南方不同类型冰冻天气的大气层结和云物理特征研究

利用观测资料和CAMS中尺度云分辨模式,对南方3次不同类型冻雨天气过程进行模拟,重点研究了冰冻天气中冻雨区云系宏、微观结构及大气层结特征,初步分析了冻雨形成的云物理机制.结果表明:(1)逆温层的存在是冻雨发生的必要条件,低层湿度较大的逆温常与冻雨天气有关.3次冻雨过程的冻雨区都存在逆温层,其中第一、二次过程属于锋面逆温,而第三次过程属于平流逆温.可见,逆温层结有利于冻雨的发生,但逆温层的存在仅是形成冻雨的条件之一.冻雨的发生还与水汽(湿度)、风向风速、地面特征有关.低层有水汽输入到冻雨区、地面温度等于或低于0℃,有利于冻雨形成和过冷雨水的冻结.(2)冻雨的形成需要满足3个主要条件:在对流层中高层存在冻结层,冻结层下要有暖层和逆温层,近地层有一个温度＜0℃的冷却层,并且低层的冷却层相对湿度较高.中高层冻结层主要产生冰相降水粒子,中层的暖层可以确保上层降落下来的固态降水粒子(雪或霰)融化成雨滴或在融化层中直接产生液态降水.这样,雨滴下降到低空冷却层后会逐渐变成过冷雨滴,当过冷却雨滴接触到＜0℃的地面或者其他物体表面时,迅速冻结形成冻雨.(3)不同冻雨区上空存在2种不同类型的云,对应云中有2种明显不同的温度层结:混合相云中的“冷-暖-冷”层结和水云中的“暖-冷”层结.具有2种不同层结特征的不同冻雨区云系,对应2种不同的微物理结构,具有2种不同的冻雨形成的云物理机制.(4)同一类型天气系统中的冻雨区,可以存在不同的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的机制;不同类型天气系统也可以存在特征相同的冻雨区,即冻雨形成的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的物理机制都相同.     

2008年1月贵州冻雨的数值模拟和层结结构分析

针对2008年初发生在贵州地区的严重冻雨过程,分别从环流背景、低空急流和水汽输送条件等方面分析了准静止锋维持的原因,并选取本次灾害最严重的第3次过程为典型个例,利用WRF模式针对准静止锋影响下的贵州冻雨进行数值模拟来研究冻雨的发生机制。模拟结果较好地反映出高低空环流形势场特征,强雨雪降水带的走向、落区,以及地面温度的分布,均与观测基本吻合。通过分析高分辨率模式的模拟结果,揭示了准静止锋上贵州地区冻雨的层结结构特征及云物质在冻雨区的分布特征。研究结果表明,贵州中部的冻雨区除一般的三层结构(包含冰晶层、暖层和冷层)外,还具有典型的两层结构特征,即:高空的固体降水粒子稀少,900~600 h Pa深厚的逆温层和0℃以上的暖层使中低空存在大量液态粒子,下落的液滴经过近地面的浅薄冷层,形成大量过冷却雨滴,而后降落至地面迅速冻结。     

一次冻雨天气的云雷达回波特征分析

利用2014年12月10—12日的地面和探空资料、ECWMF再分析资料、Ka波段毫米波云雷达资料,采用特征分析、物理诊断量方法及回波特征分析方法,得到了较天气雷达更精细的垂直微观特征,对贵州冻雨的形成和演变提供了新的观测事实。结果表明:(1)此次冻雨过程地面温度在0℃附近,且云系形成后的温度随高度下降始终维持在-10～0℃之间,为过冷暖雨过程。(2)冻雨在初生、成熟及消亡阶段的回波强度随高度下降逐渐增大,强度值为-30～12dBz。空气垂直速度集中在-0.4～1.6m/s之间,粒子下落速度集中在2.4m/s以内。(3)冻雨初生及消亡阶段上升运动弱,粒子尺寸小。成熟期间,上升气流加强,小粒子所占比例减小,大粒子增多。云体中下部谱宽大值区和强反射率因子对应,反映了液态过冷水下落过程中的碰并增长结果。     

2016年12月克拉玛依一次罕见冻雨天气过程分析

本文对2016年12月4-5日新疆克拉玛依市出现历史罕见的冻雨天气过程,通过实况观测资料的综合分析,并利用WRF区域模式进行数值模拟,分析冻雨形成的环流形势、风场、大气层结以及冻雨区云系。结果表明,大尺度环流形势为西风带上弱波动东移,配合中低层西南急流,以及冷暖气团交汇,为冻雨的形成提供了必要的天气尺度条件。本次冻雨的形成机制为融化机制,水汽输送层主要位于冰晶层,水汽受冰晶效应充分凝结后再在暖层融化,落入冷层迅速冷却为冰粒或过冷却雨滴。逆温层是冻雨发生的主要条件,并且随着逆温层减弱,降水物的相态也从冰粒转为过冷却水。本次冻雨过程与南方冻雨不同的是,克拉玛依上空在降水前期就存在强逆温,并且在冻雨发生前逆温层出现减弱再加强的变化。     

