江苏不同量级降雪过程的对比分析和预报指标研究

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,通过对2008-2018年共11年间发生在江苏省的区域性中雪、区域性大雪、区域性暴雪天气过程的对比分析,发现影响江苏区域性降雪的主要天气系统是500 hPa西风槽、700 hPa西南急流和地面冷空气。决定降雪量级的因素主要是700 hPa西南急流强度和范围,降雪区上空水汽输送强度、水汽辐合强度、水汽辐合厚度也与降雪量级有一定的正相关关系。暴雪时700 hPa水汽通量≥14 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1,且水汽来源更为丰富,均来自于孟加拉湾和南海;大雪和中雪时,700 hPa水汽通量分别≥12 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1和10 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1。暴雪期间,水汽辐合区内水汽通量散度都≤^-1×10^-7g·s^-1·hPa^-1·cm^-2,水汽辐合厚度达200~400 hPa,明显强于大雪和中雪。有利于江苏发生区域降雪过程的温度垂直分布条件为:地面≤2℃、t₉₂₅≤-1℃、t₈₅₀≤-2℃、t₇₀₀≤-1℃、t₅₀₀≤-14℃。随着降雪量级的增大,中低层温度阈值呈降低趋势。中低层逆温是产生区域性大雪及暴雪的必要条件,而中雪发生时不一定都有逆温层结,只要近地层温度条件合适,就能产生降雪。随着降雪量级的增大,逆温层强度明显增强、厚度明显增厚。暴雪、大雪和中雪时逆温强度阈值分别为3~8℃、2~8℃和1~3℃,其逆温层厚度分别为150~200 hPa、100~200 hPa和50~100 hPa。降雪过程中上升运动强中心位于600400 hPa。暴雪时,上升运动区相对大雪和中雪时的更为深厚,基本整层都为上升运动区,垂直运动发展旺盛。暴雪和大雪时上升运动中心值均≤-0.7 Pa·s^-1,中雪时中心值≤-0.3 Pa·s^-1。     

秦岭山区东麓一次短时强降水特征及成因分析

利用陕西省区域自动站常规观测资料、NCEP 0.25°×0.25°再分析资料、华山站地面雨滴谱观测资料、商洛市雷达观测资料,从宏观和微观两方面对2021年7月22—23日秦岭山区东部1次强降水过程特征进行分析。结果表明：该次山区暴雨在实况上具有强降水范围小、持续时间长、短时雨量大、极易引发地质灾害的特点。该次山区暴雨发生在弱天气强迫和强层结不稳定的环境下,由地形抬升和850 hPa冷平流共同触发此次对流。高层辐散抽吸使得上升气流加强,合并商洛市山阳县特殊地形的增幅作用共同造成山阳县法官镇短时雨强的极端性,小尺度地形作用下风的辐合和温度差异使得强降水在局地长时间维持。强降水在微观层面上表现为高浓度的小雨滴和部分大雨滴的共同作用。850 hPa水汽通量在此次暴雨预报中具有一定的指示意义,22日20时山区强降水在发展之前,商洛市东南部水汽通量突增至20～30 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1。雷达上表现为商洛市北部和南部30～45 dBz的大片层积混合云回波长时间维持,局地回波云团的合并对应降水增强。     

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。     

影响东北的北上温带气旋暴雪的统计特征

利用2000-2016年常规观测、台站降水资料和NCEP的1°×1°再分析资料,对影响东北的北上温带气旋暴雪进行了统计研究。根据500 hPa环流形势分为低涡型、浅槽型和深槽型暴雪,并对这三种类型暴雪的气旋路径、强度变化、降水分布、水汽输送和热动力特征进行了详细分析。结果表明:低涡型和深槽型暴雪气旋路径为东北路,浅槽型暴雪气旋路径偏东,各类暴雪的气旋强度变化和降水分布因路径不同而有所差异;降雪最强时,低涡型和深槽型暴雪700和850 hPa都有低涡,浅槽型暴雪700 hPa为低槽。低涡型和深槽型暴雪中水汽通量散度辐合区与低层低涡气旋性闭合环流引起的辐合密切相关。浅槽型暴雪的水汽辐合源于槽前辐合;低涡型和深槽型暴雪发生在假相当位温暖舌中,浅槽型暴雪发生在较平直的假相当位温场中,深槽型和浅槽型暴雪的锋区要强于低涡型暴雪。降雪最强时,低涡型暴雪有1支高空急流,深槽型暴雪有2支高空急流,浅槽型暴雪高空急流有1支或2支。三类暴雪中心都位于北支高空急流入口区右侧或南支高空急流出口区左侧的位置。综合统计结果提出影响东北的北上温带气旋暴雪概念模型。     

