莱州湾冷流降雪的气候特征及其成因分析

利用2000—2013年莱州湾各气象站逐日降水资料、常规资料、海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,对莱州湾冷流降雪的气候特征及成因进行了分析。结果表明:莱州湾降雪强度较小,中雪和大雪主要集中在莱州湾东部地区。降雪持续时间较短,一般在12h以内。冷流降雪次数呈现东部多西部少的特点,年际变化明显,存在显著的6~7a年际尺度的周期变化。1月是冷流降雪的主要月份,12月下旬至1月上旬是主要旬份。冷流降雪主要时段集中出现在08:00左右。近14年冷流降雪次数与同年份的冷空气次数存在显著的正相关。发生冷流降雪时850hPa及以下各层均有明显的温度阈值。莱州湾海温和海气温差过高或过低都不易出现冷流降雪。低于5℃为发生冷流降雪的地面2m温度阈值,该阈值明显高于内陆降雪的阈值。冷流降雪发生时,500hPa以槽后(含涡后)西北气流为主,700、850hPa都处在西北气流控制下,925、1000hPa为西北风、偏北风或东北风3种形势。     

鄂西北两次强降雪的滴谱特征和积雪深度预估方法

利用丹江口站Thies Clima激光雨滴谱仪(TCLPM)和地面人工加密观测资料对2010年12月14—15日和2012年1月20—22日两次强降雪天气滴谱演变特征及预估积雪深度方法进行了分析探讨,结果表明:(1)激光雨滴谱仪能自动识别降水相态,结合地面人工加密观测结果,气温高于0.7℃,降水相态为雨,低于0.7℃为雨夹雪,低于-0.5℃为纯雪,同时发现地面温度低于0.5℃,地面开始有积雪,且这两次过程地面风速比较低有利于地面积雪;(2)激光雨滴谱仪还可以很好地监测强降雪天气滴谱特征演变规律,回波强度(Z)、平均直径(D_m)、降雪粒子水含量(W)、数浓度(N)随降雪强度增强而增大,且两次过程中D_m、Z、N、W均与地面积雪速率(VSD)均有不同程度的正相关性,W与VSD相关性更好,分别达到了0.844和0.926;(3)选取降雪粒子水含量W与地面积雪速率进行一阶拟合,得出地面积雪速率预估方程,通过纯雪阶段地面积雪速率预估值(VSDF)和地面积雪深度预估值(SDF)与利用雨滴谱仪实测资料反演的VSD、SD两者进行比较,发现它们两者非常接近,说明通过这种方法可以较好地预估地面积雪速率和积雪深度,其结果可以再现地面积雪跃增的主要时段。     

寒区浅水湖冰生消特征及其影响因素

基于2019—2020期间在盘锦市含章湖利用浮式观测平台开展湖冰原型观测试验,分析不同因素对湖冰变化造成的影响.结果表明:99 d冰期内湖冰的生消过程可概述为:湖泊封冻(3 d)—稳定生长(62 d)—冰厚稳定(7 d)—加速消融(24 d)—破碎分解(3d).生长期冰厚的平均增长速率为0.4 cm/d,最大冰厚为30.7 cm;不同深度(5～17 cm)冰温对气温变化的响应存在滞后性,滞后时间为70～158 min,冰温与气温的最大相关系数为0.52～0.89;降雨过程造成冰面反照率由0.22降至0.09,影响了冰内温度以及冰下40 cm以内的浅层水温,但14 mm的降雨量并未引起表面冰厚增加;降雪过程造成冰面反照率由0.25升至0.90,同时阻碍了 5 cm以内的浅层冰温对气温变化的响应,但风速长时间大于8 m/s时会导致冰面积雪被吹散,冰面重新裸露;消融期冰厚的衰减过程呈抛物线趋势,存在显著的加速过程,融化速率由0.3 cm/d逐渐增加到2.7 cm/d;湖冰生长期的冰底热通量均值为4.8 W/m~2;到消融期增加至8.1 W/m~2,为生长期的1.7倍;太阳辐射与湖冰边界侧向融化是导致湖冰加速融化的关键因素.本研究填补了国内湖冰冻融全过程实测资料的空缺,为湖冰热力学模型的改进提供了科学支撑.     

2008年1月中国南方低温雨雪冰冻天气特征及其天气动力学成因的初步分析

在欧亚大陆中高纬度长期维持阻塞形势的背景下,2008年1月11日至2月2日中国南方连续经历了4 次低温雨雪冰冻天气过程(简称"0801南方雪灾").这次强天气事件过程范围广、强度大、持续时间长且灾害极为严重.其天气学特征表现为中高纬阻塞形势稳定少变,低纬系统活跃确保水汽输送,以及南方部分地区满足冰雪风暴形成的有利天气条件等.研究表明,导致大气环流异常从而促使这次低温雨雪冰冻强天气事件出现的主要因素包括:(1)北极涛动(AO)的异常活跃,有利于行星尺度波动的稳定维持;(2)阻塞上游50°N区域有极强的负涡度平流持续输送到阻塞区,使濒临崩溃的阻塞形势得以重新加强,从而使阻塞形势长时间稳定维持;(3)青藏高原以南低纬地区南支气流活跃,确保中国南方充沛的水汽来源;以及(4)长期存在有利于冰雪风暴生成发展的天气-动力-物理学条件等."0801南方雪灾"事件一个突出的特征就是冰冻现象极为严重.文中借助新型卫星CloudSat的星载云廓线雷达(CPR)资料对这次事件中典型云系进行天气-动力-物理学分析,揭示出西南暖湿气流沿锋面爬升,形成界限分明上下交替的两个冷暖气团,冷气团较浅薄;在2-4 km高度存在一个融化层,冰水不仅存在融化层之上,在近地面层亦含有丰富的冰粒子.结合常规观测资料分析发现,在此期间中国南方大部地区中层(大约在850-700 hPa)存在温度大约在0-4 ℃的逆温层,地面气温大致维持在-4-0 ℃且相对湿度在90%以上,分析表明,此次大范围冰冻灾害天气是由于冻结、凝华和冰雾粒子的附着增长等物理过程共同作用的结果."0801南方雪灾"事件持续时间较长,事件本身作为一个整体其成因可追溯到行星尺度系统.研究极涡异常及其随时间变化的结果表明,平流层极涡变化比对流层的超前,尤其是该事件前期平流层极涡进入12月后就趋于加强,而对流层的极涡加强则明显滞后,并且直到1月中至2月初才快速加强;这意味着平流层蕴含着对流层极涡变化及伴随的强天气事件的先期信号,这可能是中长期预报的一个值得深入研究的方向.     

