Improvement of a Snow Albedo Parameterization in the Snow–Atmosphere–Soil Transfer Model:Evaluation of Impacts of Aerosol on Seasonal Snow Cover

The presence of light-absorbing aerosols(LAA) in snow profoundly influence the surface energy balance and water budget.However,most snow-process schemes in land-surface and climate models currently do not take this into consideration.To better represent the snow process and to evaluate the impacts of LAA on snow,this study presents an improved snow albedo parameterization in the Snow–Atmosphere–Soil Transfer(SAST) model,which includes the impacts of LAA on snow.Specifically,the Snow,Ice and Aerosol Radiation(SNICAR) model is incorporated into the SAST model with an LAA mass stratigraphy scheme.The new coupled model is validated against in-situ measurements at the Swamp Angel Study Plot(SASP),Colorado,USA.Results show that the snow albedo and snow depth are better reproduced than those in the original SAST,particularly during the period of snow ablation.Furthermore,the impacts of LAA on snow are estimated in the coupled model through case comparisons of the snowpack,with or without LAA.The LAA particles directly absorb extra solar radiation,which accelerates the growth rate of the snow grain size.Meanwhile,these larger snow particles favor more radiative absorption.The average total radiative forcing of the LAA at the SASP is 47.5Wm~(-2).This extra radiative absorption enhances the snowmelt rate.As a result,the peak runoff time and "snow all gone" day have shifted 18 and 19.5 days earlier,respectively,which could further impose substantial impacts on the hydrologic cycle and atmospheric processes.     

Significant Variations of Surface Albedo during a Snowy Period at Xianghe Observatory, China

Surface albedo over typical types of surfaces in the North China Plain was observed using a Multi-field Albedo Observation System before and after several snowfalls from 13 to 27 February 2005.Dramatic variations of the surface albedos of bare land,a frozen pond,and withered grassland during that period were analyzed.Under cloudy sky,the mean surface albedo of bare land was about 0.23,but it immediately rose to 0.85 when the surface was covered by fresh snow.The albedo decreased gradually to normal levels a...     

内蒙古大(暴)雪与白灾的气候学特征

使用１９６１～１９９８年内蒙古１１８个地面测站的历史资料及同期亚欧５００ｈＰａ高空资料,分析了内蒙古大（暴）雪及白灾的气候学特征。结果表明,发生大（暴）雪频率最高的地区是内蒙古的东部和南部,而白灾最重的地区却是内蒙古北部。指出产生“坐冬雪”是形成白灾的必要条件,给出了产生“坐冬雪”的气象指标,总结了内蒙古大（暴）雪的环流特征。     

大到暴雪天气模型及数值产品释用预报方法

用欧洲数值预报产品格点资料,对1986年11月-2002年3月河南省出现的87个大到暴雪个例进行对比分析,将大到暴雪划分为3个类型,即高原低槽型、阻高-横槽型和L型,对每个型进行合成平均,建立了大到暴雪的天气学概念模型。为提高样本中大到暴雪的概率,先将样本进行消空处理,然后选取物理意义清晰、天气学意义明确的预报因子,分别建立了全省分片大到暴雪1-7 d预报方法,在业务试应用中取得了较好的预报效果。     

地面温度与雪面温度对比

通过平行观测,对德州市气象局所辖的陵县(2003～2004年)、武城(2004～2005年)、德州(2006～2007年)3站冬季有积雪时,人工站与自动站的地面温度观测资料进行统计分析,得出有积雪状况下的β值(β=自动观测地面温度/人工观测雪面温度)。自动观测的地面温度更能代表实际地面状况,这种对比关系可为使用地表温度的水文及农业部门提供一个更加准确的地面温度使用参数β,以掌握地面温度的变化规律,为地能、地热、地水的预测与判断提供准确数据。     

中国西部雪冰中的黑碳及其辐射强迫

 在中国西部的青藏高原和新疆地区的若干条冰川区域采集雪和冰芯样品,分析了雪冰样品中的黑碳,并模拟了雪冰黑碳产生的辐射强迫。我国西部雪冰黑碳的平均浓度为63 ng/g,高于北半球其他地区的实测结果。影响雪样黑碳浓度空间分布格局的主因是周边的排放源。模拟结果显示,黑碳在中国西部冰川雪表的沉降产生的平均辐射强迫为（+4.0±2.0) W/m²。喜马拉雅山中段的东绒布冰芯记录揭示黑碳主要来源于南亚,经印度夏季风输送;1951年以来黑碳的平均浓度为16 ng/g,产生的月平均辐射强迫在2001年夏季超过了+4.5 W/m²。南亚排放的黑碳可能抵达青藏高原南部腹地,对青藏高原的冰川表面能量平衡有一定影响。     

