青岛冬半年降水相态统计分析及判别方法研究

通过对2006—2015年青岛冬半年不同相态降水的统计分析得出,青岛冬半年纯雨日数1月最少,纯雪日数2月最多,12月和1月是雨夹雪及雨雪转换日数占当月降水日数比例最高的两个月。通过个例分析表明,雨雪转换过程多与冷空气入侵相联系。温度场和风场条件能较好地反映出雨雪转换的特征,降温和风向转换在850 h Pa以下层更为明显。探空资料分析表明,850 h Pa、925 h Pa、1 000 h Pa和地面气温对不同相态降水都有很好的指示意义,越低层指示性越好。0℃层高度对不同相态降水同样具有指示意义,100~500 m高度是雨雪转换的关键高度层;以不同高度层气温为指标确定出青岛冬半年降水相态预报判别指标。     

辽东半岛南部冷流降雪的统计特征及相关要素分析

辽东半岛南部地区及周边海域在特定的季节、天气形势和条件下可能会造成灾害性的冷流降雪天气, 提高冷流降雪预报准确性, 对沿海地区防灾减灾具有重要意义。本文利用1981—2021 年辽宁地区各气象站逐日降水资料及ERA5 再分析资料, 运用统计学和物理量诊断方法对辽东半岛南部地区冷流降雪的气候特征、发生规律及成因进行了分析。研究结果表明：辽东半岛南部地区冷流降雪强度弱, 主要以小雪为主; 降雪次数和降雪量均呈现南多北少的特点, 前者年际变化趋势平稳而后者较大; 12 月是冷流降雪发生的主要月份, 而11 月和2 月是降雪强度较强的月份。冷流降雪的产生和较大的海洋表面与大气温差、低层不稳定层结、海陆地形作用有密切关系; 当500 hPa 和850 hPa 影响系统为冷涡或低槽、辽东半岛南部及周边海域低层为偏北风且相对湿度条件较好、1 000 hPa 对应正相对涡度等条件时, 可以预测辽东半岛南部可能出现冷流降雪; 海表温度（Sea Surface Temperature, SST） 与850 hPa 温度之差直接决定了地面冷流降雪量的大小。     

济南春季一次罕见降雪过程成因分析

利用高空和地面观测资料、温度廓线仪资料、L波段雷达资料、NCEP资料对济南春季一次罕见的降雪过程进行了分析。结果表明:降雪过程的水汽输送主要来自于中层,由700h Pa西南急流提供;低层冷空气垫的维持,有利于中高层西南气流的爬升;强降雪发生在850h Pa冷平流开始减弱,700h Pa暖平流增强的时段内,是典型的回流降雪形势;925~1000h Pa的温度和降水相态的转变相关性更好,温度廓线仪资料可信度比较高,可以很好地反应降水相态转变时边界层温度的垂直分布;未出现降水时,市区和郊区边界层内的温差大;出现降雪后,市区和郊区边界层内的温差比较小。     

夏季低压控制下黄海西北部海域海雾发生气象条件合成分析

利用瞬变扰动分析的原理,提供了一个可以客观判定海雾发生时天气类型的方法。在分类结果的基础上,对环流形势、散度和垂直速度以及温度湿度的垂直廓线等进行合成分析,得到低空(1 000 h Pa)为低压扰动下发生海雾(L型海雾)的环流和物理量场基本特征,并与高压控制下海雾(H型海雾)进行对比,结果表明:1)L型海雾位势高度负异常扰动主要表现在低层,其平均值为-65.66 gpm,向上逐渐减弱;2)L型海雾在发生时其逆温强度小于H型海雾,雾层较厚,雾层上空湿度仍然比较大,而H型海雾雾层上空有比较明显的干层;3)L型海雾在垂直方向上的分布具有三层结构,第一层1 000~950 h Pa为辐合伴有弱上升和下沉运动,第二层950~850 h Pa为辐散伴有弱下沉运动,第三层850~500 h Pa为逐渐加强的上升运动;H型海雾为两层结构,1 000 h Pa为辐散伴有弱的上升和下沉运动,950~500 h Pa为一致的下沉运动;4)概率密度统计分析进一步定量表明了L型和H型海雾发生时垂直运动以及相对湿度在各层中的分布情况。这些结论对黄海西北部夏季低压环流形势下海雾的预报提供了重要参考。     

