中国雪都阿尔泰山暖区暴雪水汽特征分析

为进一步做好中国雪都阿勒泰山冬季冰雪旅游暴雪预报预警服务,利用阿尔泰山固态降水数据、NCEP/NCAR再分析和GDAS数据,应用天气学诊断和不同水汽分析方法对2021年阿尔泰山区3次暴雪过程环流背景和水汽特征进行分析。结果表明：(1) 3次暴雪过程均为新疆北部典型的暖区暴雪过程。(2)欧拉方法分析表明,该区水汽主要源于大西洋及其沿岸,阿尔泰山西边界为水汽输入,东边界和南边界为水汽输出,中、低层的水汽输入量与暴雪量关系密切,水汽通量散度辐合区位于对流层低层。(3)HYSPLIT(拉格朗日)方法分析表明,水汽源地主要来自北冰洋、欧洲,其次是中亚和加拿大,与上述结论明显不同;对暴雪区综合贡献较大的是对流层低层的水汽。(4)构建了阿尔泰山区暴雪过程水汽贡献模型,700 hPa及以上水汽自源地到达关键区后主要从偏西(西南)路径输入暴雪区,700 hPa以下水汽到达关键区后,在环流合适时主要从东南路径输入暴雪区,但从偏西(西南)和西北路径输入暴雪区的水汽也不容忽视;水汽主要在对流层低层聚集,并辐合抬升。     

北疆典型暴雪天气的水汽特征研究

利用2000-2012年11月-次年3月北疆51个测站逐日降水量资料和NCEP/NCAR逐日4次1°×1°再分析资料,分析了该时段内北疆11次典型暴雪天气的水汽特征.结果表明,北疆暴雪可分为北疆西部及北疆沿天山型、北疆北部及东部型和北疆西部及西天山型;水汽源地主要分布在地中海附近、红海或波斯湾两个海域附近;水汽输送有西方、西南和西北3条路径,以西南路径最多、西北路径较少.水汽输送最高层接近300 hPa,最强水汽输送层位于650～750 hPa之间,暴雪出现前北疆600～1 000 hPa高度之间存在一定的水汽辐合.北疆地区中低层水汽输送、辐合强度、范围及持续时间与暴雪强度具有较好的正相关关系,暴雪出现前最强水汽输送、水汽辐合以及高空、低空急流的最低阈值为北疆暴雪的定量、定点预报提供了参考依据.     

江淮区域持续性暴雨过程的水汽源地和输送特征

采用HYSPLIT模式和NCEP/NCAR再分析资料,对中国江淮流域持续性暴雨过程（PHREs）的江南型和江北型过程的水汽源地、输送路径以及干空气路径进行分析。主要结果如下:江南型PHREs的干空气主要通过2条路径进入江淮地区,即源自地中海-欧洲平原的西北路径和来自蒙古高原的东北路径,而江北型PHREs干空气主要有1条路径,即西北路径。干空气是通过对流层中高层的槽脊活动和急流输送至江淮区域。江南型水汽主要由源自印度半岛以南的热带印度洋的西南路径和来自印度尼西亚与中国南海的偏南路径这2条路径输送到江淮流域。江北型的水汽路径有3条,前2条路径与江南型类似,且为主要水汽来源,还有来自西太平洋的东南路径水汽输送。江淮流域的持续性降雨过程中,来自南方的水汽输送主要受索马里越赤道急流、孟加拉湾南部和印度尼西亚群岛附近越赤道气流,以及受西太平洋副热带高压这些系统的影响。      

新疆天山北坡一次区域性暴雪形成机制及水汽输送特征分析

利用高空、地面常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料，诊断分析了2017年2月新疆天山北坡一次区域性暴雪过程的特征及成因，结合GDAS再分析资料并采用HYSPLIT模式，模拟追踪水汽源地、主要水汽输送通道及其对水汽输送的贡献。结果表明：此次天山北坡暴雪是在典型后倾结构的高低空系统配置下产生的，中、高纬地区短波槽在东移过程中同位相叠加，为暴雪长时间维持提供了稳定的天气尺度背景；暴雪发生时位势不稳定性加强，中低层持续冷垫抬升是主要的动力机制，较强垂直风切变是降雪强度较大的重要原因，高低空急流耦合激发中尺度垂直上升支和次级环流圈，地形作用对暴雪有增幅作用；暴雪主要水汽源地位于阿拉伯半岛西侧的红海和伊朗高原西南侧的波斯湾至阿拉伯海北部一带，水汽通道主要集中在500～850 hPa，水汽辐合区位于700～850 hPa，中高层有偏西气流、中层有西南气流、低层有西北急流将水汽接力输送至暴雪区；利用HYSPLIT模式模拟发现，暴雪期间，西、东、南边界水汽输入均起重要作用，主要水汽输送通道分别为偏西路径、偏西南路径、局地水汽路径，1500 m高度的追踪，三者贡献率大致相当，3000 m高度，局地水汽和偏西路径水汽贡献率更大。     

