基于湿位涡和积雪效率的降雪预报技术探讨

本文对南京地区2015年的一次强降雪过程进行了湿位涡诊断分析,根据2008—2015年的57次强降雪个例归纳出了积雪效率与地面2 m气温的关系。结果表明:湿位涡正压项对降雪强度变化有较好的指示意义;结合湿位涡斜压项和地面气温可以较好地判断降雪落区,且强降雪落区和湿位涡斜压项的大值中心对应较好;积雪效率和地面2 m气温是分段函数关系,利用该统计关系及气温、降雪量的预报,可以作出积雪深度的预报。     

基于风廓线雷达资料的暴雪天气过程分析

利用常规观测资料和风廓线雷达产品对平顶山市2014年2月5—6日的暴雪天气过程进行诊断分析,结果表明:欧亚地区"两槽一脊"的环流背景下,700 h Pa西南急流、850 h Pa切变线和地面中尺度辐合线是这次暴雪的影响系统。风廓线雷达水平风资料可以清楚地展示暴雪过程风场"天南地北"的垂直结构及其变化特点。2500 m以上出现西南急流,同时720 m以下出现东北风,降雪开始。2500 m以上西南急流最大风速达到20m·s~(-1),近地面出现12 m·s~(-1)的东北风,降雪开始加大;近地面东北风减弱,降雪减弱;西南急流消失,近地面层出现偏北风,降雪停止。垂直速度的大小与降雪的强弱一致,降雪越强,速度越大;垂直速度小于0.5 m·s~(-1),降雪停止。大气折射率常数C2n在-144~-120 d B且接地,为降雪时段。降雪越强,C2n越大;C2n小于-144 d B时,降雪停止。垂直速度、折射率结构常数等指标的变化能够反映降雪的开始、发展和结束及降雪的强度,为精细化预报提供参考。     

渤海西岸降雪过程中偏东风在250 m塔层内的特征分析

利用天津铁塔观测资料、加密自动站和常规观测资料,针对4次渤海西岸典型降雪过程,分析了偏东风在降雪发生前后的演变特征。结果表明：4次降雪过程均属于回流降雪,其水汽来源与西南气流的水汽输送和近地面层的东风水汽输送有关;地面东风出现在降雪开始之前8 h以上,风速一般在2 m·s^-1左右,220 m高度可达12 m·s^-1左右。从造成东风的系统看,由南部北上的低压系统造成的东风或东南风湿度比较大,而由东北南下的冷高压造成的东风或东北风都比较干。出现最大降雪的时段,塔层的东风显著加大,而地面的风速变化不明显。     

1981—2020年贵州省降雪时空分布特征

利用1981—2020年贵州省降雪日数、初始日期、终止日期资料,分析了贵州降雪的气候特征,以及降雪日数与海拔高度、纬度的关系。结果表明：1） 贵州降雪日数西北多、南少,大值中心位于贵州西北部;降雪日数整体偏少,呈逐渐减小的趋势,2012年为突变点,整体上降雪日数每10 a减少1.6 d。降雪从11月开始出现,持续到次年3月,主要集中在冬季;开始时间集中在08—10时和20—21时;降雪具有明显的间歇性特征,降雪天气过程中仅发生1次降雪的占全部降雪过程的48.1%,主要在贵州南部,持续3 d及以上的过程集中在贵州中北部。2） 降雪初始日期集中在12、1月,最早11月;终止日期集中在2、3月,最晚4月。贵州中北部开始降雪多为12月,终止降雪多为2月;南部初始多为1月,终止降雪多为1—2月。贵州中北部降雪期更长,开始到结束间隔约为60—129 d,而南部大部为40 d以下,全省平均54 d。3） 降雪日数随着海拔高度每升高100 m增加2.3 d,纬度每增加1°增加11.4 d。     

2010年冬季浙江两次强降雪过程的对比分析

利用NCEP1°×1°再分析资料,对浙江2010年冬季两次强降雪过程的环流形势和物理量场进行了分析和讨论.结果表明:两次过程都是北方冷空气与西南暖湿气流交汇所致,冷空气较强时,锋区迅速南压,降雪持续时间较短,暴雪产生在中低层切变线的风速辐合区中;而冷空气强度适中时,“冷垫”和静止锋长时间存在,降雪持续时间则较长,暴雪产生在低空急流的左前方;降雪区上空有明显的水汽通量辐合,水汽通量大值区的演变与降雪过程有较好的对应关系;低空辐合和高空辐散的配置是强降雪产生的有利动力条件,其强度越强,降雪也越强.     