2014年鲁南一次暖切变暴雪过程的诊断分析

利用常规观测资料、自动站资料及NCEP1°×1°再分析资料对2014年2月4—6日鲁南暴雪过程进行诊断分析。研究表明:(1)500h Pa的短波槽,700h Pa和850h Pa暖式切变线及低空急流是造成这次暴雪的关键影响系统,同时位于华北700h Pa的小高压对强降雪的形成也起到关键作用。(2)东南低空气流的移动跟雨区的移动具有很好的对应关系。第一阶段降雪的水汽辐合主要集中在700h Pa,第二阶段的水汽辐合集中在对流层低层。(3)此次降雪过程降水相态的温度与厚度判据与经验统计预报指标一致。     

青岛沿海海雾决策树预报模型研究

利用青岛2006—2013年4—8月地面观测资料以及FNL再分析资料,采用分类与回归树(CART)方法建立了青岛沿海海雾决策树预报模型,并根据2014年4—8月海雾预报空报情况,调整了预报模型中部分判别流程及预报指标阈值。2015年5月预报结果表明:修订后的青岛沿海海雾决策树预报模型72 h内海雾预报准确率可达70%—75%左右,表明修订后的海雾决策树预报模型可基本满足常规业务预报需求。青岛沿海海雾决策树预报模型中2 m相对湿度和海表温度最为关键,另外850 h Pa风向在海雾判别中也很重要,而且随着季节的不同判别阈值也明显不同。     

山东相态逆转降雪天气的特征与预报

采用高空和地面观测资料,对山东1999—2013年24次有相态逆转降雪过程的影响系统、出现时间、逆转前后的温度变化及各类系统逆转的天气形势特征进行了统计分析。结果表明:1)低槽冷锋、江淮气旋、黄河气旋和暖切变线可在山东产生降水相态逆转,而回流形势降雪不会产生逆转。2)山东降水相态逆转发生在11月—次年4月,以12月和1月居多,12月频率最高;有明显的日变化,14时前后最容易发生逆转,而23时—次日05时最少。3)雪转雨时最显著的特征为地面2 m气温升高,升温幅度多在1~2℃;850 h Pa以下至地面的温度至少有1~2个层次升温。4)地面2 m气温对逆转的指示性最好,降雪时在0℃左右,略高于通常降雪阈值,最低为-1℃;其次为1 000 h Pa,降雪时接近于0℃。5)对流层低层暖平流升温或温度日变化升温导致雪转雨,温度平流弱时温度日变化起主要作用。各类天气系统的逆转范围、时段等有明显差异。因此,对于降雪阈值附近的相态预报,需综合考虑低层温度平流和日变化两个因素,重点关注地面2 m气温能否升温,午后为关键时段。     

辽宁东南部一次强降雪天气的成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等对2015年2月25日辽宁东南部一次强降雪过程进行分析。结果表明:此次强降雪过程发生在低空切变线东侧暖湿区对应高空急流出口区左侧的辐散区内,有强的水汽辐合中心;地面偏南气流受山前地形抬升作用在强降水区形成风向辐合和850 hPa以下急流中心,是造成强降雪的主要原因之一;暴雪过程开始前6 h出现温度平流随高度减小的配置,假相当位温空间分布上锋区的形成,有利于不稳定层结的建立; 8～12 h前正涡度平流、中低层风向辐合带、近地面冷空气层的建立以及次级环流的形成加强了上升运动,对强降雪预报具有很好的指示作用;在降水相态是雨或雨夹雪时,雷达回波最大强度达到40～45 dBZ,而强降雪时回波强度为20～25 dBZ;当大连本站850 h Pa温度以及1 000 hPa与850 h Pa两层等压面之间的厚度处于雨雪转换临界值时,大连南部为雨或雨夹雪,北部为雪,此时出现强降雪,回波高度基本在6 km以下,最强回波25～35 dBZ维持在1 km以下,近地层为弱偏北风,与其上的西南风在边界层形成切变层,将暖湿气流抬升,为强降水提供动力条件。     