基于HYSPLIT模式分析的塔克拉玛干沙漠南缘暴雨水汽特征

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2001—2020年5—9月(暖季)塔克拉玛干沙漠南缘(简称沙漠南缘)发生的5次暴雨天气大尺度环流背景和水汽特征,再运用HYSPLIT模式(拉格朗日)方法模拟计算了该区域暴雨天气的水汽轨迹、主要路径及不同源地的水汽贡献.结果表明:暴雨天气的水汽源地主要来自西南亚、中亚、北疆;水汽...     

“97.12”高原暴雪过程中尺度热量和水汽收支诊断

应用非静力模式MM5V2对1997年12月（简称：97．12”）一交高原暴雪过程进行控制模拟试验。利用其输出资料以及热量和水汽收支方程，对这次暴雪过程进行了热量及水汽收支诊断。视热源（Q1）和视水汽汇（Q2）的诊断结果表明：Q1和Q2垂直积分的正值区分布形势相似且较强，并与地面降雪带的分布一致，因而，此次过程的Q1、Q2主要是由水汽凝结和潜热解释决定的。Q1在对流层为加热层，对流层上层相对为冷层，是暴雪发生发展的主要热力机制。Q1、Q2区域平均的垂直廓线峰值非常相近，该峰值区正是水汽凝结层，它与水汽输送带的水汽凝结变干有关。视水汽汇Q2与视热源Q1具有相近的垂直廓线，表明“97．12”暴雪过程中非对流性凝结降水起决定因素。这些结果为改进和发展用于模拟和预报高原暴雪的中尺度数值模式模拟系统提供了一些物理依据。     

天山南坡暖季暴雨过程的水汽来源及输送特征

利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。     

天山南坡暖季暴雨过程的水汽来源及输送特征

利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。     

2018年1月鄂北大暴雪的异常环流形势和水汽输送特征

利用气象观测资料、NCEP再分析资料、GDAS资料,结合HYSPLIT模式分析2018年1月3—4日鄂北地区大暴雪的异常环流形势和水汽输送特征。结果表明:1)100 hPa极涡向亚洲东北部分裂,极锋急流位置偏南,500 hPa乌山的阻塞形势和偏强偏东的东亚大槽,有利于将强冷空气向我国中东部输送;700 hPa强盛的西南急流配合850 hPa偏东风辐合,提供有利的动力、水汽;地面冷高压势力偏强,从东路南下并不断补充,有利于降雪天气长时间的维持。2)整层水汽通量高值舌从华南沿海伸至长江沿线,鄂北地区水汽输送强度、水汽辐合偏强;4条水汽输送路径分别是650 hPa干冷空气在黄海转向从东北路输送水汽,水汽贡献率排第二;650~700 hPa气团将孟加拉湾的水汽输送至暴雪区,水汽贡献率排第一;500 hPa干冷空气自偏西方向过来,水汽贡献率最少;近地层暖湿气团将南海水汽自偏南路径输送至暴雪区,水汽贡献率排第三。与一般降雪过程比,增加了偏南的输送路径,且水汽贡献最多和次多路径的气团水汽含量更高。     

2017年盛夏湖南持续性暴雨过程的水汽输送和收支特征分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了2017年6月下旬至7月初湖南持续性暴雨天气过程的环流背景和大尺度水汽输送特征,然后引入NOAA的轨迹模式HYSPLIT,分阶段定量分析了暴雨的水汽输送特征以及区域水汽收支情况。结果表明：天气系统的有效配置和稳定维持是强降雨持续的主要原因,持续性暴雨与全球范围的水汽输送和水汽辐合相联系,低空急流的演变和进退与暴雨落区和强度的演变关系密切。影响此次强降水过程的水汽通道主要有三支,第一支由索马里越赤道急流经孟加拉湾和我国西南地区输入暴雨区,第二支由印度洋中东部越赤道气流经孟加拉湾南部和南海北部输入暴雨区,第三支由来自南半球的越赤道气流自南海南部一路北上输入暴雨区,第三阶段还有一支水汽由赤道西太平洋穿越菲律宾进入南海后再北上输入暴雨区。过程第一、二阶段的水汽输送主要来自孟加拉湾,其次是南海,第三阶段来自孟加拉湾和南海（包括西太平洋）的水汽输送各占一半。受地形影响,孟加拉湾通道的水汽主要输送至暴雨区700 hPa,其他来自低纬洋面的通道水汽主要输送到850 hPa及以下各层。暴雨区水汽输入主要来自南边界和西边界,且主要由低层输入暴雨区,以水平水汽通量辐合的形式在暴雨区上空低层大量汇聚,经由强烈的垂直上升运动输送至对流层中高层积累和凝结,从而导致降水的产生,降水的强弱与边界水汽输入和区域水汽辐合的强弱变化一致。     