山东半岛冷流降雪中心位置对比分析

山东半岛的冷流降雪一般出现在烟台、威海地区,且同一次过程两地区降雪量往往有较大的差别.通过对几次强降雪过程的对比发现:低层风场的辐合是冷流降雪的主要触发机制,低层环境风场对辐合带的引导作用对降雪的中心位置起到了关键性的作用.辐合线移动方向取决于环境风场.在纬线方向上,西北风偏北分量多的时候烟台地区往往是降雪中心,西北风偏西分量多的时候降雪中心一般东移到威海地区;在经线方向上,风速偏小的时候北部沿海地区是降雪中心,风速相对较大时风场辐合线南伸到内陆地区,加上山脉迎风坡的气流抬升作用,内陆的牟平和文登地区成为冷流降雪的中心位置.     

贵州近44a降雪天气形势及物理量诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料和观测资料,对1962-2005年贵州出现的九次大范围持续时间较长的降雪天气过程的大气环流场、水汽和动力诊断进行分析,并与2008年1月28日降雪天气特征进行匹配验证.结果表明:北脊南槽型、横槽南支型、平直多波动型和高空急流型是造成贵州降雪的主要环流特征;冷空气南下及蒙新高地冷高压和滇黔准静止锋的维持是降雪天气发生的地面重要因素;南支波动是造成强降雪的基础条件;700 hPa西南暖湿气流引导孟加拉湾水汽向西南地区输送,为贵州降雪提供了必要条件;强烈的上升运动为降雪提供足够的动力条件;28日降雪天气特征与历史降雪特征高精确的匹配一致.     

北京"12·7"降雪过程的分析研究

对2001年12月7日一次引发北京交通堵塞的降雪过程的成因进行了分析.通过对各种资料,包括北京325 m气象塔获取的特殊观测资料的分析,认为这次降雪过程属于较为常见的"回流天气"型.但由于该系统的信息较弱,给预报增加了难度.对于改进预报的可能性作了一些探讨,并对一些相关问题提出了看法.     

锦州地区强降雪过程低空急流特征分析

利用常规气象观测资料、EC再分析资料,统计分析2005—2021年锦州地区强降雪天气过程(24 h降雪量超过5 mm)气候特征及不同天气形势下低空急流特征,并对强降雪发生发展期间低空急流演变特征进行对比。结果表明：锦州地区强降雪年均1.6次,出现在11月至翌年3月,11月最多,1月无强降雪;空间上呈现南北多、中间少的分布特征。锦州地区强降雪天气形势主要包括华北气旋北上型、江淮气旋北上型和蒙古气旋东移型3类,江淮气旋北上型最多(占51.85%),蒙古气旋东移型次之(占37.04%),华北气旋北上型最少(占11.11%)。不同天气形势下,低空急流所提供的水汽和能量是锦州地区强降雪发生的关键。从急流强度看,蒙古气旋东移型急流最强,为20 m·s^-1;其次华北气旋北上型,为14 m·s^-1;江淮气旋北上型急流为12 m·s^-1。从急流范围看,蒙古气旋东移型急流区范围最大,其次为江淮气旋北上型,华北气旋北上型急流区范围最小。降雪前6 h低空急流均建立,其中96%为偏南或西南急流,4%为偏东急流;降雪前2 h低空急流维持;低空急流影...     

影响北京地区降雪pH值的天气成因分析

利用北京市气象局3个酸雨观测站和2个大气成分站观测资料、NCEP再分析资料,对比分析了北京地区近年的3次典型降雪过程.结果表明,虽然出现降雪的天气形势不同,但仍然存在一些共同特点:上升运动发展的高度及维持时间是导致冬季酸性降雪出现的决定性因素.而降雪前期污染物的累积虽然对pH值有一定贡献,但最终pH值的大小及出现酸性降雪的范围都取决于上升运动的发展;若没有较强和长时间维持的上升运动,也不可能出现较强的酸性降雪过程.     

