度人工加密观测资料、常规观测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15—22日山东半岛特大海效应暴雪过程的降雪特征及极端性成因进行了分析。结果表明：（1）此次过程有4站积雪深度突破本站历史极值,有1站2 d的日降雪量为山东半岛海效应降雪有气象记录以来的最大值,文登积雪深度达74 cm,超过山东所有国家级地面气象观测站纪录,是一次极端海效应暴雪事件。（2）欧亚中高纬度阻塞形势下两次异常强冷空气持续影响渤海和山东半岛地区,850 hPa温度最低降至-21~-20 ℃,冷空气强度明显强于往年12月海效应暴雪过程,造成降雪持续时间长、累计降雪量大。异常强冷空气是此次极端暴雪过程产生的关键因素,渤海海面温度（简称“海温”）异常偏高是有利的海温背景。（3）冷空气强、海温偏高造成海气温差偏大,700 hPa以下产生对流不稳定,使得降雪强度大;强降雪发生在海气温差快速增大阶段。（4）925 hPa以下存在来自渤海的北—东北风与内陆地区的西北风构成的切变线,产生强上升运动,切变线长时间维持形成“列车效应”。（5）主要降雪时段强垂直上升运动、高相对湿度层的温度为-20~-12 ℃,适宜树枝状冰晶形成和维持,有利于产生大的积雪和降雪含水比;2 m气温持续低于-5 ℃,0 cm地温在降雪开始时即降至0 ℃以下,且两次强降雪过程仅间隔1 d,均有利于降雪累积产生极端积雪深度。     

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。     

江淮气旋暴雪和海效应暴雪个例的微物理特征对比

利用雨滴谱等多源观测资料,对2023年12月山东江淮气旋暴雪和海效应暴雪的微物理特征进行了对比分析。结果表明：（1）相比于海效应暴雪,江淮气旋暴雪云系云顶高度较高,云顶亮温较低,对流强度较强。（2）江淮气旋暴雪的粒子数浓度高、粒子谱较窄、粒子体积较小、降雪强度较大;海效应暴雪的粒子数浓度低、粒子谱较宽、粒子体积较大、降雪强度较小。（3）江淮气旋暴雪的粒子下落末速度以单峰型为主,海效应暴雪则多为双峰型;江淮气旋暴雪的粒子下落末速度及其谱宽均大于海效应暴雪。（4）江淮气旋暴雪含有较多的霰粒、冰粒、雪花,海效应暴雪则以雪花及其聚合体为主。（5）两次暴雪的等效反射率因子（Z_e）-降雪强度（I_s）关系有较大差异。在降雪强度相同时,海效应暴雪的Z_e更大。     

近十年中国海效应降雪研究进展

海效应降雪的发生发展机制与内陆地区降雪有明显区别。中国渤海中东部、渤海海峡、黄海、东海海面及其沿海地区均可产生海效应降雪,以山东半岛的烟台和威海地区最为显著。从各海域海效应降雪的分布特征、渤海海效应暴雪的多尺度作用、地形对渤海海效应暴雪的影响、海效应降雪的研究资料、方法和数值预报检验等5个方面总结了近十年中国海效应降雪的主要研究进展,旨在进一步加深对海效应降雪的理解和认识。并针对当前预报业务难点和研究的薄弱环节提出了未来的研究重点。     

秋季渤海海效应降雨的统计特征及形成机理

利用综合观测资料统计分析了1999—2020年秋季31次渤海海效应降雨过程的基本特征,通过典型个例分析揭示了海效应降雨的形成机理,并与渤海海效应降雪进行了比较.结果表明:(1)秋季渤海海效应降雨发生在10月中旬至11月,以11月中上旬发生频率最高;10月为纯雨,11月可产生纯雨,也有雨转雨夹雪(雪)或雨雪共存的天气过程...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

台风“莫拉菲”潜热的数值模拟研究

WRF天气研究和预报模式是新一代中尺度数值预报模式,本文采用最细2公里的网格距对台风“莫拉菲”内核的宏观、微观以及潜热过程进行数值模拟。通过对台风路径、风速大小、降水形态以及内核热力和动力结构的验证,证实了单向六参数WSM6方案的合理性。本文通过计算台风过程中的潜热加热率,揭示了总潜热主要来源于0℃层以下的凝结潜热和0℃层以上的凝华潜热。证实了与霰有关的云微物理过程是对总潜热贡献最重要的因子。除此之外,在本次台风“莫拉菲”的模拟中,其他重要的潜热贡献因子分别是水汽凝结成云水、云冰的凝华增长、雪的凝华增长、云冰的初始化、霰的凝华增长、云水被雪和霰收集、云水和雨水的蒸发、雪的升华、霰的升华、霰的融化以及云冰的升华。总体而言,本文模拟的潜热加热率廓线和TRMM卫星的廓线基本一致,尽管具体数值略有不同。     

“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。     

“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。     

山东深秋一次暴雪过程雪水比影响因子分析

利用地面气象观测站资料、加密地面观测资料和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据（ECMWF Reanalysis v5,ERA5;分辨率为0.25°×0.25°）逐小时资料,对山东2021年11月6—8日极端暴雪过程雪水比影响因子进行研究。结果显示：此次暴雪过程平均雪水比分布总体呈“北大南小、西大东小”的分布特征,降雪初期产生的雪水比小,降雪中后期产生的雪水比大;温度偏高、云内液态水含量较高的地区雪水比较小,温度偏低、云内液态水含量较低的地区雪水比较大;雪水比与地面气温、地表温度呈负相关,地面气温与雪水比的相关性最大,积雪产生之后地表温度与雪水比变化无明显相关。     

北极夏季海冰反照率的观测和数值模拟试验

在中国第3次北极科学考察浮冰站开展了积雪/海冰反照率观测.本文对观测结果进行了分析,并结合一维高分辨雪/冰模式(HIGHTSI)对3个常用的反照率参数化方案在天气尺度的表现进行了评估.观测期间测站反照率变化范围0.75～0.85,其天气尺度变化同天气和表面冰、雪状况紧密相关,降雪和吹雪过程可改变表面积雪厚度及水平分布,...     

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.     

Characterization of sea ice and its snow cover in the Arctic Pacific sector during the summer of 2016

A comprehensive analysis of sea ice and its snow cover during the summer in the Arctic Pacific sector was conducted using the observations recorded during the 7th Chinese National Arctic Research Expedition(CHIANRE-2016) and the satellite-derived parameters of the melt pond fraction(MPF) and snow grain size(SGS)from MODIS data. The results show that there were many low-concentration ice areas in the south of 78°N, while the ice concentration and thickness increased significantly with the latitude above the north of 78°N during CHIANRE-2016. The average MPF presented a trend of increasing in June and then decreasing in early September for 2016. The average snow depth on sea ice increased with latitude in the Arctic Pacific sector. We found a widely developed depth hoar layer in the snow stratigraphic profiles. The average SGS generally increased from June to early August and then decreased from August to September in 2016, and two valley values appeared during this period due to snowfall incidents.