基于多源观测资料对张家口一次雨雪天气降水相态特征的分析

利用ERA5再分析资料及云雷达、微波辐射计和SA双偏振多普勒雷达等多源观测资料,分析2020年11月17—19日张家口地区一次雨雪天气的降水相态演变特征。结果表明：在高空低槽、中低层低涡与地面倒槽配合下,高空槽后西北气流引导冷空气南下造成气温迅速下降,导致降水相态变化。过程前期整层大气均为强暖平流,且地面气温较高,降水相态为雨。18日傍晚冷平流发展强烈,各层温度迅速降低,整层变为冷层,导致降水相态转换为雪。散度和垂直速度的诊断表明降雨时段的动力强迫主要位于高层,降雪时段则主要位于低层。云雷达高分辨率资料可以反映0℃层变化,大于10 dBZ的质心变化可以指示降水强度变化,降雨时的基本速度最大可达6～8 m·s^-1,而降雪时则小于2 m·s^-1。微波辐射计高分辨率时空资料可以准确判断雨雪转换时间,降水开始之前3～5 h积分水汽含量出现跃升与峰值。双偏振雷达和微波辐射计结合可以对降水粒子相态实现准确判断,可用于降水相态转换的临近预报。     

一次春季强寒潮的降水相态变化分析

应用常规高空地面观测、风廓线雷达与地基微波辐射计资料以及NCEP 1°×1°再分析资料,对2016年石家庄初雪预报失误的原因及降水相态的演变特征进行了分析。结果表明:预报中采用的降雪阈值不能反映云中雪晶形成和增长的条件,提取雪晶下降过程中是否融化的温度阈值时所用的资料精度不高,以上两条是导致其预报失误的原因。风廓线雷达垂直径向速度可辅助判断降水起止及相态变化,降雨时3 km高度以下出现一致向下的径向速度,速度值最大超过1.5 m·s^-1;径向速度数值减小到1 m·s^-1以下且高度下降到1 km以下,可能预示着降水由雨转为雪。微波辐射计反演的温湿廓线因易对云中雪晶形成增长条件以及雪晶在下降过程中是否融化作出判断,故其可以应用于降水相态转变的临近预报。

     

东营一次初冬寒潮天气的降水相态分析

应用常规气象资料、自动站资料及T639资料,对2009年11月东营地区一次初冬寒潮天气背景下的降水相态进行了分析。结果表明：当冷空气路径偏西时,东营地区降温缓慢,加之低层东北风将渤海的相对暖气流吹至内陆地区,导致北部沿海地区不易出现降雪。通过分析出现不同降水相态的相邻地区空中和地面温度场发现：0℃层高度在边界层内高度,可以导致降水性质的不同;0℃层高度的变化,可以作为降水相态变化的依据;地面气温和低空温度,可以作为判断降水相态的依据。综合近年来东营市出现雨雪转换的天气个例,得到了降水相态的预报方法和雨雪转换的气象指标。     

一次寒潮背景下降水相态变化特征分析

利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2013年4月18日到20日河南出现的一次区域性寒潮天气过程的环流背景、影响系统及寒潮期间降水多相态转换的成因进行了分析。结果表明:本次寒潮过程属于横槽转竖型,冷锋迅速南下,导致寒潮暴发;此次寒潮天气的大气温度层结存在逆温层结构特征,温度廓线的变化会导致降水相态发生变化;受低层冷空气持续影响,暖层强度即融化层遭到一定程度的破坏或消失,冷层即冻结层强度增强,0℃层高度下降,以致降水相态发生相应的改变;降水相态的变化与暖层温度及0℃层高度密切相关。根据本次寒潮过程中NCEP再分析数据得到:当降水相态为雨时,暖层温度≥2℃,0℃层高度≤975 h Pa;当降水相态为雪时,暖层温度≤-1℃,0℃层高度≌1000 h Pa;当降水相态为冰粒时,2℃≥暖层温度≥-1℃,1000 h Pa≥0℃层高度≥975 h Pa。     

首都机场一次降水过程的相态变化分析

2021年11月6-7日,京津冀地区出现了一次范围较大的雨雪天气过程,期间降水相态复杂多变,对北京首都机场的安全运行带来了影响。本文对此次过程的天气系统空间结构进行分析,总结出以下三点成因:首先,强冷空气侵入暖空气,气温在1-3℃之间时发生相态变化,当气温下降到0℃以下时,这种相态的转变过程趋于结束;其次,受地形影响,冷空气越过山脉后迅速下沉,0℃层高度快速下降,促进了降水的相态转变;最后,中低空有明显的锋生过程和对称不稳定存在,对降水的形成具有促进作用。     

北京一次冬季极端降水过程中相态转换预报的误差分析

应用多种常规和非常规观测气象资料以及再分析资料对2020年2月13日夜间至14日白天北京地区一次极端雨雪过程的成因进行了分析,并重点探讨了模式降水相态预报的误差及其原因.结果表明:(1)本次降水过程中,低涡系统深厚,强度异常强,移速慢,影响时间长,导致北京地区部分站点降水持续12?h左右.异常偏强的东南风急流向北京西部...     

