莱州湾冷流降雪的气候特征及其成因分析

利用2000—2013年莱州湾各气象站逐日降水资料、常规资料、海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,对莱州湾冷流降雪的气候特征及成因进行了分析。结果表明:莱州湾降雪强度较小,中雪和大雪主要集中在莱州湾东部地区。降雪持续时间较短,一般在12h以内。冷流降雪次数呈现东部多西部少的特点,年际变化明显,存在显著的6~7a年际尺度的周期变化。1月是冷流降雪的主要月份,12月下旬至1月上旬是主要旬份。冷流降雪主要时段集中出现在08:00左右。近14年冷流降雪次数与同年份的冷空气次数存在显著的正相关。发生冷流降雪时850hPa及以下各层均有明显的温度阈值。莱州湾海温和海气温差过高或过低都不易出现冷流降雪。低于5℃为发生冷流降雪的地面2m温度阈值,该阈值明显高于内陆降雪的阈值。冷流降雪发生时,500hPa以槽后(含涡后)西北气流为主,700、850hPa都处在西北气流控制下,925、1000hPa为西北风、偏北风或东北风3种形势。     

一次1月山东半岛东部极端海效应暴雪的发生机制分析

利用海上浮标站、自动站、多普勒天气雷达、L波段雷达探空、NCEP/NCAR再分析逐6 h和降水等观测资料,结合EVAP雷达风场反演获得的水平风场资料,对2018年1月9—11日一次渤海海效应暴雪过程的产生机制进行了分析。结果表明:此次海效应暴雪过程是一次极端降雪事件,具有强降雪持续时间长、降雪量大、暴雪分布近γ中尺度等特征。暴雪发生前后受两次强冷空气影响,渤海和山东半岛地区持续降温,850 hPa温度降至-18～-16℃,是产生强海效应降雪的有利条件;此次冷空气明显强于12月渤海海效应暴雪,1月产生海效应暴雪的850 hPa温度中位数较12月低约5℃。受强冷空气影响时,海气温差明显增大,海洋向低层大气输送的最大感热通量可达226.8 W·m~(-2),低层大气高湿饱和,导致大气层结不稳定,不稳定局限于850 hPa以下,为浅层对流。雷达反射率因子图上具有明显的"列车效应"。造成窄带回波的原因在于出现了低层切变线,即在山东半岛北部沿海的小范围区域内出现了东北风及西西南风,形成了西北风与东北风、西西南风与东北风的切变线,触发暴雪产生。而东北风达到的高度不超过1.2 km,多在0.6 km以下。通过此次极端暴雪过程的综合观测资料分析,揭示了较少出现的1月海效应暴雪的特征,其形成的环流形势、热力不稳定、动力条件等与常见的12月海效应暴雪基本类似,主要差异在于冷空气强度较12月偏强,这可成为1月海效应暴雪的首要预报着眼点;海上浮标站、雷达风场反演技术是定量揭示海效应暴雪中尺度特征的良好资料和方法。     

一次罕见的山东半岛西部海效应暴雪过程的特征及机理研究

利用高时空分辨率MODIS和HIMAWARI-8卫星云图,多普勒天气雷达,风廓线雷达,加密自动站、浮标站及常规观测等多种观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料和ERA_Interim再分析资料,对2015年11月25-26日山东半岛西部和北部海效应暴雪过程的降雪特征和形成机理进行了分析。结果表明:(1)此次过程中高空冷涡位置异常偏西偏南,对应地面等压线气旋式弯曲异常偏西,冷空气强盛,为半岛西部产生暴雪提供了有利的大尺度背景条件。(2)此次海效应暴雪过程存在多条降雪云带并有云带合并发展现象,每条云带内部可能存在多个云团(线),云带的位置和发展强度对降雪落区和降雪量具有良好的指示性。(3)对应强降雪时段,渤海海面海气温差为14℃左右,半岛西部存在不稳定层结,地面辐合线提供动力触发机制,前期水汽积累和后期强水汽辐合提供了充分的水汽条件,低层辐合区长期维持使降雪云带强烈发展并产生"列车效应",是导致此次半岛西部产生暴雪的主要原因。(4)此次暴雪过程中,山东半岛西部在能量和水汽方面优于半岛北部,且动力维持机制与半岛北部不同,其低层900 h Pa以下存在西北风和偏北风的辐合。     

