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。     

“12·14”山东暴雪过程的极端性特征及成因

利用国家级地面气象观测站、风廓线雷达、X波段双偏振相控阵雷达等多源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,总结了2023年12月13—14日山东大范围暴雪、局地大暴雪（简称“12·14”暴雪）极端性的特征和成因,并与2021年11月7日山东极端暴雪过程（简称“11·7”暴雪）对比分析了降雪量和雪水比差异的原因。结果表明：（1）典型的暖平流型天气形势是产生极端暴雪有利的环流背景条件,低层切变线和风速辐合区在鲁西北叠加,形成强烈而持久的上升运动。（2）低空急流异常偏强,降水强度不仅与低空急流的强度有关,而且与其厚度有关。当3.0 km高度保持低空急流的强度时,10 m·s^-1风速到达的高度越低,降雪强度越大。（3）700 hPa比湿超过4 g·kg^-1、850 hPa比湿超过3 g·kg^-1的持续时间均长达10 h以上,为极端暴雪过程提供了充足的水汽。850 hPa比湿和比湿平流远远高于“12·14”暴雪过程,是“11·7”过程最大累计降雪量大于“12·14”过程的原因之一。（4）“12·14”暴雪过程垂直运动旺盛,最大上升速度位于不稳定层顶的前沿,处于-20~-10 ℃层,有利于树枝状冰晶生长,降雪效率高。对流层整层温度低于0 ℃,雪花下落过程中没有融化,雪水比高,积雪深度大。“11·7”暴雪过程初期最大上升运动中心高度低,形成更多柱状冰晶,经过暖层时融化,雪水比低,积雪深度小于“12·14”暴雪过程。     

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。     

2005年山东半岛特大暴风雪分析

利用常规资料及MM5模拟结果,对2005年12月3-22日山东半岛特大暴风雪过程进行分析,结果表明：此次过程发生在前期异常偏暖,而在强冷空气导致寒潮爆发的形势下,强海气温差、日本海后部横槽持续气旋性弯曲和强冷平流是大尺度环流背景,半岛北部一带850hPa气温下降到-12℃是出现大雪或暴雪的重要指标;中尺度分析的结果表明,冷流降雪的散度、垂直速度、涡度垂直结构不同于一般暴雨过程,其上升运动、高空辐散等局限在500hPa以下的对流层中低层,使冷流降雪由低云引起,为更深入了解冷流降雪的机制提供参考。     

渤海海效应暴雪微物理过程的数值模拟

采用RAMS4.4中尺度数值模拟结果,分析了2008年12月4～6日1次渤海海效应暴雪的微物理过程。结果表明:(1)在降雪初期,云中水物质包含云水、雨水、霰、冰晶和雪晶,及地水物质为雨水和霰。随着温度的降低,中后期仅存冰晶和雪晶,产生降雪。由于整个过程以降雪为主,降雨时间短暂,通常忽略降雨,称为降雪过程。(2)本次海效应暴雪的微物理过程表现在两方面:一是"播撒-反馈"机制,二是合适的冰相过程。这两种过程均有利于降雪增幅。(3)西风槽前产生的环境云和冷空气流经渤海暖海面时形成的海效应云之间在合并时发生"播撒-反馈"作用,前者是中云,后者是低云,前者从上层播撒冰晶和雪晶到下层,使得降雪增强。(4)微物理过程另一个有利因素是环境温度,本次强冷空气使得降水云中的温度在-10～-15℃之间,有利于树枝状冰晶的增长,从而产生强降雪。强降雪发生在强上升运动、高相对湿度和适宜的温度的叠置区域。     

2005年12月上旬山东半岛暴雪的观测与数值模拟研究

利用NCEP(National Centers for Environmental Prediction)的FNL(Final Analyses)资料、红外卫星图像、中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectrometer)图像以及位于烟台的Doppler雷达图像,对2005年12月3日～8日发生在山东半岛的暴雪进行了观测和数值模赔分析.天气形势分析表明:高空冷涡从西北方向持续不断地向山东半岛输送冷空气.此次暴雪过程中,渤海海水温度异常偏高,平均海温在11 ℃左右,远高于气候平均值8.2 ℃,表明渤海对过境冷空气的增温增湿作用是此次暴雪形成的重要原因,山东半岛的复杂地形对降雪带分布也有重要影响.降雪地点、持续时间、降雪量以及雪带方向等主要特征都被美国宾夕法尼亚州立大学和美国大气研究中心联合研制的中尺度模式(MM5)较好地模拟再现.模拟结果分析表明:此次暴雪过程属于浅对流过程,主要集中在对流层低部.     