GPM卫星探测新疆区域降雪敏感性及云结构特征研究

目前人们对新疆干旱区降雪云结构特征的认知仍有限。利用2014—2021年GPM（global precipitation measurement）卫星搭载的测雨雷达DPR（dual-frequency precipitation radar）和微波成像仪GMI（GPM microwave imager）观测资料,对比了DPR不同产品对新疆区域降雪的敏感性及三类降雪云（深厚、浅薄和近地表）的宏微观特性差异,利用等频率高度统计方法,分析了四次新疆不同下垫面降雪云结构特征。结果表明：浅薄降雪云出现频率超过60%,而深厚降雪云对降雪量的贡献最大,三类云的液水路径（LWP）和冰水路径（IWP）集中在80~450 g·m-2和100~380 g·m-2,回波顶高、LWP、IWP与近地表降水率总体上呈正相关;四次典型降雪系统分别发生在阿勒泰山区（A个例）、伊犁河谷（B个例）、古尔班通古特沙漠腹地（C个例）及昆仑山北麓戈壁地区（D个例）,其中A、B个例主要为冰云,C、D个例多为冰水混合云,在GMI中166 GHz高频通道对降雪的敏感性较好,亮温分布在200～275 K;雷达反射率因子（Z）集中在16～25 dBz,对应高度为 0.75～4.65 km,A、B和D个例云团存在“左倾”结构,Z集中在云体中上部,属于发展阶段,C个例的Z主要位于云体下部,云团处于成熟阶段。质量加权平均直径（Dm）和粒子数浓度（dBNw）在1.00~1.22 mm和33~35产生的降雪量较大,降雪强度不仅与冰晶和过冷水粒子大小有关,还受到粒子数浓度的影响。研究成果对提升新疆地区降雪监测水平,深入认识该地区降雪形成机制及评估复杂地形条件下人工增雨（雪）潜力等具有积极意义。     

2009年天津地区首场降雪过程分析

基于NCEP再分析资料、多普勒天气雷达产品与风云卫星云参数反演产品,对天津地区2009年的首场降雪过程进行了分析,研究表明:①造成此次降雪的主要天气系统是东移高空槽和地面倒槽;②降雪回波具备典型层云稳定性降水回波的特点,最强回波不超过35 dBz,伴随着降雪结束,回波顶高有所下降;③降雪过程云粒子有效半径数值维持在20μm,云体过冷层厚度、云顶高度较大,云顶温度在-30℃左右.随着降雪结束,云粒子有效半径、云体过冷层厚度和云顶高度数值逐渐减小,云顶温度则有所升高;④地面降水量和云粒子有效半径、云顶高度、云体过冷层厚度呈现正相关,与云顶温度呈现负相关.     

2000年以来云南4次强降雪过程的对比分析

通过对2000年以来云南出现的4次强降雪过程进行分类对比分析和诊断分析, 结果表明:横槽型和北脊南槽型是4次强降雪的主要中高纬环流形势, 3次有南支槽配合, 1次无南支槽活动, 其中2次横槽型造成的强降雪范围广、强度大; 4次强降雪过程云南西侧都有充沛的水汽输送, 水汽通量增大 (即水汽的增加) 是云南强降雪的必备条件, 强降雪出现在较强水汽通量辐合区中, 且落区在辐合中心的偏东一侧、θ_se线陡立区附近以及暖湿不稳定区域; 强降雪在多普勒雷达上显示为20~30 dBz左右的层状云回波, 对流层中下层的高空冷暖平流和高空西南急流是有南支槽影响的强降雪天气的主要大尺度特征, 而低层偏东急流是无南支槽影响的强降雪的主要特征, 因此高低空急流的形成是强降雪的关键。     

