新疆准噶尔盆地冬季系统性降水研究——Ⅰ.降水模型

根据1984年11月21日北疆降水过程的飞机、雷达、地面微物理及其它设施的综合观测,提出了天气尺度、中小尺度及微尺度的结构模型和各尺度间相互作用形成降水的机制。分析发现,冷空气进入盆地受地形影响,锋面结构复杂。降水由小尺度扰动作用于大片的低层层状云(LSc)而形成。LSc是系统到来前盆地内的低云阴雾受冷空气和天山作用而成,具有持续供给过冷水的能力。小尺度扰动可分为动力作用型和微物理作用型两类,它们均能起到提供冰晶作用。各个扰动区微结构差异较大,产生降水和消耗LSc中云水的能力也不相同。     

新疆北部冬季降水异常成因

利用1960—2004年天山山区及以北地区(新疆北部)38个气象站日降水量和NECP/NCAR逐日4次再分析资料,分析了新疆北部11,12月和1月降水异常的环流和水汽特征。结果表明:冬季斯堪的纳维亚环流型(SCA环流型)与新疆冬季降水异常密切联系;11月水汽输送量最大,1月最小,西风气流输送水汽多少决定降水异常;降水异常偏多时,新地岛以东北冰洋、西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常,高纬度地区和低纬度地区向中亚地区输送水汽汇合后沿西风气流进入新疆,而非来自地中海和里海水汽源地;降水偏少时,里海以东随西风气流向新疆水汽输送减弱。关注SCA环流型活动以及西伯利亚和阿拉伯海向中亚地区水汽输送异常对冬季降水预测具有一定意义。     

丹东冬季降水相态判据研究

利用丹东1979-2012年10月至翌年4月逐日降水、天气现象、高空探空资料及NCEP0.5°×0.5°（部分2.5°×2.5°）再分析资料,对丹东地区冬季不同相态降水气候及大气层结特征进行了统计分析, 并对不同相态降水典型个例进行了分析。结果表明：丹东地区虽地处北方,但冬季降水相态多样。在秋冬、冬春过渡和严冬不同时段,大气不同层结不同相态降水气温阈值范围不同,建立了丹东冬季不同大气层结降水相态判据。大气不同层结前期特别是近地面层气温背景与不同相态降水的发生与转换关系密切,可为动态预报降水相态提供了参考。850 hPa及以下中低空温度条件对冬季降水相态形成至关重要,850 hPa的0℃线能较好区分雨和雪区大致范围,925 hPa的0 ℃线能较好区分雨夹雪和雪以及雨夹雪和雨大致范围。     

新疆夏季降水和冬季气温预测方法及效果评估

本文利用4个国内外先进的气候模式（国家气候中心、ECMWF、NCEP和JMA）业务预测数据,采用2种多模式集合方法（等权平均和超级集合）、3种降尺度方法（BP-CCA、EOF迭代、高相关回归集成）和3种统计方法（CCA、最优气候值、高相关回归集成）以及降尺度集成和降尺度-统计方法集成,分析了目前季节模式、多模式集合、降尺度、统计方法、降尺度-统计集合等目前常用气候预测技术对新疆夏季降水和冬季气温的业务预测能力。 研究表明,以上技术方法对新疆夏季降水和冬季气温的预测预测能力有较大差别。目前先进的气候业务模式的预测技巧普遍很低,多模式超级集合和降尺度方法的技巧常高于单个模式,并且最佳的降尺度方法通常技巧高于最佳多模式集合方法。同时,统计方法和降尺度方法的预测技巧通常较为接近,而对二者进行超级集合可以具有相对很高的预测技巧。此外,现有常用气候预测技术方法对新疆夏季降水和冬季气温的趋势有一定的预测能力,但对气候异常的空间分布基本无预测能力。建议新疆气候预测技术围绕统计和降尺度方法集合发展。     

昆明冬季降水相态识别判据研究

利用昆明气象站1952—2013年冬季的降水及天气现象资料,统计分析了昆明冬季降雪的气候特征。利用1980—2013年高空、地面资料,选取500 hPa温度、700 hPa温度、0℃层高度、500～700 hPa之间的位势厚度、地面日最低温度和日平均温度6个物理量,针对雨和雪的降水相态进行统计分析,采用降雪TS评分最高的原则确定物理量的阈值。对每个单一判据给予不同的权重,采用权重线性法设定降雪的综合判据,通过对6个物理量降雪判据进行不同的组合试验,并考虑到综合判据的业务化,最终选定700 hPa温度、500～700 hPa之间的位势厚度、地面日最低温度3个单一判据组合为综合判据,并用中尺度WRF模式对2014年的13次降水天气进行了降水相态判别检验,结果表明综合判据可为昆明冬季降水相态客观预报提供较好的参考。     

天津地区冬季降水相态识别判据研究

利用2000—2015年10月至次年4月天津地区逐日常规气象观测资料和ERA-Interim再分析资料(0.125°×0.125°),对天津地区发生的3种降水相态转换(雨转雨夹雪再转雪)的天气过程进行统计,分析降水相态转换过程中温度、湿度和不同等压面厚度特征,得到与降水相态转换关系密切的9种判别因子:850 hPa温度...     