一次入海气旋局地暴雪的结构演变及成因观测分析北大核心CSCD

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、加密自动站、常规探空和地面等多种观测资料,对山东半岛东部地区一次局地暴雪过程的成因及动力结构演变特征进行了分析。结果表明:(1)此次局地暴雪过程分为两个阶段,第1阶段为典型的黄河气旋槽前降雪,降雪强度弱,雷达回波自西南向东北传播;第2阶段降雪为气旋后部的海效应降雪,降雪强度大,1 h降雪量可达到大雪量级,雷达回波自东北向西南移动,较为少见。(2)第1阶段降雪发生在对流层中层有明显低槽、低层有气旋性环流和西南低空急流及地面有气旋的天气系统配置下,水汽来源于中国南海,降雪落区位于高空槽前西南低空气流的右前方和地面气旋的东侧。(3)第2阶段降雪发生在高空槽过后,冷空气自渤海海峡和黄海北部入侵,降雪区域低层的主导风向为东北风,东北风强于西北风,降雪的水汽和热量来源于渤海海峡和黄海,雷达回波自东北向西南移动,降雪落区位于低层的东北风中。(4)海效应降雪各时段对流层低层风场结构不同。降雪初期,山东半岛北部沿海地面存在γ中尺度低压环流,雷达径向速度上表现为低层有β中尺度涡旋,东部沿海有东南风与西北风辐合;强降雪时段,边界层内存在东北风和西北风的切变线,低压环流和切变线是造成强降雪的有利动力条件。该个例揭示了发生在黄河气旋后部、由渤海海峡和黄海影响产生的山东半岛海效应降雪,其风场结构、雷达回波移向、降雪落区与风场的关系及降水相态等和常见的典型渤海海效应降雪有明显差异。     

一次入海气旋局地暴雪的结构演变及成因观测分析

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、加密自动站、常规探空和地面等多种观测资料,对山东半岛东部地区一次局地暴雪过程的成因及动力结构演变特征进行了分析。结果表明:(1)此次局地暴雪过程分为两个阶段,第1阶段为典型的黄河气旋槽前降雪,降雪强度弱,雷达回波自西南向东北传播;第2阶段降雪为气旋后部的海效应降雪,降雪强度大,1 h降雪量可达到大雪量级,雷达回波自东北向西南移动,较为少见。(2)第1阶段降雪发生在对流层中层有明显低槽、低层有气旋性环流和西南低空急流及地面有气旋的天气系统配置下,水汽来源于中国南海,降雪落区位于高空槽前西南低空气流的右前方和地面气旋的东侧。(3)第2阶段降雪发生在高空槽过后,冷空气自渤海海峡和黄海北部入侵,降雪区域低层的主导风向为东北风,东北风强于西北风,降雪的水汽和热量来源于渤海海峡和黄海,雷达回波自东北向西南移动,降雪落区位于低层的东北风中。(4)海效应降雪各时段对流层低层风场结构不同。降雪初期,山东半岛北部沿海地面存在γ中尺度低压环流,雷达径向速度上表现为低层有β中尺度涡旋,东部沿海有东南风与西北风辐合;强降雪时段,边界层内存在东北风和西北风的切变线,低压环流和切变线是造成强降雪的有利动力条件。该个例揭示了发生在黄河气旋后部、由渤海海峡和黄海影响产生的山东半岛海效应降雪,其风场结构、雷达回波移向、降雪落区与风场的关系及降水相态等和常见的典型渤海海效应降雪有明显差异。     