基于多源资料的一次暖区暴雨水汽特征分析

利用常规气象观测资料、NCEP逐6 h再分析资料(1°×1°)、微波辐射计资料以及HYSPLIT模式等,对2021年7月5日冀中平原一次暖区暴雨过程的水汽输送特征进行对比分析。结果表明：应用HYSPLIT模式模拟分析后发现,本次过程中925和850 hPa降水开始前比湿在12 g/kg以上,是暴雨区的主要水汽贡献者,其主要水汽通道为西南路径,水汽贡献率分别占57.57%和63.64%。源自黄海或途径黄海、渤海等地的气块在东南转西南气流的引导下为暴雨区低层带来丰富的水汽,同时源自亚欧大陆中高层的气块,随着西风带长波槽脊的运动,为暴雨区上空500 hPa带来干空气,构成上干下湿的不稳定层结。降水开始前,925和850 hPa在相应引导气流的作用下,水汽不断向冀中平原输送,使得优良的水汽条件主要集中于低层大气,与HYSPLIT模式模拟结果一致。通过微波辐射计对降雨过程的水汽特征进行分析,结果表明在降雨开始前,700 hPa以下高度的水汽含量有明显增加,水汽密度最大达到14 g/m³。分析3种不同资料得到相似结论,但HYSPLIT模式和微波辐射计两种高时空分辨率资料的应用...     

内蒙古东北部地区一次极端降雪过程的水汽输送特征

利用内蒙古呼伦贝尔市常规观测资料和GDAS、NCEP/NCAR再分析资料,采用欧拉方法分析了2016年春季内蒙古东北部地区一次极端暴雪过程的水汽输送及收支特征,利用HYSPLIT模式和聚类分析模拟计算了此次暴雪天气过程的水汽源地、主要水汽输送通道及其对水汽输送的贡献,并与传统的欧拉方法结果进行对比。结果表明:(1)有3支不同源地的水汽流在内蒙古东北部地区交汇,对呼伦贝尔地区暴雪的发生与维持有重要影响;(2)经向和纬向输送为此次暴雪天气的发生提供了充足的水汽,暴雪区水汽主要源于中高层的南边界和随西风气流的西边界;(3)利用HYSPLIT模式模拟发现,在此次暴雪天气过程中水汽主要来源于新地岛以西洋面、日本海以及巴尔喀什湖,且三者贡献率大致相当。     

滇西北高原机场一次暴雨过程的水汽输送特征分析

利用丽江机场自动观测站资料、NCEP再分析资料,引入HYSPLIT轨迹模式,对丽江机场2019年8月8~9日出现的暴雨过程水汽输送特征进行分析。结果表明,丽江机场此次暴雨天气过程是由孟湾低压和南海台风提供充沛的暖湿水汽,与青藏高压引导南下的冷平流形成不稳定层结,低层辐合、高层辐散和强烈的垂直上升运动是暴雨发生的动力因素。此次暴雨过程水汽输送通道主要有三条,其中两条是由孟湾低压及南海台风带来洋面上的西南水汽输送和东北水汽输送,第三条是来自云南中部的云南本地水汽输送。三支通道中,来自洋面上的两支通道对暴雨的水汽贡献最大,分别为46%和30%,本地通道水汽贡献率最小;在500hPa高度层上,3条通道的水汽贡献率基本相当,600hPa高度层上西南通道和东北通道水汽贡献率均比较大,而700hPa高度层上西南通道水汽贡献率占主导地位。     

南京一次持续性浓雾天气过程的边界层特征及水汽来源分析

本文选取2006年12月24—27日（平流辐射雾）南京大雾的外场观测资料及NCEP的2.5°×2.5° NC再分析资料和GDAS全球1°×1°气象资料,结合天气形势、气象要素、物理量场,并利用轨迹分析方法,对这次浓雾的边界层特征及水汽输送进行分析,探讨这次浓雾形成和持续的主要边界层物理和天气学成因。分析表明：（1）这次浓雾过程期间始终存在深厚的逆温层结,甚至出现多层逆温。浓雾过程中,在中上空不同逆温层顶温度比地面温度高出2~5℃。逆温层厚多在200 m以上,26日08时逆温层厚达500 m。逆温层的存在,使大气层结更加稳定,在雾形成前期利于低层水汽聚集,雾形成后又抑制水汽的扩散,利于雾体的发展和维持,是这次浓雾能持续约64 h,强浓雾时段（能见度＜50 m）持续约37 h的重要因素。（2）这次平流雾过程低层水汽通量散度呈负值,上空持续出现水汽辐合,最强水汽辐合出现在25日02时左右,为-30×10-7 g·s-1·cm-2·hPa-1。低层辐合利于水汽的聚集,雾得以形成和发展,而雾过程后期水汽辐散则加快雾的消亡。贯穿整个雾过程的水汽辐合是这次平流辐射雾长时间维持的重要条件。（3）这次平流辐射雾过程中水汽输送路径是自中国东部沿海抵达南京;雾期间,水汽又来自海上源源不断的输送,最大时南京上空水汽通量达到2 g·s-1·hPa-1·cm-1。水汽的供应和后期补充量,决定了浓雾的持续时间。     