浙江省冬季降水相态判别指标研究

对浙江省2011—2014年4年冬季8次雨雪转化过程中共157个样本的探空资料和地面降水观测资料进行分析。选取了500 h Pa和850 h Pa高度差、700 h Pa和850 h Pa高度差、850 h Pa和1000 h Pa高度差、零度层高度、850 h Pa温度、925 h Pa温度、1000 h Pa温度、地面2 m温度、1000 h Pa露点共9个指标参与统计。得到最适合浙江省冬季降水相态判别的指标是2 m温度、1000 h Pa温度、零度层高度和850 h Pa和1000 h Pa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,这些表征低层温度的判别指标判别效果都不理想,结合中层暖层指标,可以使判别准确率明显提高。本文研究结果可以为冬季降水相态预报业务提供支持。     

新疆降水概率预报技术研究

采用相似预报方法以相似离度为相似判据，使用T213资料，从1980－1999年共20年的NCAR再分析格点数据中，经四次相似过滤，选取相似样本，建立预报方程，制作全疆59个测站0－12、12－24h小量、中量以上降水概率预报，预报概率值大小分为12级0、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100％。     

长春市冬季降水相态的温度判据研究

采用2005-2014年长春市地面和高空常规气象观测资料,研究冬半年地面和高空不同高度层气温对降水相态变化的影响。结果表明:地面气温对降水相态变化影响程度最大,以1.7℃作为雨和雨夹雪的相态转换指标、以-0.1℃作为雪和雨夹雪的相态转换指标可以较好地判断降水相态;将地面气温与925 hPa温度相结合来判断降水相态更加准确;地面气温在0℃附近上升或下降的变化速度越快,雨夹雪持续时间越短。     

安徽冬季地面降水相态的判别研究

文章对安徽省2000—2009年11月至次年4月的雨、雨夹雪、雪和冻雨四类降水相态样本的温度、相对湿度和假相当位温分布特征进行了分析。从地面到500 hPa,气温、相对湿度和假相当位温对平原、山区的地面降水相态的区分能力均逐渐减弱,且相对湿度对降水相态的区分能力远弱于气温和假相当位温。在同一气压层上,假相当位温与气温对平原地区地面降水相态的区分能力相当,而假相当位温在某些气压层上对山区降水相态的区分能力略优于气温。在不同气压层上,平原地区各降水相态的气温和假相当位温均接近正态分布,山区假相当位温相对于气温更接近正态分布。因此假相当位温更适合作为地面降水相态的判别因子。选取地面到500 hPa共6个气压层(山区5个)的假相当位温作为地面降水相态的判别因子建立多级判别方程,利用2010年的降水相态样本对所建立的多级判别方程进行独立性检验。结果表明:多级判别方程对雨、雨夹雪或雪、冻雨的区分能力较好,对雨夹雪与雪的区分能力相对较弱。利用T639模式资料对两个降水相态复杂个例进行预报检验,多级判别方程能较好地预报雨雪转换的时间及区域,对降水相态的预报具有较高的参考价值。     

“2010.1.6”新疆北部特大暴雪过程中的锋面结构及降水机制

利用WRF模式对2010年1月6—7日新疆北部的暴雪过程进行了数值模拟和诊断分析。分析表明,巴尔喀什湖冷涡与新疆以北南压的冷涡横槽的结合过程,以及相应的中高层急流核传播和发展是造成此次暴雪的关键天气过程,并据此建立了暴雪过程的天气学概念模型。通过温度平流以及锋生函数的诊断表明,地形前方的中尺度辐合对于低层局地锋生有正的贡献,而与潜热释放对应的垂直运动项产生了最强的锋生。进一步通过锋面次级环流的诊断表明,低层锋生强迫的垂直运动较为重要。在地形的影响下,低层冷空气在阿勒泰山前有一定的堆积过程,中高层锋面与低层锋面将发生分裂。由地形因素造成的锋面结构变化对于对降雪的微物理过程有明显影响,6日白天的降水与在地形前爬升的暖性气流以及中高层层云降水有密切关系,但降水量相对较小;6日20时以后地形前方暖平流增强并伴有较为清楚的锋生,而分裂过山的锋面结构形成了明显的冰晶播撒-繁殖机制,降水效率有明显增加,因此在7日白天降雪明显增强。     