冬奥会张家口赛区一次降水相态特征分析

利用冬奥会气象观测站网资料、ERA5的0.25°×0.25°高分辨率再分析资料、常规探空资料以及激光雷达和风廓线雷达资料,从环流形势、温湿度和微物理特征以及雷达特征等方面对2020年11月17-19日冬奥会张家口赛区一次明显的雨转雪天气过程进行分析。结果表明：低层前期的暖湿西南气流,为降水提供好的水汽和能量条件,后期强的干冷平流为相态转换提供有利条件。赛区出现雨转雪时,700 hPa温度低于-2℃,同时850 hPa温度低于2℃。零度层高度的快速下降是相态转换的重要温度判据,0℃线降到距地面400 m左右赛区降水相态已经转变为纯雪,低层风向的转向对赛场的雨雪相态转换有一定的指示意义。随着高空云冰和雪水含量逐渐增加,其出现最大值后,雨雪相态开始转换。降雪时激光雷达最大探测高度比降雨时有明显的降低,风廓线雷达低层风场的变化和雨雪相态关系密切,风廓线雷达探测的垂直速度变化也能反映雨雪相态的转换。     

苏南两次回流天气过程形势特征和降水相态分析

利用常规观测资料、0.25°×0.25° FNL资料、微波辐射计资料和风廓线雷达资料，对发生在苏南的两次回流天气过程的环流特征、大气层结特征等进行分析。结果表明：高纬度地区500 hPa是两槽一脊的环流形势，近地面层持续受东北风影响，西南暖湿气流在底层冷垫上爬升，是回流降雪天气形势；从东北平原回流南下的冷空气湿度小，在降水中只起到了"冷垫"的作用。中低层西南暖湿气流差异导致两次降雪强度存在差异；近地面层的降温在雨和雪的区分判别上影响更大，统计2012—2022年初苏南地区8个降雪个例发现，苏南地区，满足T₈₅₀≤-4 ℃，T₉₂₅≤-3 ℃，T_{1 000}≤1 ℃，T_{2 m}≤2 ℃这样的温度阈值条件时开始雨转降雪；当1 515 gpm≤H_700-850≤1 575 gpm，1 289 gpm≤H_{850-1 000}≤1 317 gpm时，相态易由雨转雪。中低层西南气流、底层东北风的加强，2 000 m左右高度风场的转变，短波槽（或切变线）触发了不稳定能量的释放，导致降雪发生；当中低层西南气流减弱转为西北气流后，大气水汽含量降低，降雪结束。     

风廓线雷达对降水相态变化的观测分析

利用北京延庆风廓线雷达资料对2012年11月3日地面由降雨转为降雪的过程进行宏观和微观结构分析。结果显示:风廓线雷达的强度和速度产品能够很好地监测、诊断降雨到降雪相态变化的持续时间。降雨发生前,风廓线雷达反射率、信噪比、谱宽等因子均表现为不连续特征;地面降雨发生时,800~1000 m高度上出现明显的反射亮带;随着亮带的消失,地面降雨转变为降雪。地面降雨阶段,回波功率密度谱图呈现分层结构,1300 m以上表现为固态粒子特征,700 m以下为液态粒子,分层的高度与温度存在密切的关系,一般在274~275 K的环境内为融化层,融化层功率谱密度变化最为明显。另外,北京近3年层状云降水条件下.降雨和降雪阶段的垂直径向速度和信噪比数据统计表明,降雨发生时径向速度的范围一般在3~6 m·s~(-1)之间,信噪比在15~25 dB;而降雪发生时垂直径向速度值较小,在0~1.5 m·s~(-1),信噪比在3~15 dB之间。     