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;海效应降雨分布在山东半岛北部沿海地区,过程降雨量均为小雨,持续时间不超过1 d。(2)海效应降雨发生时的冷空气强度比海效应降雪弱,降雨时山东半岛850 hPa的温度10月在-1 ℃左右,11月在-6 ℃左右;11月发生雨转雨夹雪或雪时,850 hPa的温度一般为-9~-8 ℃,地面气温集中在2~4 ℃之间。(3)典型较明显的渤海海效应降雨过程环流形势表现为500 hPa冷涡、850 hPa西北冷平流和地面冷高压,强冷空气入侵渤海和山东半岛,790 hPa以下北部沿海地区产生浅层对流不稳定,风向风速辐合触发不稳定能量而产生海效应降雨;强海效应降雨时段北部沿海地区对流层低层存在偏东北风与西北风之间的切变线及明显的风速辐合,最大雷达反射率因子为45~50 dBZ。(4)渤海海效应降雨的环流形势、水汽来源、热力、动力及雷达径向速度特征与海效应降雪基本相同,主要差异在于海面温度和冷空气强度。渤海海效应降雨的预报关键期为10月下旬至11月。     

山东半岛一次持续性强冷流降雪过程的成因分析

利用NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料和观测资料,诊断分析了2005年12月3～21日山东半岛北部沿海地区发生的罕见持续性强降雪过程.结果表明: 降雪以西北气流下的冷流降雪为主,具有典型冷流降雪分布特征;有利的大气环流形势造成强冷空气频繁,经过渤海暖海面时产生较大海气温差,是降雪持续时间长、强度大的直接原因;一定的海气温差是冷流降雪的重要指标,产生冷流降雪时山东北部近海海域的海气温差常在22K以上;冷流暴雪产生在高能舌、对流层低层辐合、中层辐散的上升运动区,上升运动层浅薄;水汽来源于渤海,水汽辐合层位于超低层(925 hPa高度以下);对流层中低层的垂直速度、散度场、涡度场的动力耦合结构配置有利于暴雪的形成和维持;特殊的低山丘陵地形强迫抬升是冷流降雪的触发机制,对暴雪的产生起到增幅作用.     

一次基于综合探测资料的山东半岛冷流暴雪特征分析

利用多普勒天气雷达、风廓线雷达、加密自动站、浮标站、常规探空和地面等多种观测资料,对2014年12月山东半岛东部一次冷流暴雪的发生、演变特征进行了分析。结果表明:(1)此次冷流暴雪发生时渤海上空500 hPa气温在-36℃左右,850 hPa气温在-18~-16℃,海面西北风12 m·s~(-1)。700 hPa以下为混合层,1000~700 hPa混合层内近乎饱和。浮标站资料显示海表面到850 hPa的较大海气温差和山东半岛较强海岸锋是产生暴雪的重要原因。(2)暴雪发生时雷达回波的PPI在30~45 dBz;每6 min雷达回波垂直剖面显示1个较强降雪回波单体持续时间可达到1h。雷达资料反演0.8 km以上风场表明:强降雪回波位于NE与NW风辐合区的东侧,冷流暴雪的水平风辐合主要在3 km以下。风廓线雷达资料表明:暴雪发生前在100m以下有弱西风存在,暴雪发生时1 50~700 m弱的西北风(6 m·s~(-1))和低层切变线辐合的共同存在,有利于降雪对流的加强;当这种弱西北风层消失后,降雪即停止。     

一次山东半岛强冷流暴雪过程的数值模拟和诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,应用WRF中尺度数值模式对山东半岛2008年12月4—6日的冷流暴雪天气过程进行了数值模拟,利用模式输出的时空分辨率较高的资料,对此次冷流暴雪的特征及其产生的物理机制进行了分析。结果表明,这次暴雪产生在西北气流、较大海气温差的背景条件下,一定的海气温差是冷流暴雪的重要指标;冷流暴雪产生在较强垂直上升运动区的相当位温高值区附近;水汽输送方向为西北—东南向,水汽辐合层比较浅薄且范围狭窄;降雪分布具有明显的南少北多的特征;850 hPa湿Q矢量散度场辐合区的存在、位置及强度与暴雪的产生、落区及强度具有较好的对应关系;湿Q矢量分量的垂直分布揭示了次级环流的方向和强弱,暴雪位于次级环流的上升支附近。     