有利环流形势下北京降雪空报原因

利用常规资料及微波辐射计、风廓线等新型探测资料,分析了2007年2月7日当大尺度环流形势非常有利并且华北东部地区出现大范围降雪的情况下,京津地区未产生降水及导致预报失误的主要原因。大范围环流形势演变分析结果表明,700 hPa以上辐合系统前部的偏南气流将水汽输送到降水区,且回流冷空气形成的冷楔和华北倒槽提供了有利的背景条件。弱冷空气南压导致倒槽填塞没有影响京津地区而且边界层内辐合系统产生的上升气流较弱是造成京津绝大部分地区未出现降水的原因之一。大湿度区层次高、湿层薄是北京城区没有降雪的另一重要原因。造成此次降雪空报的主要原因是:数值模式对边界层相对湿度预报过高,且时效间隔较长、其间的天气形势难以判断;不利于降雪的实况信息显现得过晚。北京东部个别测站出现降水的可能原因是在短时回流条件具备的同时有高空槽过境,但动力抬升条件差。在较强偏南暖湿气流提供水汽的同时,海拔高、水汽易于凝结是北京西北部的几个较高海拔测站出现降雪的原因。     

鲁南初冬一次罕见特大暴雪的成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2015年11月23—24日山东南部出现的一次罕见特大暴雪天气过程进行诊断分析。结果表明:1)这是一次典型的回流形势降雪,850 h Pa东南风急流影响的鲁南地区降雪强度较大,而东北风急流影响的区域降雪强度较弱。2)700 h Pa强西南低空急流、850 h Pa东南低空急流为鲁南地区降雪提供了充沛的水汽,水汽通量的强辐合区域即为大暴雪的发生区域。3)暴雪区上空散度呈现出弱辐散—强辐合—强辐散的垂直结构;暴雪落区与高空的强辐合中心以及强上升运动中心吻合度较高。4)暴雪期间,850~925 h Pa之间维持一个逆温层;强冷空气使得925 h Pa以下边界层温度锐降导致降雨迅速转雪,降雪持续时间长是鲁南地区产生异常强降雪的重要原因。     

山东半岛冷流暴雪的WRF数值模拟方案研究

采用WRF数值模式,选择2005年12月6—7日和21日两次冷流暴雪天气过程进行模拟,通过有Kessler微物理方案和无微物理方案进行了敏感性试验对比分析。结果表明,有Kessler微物理方案对冷流降雪过程模拟效果好,模拟的降雪量和降雪落区更接近于实况,对流层低层温度平流和风场辐合能够揭示冷流暴雪产生的原因。而无微物理方案模拟的山东半岛降雪量较实况明显偏少,850h Pa温度冷平流的绝对值偏小,且风向辐合的交角偏小,辐合强度偏小。     

一次渤海“切变线”诱发强对流天气监测及可预报性探讨

利用micaps3.2系统强对流实况监测、渤海6部天气雷达、海洋WRF模式等同步资料,对2015年8月31日渤海一次典型"暖式切变线"引发强对流天气过程进行综合分析及可预报性探讨。结果表明:天气尺度系统的有效配置为不同时段的中尺度对流系统发展提供了环流背景条件。08—20时渤海湾一线925—850 h Pa切变线东移增强,08时临近探空K指数35℃、SI指数-1.81℃及CAPE为166 J/kg,垂直风切变16 m/s,导致天津一线的强对流天气发生。20—02时低层925 h Pa"暖式切变线"北抬,20时K指数32℃,SI指数为1.36℃,CAPE达383 J/kg,垂直风切变为19 m/s,对流性不稳定能量增强,在渤海中部的切变线附近诱发多个中γ、β尺度强对流风暴单体,在雷达回波"列车效应"下,造成了秦皇岛近海新一轮强对流天气过程。WRF模式数值模拟与实况对比:对流有效位能(CAPE)08时初始场运行结果误差大于14时;逐小时强对流回波带演变与925 h Pa切变线和CAPE高值区较一致;强垂直运动和边界层水汽辐合触发CAPE的释放;在辽东湾北部Δθse(850—500 h Pa)较弱干冷切入与对流系统的发生、落区有一定对应关系;雷达监测网与WRF物理量叠加是提升海区强对流预警方法的有效途径之一。     