2012年3月17日北京降水相态转变的机制讨论

由于受到资料分辨率的限制,对于降水相态转变过程以及机理的认识一直不够深入.在北京地区2012年3月17日夜间的降水过程中,降水相态经历了降雨、雨夹雪和降雪3个阶段.本文利用常规探测资料以及时间和垂直方向上分辨率较高的微波辐射仪温度廓线及基于雷达探测和中尺度模式的反演资料,首先分析了上述3个降水阶段温度的垂直分布,而后讨论了导致温度差异的机制.结果表明,降雪阶段冰雪层(包含冰雪和过冷水混合层)的厚度较降雨阶段增厚并且其下边界距离地面更近.3个降水相态温度分布差异较大的层次在对流层下层特别是抬升凝结高度附近.0℃层相对于云底的高度与降水相态密切相关.在降雨阶段,0℃层在云内,雨夹雪阶段在云底附近,降雪阶段下降到云底以下.冷空气活动是造成3个降水相态温度乖直分布不同的原因,但是在不同阶段影响的方式各异.在降雨转成雨夹雪阶段,“回流”东风将冷空气输送到北京,导致边界层内降温;雨夹雪转降雪的阶段,对流层低层温度进一步降低主要缘于高空槽后冷空气的侵入.因此,在北京地区导致降水相态转变的机制是多样且复杂的.     

基于微波资料的乌鲁木齐春季两次强降水相态对比分析

利用常规观测、自动站逐小时观测及微波辐射计等资料,对比分析2018年3月17—18日和4月11—12日（简称“0318”过程和“0411”过程）乌鲁木齐两次强雨雪天气成因。结果表明：两次过程均发生在两脊一槽的环流背景下,中亚低槽东移影响北疆,乌鲁木齐附近中高层槽前西南气流、低层西北气流及风切变是强降水维持的环流配置,且 “0411”过程中亚低槽及高低空风场强度均较“0318”过程明显偏强,其强弱可作为降水量级的重要参考。乌鲁木齐微波辐射资料分析表明,两个过程均在1.2—1.5 km温度变化趋势一致,均为雨转雨夹雪温度比雨夹雪转雪略高,但0—1.2 km,“0318”过程雨转雨夹雪温度比雨夹雪转雪低,“0411” 过程则相反;地面气温-0.4~0.5℃、1.5 km温度-2.5～-3.0 ℃,可作为雨雪相态转换的参考指标。3 km以下水汽密度和液态水含量值纯雪最大,雨夹雪转雪次之,雨转雨夹雪最小;4 km以下湿度均＞80%,且“0411” 过程的高湿区和伸展高度均较“0318”过程明显偏大偏高;两次过程强降雪时水汽密度最大达10.6～12 g·m-3、液态水含量最大达0.4～0.8 g·m-3。     

辽宁地区雨雪转换天气的判别和分析北大核心

利用2011—2020年辽宁地区逐小时地面观测数据和定时高空观测数据,统计分析纯雪、雨雪转换两类降水天气特征。结果表明,辽宁地区2011—2020年雨雪转换日数与纯雪日数比值为1∶5,沿海地区多于内陆,雨雪转换时主要有5种天气类型:空中槽型、北上气旋型、低涡切变型、冷平流型、回流型,其中,空中槽型雨雪转换日数最多,占总日数的42.8%;冷平流型和回流型相对较少,分别占9.4%和7.8%。地面2 m气温、0℃层高度、抬升凝结高度、抬升凝结高度气温与地面2 m气温差、700~850 hPa位势高度差、850~1000 hPa位势高度差等6个气象因子对鉴定辽宁地区降水相态有一定参考意义。利用高分辨的欧洲细网格资料对2021年2月28日雨雪天气过程的降水相态进行诊断分析,结果表明,雨雪相态的转变对对流层低层温度平流非常敏感,0℃层高度、冰雪层厚度、粒子降落行程与降水相态之间关系密切;当0℃层高度降低(由920 hPa到950 hPa),云中冰雪层增厚(由430 hPa增至530 hPa),液态水层变薄(由20 hPa到10 hPa),云中冰雪物下落到地面的行程缩短(由780 m降至410 m),下落环境温度降低(由3.5℃到0.5℃),降水相态由雨转换为雨夹雪或雪。     