新疆北部冬季暖区大降雪过程中尺度云团特征分析

利用1997-2006年深秋到冬季新疆阿勒泰地区出现的17次暖区大降雪天气过程的卫星云图资料、常规观测资料和地面降雪量资料,并选取其中3次典型的暖区大降雪过程,对暖区大降雪天气过程的中尺度云团演变特征进行了详细分析,进一步揭示暖区大降雪天气的成因。结果表明:500 hPa极涡是造成新疆北部阿勒泰地区暖区大降雪过程的天气尺度影响系统,极涡中心南部或东南部分裂出的中尺度短波是造成暖区大降雪天气的直接影响系统;TBB≤-60℃的中-β和中-α尺度系统云团是造成暖区大降雪天气的主要系统。暖区大降雪的TBB≤-60℃的中-β和中-α尺度系统云团是在绕极涡移动的高空锋区短波槽前和暖平流输送区形成,并位于极涡中心南部或东南部的低层到高层强锋区中,在随着天气尺度云系移动的同时,绕极涡中心逆时针旋转,移速缓慢或稳定少动,移动中逐渐加强或合并,其多表现为椭圆形或圆形,暖区大降雪发生在TBB≤-60℃的中-β和中-α尺度云团边缘TBB等值线梯度最大处。中-β和中-α尺度云团面积越大、生命史越长,造成的暖区大降雪范围就越大、强度也越强;TBB≤-60℃的中-β和中-α尺度云团在阿勒泰地区上空维持数小时可造成阿勒泰地区暖区大降雪天气。     

2008年初南疆持续性降雪天气过程水汽条件分析

应用2008年NCEP/NCAR全球再分析逐日网格点资料(2.5°×2.5°)和1970-2008年1-2月南疆29个气象站的日降雪量资料,分析了2008年初南疆盆地持续性降雪天气的大气环流形势演变、水汽源地、水汽输送以及低空急流对水汽输送和集中的作用.结果表明,可降水量场与水汽通量矢量场的分布不一致,水汽源地中以北海的水汽输送贡献最大;水汽输送通过西方和东方输送路径、在中层和中低层进行,西方和东方路径均在青藏高原西侧转为西南气流的水汽输送带,700hPa上的水汽输送较500hPa上强;低空西北和西南急流的建立和维持,对水汽长距离的输送至南疆发挥了重要作用.     

石羊河流域降雪初、终日及雪期特征分析

利用1960—2017年石羊河流域5个气象站点降雪和气温观测资料,采用气候诊断分析方法,分析了石羊河流域降雪初、终日及雪期的时空变化特征及与气温和海拔高度的关系。结果表明:降雪初日为山区早于平原区,平原区早于荒漠区;降雪终日为山区晚于平原区,平原区晚于荒漠区;雪期为山区长于平原区,平原区长于荒漠区。各地降雪初、终日及雪期存在一定的异常性,正常降雪初、终日及雪期年概率均超过67%。年、年代降雪初日呈推迟趋势,降雪终日(除凉州和古浪外)呈提早趋势,雪期呈缩短趋势。降雪初、终日及雪期与气温和海拔高度呈极显著相关性,气温每升高1℃,初日推迟约6.3 d,终日提早约7.6 d,雪期缩短约13.8 d;海拔每升高100 m,初日提早约3.3 d;终日推迟约4.0 d,雪期延长约7.3 d。本研究为降雪预报提供了参考依据,同时对防御雪灾、科学利用降雪资源、保护生态环境和促进区域经济发展有重要意义。     

北半球大气环流及其冬季风的年代际变化对青藏高原冬季降雪的影响

对1961~2010年间北半球大气环流背景异常变化及其东亚冬季风指数(东亚大槽位置指数-CW、西伯利亚高压指数-SH)与青藏高原降雪之间在年代际尺度上的相关关系进行了分析,结果表明:北半球冬季行星波年代际尺度上的异常导致了青藏高原地区冬季降雪在年代际尺度上的变化,北半球行星波"冬三(波)"流型的年代际尺度变化是青藏高原地区冬季降雪年代际尺度上增加/减少的环流背景;青藏高原冬季降雪与东亚冬季风之间也存在着年代际尺度上的显著相关。相对于1961~1986年间的冬季风减弱,青藏高原地区冬季降雪量呈现出增加趋势。结果也指出,青藏高原地区的冬季降雪、CW和SH在1986年前后存在一次显著的突变;突变后北半球冬季三波流型明显增强,青藏高原地区的降雪也相应发生了由多到少的变化。     