乌鲁木齐达坂城谷地一次极端暴雪天气过程成因分析

2018年3月17-18日乌鲁木齐达坂城谷地出现一次极端暴雪天气过程,降雪量达28.7 mm,为冬半年历年平均降水量的4.35倍,实属罕见。本文利用区域自动气象站小时监测资料、常规与加密观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、FY-2G卫星相当黑体亮温(TBB)资料,分析此次极端暴雪天气过程。结果表明: 此次极端暴雪发生在3月中旬的初春时节,以500 hPa低涡、700 hPa西南低空急流、切变线及气旋性辐合中心、850 hPa偏北气流作为环流背景的低涡型暴雪;水汽来源主要是地中海、红海的水汽沿着偏西气流经波斯湾-阿拉伯海加强后,随低涡前西南气流输送至暴雪区,另一支通过北大西洋沿西南路径输送至中天山北坡中段,同时有由低涡前偏西气流接力输送的里、咸海水汽补充。2～4 km水汽密度较高,2 km水汽密度最大值为8 g/m_³以上;850～700 hPa乌鲁木齐附近为强上升运动区,西北急流受天山阻挡强迫爬升,对中尺度垂直上升支起加强作用,为此次暴雪提供持续的动力支持;乌鲁木齐城区至达坂城一线受斜压不稳定增长,利于暴雪的持续与增强;中尺度云团是造成暴雪最直接的影响系统,强降雪区均位于中尺度云团的北至东北侧TBB等值线梯度最大区。     

山东省南部一次极端特大暴雪过程诊断分析

为了更全面地认识鲁南地区历史极端暴雪发生发展的机制,利用常规探空和地面观测资料、FY-2E长波辐射资料(Outgoing Long-w ave Radiation,OLR)和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,采用天气动力学分析方法,对2015年11月23-24日出现在山东省南部极端特大暴雪过程的成因和动力结构演变特征进行分析。结果表明:(1)此次降雪发生在回流形势下,对流层中层强西南低空急流、切变线及低层强东北风共同作用,造成异常强暴雪天气。(2)低层西南急流把水汽输送到鲁南地区,并在暴雪区上方产生强的水汽辐合中心,为本次特大暴雪提供了有利的水汽条件。(3)高低空急流耦合,高空槽前正涡度平流使得低层减压,产生上升运动,有利于暴雪发生发展。(4)西南低空急流与偏北风在鲁南上空辐合,是强降雪主要集中在该地区的重要原因。(5)强冷空气降温使得雨快速转雪,降雪持续时间长,导致强降雪发生。(6)OLR特征分析表明,OLR 3 h平均低值中心与3 h最大降雪中心存在明显的负相关关系。研究鲁南地区极端暴雪特征有助于提高该地区灾害性天气的预报能力,对防灾减灾有着重要意义。     

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。     

山东半岛一次区域性暴雪天气过程分析

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料与高空地面观测资料,对2005年12月4日山东半岛出现的罕见区域性暴雪过程进行分析。结果表明:冷涡后横槽影响是造成大范围暴雪的主要天气系统,黄、渤海为大暴雪提供了充足的水汽来源,低层辐合、高层辐散有利于产生大范围强烈的上升运动;途经海面的强冷平流带来丰富的水汽,是造成大暴雪的最终原因。通过对湿位涡的分析发现,暴雪落区与MPV2负值中心有很好的对应关系。     