2008年初南方雨雪冰冻灾害天气静止锋与层结结构分析

对2008年我国南方持续性雨雪、冰冻灾害天气的影响系统及层结特征做了研究,集中对第3次过程,即1月25～29日期间的天气形势、水汽条件、高原对流系统东移的影响以及地面和大气层结条件进行了分析。研究表明：位于长江或江南地区的准静止锋（或切变线）是雨雪冰冻天气的重要影响系统,锋面西段的逆温层和暖层强,有利于冻雨的形成;水汽在锋前的对流层低层辐合,沿锋面爬升凝结,锋面的东段低层辐合比西段强,造成锋面东段的降水强度大于西段;高原对流系统活跃,且频繁东移影响我国东部,在第3次过程共有3次高原对流的东移过程;最有利于冻雨产生的层结条件应有中层冻结层、暖层、逆温层,且这些层结的强度和厚度要适当;最有利于冻雨出现的地面温度在-1～-3℃,变化非常小,温度、露点差都在1～3℃,接近饱和,风速较弱。最后,提出了适合于我国南方雨雪、冰冻天气的锋面结构与大气层结的物理模型。     

2008年初南方冻雨云物理过程的模拟研究

利用中尺度模式MM5V3.7,模拟了2008年初发生在我国南方地区最强的一次冻雨云物理过程。结果表明,这次冻雨过程期间有两条明显的水汽通道,上升运动明显。冻雨区上空主要以低空云水和雨水,特别是云水的积聚为主,中高空有少量雪花和微量的冰晶。与冻雨区相比,非冻雨区过冷却水含量大,主要位于低空,高空没有霰,雪花也明显偏少。这...     

2008年初南方一次雨雪冰冻天气云微物理过程和逆温层结数值模拟

利用WRF中尺度数值模式对2008年1月26—29日中国南方一次雨雪过程进行数值模拟,并根据模拟结果对云微物理过程、逆温区和地面温度等环境条件进行了分析。结果表明:华南地区冻雨天气对应了两种云微物理结构:一种是由液水形成的降水元在下落过程中经过"暖—冷"层结形成冻雨,另一种是由冰晶、雪晶和液水形成的降水经过"冷—暖—冷"层结造成的。利用模式输出的层结、地面条件以及降水状况可以大致得到冻雨可能发生的范围。     

2008年初南方雨雪冰冻灾害天气的大气层结和地面特征的数值模拟

冬季的雨雪预报,尤其是冻雨的预报涉及多种尺度系统与复杂物理因素的影响。为了探讨这方面的问题,作者采用中尺度数值模式MM5对2008年初我国南方持续性雨雪、冰冻灾害天气中的1月26～29日过程做了模拟试验研究,并根据模拟结果对1月26～29日期间的水汽条件、地面特征和大气层结条件等重要环境条件进行了分析。分析指出,模拟结果能基本再现冬季这种持续性过程的降水带分布;长江或江南地区的准静止锋的存在,水汽在锋前对流层低层辐合,并沿锋面向上爬升凝结,爬升到达的高度和强水汽带的宽度与观测基本一致。模式还能再现有利于冻雨产生的层结条件,包括中层冻结层、暖层、逆温层和地面温度0℃线的位置;研究指出,利用模式输出的层结、地面条件以及降水状况可以大致得到冻雨可能发生的范围。     

鹰潭市一次冻雨暴雪天气过程分析

利用常规气象资料、T213资料等,对鹰潭市2008年2月1-2日出现的冻雨、暴雪天气过程进行分析。结果表明,暴雪出现在500hPa槽前、700hPa急流轴与切变线之间、850hPa切变线附近和地面冷高压底部的区域。高空低槽东移,700hPa西南急流的南压,使得700hPa温度下降为-3．7℃,温度条件变化有利于产生降雪。中低层辐合、高层辐散及较强的上升运动,为强降雪提供较好的动力条件。850—700hPa的逆温层有利于冻雨、暴雪出现,当700hPa温度≥-1℃时,出现冻雨;当温度≤-3℃时,出现暴雪。对流层中层较好的水汽输送,是暴雪发生的重要原因之一。     

毫米波云雷达冻雨 降雪微物理和动力特征分析

目前冬季冻雨和降雪垂直结构的精细化研究十分缺乏,为开展这方面的研究,对垂直指向Ka波段毫米波云雷达冬季在贵州威宁观测的功率谱数据进行反射率因子、速度谱宽参数的提取,且新颖地提取了可以反映粒子下落过程变化的偏度参数。通过反演空气垂直运动速度得到粒子的下落末速度,进而得到垂直方向上的平均粒子半径,随后分析了垂直方向上液态水含量和冰水含量的变化,并结合探空数据及各参数在垂直结构上的变化分析了下落过程中粒子的发展变化过程。分析结果表明:冻雨回波特征是片状不均匀结构,而降雪的丝缕状结构明显;冻雨和降雪过程初始形成的平均粒子半径分别在40和120μm附近;冻雨过程粒子从初始形成到迅速碰并形成大的粒子并开始下落大约要0.2 km左右;云顶高度较云中液态水含量、冰水含量的高度高0.1 km左右,高出范围内的云内含水量很小,各参数在垂直结构上的变化相一致。     

2008年1月我国南方冻雨过程的热力异常及其形成原因

利用中国604个地面台站的气象观测资料和NCEP 2.5°×2.5°再分析各等压面温度和环流场资料,从地面和大气垂直热力结构配置及其气候异常的角度出发,诊断分析了2008年1月我国南方雨雪冰冻过程的形成。结果表明,冻雨受灾的核心区域约为108°～113°E和25°～28°N范围,在该区域内2008年1月平均地面气温〈0...     