Improved Parameterization of Snow Albedo in WRF + Noah: Methodology Based on a Severe Snow Event on the Tibetan Plateau

Snowfall and the subsequent evolution of the snowpack have a large effect on the surface energy balance and water cycle of the Tibetan Plateau (TP). The effects of snow cover can be represented by the WRF coupled with a land surface scheme. The widely used Noah scheme is computationally efficient, but its poor representation of albedo needs considerable improvement. In this study, an improved albedo scheme is developed using a satellite-retrieved albedo that takes snow depth and age into account. Numerical experiments were then conducted to simulate a severe snow event in March 2017. The performance of the coupled WRF/Noah model, which implemented the improved albedo scheme, is compared against the model’s performance using the default Noah albedo scheme and against the coupled WRF/CLM that applied CLM albedo scheme. When the improved albedo scheme is implemented, the albedo overestimation in the southeastern TP is reduced, reducing the RMSE of the air temperature by 0.7°C. The improved albedo scheme also attains the highest correlation between the satellite-derived and the model-estimated albedo, which provides for a realistic representation of both the snow water equivalent (SWE) spatial distribution in the heavy snowbelt (SWE > 6 mm) and the maximum SWE in the eastern TP. The underestimated albedo in the coupled WRF/CLM leads to underestimating the regional maximum SWE and a consequent failure to estimate SWE in the heavy snowbelt accurately. Our study demonstrates the feasibility of improving the Noah albedo scheme and provides a theoretical reference for researchers aiming to improve albedo schemes further.     

中国地区近10年地表反照率变化趋势

利用EOS-MODIS卫星的地表反照率数据(MCD43C3的L3等级)和一元线性回归法分析了2000年3月至2009年2月中国区域地表反照率的分布特征及年际、季节变化趋势.结果表明:中国区域地表反照率分布西高东低,随海拔和纬度分布;中国大部分地区近10年的年平均地表反照率有增长趋势,东南部的增长范围最广,高海拔和高纬度...     

Radiative Forcing and Climate Response Due to Black Carbon in Snow and Ice

The radiative forcing and climate response due to black carbon(BC) in snow and/or ice were investigated by integrating observed effects of BC on snow/ice albedo into an atmospheric general circulation model(BCC AGCM2.0.1) developed by the National Climate Center(NCC) of the China Meteorological Administration(CMA).The results show that the global annual mean surface radiative forcing due to BC in snow/ice is +0.042 W m 2,with maximum forcing found over the Tibetan Plateau and regional mean forcing exceeding +2.8 W m 2.The global annual mean surface temperature increased 0.071 C due to BC in snow/ice.Positive surface radiative forcing was clearly shown in winter and spring and increased the surface temperature of snow/ice in the Northern Hemisphere.The surface temperatures of snow-covered areas of Eurasia and North America in winter(spring) increased by 0.83 C(0.6 C) and 0.83 C(0.46 C),respectively.Snowmelt rates also increased greatly,leading to earlier snowmelt and peak runoff times.With the rise of surface temperatures in the Arctic,more water vapor could be released into the atmosphere,allowing easier cloud formation,which could lead to higher thermal emittance in the Arctic.However,the total cloud forcing could decrease due to increasing cloud cover,which will offset some of the positive feedback mechanism of the clouds.     

青海南部冬季积雪和雪灾变化的特征

利用1961-2005年青海南部牧区气象台站观测的气温、降水、积雪资料,用气候诊断方法分析了该地区积雪等气候要素的年代际演变特征以及雪灾变化的成因。结果表明：20世纪60-90年代冬季青海南部牧区中雪和大雪出现的站次以及雪灾出现的站次有逐步增多的趋势,降雪量和地表平均积雪量每10 a分别增加1. 253 mm和8.246 cm,单站积雪量在海拔4100 m左右的高度上增加比较明显,其变化是由气候的年代际波动引起的。     