辽宁东南半岛两次北上台风暴雨特征及成因对比分析

利用常规观测资料、NCEP FNL再分析资料、卫星和雷达资料等对2012年台风“达维”（过程1）和2017年台风“海棠”（过程2）导致的辽宁东南半岛两次极端暴雨过程的降水特征及成因进行对比分析。结果表明: 两次过程的降水特征存在差异,过程1是大范围的稳定持续性暴雨,受台风倒槽触发的多个中尺度云团造成的列车效应影响,持续时间长达30 h; 而过程2的小时雨强更大,最强达到113 mm·h^-1,小尺度积云不断新生并涌入到中尺度云团中,雷达图存在后向传播特征,强风暴基本反射率达到50—60 dBz,中尺度辐合风场伸展高度达到9 km,对流云发展更旺盛,过程2的对流性降水特征更明显。过程1暴雨在台风倒槽里发展,过程2在台风输送的暖湿空气与对流层干冷空气的相互作用中产生。两次过程中,台风残涡与副热带高压间均形成了横跨10个纬距的水汽输送带,850 hPa水汽通量均达到20—25 g^-1·cm^-1·hPa^-1·s^-1,比湿和水汽通量散度达到辽宁登陆台风暴雨物理量的预报阈值; 远距离台风对阻挡副热带高压南落和建立北上台风引导气流起到关键作用。过程1受“达维”残涡倒槽影响,辐合层由地面伸展到500 hPa,动力抬升条件更强; 过程2中850 hPa假相当位温达到354 K,由于中层干空气侵入,位势不稳定较强,在大尺度辐合和地形强迫抬升作用下,形成更为深厚对流云,对流性降水特征明显。     

潍坊地区初春一次罕见大暴雪天气的诊断分析

利用常规观测资料、FY–2E卫星TBB资料和NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料,对2010年2月28日山东潍坊大暴雪过程进行动力学、热力学诊断和中尺度分析。结果表明：此次潍坊大暴雪是由西风槽、低涡、切变线及地面气旋等共同影响产生的;低空急流为暴雪区带来源源不断的水汽输送;风速风向辐合使大量水汽在暴雪区汇集,并使其产生强烈的上升运动,配合能量锋区导致不稳定能量释放;垂直螺旋度正值中心的位置和强度与暴雪强度和落区有很好的对应关系;雷达回波能很好指示短时降水的强弱和落区;中尺度对流云团范围和强度的不断变化对判断暴雪的发生发展有重要的指导作用。     

2018年一次气旋爆发性增长引发的暴雪过程分析

根据ERA5(0.25°×0.25°)再分析资料和常规观测资料，对2018年11月初黑龙江省一次由黄海气旋爆发性发展引发的区域性暴雪过程进行深入分析。结果表明：极涡南下，其底部短波槽东移，与高原槽合并促使黄海气旋爆发性生长，同时鄂霍次克海阻高建立并稳定维持，是造成此次暴雪的重要原因。500-850 hPa偏南急流将东海、日本海及黄海的水汽源源不断向暴雪区域传递，并且与200 hPa西南急流相互耦合，进一步加强了上升运动，提供了暴雪产生的动力和水汽条件。低层低涡和地面气旋在北上过程中，其西侧不断有冷空气呈楔形入侵，强迫暖湿空气抬升使大气斜压性增强，在对流层中低层形成次级环流，同样是暴雪发生重要的动力抬升机制。在“冷空气楔”逐步北抬时，其上空始终存在湿正压项ζMPV1<0或湿正压项ζMPV1>0、湿斜压降ζMPV2<0，有明显低层湿对称不稳定，从而有利于暴雪产生。     

河北北部一次区域性暴雪过程的湿位涡分析

应用湿位涡理论及NCEP再分析资料(水平分辨率1°×1°),对2007年3月3—4日河北省北部出现的罕见区域性暴雪过程进行诊断分析。结果表明:500 hPa西来槽和地面气旋是造成大范围暴雪的主要天气系统。暴雪发生在700 hPa湿位涡正压项MPV1正值区和湿位涡斜压项MPV2负值区中。由于等θse线变得陡立密集,大气对流不稳定能量释放,MPV2绝对值增大,大气湿斜压性增强,导致下滑倾斜涡度发展,是形成此次暴雪的重要原因。湿位涡对暴雪预报有着很好的指示作用。     