2005年山东半岛特大暴风雪分析

利用常规资料及MM5模拟结果,对2005年12月3-22日山东半岛特大暴风雪过程进行分析,结果表明：此次过程发生在前期异常偏暖,而在强冷空气导致寒潮爆发的形势下,强海气温差、日本海后部横槽持续气旋性弯曲和强冷平流是大尺度环流背景,半岛北部一带850hPa气温下降到-12℃是出现大雪或暴雪的重要指标;中尺度分析的结果表明,冷流降雪的散度、垂直速度、涡度垂直结构不同于一般暴雨过程,其上升运动、高空辐散等局限在500hPa以下的对流层中低层,使冷流降雪由低云引起,为更深入了解冷流降雪的机制提供参考。     

一次局地大暴雨的地面观测资料同化预报试验研究

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其3DVAR(3-Dimentional Variational)资料同化系统,采用36 km、12 km、4 km三层嵌套网格进行逐3 h资料同化和快速更新循环预报,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了资料同化敏感性试验。试验结果表明,地面观测资料同化和快速更新循环对本次降水的预报起到了关键性作用。在快速更新循环预报时不同化地面观测资料,或同化全部观测资料进行冷启动预报,模式均不能预报出山东的降水。同化地面观测资料后,显著改进了模式降水落区预报。地面观测资料同化可以影响到700 hPa高度以上温压湿风要素的变化,从而改变了大气初始场的温湿结构,导致模式预报的700 h Pa附近高空大气湿度和热力不稳定增强,700 hPa以下低层风场更强,850 h Pa鲁中以南风速较无观测资料同化的偏强2～4 m·s-1,低层风场的动力作用触发高空的不稳定大气,降水出现在山东。     

2018年6月青岛近岸一次海雾导致能见度变化的成因分析

2018年6 月5~9日青岛近海发生一次海雾天气过程,为6月9日2018上海合作组织青岛峰会开幕式演出的天气预报服务,特别是能见度精细化预报带来了很大的预报难点。本文分析了此次海雾天气的生消过程,并重点讨论了6月9日能见度变化的主要原因。4~7日边界层内接近接地的强逆温层的建立,有利于海雾的形成与维持。由于白天时段日射增温导致能见度好转,海雾出现日变化。自7日夜间开始地面气压场梯度明显减弱,南风减弱转为偏东风,暖湿气流供应减弱不利于海雾天气的维持。8日之后,边界层内上升运动逐渐增强且混合层高度明显增加,中低层干冷空气的侵入,导致边界层内逆温结构被破坏、近地面湿层消失,使此次海雾过程趋于消散。9日傍晚的能见度条件基本达到演出要求。9日夜间受焰火燃放污染物影响,能见度短时波动。各种海雾客观预报方法预报准确率达到66%左右,主观预报订正准确性高于客观预报。     

鲁西北持续性暴雨非地转湿Q矢量分析

利用常规观测资料、NECP/NCAR提供的1°×1°FNL全球再分析资料,对2012年鲁西北一次持续性暴雨进行了湿Q矢量方法诊断分析。结果表明:此次持续暴雨出现在有利的环流背景下,降水区域集中并有明显的中尺度特征,湿Q矢量方法是分析强降水落区很好的工具;925~850 h Pa湿Q矢量散度与强降水落区有较好的对应关系,但暴雨并不总是出现在湿Q矢量散度负值区中心,有时出现在湿Q矢量散度梯度大的负值区一侧;700 h Pa湿Q矢量涡度正值中心与散度负值重叠的区域是中尺度低值系统发展有利的区域,与未来6~12 h暴雨落区有很好的对应;湿Q矢量锋生函数差值预报强降水落区明显优于锋生函数。     