兰州市冬季天气气候变化及降雪形势分析

利用兰州市1951～2000年冬季(11、12-2月)逐日降雪、气温资料及1990～2000年历年(11、12～2月)的500、700hPa高空环流形势图、地面形势图,分析了兰州市冬季气温、降水变化趋势及24个降雪个例。从而对兰州市降雪天气的形势背景、发生、发展特点有了一定的了解,建立起了较为清晰的预报思路、预报模型、预报个例库。     

河北冬季一次冷锋降雪云系微物理演变特征综合观测分析研究

利用河北省中南部地区皇寺国家观测站布设的毫米波云雷达、微雨雷达结合飞机等联合观测数据，对2019年2 月14日河北中南部地区一次冷锋降雪云系微物理演变特征进行分析，探讨雷达回波与冰雪晶粒子微结构的关系，以便更好地认识该地区自然降雪的宏微观结构特征。研究结果表明：降雪初生阶段表现为双层云结构，中云云顶高约4100 m，云底高约3600 m，低云云顶高约3100 m，云底高约200 m，中间存在一干层，3000 m以下高度粒子增长以凇附过程为主。降雪发展阶段上下两层云相接，雷达回波强度较强的时段地面降水量也较大，该时段降雪过程主要以凝华〖CD*2〗聚并增长为主。降雪后期回波强度最大值减小，云顶高降低，3000 m以下高度范围内回波强度、多普勒速度、谱宽随高度降低呈增大趋势；飞机观测结果显示，降雪消散阶段逆温层底部由于水云云层较薄，催化潜力较小,冰雪晶粒子主要位于云的中上部，随着高度降低，冰雪晶粒子在下落过程中增大，与雷达观测结果一致，毫米波云雷达和微雨雷达反射率因子随高度变化与降水粒子有效粒径之间相关系数分别为0.89和0.83, 雷达反射率因子主要受冰雪晶等大尺度粒子主导。     

冬季北极涛动异常与新疆气温变化的关系

基于新疆96个气象站1961—2014年月平均气温、北极涛动指数和NCEP/NCAR再分析环流资料,分析了冬季北极涛动异常与新疆同期气温变化的关系及其影响。结果表明:冬季北极涛动指数与新疆冬季平均气温相关较好,42.7%的测站冬季气温与北极涛动指数的相关系数通过0.05显著性水平检验,主要集中在新疆北部地区。在冬季北极涛动指数偏强的7 a,新疆冬季气温偏高、偏低的概率分别为93.0%与6.3%;在冬季北极涛动指数异常偏低的14 a,冬季气温偏高、偏低的概率分别为41.5%和56.1%,偏低概率高于偏高概率。当冬季北极涛动指数偏强时,850 h Pa新疆及其北部广大区域盛行异常偏南风,不利于冷空气南下,新疆冬季气温高;反之,盛行异常偏北风,新疆冬季气温偏低。     

西岭雪山滑雪场秋冬旅游降雪预报研究

利用大邑、西岭雪山滑雪场及周边区域自动站2005～2017年每年10月～次年2月逐日最低温度资料,通过统计分析区域自动站与大邑站候平均最低温度差值,建立以大邑本站最低温度预报值为基础,加上逐候最低温度差值后得到区域各站的日最低温度预报的候最低温度差值订正方法;用距滑雪场最近的格点温度预报数据代替滑雪场站点温度预报,选出最低温度,以气温预报变化量,建立最低气温预报的模式温度订正方法;建立以候最低温度差值订正和模式温度订正进行加权平均的最低温度集成订正方法。通过对以上三种最低温度预报方法进行检验,发现最低温度集成订正方法预报准确率最高。基于最低温度集成订正方法预报西岭雪山滑雪场的最低温度,结合智能网格降水预报结果和降雪最低温度阈值判别,建立西岭雪山降雪的订正预报方法。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 II. 空间分布特征

利用中国730站降水资料和第I部分(郑彬等,2006)得到的华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期,计算出1958-2000年华南前汛期锋面降水量(强度)和季风降水量(强度)的序列,采用EOF和扩展EOF分析方法,得到华南前汛期降水的几个主要分布型,并探讨锋面降水与季风降水的可能联系。分析结果表明:华南前汛期的锋面降水和季风降水分布主要有三种类型——全区旱涝型、西南涝(旱)东北旱(涝)型、东南涝(旱)西北旱(涝)型。各分布型的时间系数与850 hPa风场的相关结果表明不同的分布对应着不同的低层环流形势。统计结果显示华南前汛期锋面降水的分布形式与季风降水的分布形式有一定的对应关系。