大兴安岭地区的一次暴雪天气诊断分析

利用常规观测资料、FY-2气象卫星水汽云图、多普勒雷达资料、NCEP(1°×1°)逐6h再分析资料对2016年11月13—14日东北冷涡背景下的大兴安岭地区暴雪天气过程进行分析。结果表明:高空冷涡后部横槽南摆,使干冷空气南下以及冷涡前部西南低空急流北上且辐合急剧加强为暴雪天气提供了非常有利的环流背景;≥20m·s-1的西南低空急流作为水汽输送带,为暴雪区提供了充足的水汽来源;垂直上升运动中心和散度辐合辐散中心基本耦合且加强,为暴雪提供了强有利的动力抬升条件,有利于上升运动的增强发展;暴雪是发生在条件对称不稳定的(湿位涡MPV2<0)的背景下,暴雪中心位于MPV2等值线密集带以及MPV2绝对值得到较大增长的区域。水汽图像上有表征干侵入特征的干缝、斧形暗区等;雷达回波显示低层东南风急流非常显著,低层强烈发展的东南暖湿气流与东北—西南走向的大兴安岭山脉相垂直时,地形强迫抬升不仅使迎风坡的垂直上升运动迅速加强,而且使低层水汽辐合得到加强和维持为暴雪提供了充足的水汽,这也是暴雪主要集中在大兴安岭东麓的重要因素。     

引发黑龙江省暴雪爆发性气旋个例动力分析

利用气象站综合观测资料和NCEP FNL的1°×1°再分析资料,分析了2013年11月25日黑龙江省大暴雪的环流特征和气旋爆发性增长过程;在此基础上,对涡度平流、高低空急流的分布特征和垂直结构及湿位涡的正压项和斜压项对气旋爆发性增长的贡献进行了深入细致的研究,探索此次爆发性气旋发展的动力学机制.结果表明:此次黑龙江省暴雪过程地面气旋中心位于槽前最大正涡度平流区下方,正涡度平流使等压面降低,地面减压,气旋获得发展.地面气旋始终位于南支高空急流核左前方和北支高空急流核右后方,两支高空急流的动力作用均引起强辐散.高、低空急流耦合的区域,使高层强辐散和低层强辐合叠置,加强了气旋中心附近的上升运动,从而使气旋和降雪的强度得到加强.气旋在强斜压大气中获得爆发性增长,气旋的爆发与湿位涡的分布和演变关系密切,高层正湿位涡下传,使低层湿位涡增大,气旋获得发展;当高层ξmpv1线趋于准水平状态时,正湿位涡下传造成低层湿位涡发展结束,气旋发展停止并逐渐减弱.大气湿斜压性增加可引起垂直涡度的显著增加,促使气旋爆发性增长,垂直涡度的变化滞后于湿斜压性的变化.     

2020年春季南疆西部一次极端暴雨成因分析

利用常规观测、FY-2G卫星、雷达、全球同化系统(GDAS)及NCEP(1°×1°)再分析等资料,分析2020年4月17—24日南疆西部喀什地区极端暴雨过程。结果表明:此次极端暴雨是在100 hPa南亚高压呈东部型的大尺度环流背景下,主要影响系统为500 hPa中亚低涡(槽)和700～850 hPa切变线;低层辐合、高层辐散的发展及持续为暴雨提供动力支持;暴雨过程中低层θse均随高度增加而减小,为暴雨产生提供了较好的不稳定条件;且中低层水汽充沛,700 hPa喀什地区水汽辐合中心强度达-10×10~(-6)g/(cm~2·hPa·s),比湿≥5 g/kg。雷达回波图上单体风暴或线性多单体风暴持续多个体扫导致强降水的发生,风暴最大反射率因子≥55 dBZ,径向速度图上具有明显的中小尺度辐合特征;TBB低值区与降雨落区紧密结合,强降雨发生在TBB梯度最大处,且TBB等值线越密集雨强越强。     