北京延庆山区降雪云物理特征的垂直观测和数值模拟研究

基于风廓线雷达、云雷达、粒子谱仪、微波辐射计和自动站等垂直观测设备,结合中尺度数值模式WRF对2017年3月23~24日北京延庆海坨山地区的一次降雪过程进行了观测和数值模拟研究。研究结果表明:垂直探测仪器结合中尺度数值模式可以获得降雪的宏观结构和微物理信息,有助于对降雪的深入研究。此次降雪过程由中高层西南及偏南暖湿气流与低层东南偏冷空气交汇造成动力和水汽辐合抬升形成,4~5 km高度处的风切变有利于降雪的增强。上升气流有助于水汽的输送、冰雪转化以及雪晶凝华、聚合,冰晶数浓度中心对应着上升运动顶部。然而此次降雪云系低层过冷云水含量不足,降雪回波<20 dBZ,回波顶高<7 km,雪花垂直下落速度<2 m s-1,地面降水量大值与低层强回波区对应。降雪粒子谱分布范围较窄,以直径1 mm左右的小粒子为主,相态主要为干雪,基本不存在混合相态。     

基于多普勒天气雷达产品的降雪及冻雨综合分析

利用常规观测资料、探空资料、多普勒雷达资料从天气背景、温度层结及雷达回波特征等方面对宁波2004-2008年的7次降雪过程进行综合分析。结果表明:中层西南气流、低层逆温、低层转偏北风及地面气温低于4 ℃是宁波降雪的必要条件, 西南气流的强弱与范围很大程度上决定降雪强度; 冻雨要求中低空存在高于0 ℃的融化层, 下垫面温度低于0 ℃, 降雪则要求冻结层厚度远大于融化层或者没有融化层; 降雪回波特征中, 回波强度一般低于30dBz, 与降雪量对应关系不明显, 水平和垂直反射率因子梯度小, 结构均匀, 一般谱宽小于4 m/ s, 回波顶高低于6000 m; 零度层亮带所在高度的降低、消失与雨雪转换时间基本吻合, 可以利用零度层亮带高度的变化来判断降水性质的转变; 600 hPa以下零速度线随高度的变化, 对雪止临近预报有一定的指示意义。     

毫米波测云雷达在降雪观测中的应用初步分析

本文利用毫米波云雷达联合称重式雨量计、气球探空和S波段天气雷达在北京对2015年11月三次降雪进行了观测,以2015年11月22~23日降雪过程为例,主要从降雪系统的宏观结构特征、微物理变化以及毫米波雷达在降雪探测中电磁波衰减情况、雪粒子含水量和地面降雪量估测几方面进行初步分析。结果表明:（1）毫米波云雷达具有高时空分辨率,能对降雪系统进行精细化探测,在降雪系统发展最旺盛的阶段能够通过反射率（Z）、退极化比（LDR）和径向速度（V）初步判断出云中是否含有过冷液滴;（2）降雪回波强度最大值能反映整层云系中含水量最大的区域,当最大值Z大于20 dBZ时,最大值的大小、最大值持续时间、最大值出现的高度与地面降水量成正相关,速度最大值表示云中粒子上升最大速度（速度为正时）或者粒子下落的最小速度（速度为负时）,主要分布在－0.5~2 m s?1,速度最小值表示粒子下落的最大速度,主要在－3~－1 m s?1;（3）随着高度增加反射率的垂直廓线会出现多个峰值,这是由于不同高度层风速分布不均造成的,降雪回波这种特点比降雨回波更明显;（4）对比Ka与S波段雷达反射率可知,两雷达反射率平均差值小于2.5 dBZ,Ka波段反射率略大S波段雷达反射率;（5）降雪量反演与地面降雪量仪数据对比,逐小时降雪量反演精度为20.38%,累计降雪量反演误差为6.58%,24小时累计降雪量绝对误差为1.9 mm,说明云雷达估算累计降雪量具有较高的可行性,能够很准确的反映地面实际降雪情况,当降雪系统发展旺盛时,雪粒子含水量分布在0.05~0.15 g m?3,在降雪初期或者降雪系统消散期,雪粒子含水量一般小于0.04 g m?3,能够很好地反映出整层降雪回波的雪粒子含水量。这些云雷达在降雪观测中的应用和初步分析结果可以更好的地了解降雪系统宏微观结构,为云模式的发展和人工影响天气中增雪潜力评估提供一些参考。     