2018年春节期间琼州海峡持续性大雾监测分析

2018年春节期间,琼州海峡持续6 d（2月15—20日）有雾,最低能见度不足200 m。主要从气象卫星监测上分析此次琼州海峡持续性海雾的时间演变特征,并从大气海洋条件分析形成持续性海雾的原因,得出如下结论：1）2018年2月华南东侧西太平洋海面温度较常年同期偏高,有3个暖海面温度距平中心,为持续性大雾提供暖湿气流;2）此次持续性大雾过程琼州海峡位于均压场,但西南低涡起着辅助的作用,致使海洋性的南风在边界层抵御了干燥的大陆性气团,利于维持边界层的湿度;3）低层流场为暖湿气流,925 hPa近地面湿层上空有一个干中心维持,“上干下湿”的湿度层结有利于海雾维持和向上发展形成一定厚度的海雾;4）低云增加和弱降水是使18日全天海雾得以维持的重要因素。     

一次典型大范围冷流暴雪个例的诊断分析

利用常规天气图和WRF模式模拟的数据,对2010年12月30日发生在山东半岛的一次冷流暴雪过程进行了天气学诊断分析。结果表明:(1)这是一次典型的大范围冷流暴雪过程,500hPa低涡位置偏南(43°N以南)、850hPa西北冷平流范围广,强度强是造成本次暴雪范围大的主要原因,为强冷流降雪的产生提供了有利条件。(2)降雪的水汽来自渤海,由西北风向山东半岛输送,并在半岛北部辐合;高湿区集中在850hPa以下,湿层较为浅薄。(3)降雪落区与高相当位温脊的位置存在着对应关系,强降雪通常发生在脊线附近;θe等值线向上凸起的高能区集中在750hPa以下,大气不稳定层结较低。(4)强烈的上升运动集中在对流层低层750hPa以下,上升运动越强,降雪量越大。⑸受地形影响,西北风吹向辽东半岛时转为东北风,西北风与东北风在渤海中东部至山东半岛形成切变线,切变线的方向和位置决定了降雪的强度与落区;风速在半岛北部低山丘陵前辐合,有利于产生上升运动,使得降雪加强。     

“2011.07.25”山东乳山强降水中尺度分析

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、NCEP1°×1°再分析资料、卫星FY-2E的TBB资料、多普勒天气雷达观测资料等,对2011年7月25日山东乳山强降水进行分析研究,结果表明:(1)这次强降水主要影响系统是高空槽、低层暖式切变线和副高边缘的低空急流。强降水产生在850h Pa和925h Pa切变线附近,低层850h Pa以下有较强的西南气流向北输送大量的水汽,强降水的水汽来源于低层近海面的水汽输送和辐合。(2)强降水产生在高温高湿区,强降水期间,低层有明显的暖平流,高层有明显的冷平流,低层暖平流增强或高层冷平流增强时,降水强度也明显增强。(3)强降水期间,乳山的特殊海岸线地形抬升作用产生的上升运动与中高层入侵的干冷空气(伴有下沉运动)相遇,从而触发对流不稳定能量释放,降水强度增大,产生强降水。(4)乳山出现短时强降水主要是由中-β尺度对流云团造成的,此次强降水的TBB在-63~-52℃,云团发展迅速,高度较高,在云团发展阶段,其反应的云顶温度比实际的云顶温度偏高。(5)风暴低层逆风区和中-γ尺度气旋性涡旋,及风暴顶的强烈辐散,利于回波发展与维持,同时使高值区维持在风暴中层及以下高度,在环境因子有利的情况下产生降水效率较高的强降水风暴。     

青岛海雾的气候特征和预测研究

使用青岛市气象台近30年(1971-2000年)的气象观测资料,对青岛沿海发生的海雾进行了详细的气候统计和分析,揭示青岛海雾发生的基本气候特征;同时通过对青岛平流海雾发生时的天气图分析,得出入海高压的后部型和低压或倒槽的前部型及均压场型这三类地面天气形势场最容易导致青岛平流海雾的出现;最后根据平流海雾发生的特征,用逐步回归方法对平流海雾的预报因子进行了筛选,在此基础上,利用SVM(Support Vector Machines)的分类方法对青岛雾季发生的平流冷却海雾的预测进行了研究,预测结果表明了SVM方法对青岛雾季发生的平流冷却海雾有着较好的业务预报效果,为青岛海雾的预报提供了1种新的途径.