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。     

1981~2018年青海夏季极端降水时空演变及成因分析

采用青海省41个国家地面气象站6~8月逐日降水资料和ERA-Interim0.5°×0.5°逐月再分析资料,分析了1981~2018年青海夏季极端降水的时空变化特征及天气学成因。结果表明：8月和夏季极端降水频次均呈显著增加趋势,75%以上站次的最大日降水量、极端降水阈值和极端降水频次均呈增加趋势;极端降水频次与海拔高度之间、最大日降水量与500hPa比湿、500hPa位势高度、近地面温度之间均存在显著的正相关;以极端降水高发年8月的大气环流场为例,200hPa高空急流扩展到70°~100°E,100hPa高度正距平超过3.2hPa,高层冷高压发展异常偏强,500hPa青藏高原温度和高度距平异常偏高,上游区域扰动能量辐合强度达−1×10⁻⁶m/s²,高发年水汽异常增强,比湿最大正距平超过0.4g/kg,上升运动异常扰动和正涡度异常扰动强度均明显偏强,其特征有利于极端降水的产生。     

黔西山区小槽触发类雹暴的诊断方法研究

利用探空资料、美国国家环境预报中心0.5°×0.5°逐6小时再分析资料、X波段双偏振雷达观测资料对小槽触发的雹暴过程进行诊断分析。针对其发生发展特征,提炼出具有代表性的预报指标阈值构建针对小槽触发的雹暴诊断方法。利用此方法对雹暴多发地黔西山区,小槽触发下3次雹暴过程进行诊断分析,验证诊断方法对各类小槽触发的雹暴过程的预报效果。结果表明:根据多个个例降雹前的环境条件特征,选取湿热力垂直螺旋度大于0.8×10^-3 Pa·m³·K·kg^-1·s^-2和水汽垂直螺旋度大于0.8×10^-5 kg^-1·m³·Pa·s^-2作为指标阈值,在雹暴发展初期可诊断出个例的降雹潜势;针对强风切变、单体合并过程将促进强雹暴发展的特性,利用热力切变平流参数绝对值大于3×10^-8 K·Pa^-1·s^-1的大值中心区域与降雹地的对应关系和45 dBz回波顶高与0℃高度关系阈值,可诊断...     

北疆暴雪过程的湿位涡诊断

利用NCEP1°×1°再分析资料,对2009年3月19—20日北疆沿天山一带一次暴雪天气过程进行诊断分析,着重探讨了湿位涡诊断在新疆暴雪预报中的应用。分析表明：暴雪的水汽输送有3个源地,低层负散度、向北倾斜的涡度“上负下正”分布、等θe线的陡立密集带、垂直速度负值区与暴雪落区均有较好的对应关系。暴雪主要发生在MPV1〉0、MPV2绝对值迅速增加且等值线密集分布的区域。MPV1下传增大,大气对流不稳定能量释放,低层MPV2绝对值增大,大气湿斜压性增强,下滑倾斜涡度增长是暴雪形成的重要原因。     

秦岭大巴山地形对陕南强降水的影响研究

2021年4月23日陕西东南部出现了大范围暴雨天气,共有18站日降雨量超过4月日雨量极值,较为罕见。利用常规高空、地面观测资料及ERA5再分析资料(0.25°×0.25°)对该暴雨过程成因及极端性进行诊断,结果表明：500 hPa高原槽前强西南气流带来的正涡度平流有利于低空急流的增强以及低涡的发展和维持。该过程有两支强水汽输送带,一支为偏南风水汽输送带,另一支为热带气旋外围的偏东风水汽输送带,700 hPa切变线以及850 hPa西南低涡给陕南带来显著的水汽辐合,持续充沛的水汽供应及辐合使得强降雨维持较长时间,从而形成暴雨。探空上有明显锋面逆温,锋区由南向北呈倾斜结构,锋生主要由辐合项和水平变形项贡献,其中水平变形项以伸缩变性项为主。西南暖湿气流沿着层冷垫爬升,中低层大气的风速、风向切变以及锋生造成强烈水汽辐合上升,同时偏南急流沿着秦岭和大巴山迎风坡的强迫抬升进一步增强了降水。标准化异常(SD)诊断显示,700 hPa、850 hPa超过3σ的异常偏强偏南风水汽输送以及850 hPa超过3σ异常偏强的偏东风水汽输送,造成陕西整层水汽含量异常偏大,同时由于中层辐合加上锋生造成的垂直环流,使得陕西东南部上升运动较气候态异常偏强3σ,造成4月份陕西极端暴雨过程。