2012年6月巴州一次暴雨水汽输送特征

利用常规观测、自动站逐小时降水资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料及全球同化系统（GDAS）资料,引入基于拉格朗日方法的轨迹模型（HYSPLIT_4.9）并结合欧拉方法定性、定量地分析了2012年6月4日新疆巴州罕见暴雨的水汽输送特征。结果表明,水汽传输的西北路径逐渐建立,将前期聚集在巴尔喀什湖附近的大量水汽输送至巴州境内,为罕见暴雨的发生提供了充足的水汽条件;此次暴雨水汽传输的路径主要有两条,分别为西风气流引导下的偏西路径和经巴尔喀什湖、伊犁河谷和中天山传输到巴州北部的西北路径,两者的水汽贡献率达到了96.20%,其中偏西路径的水汽贡献率要高于西北路径;后向追踪气团轨迹显示罕见暴雨是西北路径通道的干冷气团在传输过程中不断下沉,偏西路径的暖湿气团在传输过程中不断被抬升,最后冷暖气团在暴雨区上空3000m—4000m之间交汇造成的;强降水的水汽主要来自新疆以西的湖泊或海洋,其中以巴尔喀什湖附近的水汽贡献率最大,达到了58%,黑海附近的水汽次之,为25%,而大西洋和挪威海附近的水汽贡献率相对较低,分别为7%和10%;对于新疆巴州而言,3000m(700hPa)高空水汽的分布特征基本可代表整层水汽的分布特征,且暴雨发生前水汽主要汇集在3000m(700hPa)附近。     

用GMS5卫星反演水汽场分析中国西北地区大气水汽分布的气候特征

卫星遥感资料具有反演大气水汽含量的能力.由于山区降水一般随高度增加,而海拔高的地区大气柱的厚度比海拔低的地区薄,整层水汽含量少,使得大气总水汽含量与降水的分布在复杂地形情况下不吻合.为此,引入用卫星反演的单位大气柱水汽含量,较好地反映了降水的空间分布特征.分析结果表明,在云水条件上,西北地区东部具备了较好的实施人工增雨(雪)的条件,尤其在春、夏季,实施人工增雨(雪)的云水条件更加优越.     

影响伊犁河谷地区冬季降水的主要气象要素及其与降水率的统计关系

基于2014—2018年逐时降水资料和再分析资料分析了影响伊犁河谷地区冬季降水的主要气象要素及其与降水率的统计关系。结果表明,水汽通量是影响伊犁河谷冬季降水的最主要因素,其与降水率呈正相关;上游风速、水汽通量、弗劳德数和大气可降水量都会对该地区降水产生影响,这四个参数可以通过依赖于水汽通量的多元回归较好地拟合出降水率;静力稳定度与该地区降水没有明显统计关系,但较强的降水更多出现在稳定度较弱的天气;利用T模态斜交主成分分析法将伊犁河谷天气系统分为九类,在有降水时,出现频率较高的天气类型的主要特征是水汽通量大,但不同天气类型下降水空间分布存在区别。当河谷上游气压较低,水汽通量较大时,河谷内降水分布较为均匀;若河谷上游风速较大,但水汽条件略差时,降水强度向河谷内部逐渐增加。     

2014年5月中旬江西地区暴雨天气过程水汽输送特征分析

利用NCEP 1°×1°的fnl资料、地面观测资料和GDAS资料,分析了2014年5月16—17日江西地区暴雨天气过程的水汽输送特征,同时使用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了模拟。结果表明:此次暴雨过程的水汽主要来自大西洋、西太平洋和印度洋,其中来自大西洋的水汽经赤道东风带输送至西太平洋,与来自西太平洋的水汽汇合后一部分直接输送至江南,另一部分继续向东北方向输送至日本海域附近转向,经我国华北向南输送至江南一带;来自印度洋的水汽,经孟加拉湾和南海输送至中国江南暴雨区。来自西南、东南和东北方向的气流在我国南方上空辐合,辐合中心值高达300×106 kg/s,且辐合趋于纬向型。利用Hysplit模式对此次暴雨区不同高度的水汽来源及输送路径进行后向轨迹模拟,结果与利用流函数和势函数分析出的水汽输送源地和路径基本一致。