一次华北破纪录暴雪成因的分析研究

采用常规资料和多种非常规资料(卫星图像、多普勒雷达资料及地面自动站资料等)对2009年11月华北地区的大暴雪过程进行了诊断分析,并计算了锋生函数、能量收支、水汽输送等物理量,以探讨暴雪形成的原因。取得以下结果:(1)暴雪过程中出现了回流天气(且伴有"扰动"),这有利于水汽输送和水平辐合的加强,同时,冷高压的南侧低层有"倒槽"存在,对暴雪的形成有重要的作用。(2)雷达观测资料表明,石家庄西南始终有一条辐合线稳定维持,沿此辐合线不断有中尺度云团反复发展,而引起罕见暴雪。(3)由太原及邢台的探空曲线可知,有明显的锋面及逆温区存在,利于不稳定能量的积累。因不存在"暖鼻",故只是降雪无冻雨发生。(4)在上述资料分析和多项动力学诊断的基础上,提出了一类华北暴雪的物理模型。     

An extreme flood caused by a heavy snowfall over the Indigirka River basin in Northeastern Siberia

Flooding is one of the greatest disasters that produces strong effects on the ecosystem and livelihoods of the local population. Flood frequency is expected to increase globally making its risk assessment an urgent issue. In spring-summer 2017, an extreme flooding occurred in the Indigirka River lowland of Northeastern Siberia that inundated a large area. In this study, the extent and climatic drivers of the flooding were determined using the results of field observations, satellite images, and climate reanalysis dataset, and its possible effects on the ecosystem were discussed. In 2017, a significant lowland area of around 16,016 km² was covered with water even in July, which was 5,217 km² (around 4% of the total area) greater than the water-covered area in 2015 when usual hydrological condition in the area was observed. The hydrographic signature obtained for the Indigirka River water level in 2017 was unusual. Although the water level rose sharply at the end of May (which was typical for the Arctic region), it did not fall afterwards and even increased again to an annual daily maximum value in the middle of July. The climate reanalysis dataset obtained for the temporal–spatial variations of snow water equivalent, snowmelt, and runoff over the lowland revealed that a large amount of snowmelt runoff in June and July 2017 produced a large water-covered area and unusually high river water levels that lasted until summer. Snow depth from winter to spring was largest in 2017 over the period from 2009 to 2017, and the surface of the lower reach of the lowland was partially covered with snow even in the end of June due to the extreme snowfall that occurred in October 2016. Such unusual hydrological conditions waterlogged most trees over the lowland, which caused serious ecosystem devastation and changes in the material cycle.     

应用GPS可降水量分析河北省一次回流降雪天气

利用地基GPS反演的可降水量资料、地面加密自动站和常规天气资料,对2011年2月发生在河北省的一次回流降雪天气过程进行了分析.结果表明:①降雪过程前期,GPS可降水量由西南向东北逐渐增大,后期自北向南减小,与西南暖湿气流的输送和地面冷高压的南压对应.②第1阶段降雪的主要影响系统为高空槽,GPS可降水量不断增加,对应的实际降水也是先增后减;第2阶段的降雪主要表现为回流降雪,降雪前期GPS可降水量迅速增长,实际降水出现在GPS可降水量峰值及下降阶段.随着地面冷高压逐渐南压,GPS可降水量逐渐下降,实际降水也逐渐减弱至停止.③在探空层结曲线上,高湿层位于地面附近和700 hPa附近,而二者之间的近地层存在着低湿层.     

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。     

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。     

Analysis of a Beijing Heavy Snowfall Related to an Inverted Trough in November 2009

This paper studies a heavy snowfall in Beijing that took place on 1 November 2009. The date of the snowfall was about one month earlier than the average. The National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data, conventional data, and Automatic Weather Station (AWS) data are utilized to explore the reasons for the snowfall and the influencing systems. The main conclusions are as follows: (1) It is revealed from the average geopotential height and average temperature fields at 500 hPa that the large scale circulation in November 2009 was favorable to snowfall. The cold-dry air from West Siberia and the warm-moist air from the Bay of Bengal converged in North China. In addition, it was found from the average moisture flux field at 700 hPa that the main water vapor source was in the Bay of Bengal. (2) Not only the "return current", as usually accepted, but also the inverted trough on the current had an important contribution to the snowfall. The inverted trough could produce the obvious upward motion that is an important environmental condition of snowfalls. (3) More attention should be paid to mesoscale systems such as mesolows during the cold season because of their importance, though they do not occur as frequently as in the warm season. It should be pointed out that AWS data are very useful in mesoscale system analysis during both warm and cold seasons.