山东一次极端雨雪过程积雪特征分析及模式产品检验

利用地面自动气象站资料、人工加密积雪深度逐时观测资料和ERA5再分析资料,对山东2021年11月6—8日极端雨雪过程积雪特征进行分析。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,积雪深度是预报难点。(2)暴雪和积雪集中分布在山东的中北部地区,有量积雪的范围与降雪量R≥5 mm的分布范围基本一致。积雪深度具有明显的时间变化特征。(3)在山东典型回流暴雪天气形势下,有利的水汽、动力条件和冷空气降温作用,造成山东出现极端雨雪。低层的强冷平流降温导致降水发生相态转换,山东中北部出现暴雪及严重积雪。(4)积雪区降雪含水比差异大,平均降雪含水比为0.53 cm·mm^-1,比历史平均值偏低。积雪深度与高空温度、相对湿度和垂直速度的配置有关,低的温度有利于降雪和积雪。地理位置、鲁中山地地形和地面风速对积雪深度有影响,海陆差异较纬度差异影响大,海拔高度影响较小。(5)欧洲中期天气预报中心业务预报模式积雪产品对山东积雪有较好的预报能力,时效近、误差小,但存在预报总体偏弱、北部偏小和中南部偏大的特点。     

海(湖)效应降雪的研究进展

回顾国内外有关海(湖)效应降雪的主要研究成果,依据海(湖)效应降雪的定义,对其产生机制、大尺度环流背景及多尺度相互作用、影响因素和空间形态分类等方面进行的总结和分析.表明,海(湖)效应降雪过程存在多尺度相互作用,海(湖)气温差、热力不稳定、风向风速、地形、云物理过程等是其关键影响因素,并影响其空间分布形态.数值模拟和多普勒雷达资料是主要研究手段.在此基础上,经进一步分析指出,未来我国应重点深入开展海效应降雪的空间分布形态及其产生机制研究,提高海效应降雪的精细化预报能力.     

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...     

2018年1月江苏3次致灾暴雪成因对比分析

应用常规天气图资料、FY-2E 云顶亮温(TBB)资料、多普勒雷达观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对江苏2018年1月3—4日(简称“01·04”过程)、1月24—25日(简称“01·25”过程)和1月27—28日(简称“01·27”过程)3次暴雪过程进行了对比分析。结果表明：1)3次暴雪过程都是在500 hPa高空槽、中低层切变线、700 hPa西南急流和地面冷空气的共同影响下产生的;暴雪过程中水汽主要来源于中层,降雪期间逆温层结始终存在。2)不同之处是,“01·04”过程中层暖湿气流先形成,水汽条件更好,而后弱冷空气自低层楔入,促使暖湿气流抬升,上升运动发展更为旺盛;“01·25”过程和“01·27”过程低层先形成冷垫,而后中层暖湿气流增强沿冷垫爬升,冷垫更冷,“01·25”过程逆温更强。3)暴雪过程中TBB稳定低值期基本可以反映强降雪时段;“01·04”过程中有弱对流发展,造成降雪强度大。     

威海市"2005.12"连续暴雪特性初步分析

受北方冷气团等因素的影响,2005年12月3～21日,威海市遭遇了百年不遇的持续性特大暴风雪天气,降雪量及持续降雪历时都为威海地区有水文资料以来的之首。雪灾所造成的损失也是空前的。本文就这次暴雪的特性、成因及与历史上所发生的持续暴雪情况,作进一步的分析探讨,为今后迎战大暴雪、防灾减灾提供及时的理论数据打好基础。     

四种检验方法在山东暴雪预报中的应用对比

利用山东122个国家级地面气象观测站2017—2021年中1—3月和11—12月“24 h降雪量p≥10.0 mm”的暴雪实况资料,采用二分类法、邻域空间检验法（以下简称“邻域法”）、时间偏移法和量级模糊法等4种方法对山东暴雪预报进行检验与对比。结果表明：（1）山东暴雪具有明显的时空分布特征,暴雪主要出现在半岛北部地区,鲁东南和半岛南部产生暴雪的概率最小;暴雪出现次数的年际变化和月际变化较大,最多年份出现98次,最少年份仅有5次,2月是高发月,占全年暴雪总次数的38.5%。（2）现行业务中应用最广泛的二分类法检验的预报命中率较低,其中24 h预报命中率仅为12.08%,主要原因是该方法受到空间、时间和量级的多重影响,不能精细准确地反映预报能力。（3）邻域法、时间偏移法和量级模糊法对24 h的暴雪预报命中率分别为14.40%、14.69%和30.05%;相较于二分类法,这3种检验方法的预报命中率均有较大幅度提高,空报率和漏报率均有较大幅度下降。（4）融合邻域法、时间偏移法和量级模糊法的综合检验法,能从空间、时间和量级3个维度区分出预报差异,检验结果更加精细准确,有利于引导预报员放下“检验评分低”的思想包袱,做出更加科学客观的预报,进一步提升预报服务效果。     