山东半岛一次冷涡强冷流降雪过程分析

利用Micaps常规资料、雷达资料,分析了2010年12月28-2011年1月1日山东半岛北部烟台、威海地区出现的强降雪天气过程的成因。分析认为这是一次冷涡系统造成的强冷空气产生的一次冷流降雪过程,暖湿的渤海是水汽来源,近地面层气压场的气旋性弯曲有利于水汽的积累和触发不稳定能量释放。最强降雪落区与对流层低层风向有较大关系,西北风偏西分量大时强降雪中心出现在威海地区。925hPa和1000hPa的风场辐合分布均可以较好地对应强降雪分布落区。雷达0.5°仰角的回波对冷流降雪带有很好的指示作用。从径向速度分析出低层风的辐合,与地面图上的气旋性弯曲相对应,也对降雪有很好的指示作用。     

渤海海效应暴雪云特征的观测分析

利用静止卫星 (GMS-5, GOES-9, MTSAT) 红外数据与CloudSat卫星云剖面雷达数据、NCEP FNL分析资料与常规观测资料,对2001—2010年发生的12次渤海海效应暴雪过程中云的演变特征、渤海热力作用与暴雪云团垂直结构及相态组成进行了观测分析。发现不同生成源地的暴雪云通常在渤海上快速发展,云中多存在水平范围可达100~300 km的密实条状或块状云团,其下对应主要降雪区域;暴雪云生成源地可分为渤海湾及莱州湾附近、渤海中部、辽东湾附近3种,暴雪云在海上移动主要受850 hPa风场影响;渤海暖海面与其上冷空气间的热量、水汽交换形成的不稳定层结条件,导致暴雪云进一步发展;暴雪云发展旺盛时期高度可达4 km,其冰水含量最大值达600 mg·m-3且主要集中在2 km高度附近,平均值可达303 mg·m-3,冰粒子有效半径最大值约为120 μm,平均值约为91 μm。     

山东半岛一次冷流暴雪过程的中尺度模拟与云微物理特征分析

本文以NCEP-FNL资料作为初始场和边界场,采用WRF中尺度模式对2010年12月29-30日发生在山东半岛的一次冷流暴雪过程进行数值模拟,并利用高时空分辨率模拟结果分析此次过程的中尺度特征和云微物理特征.模拟与分析结果表明,此次暴雪过程发生在较强的海气温差背景下,渤海海表对冷空气的增温增湿作用显著,通过湍流交换等作用向低层大气输送大量感热、潜热和水汽;水汽由渤海中部海域输送到山东半岛东北部地区,其上空水汽辐合层比较浅薄,集中在800 hPa以下,相对湿度饱和层和比湿高值维持的时间与强降雪时段一致;中尺度海岸锋的生消过程对冷流暴雪过程形成有着重要作用,水平方向上呈现为偏北风和偏西风的强辐合带,局地环流中的上升运动触发不稳定能量释放,直接决定暴雪的落区和强度,这是产生浅对流降雪的主要物理机制;云中水凝物粒子的高度在600 hPa以下,最大值出现在850～900 hPa之间与浅对流结构相对应;各水凝物粒子含量相差较大,以雪和霰最多.     

天津城区暴雪的环流形势与雷达特征分析

利用常规观测资料和天津新一代天气雷达资料,对20022017年发生在天津城区的4次暴雪天气过程进行了分析,结果表明:4次暴雪过程均属于回流型降雪,但环流形势和影响系统却不尽相同;暴雪主要产生在500 hPa和700 hPa高空槽、850 hPa切变线东移的形势下;水汽主要来源于700 hPa西南急流及850 hPa低空和925 hPa超低空急流的水汽输送。回流东北风在天津地区形成冷空气垫,有利于西南暖湿气流的爬升,加强了地面的动力抬升作用。通过对暴雪过程的雷达径向速度场分析看到,暴雪过程具有零速度等值线闭合特征,此特征是冬季降雪过程独有的特征,反映了近地面层与中高层之间的风切变,闭合越完整表明切变越强烈,可以直观地预警暴雪量级。另外,高仰角上中尺度辐合线维持时间的长短与降雪量之间对应关系较好,可以作为预警降雪量级的一个指标。VWP图上从观测到西北风出现到降雪结束平均需要12 h,这可以作为暴雪结束时间的预报指标。     