基于雨雪天气背景的微波辐射计斜路径与天顶观测的反演结果对比分析

利用常规观测资料和微波辐射计、风廓线雷达、激光雨滴谱仪等新型探测资料,对2020年3月底南京地区一次寒潮雨雪天气过程进行了分析,探讨新型探测资料在降水相态转换监测预报中的应用。结果表明：(1) 乌拉尔山高压脊、高空冷涡、地面强冷高压、地面冷锋是造成本次寒潮天气的主要天气系统。南支槽前西南气流提供水汽、850 hPa以下冷空气造成中低层气温持续下降是产生降水相态变化的关键。(2) 微波辐射计观测资料显示,雨雪过程中低层先降温、地面后降温,近地层有暖层;降水相态转换前后,0 ℃层高度变化明显,纯雪时段达到最低;水汽主要分布在3—4 km,液态水含量和水汽密度在雨夹雪时段最大,在纯雪时段最小。(3) 风廓线雷达观测的垂直风场反映出低层冷空气南下使冷垫增厚,迫使暖湿空气抬升、气温下降,从而导致降水相态转变;由于西南急流没有稳定建立,因此未出现强降雪天气。(4) 激光雨滴谱仪观测到降雪粒子的直径大、降落末速度小,而降雨粒子的直径小、降落末速度大,可以用来监测和预报降水相态的变化;从雨—雨夹雪—纯雪阶段,粒子谱型经历了双峰—波动—多峰的演变过程,谱宽与数浓度呈明显增加趋势。

     

一次春季强寒潮的降水相态变化分析

应用NCEP 1°×1°资料、常规观测资料、自动站资料、多普勒天气雷达资料,对2007年3月河北省一次早春强寒潮天气背景下的降水多相态转换的成因与雨雪转换的预报进行了分析.结果表明:850hPa及以下蒙古高压和江淮气旋共同作用产生的偏东风导致低层大气温度持续下降,降水性质从雨转为雪.随着江淮气旋入海,高低空风向发生突变,从东北风转为西北风,加上太行山地形作用,使太行山东麓部分地区低层大气出现小幅升温,0℃层高度抬升,致使从雪转为雨.多普勒天气雷达回波图上,0℃层亮带高度的迅速下降,可作为从液态降水向固态降水转换的判据之一.天气学分析表明,当0℃层高度低于950hPa、地面气温在0℃上下、1000hPa温度低于2℃、925hPa温度低于-2℃时,降水性质将从雨向雨夹雪或雪转变.     

风廓线下落速度在浙江冬季降水相态识别中的应用

利用浙江7部风廓线雷达探测资料,进行了不同相态降水粒子下落末速的数据分析,统计得到不同降水相态的下落速度阈值,液态降水粒子的下降速度为1.8~6.0 m·s~(-1),固体降水在0.1~1.8 m·s~(-1)。同时对浙江省2011—2014年4年冬季8次雨雪转化过程中的探空资料和地面降水观测资料进行分析,得到最适合浙江省冬季降水相态识别判据是2 m温度、1000 hPa温度、0℃层高度和850和1000 hPa高度差。通过计算各指标的空报率、漏报率和TS评分,得到了最佳阈值,预报雨和雪最佳阈值的TS评分都可达到0.8以上。对雨夹雪的判断,需结合中层暖层指标,可以使判别准确率明显提高。     

一次冰雹天气过程的多源资料观测分析

利用地基微波辐射计、风廓线雷达和雨滴谱仪等观测资料,对2015年4月28日发生在南京的一次冰雹天气进行了分析,探讨新型探测资料在冰雹监测预警中的应用。结果表明:(1)华北冷涡后部冷空气南下,与低层暖湿气流交汇,是产生这次冰雹的天气背景;高空冷平流叠加在低层暖湿气流之上,使得对流层中低层形成不稳定层结;地面辐合中心及辐合线是降雹的触发机制。(2)微波辐射计监测显示,降雹期间冰雹云中上升气流将底层空气的感热和潜热向上输送,导致2 km以上大气有明显升温,由于低层水汽聚集及冰雹在近地层融化造成降雹时近地层相对湿度、水汽密度增大。冰雹发生在云液态水含量快速增长的波峰上,对冰雹的发生具有较好指示意义。(3)对比南京3站风廓线雷达资料表明各站上空环境风场存在一定差异,六合地区降雹前6 km高度高空急流有利于六合上空形成有利的辐散形势,降雹时0~6 km存在较深厚的垂直风切变,配合地面中尺度低压,降雹最为强烈;南京站降雹时,对流层中下层有一槽过境,而高淳地区冰雹由近地面垂直风切变激发。(4)六合站、高淳站雨滴谱仪分析表明不同降水相态对应的滴谱特征有差异,两站雨滴谱型分别呈指数型、多峰型分布。高淳站雨滴谱仪监测到直径达到15 mm的冰雹粒子,六合站冰雹直径最大为5 mm。两站速度谱大致为单峰型,在较强降水时刻,粒子下落峰值速度在3~4 m·~(-1)。(5)影响六合的超级单体存在钩状回波、回波悬垂、三体散射等雷达回波中尺度特征,地面中尺度低压系统、中低层的中气旋及高层的辐散环流配置造成了雹云中维持较强的旋转上升气流,有利于出现大冰雹。     