伴随对流层中低层气温持续下降的雪转雨过程分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）0.25°×0.25°分辨率细网格模式产品、探空观测资料和风廓线雷达等资料,对2014年2月18日浙江嘉兴雨雪天气过程中降水相态先由雨转雪、再由雪转雨的变化条件进行了分析,并对ECMWF细网格模式产品进行了预报性能检验,结果表明：模式形势预报准确,但未能预报出雪转雨过程。在对流层中低层气温持续降低的情况下,水汽凝结高度不同是造成两次相态转换的主要原因。上午垂直运动加强,水汽充沛,降水粒子的凝结高度高,足以形成大的雪花,在较低的零度层高度以下降落时不至于融化;下午垂直运动减弱,水汽集中在低层,尽管这一高度层的气温在-3～-2 ℃,但是不足以凝结成固态降水,同时地面气温受海上暖平流影响而回升,因此降水相态由雪转雨。     

一次江淮气旋暴雪的积雪特征及气象影响因子分析

利用自动站、人工加密观测及常规观测资料,通过对2017年2月21—22日一次江淮气旋暴雪过程积雪特征的分析,揭示了近地面气象要素对积雪深度的复杂影响。结果表明:(1)江淮气旋系统特有的空间结构导致山东南、北地区的降雪量和积雪深度不均衡分布。(2)积雪深度具有时效性,在降雪结束时达到峰值,因温度的变化导致峰值不一定维持到次日08时。(3)积雪深度是近地面多气象要素共同作用的结果,降水相态、降雪量、降雪强度、气温、地温和风速均有影响。主要表现为:雨夹雪在转为纯雪之前可产生不超过1 cm的积雪,如果不转雪则不会产生有量积雪;各地降雪含水比差异较大,全省平均为0. 5 cm·mm~(-1),低于全国平均值;在降雪不融化的情况下,降雪量、降雪强度越大则积雪越深,降雪强度大是气温和地温都高于0℃时产生积雪的必要条件;地温和气温越低对积雪形成越有利,积雪开始产生时的地温最高阈值多在0℃左右,地温先突降后缓升是积雪产生前后的共性特征,积雪产生后1～2 h内地温略有上升并逐渐趋于稳定;积雪产生时气温一般低于0℃,气温高于0℃时大部分降雪融化;有利于产生积雪的平均风力多不超过2级,极大风则在3～4级以下。     

玛纳斯河流域积雪变化特征及其与气温、降水的关系

利用MODIS积雪资料以及同期气象资料,分析了2000—2009年玛纳斯河流域积雪面积年内、年际变化及其与同期气温和降水的关系,结果表明:玛纳斯河流域积雪面积在4个不同分带上随季节变化各不相同,其中,带1变化最剧烈,受气候影响最为显著;带2、带3积雪的增加和减少都比较平缓;带4受气候影响最小。从年际波动来看,带1积雪面积随季节变化更为明显,带4在四季变化中均较平稳。对整个流域积雪面积与气候资料的相关分析表明:冬季,流域积雪变化对降水更敏感;而春季,气温是影响流域积雪面积变化的更主要的因素。     

青藏高原积雪与广西降水的相关关系

利用青藏高原资料序列长度均在30年以上的54个台站(1967～1997年)的积雪日数和积雪深度资料,与广西降水进行相关统计和分析研究,找出两者之间的相关统计事实及存在的联系:不管是上一年还是当年的青藏高原积雪与广西当年降水都有一定的相关,但大多是分散的个别显著相关,少数属于区域显著相关,没有全区性的显著相关。     

青藏高原积雪与云南夏季降水及气温的关系

利用青藏高原积雪深度资料分析了青藏高原冬季１月平均积雪深度与云南夏季气温、降不的联系。结果表明：青藏高原冬季积雪与云南夏季气温和降水有较好的联系,即青藏高原冬季１月积雪峰值年对应云南北部７－８月气温低谷年,云南夏季易出现“８月低温”天气;青藏高原积雪多的年份,昆明夏季６－８月降水异常偏我,云南大部７月降水异常偏多,云南哀牢山脉以北、以东地区８月降水异常偏多。５００ｈＰａ异常环流分析表明,冬季青藏高     

2004-08-04汉中市汉台区突发性暴雨分析

本文对2003年3月14日大雪到暴雪天气过程从高空形势,影响系统,物理量场等因素进行了综合分析,提出了高空500hPa有利于初春产生大雪到暴雪天气的环流背景,700hPa西南急流对此暴雪天气的影响以及物理量场的诊断分析。     