两种融合降水实况分析产品在山东地区的适用性评估

以质量控制后的观测降水数据作为“真值”,采用多种指标评估检验国家气象信息中心研制的5 km逐小时降水实时三源融合实况分析产品(简记为“FRT_05”)和1 km逐小时降水实时多源融合实况分析产品(简记为“RT_01”)在山东地区2021年汛期以及台风“烟花”过程的适用性。结果表明:(1)两种降水产品在山东的适用性较好,但RT_01产品的精细化实况监测能力优于FRT_05。(2)检验指标的月变化明显,在降水量次多的9月降水产品的适用性最优。(3)两种降水产品在鲁中山区西部、威海东部和青岛沿海一带地形复杂的区域以及大部分海岛上的适用性相对较差。(4)由降水量级的检验评估来看,随降水量增加,平均绝对误差、均方根误差增大;中雨量级相对偏差最小,两种降水产品均高估了中雨及以下量级的实际降水强度,低估了大雨及以上量级的实际降水强度。(5)无论是降水量级还是降水落区,RT_01产品对台风“烟花”降水过程的监测和再现能力优于FRT_05,但整体来看两种产品均低估了“烟花”过程的降水强度。     

极值波高Weibull分布的参数估计方法对比分析

介绍了三参数威布尔分布及其4种参数估计方法：极大似然估计法、相关系数优化法、灰色估计法和概率权重矩法。利用蒙特卡罗法对以上参数估计方法进行不同样本尺度的模拟,通过偏差、标准差和均方误差对比分析各种方法的特点、精度和适用性。运用上述方法结合涠洲站34a实测年极值波高,推算涠洲岛的设计波高,从相关系数、均方根误差和Q统计值分析各种方法的差异及优劣性。结果表明,小样本情况下各估计法的差别较大,而大样本时差别较小,极大似然估计法能较好拟合各种大小的样本,相关系数优化法次之;选取合适的经验频率会提高参数估计精度;各种参数估计方法计算而得的设计波高相差不大,其中极大似然估计法的精度最高     

台风“利奇马”引发山东极端暴雨的多尺度特征分析

利用常规气象资料、NCEP FNL 1°×1°再分析、风廓线雷达、云顶亮温(black-body temperature, TBB)及逐时自动气象站降雨量资料,对2019年8月10—13日由台风“利奇马”引起山东极端暴雨的多尺度特征进行分析。结果表明：(1)此次台风特大暴雨主要为中低纬系统相互作用及台风倒槽本体直接影响产生,其与冷空气密切相关。冷暖空气交汇有利于山东大部地区稳定性降水长时间持续发生。冷空气从低层侵入暖湿气流底部,形成冷垫,使得暖湿气流在冷垫上滑行,加大降水强度。(2)低空急流指数的变化提前1 h预示了降水的出现及未来小时雨量的增减,其峰值出现预示着未来3 h的强降雨时段,即对强降雨时段的出现和雨强大小有一定的预示性,低空急流向低空的快速扩展对应着短时强降水的开始。可以用于强降水的短时临近预报。(3)Q矢量散度负值的强弱对于未来6 h的雨强大小有较好的指示意义。(4)淄博西河镇出现全省最大降雨量与其朝向东北的喇叭口地形和对流层低层东北风倒灌有关。(5)TBB场能较直观地反映强降水过程中降水的分布和强度。风廓线雷达超低空风场的变化对雨强大小和出现最大雨强的时段有着明显的指示...     

2005年9月18日山东突发区域性暴雨过程分析

利用常规资料及MM5模式模拟结果,对2005年9月18日山东突发区域性暴雨过程进行了分析。结果表明:近地面层浅薄冷空气的侵入、相当位温密集区附近对流稳定度θep的减小导致垂直涡度的显著增长及低层对流稳定条件下的倾斜上升运动可能是本次暴雨过程发生的机制。