一次寒潮过程的多种相态降水机理分析

利用气象站观测资料、NCEP分析资料和中尺度模式WRF-V3,从环流形势、动力机制、温湿特征等方面对2010年2月9-11日江苏一次雨、雪、冻雨、冰雹等不同相态的寒潮过程进行分析。结果表明,冻雨和雪的大气层结有明显差异,冻雨发生时在对流层中低层有融化层,融化层内温度为1~2℃,近地面气温低于0℃;降雪发生时,整层大气温度都在0℃以下。对流层中低层大量的水汽平流和暖平流是造成冬季对流性天气的主要原因,冬季产生冰雹的"高架雷暴"位于近地面冷池之上,冰雹出现前对流层中上层有干空气侵入。WRF-V3模式数值模拟结果表明,降雨和冻雨出现时对流层低层都有雨滴存在,降雪时对流层低层的雨滴消失。     

黄山地区冬半年降水相态判据研究

利用2008—2018年逐年11月至翌年3月常规气象观测资料,从天气形势配置、降水相态与特征层气温、0 ℃层高度和层结厚度的关系等进行分析,归纳了黄山地区冬半年雨、冻雨、雨夹雪和雪四类降水相态的判别依据,并利用一次雨雪转换天气过程对判据进行了检验。结果表明,黄山地区固态降水和固液混合型降水主要发生在1—2月。850 hPa高度层及以下各层气温对雨雪转换的判别效果较好,当850、925、1 000 hPa特征层气温和地面气温分别大于等于-3.9、-2.6、0.5、1 ℃时可判定为雨,各层气温继续降低将出现雨夹雪或雪。当0 ℃层高度在1 000 hPa高度层以上时可能出现雨,反之出现雨夹雪或雪。此外,厚度层结也能较好地区分雨和雨夹雪或雪。冻雨（冰粒）的判据与其他降水相态的判据不同之处是在700 hPa高度层附近存在融化层。判据能较好地区分黄山地区不同降水相态,但对冻雨和冰粒的识别能力相对较弱。     

基于风廓线雷达资料的亮带识别订正算法研究

在降水过程中,固态降水粒子下落穿越0℃等温线的融化效应会引起雷达反射率因子增大,产生亮带。文章基于北京房山地区的边界层风廓线雷达的探测资料,对2014年8—10月四次典型的层状云降水和以层状云为主的混合性降水过程进行特征统计,提出了适用于该季节、该地区的0℃层亮带自动识别订正算法,并使用这种算法对一次层状云为主的混合性降水天气过程进行了识别研究,通过与探空资料、多普勒天气雷达资料的对比检验,结果表明该算法可以有效识别该季节、该地区的0℃层亮带,通过亮带订正,融化区的回波强度高值区得到了有效抑制,原亮带高度附近回波强度廓线的显著弯曲消失,融化区之外的回波强度基本没有变化。     

基于多源数据的湘北地区春季一次冰雹过程的观测分析

新型探测资料在强对流短临预报中发挥着重要作用。该文以2020年3月22日湘北地区春季一次冰雹过程为研究对象,运用多普勒天气雷达、风廓线雷达和地基微波辐射计等新型探测资料对该过程观测分析。结果表明：(1)此次过程发生在冷空气南下与南支槽前暖湿空气交汇背景下,受中低层切变线与急流影响,冰雹风暴生成前回暖明显,环境垂直风切变大;风暴由地面辐合线触发产生。(2)此次超级单体降雹过程在雷达回波中表现出“三体散射”“V型缺口”、中气旋等特征;VIL、低仰角大风速核对冰雹和大风预警有很好的指示。(3)风廓线雷达探测到,风暴影响前超低空急流加强,中层有干侵入,低层垂直速度出现波动,风暴临近时超低空急流减弱。(4)地基微波辐射计监测发现,风暴影响前高空湿度增大,K指数、TT指数呈同趋势变化,而K指数预警灵敏度高于TT指数;风暴影响阶段,高空温度、相对湿度和大气不稳定指数出现不同程度跃升和突降。