欧亚大陆积雪两种物理效应对2010年春末夏初华南降水的影响

本文基于欧亚大陆积雪深度资料和中国台站降水资料的奇异值分析 (SVD) 结果, 使用大气环流模式 (CAM3.1) 分别进行三组集合试验来研究欧亚大陆积雪的反照率效应和水文效应对2010年5～6月华南降水的影响: 第一组试验综合考虑积雪的两种物理效应, 既有反照率效应又有水文效应; 第二组试验仅考虑积雪反照率效应, 忽略水文效应; 第三组试验只考虑积雪水文效应, 忽略反照率效应。试验结果表明, 积雪的两种物理效应都会对后期华南降水产生影响, 但是三组试验中积雪不同物理效应所导致的异常幅度和范围存在较大差异, 其中积雪水文效应比反照率效应引起的变化幅度大。当两种效应共同作用时产生的异常与统计分析结果最为接近, 变化幅度也最大, 但是并不等于单纯反照率效应和单纯水文效应作用之和。     

湖南冬季两次暴雪过程的对比诊断分析

利用常规地面和高空观测资料及欧洲中心ERA-5再分析数据,对2021年12月25—27日（21·12）、2022年2月21—23日（22·02）发生在湖南的两次暴雪过程进行诊断分析。两次暴雪过程有强度大、影响范围广,暴雪落区较为重合的特点。两次暴雪过程也表现出明显差异,21·12过程的累计降雪量小于22·02过程,但21·12以干雪为主,22·02以湿雪为主。分析差异的成因发现：（1）22·02过程水汽辐合强度强、延伸高度高、厚度厚,动力条件由南支槽和低涡提供;21·12过程水汽条件相对弱,动力条件由冷锋强迫抬升提供。（2）21·12过程冷空气从低层南下,云中冰相粒子比例大,温度层结满足干雪条件;22·02过程中层气温下降,云中冰相粒子与水相粒子共存,地面气温在0℃以上,故以湿雪为主。     

锡林郭勒盟大雪、暴雪天气气候特征及分型

利用1971—2010年内蒙古锡林郭勒盟15个地面气象观测站基本资料和常规观测资料,综合分析出了大雪天气的主要特征。结果表明:(1)40a大雪、暴雪日数由东南向西北逐渐减少。(2)10a大雪、暴雪平均日数呈波动变化的特点,纯雪的大雪、暴雪日数20世纪80年代和21世纪10年代整体偏少于20世纪70和90年代,且近20a出现降雪集中出现和不出现大雪的年份;含雨夹雪的大雪日数则是20世纪70年代和21世纪10年代整体多于20世纪八九十年代,暴雪日数则随年代逐渐减少。(3)大雪、暴雪(纯雪)出现在9月至次年5月,3月最多,全年在3月和10月存在两个峰值。而含雨夹雪的大雪、暴雪10月份出现最多,其次是4月。(4)综合分析2000年以来的24次大雪、暴雪(纯雪)过程,可把锡盟的降雪天气系统分为5类。     

低层温度平流对华北雨雪天气过程的降水相态影响分析

利用常规地面、探空观测资料、NCEP FNL和GFS分析资料,通过对2012年11月3—4日华北地区雨雪天气过程的降水相态特征进行分析,发现涡旋外围的雨雪分界线基本与925 hPa的0℃等温线和925 hPa偏北与偏南风的流线辐合线相吻合;而涡旋中心附近的雨雪分界线则存在从涡旋西北象限向涡旋中心逆时针旋转的特征。气旋发展初期,降雪主要集中在850 hPa低涡的东北偏北象限到西北象限之间,低涡的东南象限为降雨。随着气旋强度增强,低层冷平流导致低涡西南象限温度下降,降雪落区逐渐沿气旋西侧的流场向南发展,最终呈现出气旋形状的分布特征。雨雪相态的转变取决于整个对流层低层(850~950 hPa)的温度平流状况。当900~850 hPa或者950~900 hPa出现较强暖平流时,即使其他层次存在明显冷平流,降水相态仍然可能以雨为主。低层涡旋西侧的西北冷平流是造成降雪的最重要原因,当低层气流转变为偏东风后,冷平流消失,降水相态转变为雨。