太行山和山东半岛地形对冷流暴雪的影响分析

用WRF模式模拟了2005 年12 月6-7 日山东半岛一次冷流暴雪过程,通过降低太行山地形高度至10 m和抬升山东半岛地形高度至500 m的敏感性数值试验,分别分析了上游太行山和本地山东半岛地形对山东半岛冷流降雪的影响。结果表明：太行山对山东半岛冷流降雪的强度起到了加强的作用,降低太行山地形高度的敏感性试验在山东半岛北部10 m风场辐合强度较同时次控制性试验明显减弱,减弱的区域主要在山东半岛北部地区,其他区域变化不明显;同时敏感试验的流场在山东半岛的辐合也有所减弱,流线密度要疏散些。850 hPa西北风越过太行山后在背风面产生波动,波动中的气旋性小涡旋移至山东半岛后,加强了山东半岛本地的辐合强度。抬升山东半岛的地形高度后,地形的抬升辐合作用增强,故冷流降雪的强度也得到增强。     

风廓线雷达对降水相态变化的观测分析

利用北京延庆风廓线雷达资料对2012年11月3日地面由降雨转为降雪的过程进行宏观和微观结构分析。结果显示:风廓线雷达的强度和速度产品能够很好地监测、诊断降雨到降雪相态变化的持续时间。降雨发生前,风廓线雷达反射率、信噪比、谱宽等因子均表现为不连续特征;地面降雨发生时,800~1000 m高度上出现明显的反射亮带;随着亮带的消失,地面降雨转变为降雪。地面降雨阶段,回波功率密度谱图呈现分层结构,1300 m以上表现为固态粒子特征,700 m以下为液态粒子,分层的高度与温度存在密切的关系,一般在274~275 K的环境内为融化层,融化层功率谱密度变化最为明显。另外,北京近3年层状云降水条件下.降雨和降雪阶段的垂直径向速度和信噪比数据统计表明,降雨发生时径向速度的范围一般在3~6 m·s~(-1)之间,信噪比在15~25 dB;而降雪发生时垂直径向速度值较小,在0~1.5 m·s~(-1),信噪比在3~15 dB之间。     

张家口地区一次长时间降雪过程的滴谱特征分析

利用OTT Parsivel激光雨滴谱仪和站点加密观测资料,分析2019年11月29日张家口地区一次长时间降雪天气过程开始、雪花、稳定强降雪、结束4个阶段的滴谱演变特征,结果表明：(1)降雪天气过程中微物理参量(降水强度R、数浓度Nt、雨水含量W、雷达反射率因子Z、质量加权平均直径D_m)演变趋势基本相同,其中开始阶段、稳定强降雪阶段、结束阶段的降水强度、雨水含量、雷达反射率因子受粒子数浓度影响较大,而雪花阶段降水强度、雨水含量、雷达反射率因子受粒子直径影响较大。(2)稳定强降雪阶段,粒子数浓度Nt量级为10³～10⁴个/m³,而D_m<1 mm,这是由于大雪片在温度较低的情况下,下落过程中破碎形成大量小雪片。降雪过程中,雪滴下落速度<2 m/s的粒子数占总粒子数的90%,强降雪阶段的雪滴下落速度集中于1～1.5 m/s。(3)在降雪过程中,最小二乘法拟合效果优于二、三、四阶矩方法。     

上海地区近10年冷流降雪天气诊断分析

统计了近10年发生在上海地区的冷流降雪过程,初步揭示了此类天气过程的产生机理,并分析了降雪发生时对应的高低空天气形势、探空图、卫星云图和雷达回波特征。结果表明：上海地区2000—2009年共出现冷流降雪12次,占降雪总日数的25%,大部分过程降雪明显时段高空500 hPa上海处在槽前。冷流降雪发生前,宝山站探空图上,低层有不稳定层结,且850～925 hPa湿度较大。冷流降雪对应的红外云图,云阶走向和海岸线一致,且云体呈白亮波状结构,云顶高度多在3000m以下,雷达反射率因子较弱,多低于35 dBz。绝大部分过程海水和850 hPa温差在10～14℃之间,海水和925 hPa温差介于8～11℃之间。降雪发生时宝山站吹NW—WNW—N风,风速为3～6 m·s^-1与山东半岛相比,上海地区地理位置和地形条件决定其冷流降雪有分布范围小、持续时间短、降雪强度弱等特点。