天山两麓一次极端暴雪天气多尺度配置特征及机制分析

利用自动站小时监测资料、常规与加密观测资料、NCEP/NCAR再分析资料（0.25°×0.25°）、FY-2G卫星相当黑体亮温（TBB）资料,分析2017年2月19日至20日天山两麓的极端暴雪天气过程。结果表明: （1）此次过程发生在500 hPa南欧脊衰退、乌拉尔低槽与中亚偏南低槽先结合、后分段东移进入的环流背景下,天山北麓暴雪高低空系统呈典型后倾结构,天山南麓暴雪形势为典型“东西夹攻”型。（2）影响天山北麓暴雪的低空西北急流和影响天山南麓暴雪的低空偏东急流均为冷湿气流,西北急流风速的增大比雪强的增强提早12h左右,偏东急流比降雪提前6h出现。（3）主要水汽通道在850～400 hPa,水汽通量进入新疆后,850～700 hPa偏西水汽输送强于600～400 hPa西南水汽输送,水汽辐合主要在850～700 hPa。（4）乌鲁木齐降雪前位势不稳定性加强,沙雅降雪前有明显对流不稳定,两暴雪中心均有地形强迫强化产生并维持的中尺度垂直上升支和次级环流圈,而沙雅系统性动力作用小于乌鲁木齐的。（6）中尺度云团是造成天山两麓暴雪产生的最直接的影响系统。     

“09．11”山西罕见大暴雪天气过程分析

2009年11月9日-12日,山西出现了有气象记录以来最强的一次大暴雪天气过程,全省大部分地区降雪量在10mm～66mm之间,其中有86个县市出现历史同期最大值,39个县超过历史极值．本文利用高空、地面和卫星云图资料,对此次过程进行了综合分析,结果表明：高空强盛的西南气流和低层东北气流以及地面回流为暴雪过程提供了有利的流场配置,500hPa同位相槽和700hPa切变线是主要影响系统,低空急流的持续及水汽的辐合为这次暴雪提供了充足的水汽,卫星云图上云顶亮温最低区与强降雪落区有着很好的对应关系。     

新疆阿勒泰地区一次罕见暴雪天气过程分析

2010年1月6—7日阿勒泰地区普降暴雪造成罕见雪灾。通过对常规资料、ECWMF客观分析和T639物理量产品00、03时及06时资料、FY2E红外云图及其黑体亮温分析,对暴雪过程及其成因进行诊断分析。结果表明:500 hPa欧亚范围内呈两槽一脊的Ω型,欧洲和萨彦岭均为深厚低涡、西西伯利亚到泰米尔半岛为强阻塞,及中纬度纬向锋区是造成此次暴雪天气的大尺度系统;地面图上,暴雪产生于中亚气旋前部的暖锋前部及850 hPa中尺度切变线和幅合线附近的重叠区域。高湿区和强上升区,云系的发展和移动均与降雪量有较好的对应关系。单站高空风时间剖面图揭示了暴雪过程中,高低空急流、切变线的变化和暖湿气流的输送;单站的物理量变化对暴雪预报有一定的指示意义。     

辽宁东南部一次强降雪天气的成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等对2015年2月25日辽宁东南部一次强降雪过程进行分析。结果表明：此次强降雪过程发生在低空切变线东侧暖湿区对应高空急流出口区左侧的辐散区内,有强的水汽辐合中心;地面偏南气流受山前地形抬升作用在强降水区形成风向辐合和850 hPa以下急流中心,是造成强降雪的主要原因之一;暴雪过程开始前6 h出现温度平流随高度减小的配置,假相当位温空间分布上锋区的形成,有利于不稳定层结的建立;8～12 h前正涡度平流、中低层风向辐合带、近地面冷空气层的建立以及次级环流的形成加强了上升运动,对强降雪预报具有很好的指示作用;在降水相态是雨或雨夫雪时,雷达回波最大强度达到40～45 dBZ,而强降雪时回波强度为20～25 dBZ;当大连本站850 hPa温度以及1 000 hPa与850 hPa两层等压面之间的厚度处于雨雪转换临界值时,大连南部为雨或雨夹雪,北部为雪,此时出现强降雪,回波高度基本在6 km以下,最强回波25～35 dBZ维持在1 km以下,近地层为弱偏北风,与其上的西南风在边界层形成切变层,将暖湿气流抬升,为强降水提供动力条件。     