Simulation of a Freezing Rain and Snow Storm Event over Southern China in January 2008 using RIEMS 2.0

The Regional Integrated Environmental Model System(RIEMS 2.0) with NCEP Reanalysis II is utilized to simulate the severe freezing rain and snow storm event over southern China in January 2008,which caused severe damage in the region.The relationships between the freezing rain process and the large-scale circulation,in terms of the westerly and low-level jets,water vapor transportation,and northerly wind area/intensity indices,were analyzed to understand the mechanisms of the freezing rain occurrence.The results indicate the following:(1) RIEMS 2.0 reproduced the pattern of precipitation in January 2008 well,especially for the temporal evolution of daily precipitation averaged over the Yangtze River valley and southern China;(2) RIEMS 2.0 reproduced the persistent trough in the South Branch of the westerlies,of which the southwesterly currents transported abundant moisture into southern China;(3) RIEMS 2.0 reasonably reproduced the pattern of frequencies of light and moderate rain,although it overestimated the frequency of rain in southern China.This study shows that RIEMS 2.0 can be feasibly applied to study extreme weather and climate events in East Asia.     

桂林2008年1～2月连续低温雨雪冰冻天气初步分析

通过对2008年1~2月下旬连续低温雨雪冰冻天气过程进行分析总结,分别得到连续低温雨雪冰冻天气过程开始、持续、结束的典型环流形势;归纳了冰冻、冻雨、降雪、化雪天气的温度指标;结合各站探空剖面图资料,得到冻雨与降雪天气的温度垂直结构特征;为建立低温冰冻、降雪天气概念模型提供了参考依据。     

The Unprecedented Freezing Disaster in January 2008 in Southern China and Its Possible Association with the Global Warming

The unprecedented disaster of low temperature and persistent rain, snow, and ice storms, causing widespread freezing in the Yangtze River Basin and southern China in January 2008, is not a local or regional event, but a part of the chain events of large-scale low temperature and snow storms in the same period in Asia. The severity and impacts of the southern China 2008 freezing disaster were the most significant among others. This disastrous event was characterized by three major features： （1） snowfall, freezing rain, and rainfall, the three forms of precipitation, coexisted with freezing rain being the dominant producer responsible for the disaster; （2） low temperature, rain and snow, and freezing rain exhibited extremely great intensity, with record-breaking measurements observed for eight meteorological variables based on the statistics made by China National Climate Center and the provincial meteorological services in the Yangtze River Basin and southern China; （3） the disastrous weathers persisted for an exceptionally long time period, unrecorded before in the meteorological observation history of China.
The southern China 2008 freezing disaster may be resulted from multiple different factors that superimpose on and interlink with one another at the right time and place. Among them, the La Nina situation is a climate background that provided conducive conditions for the intrusions of cold air into southern China; the persistent anomaly of the atmospheric circulation in Eurasia is the direct cause for a succession of cold air incursions into southern China; and the northward transport of warm and moist airflows from the Bay of Bengal and South China Sea finally warranted the formation of the freezing rain and snow storms and their prolonged dominance in the southern areas of China.
A preliminary discussion of a possible association of this disastrous event with the global warming is presented. This event may be viewed as a short-term regional perturbation to the global warming. There is no     

2008年1月中国南部低温雨雪冰冻天气特征及其与东亚大气环流异常探讨

根据NCEP／NCAR提供的1968--1996年全球逐月、2008年1月全球逐日再分析资料以及中国气象局提供的降水资料,分析了2008年1月中国南部持续低温雨雪冰冻天气期间东亚地区中低空大气环流异常特征。结果表明,乌拉尔山阻塞高压和地面蒙古冷高压是这次灾害性天气重要的冷空气源地;700hPa异常偏强的低空西南风急流以及低空急流大风速中心随时间沿急流轴的传播为此次低温雨雪冰冻天气提供了充足的动量、热量和水汽;850hPa流场西太平洋上空异常东南风、印度洋上空异常西南风以及850hPa垂直速度场中国南部大陆异常上升气流,在很大程度上影响着2008年1月中国南部的天气;赤道辐合带、西太平洋副热带高压以及南支槽的异常,致使东亚上空不仅存在异常的南支槽前西风带水汽输送和西太平洋副热带高压西南侧东风带水汽输送,还存在异常的由印度洋经孟加拉湾向中国南方大陆的水汽输送。