利用单多普勒雷达资料做冷流暴雪的中尺度分析

基于单多普勒天气雷达资料采用EVAP方法反演风场, 并结合径向速度、 反射率因子、 自动气象站和探空风场等观测资料, 对2005年12月6～7日山东半岛一次冷流暴雪过程的中尺度特征进行了深入分析, 结果表明： (1)雷达回波呈狭窄带状, 移动缓慢近乎停滞, 径向速度上存在风向切变线, 烟台和威海的暴雪不同步是冷流暴雪的典型特征; (2)首次通过雷达反演证实了逆风区实际就是风场切变在径向速度图上的反映, 垂直各层水平风场存在中尺度切变线, 且与强回波带相对应, 切变线的位置决定暴雪的落区; (3)通过雷达反演风场和风廓线共同揭示出强降雪产生时对流层中层有西北风、 西南风和东北风三股气流, 明显的西南气流位于850～700 hPa, 表明冷流降雪过程并非传统认为的仅有西北冷平流, 而是不同气流辐合的结果; (4)对流层中层的西南暖平流为云的播种和反馈机制提供了有利的天气背景条件, 使得冷流降雪增强, 这在常规观测资料中无法看到。     

新疆中天山一次城市暴雪过程诊断分析

采用NCEP逐日4次1°×1°再分析资料和Micaps常规观测等资料,对2011年3月发生在新疆中天山城市暴雪过程进行天气学诊断分析。诊断计算包括：中尺度分析、水汽通量、水汽通量散度、水平散度、垂直速度、高低空风场、螺旋度、假相当位温等。结果表明：暴雪是南北两支锋区在中亚地区交汇后东移发展造成的,降雪前乌鲁木齐城区出现东南大风,地面强烈减压升温为暴雪天气触发不稳定能量提供了热力条件,500 hPa有＞30 m·s^-1的西南急流,700 hPa存在低空切变,散度和垂直速度表现为明显的高层辐散、低层辐合的对称结构。降雪强盛期整层呈现上负下正的垂直螺旋度对,θ_se低能舌伸至200 hPa,700 hPa至400 hPa维持θ_se高能舌区,湿层厚度高达300 hPa。这种物理量场的配置有利低层湿空气聚合及向上的抬升运动,为暴雪的产生提供了必要条件。此次冷空气以偏西路径影响城区,在冷空气明显的条件下,受城市热岛效应影响,强降雪容易发生在温度较高的城区,同时降水中心倾向于出现在锋区的位置。     

2005年12月3—21日山东半岛持续性暴雪特征及维持机制

利用多普勒雷达、卫星、常规观测资料及NCEP/NCAR再分析资料分析了2005年12月3—21日发生在山东半岛4次持续性冷流暴雪的特征及维持机制。结果表明:冬季强冷空气暴发南下时, 波状冷流云在渤海发展造成山东半岛暴雪, 暴雪具有明显的空间分布和强度的日变化特征; 多普勒雷达资料反映了暴雪回波PPI强度为35~40dBz, PPI径向速度图上反映低空急流和风辐合特征, RCS, VCS产品反映暴雪回波的垂直特征; 4次暴雪过程对应500hPa中高纬度欧亚上空为两涡一脊的建立和维持, θ_se时空演变反映4次强的干冷空气对应4次暴雪过程; 暴雪发生时南北风在渤海附近存在一弱的风区; 暴雪日水汽较非暴雪日充沛, 垂直上升运动和低层散度辐合与强降雪相对应; 暴雪日在渤海附近海面温度与850 hPa温度差大于20℃; 暴雪区为对流不稳定的大气层结。