安庆市降水相态识别判据研究

利用1999—2014年11月至翌年3月安庆站逐日地面气象观测资料和探空资料,分析了安庆站不同降水相态的时空分布特征和雨雪转换过程中影响系统的配置及转变,选取雨雪转换、降雪和冰粒(包括冻雨)3种天气现象,研究不同降水相态与特性层温度及厚度层结的关系。结果表明:1999—2014年安庆市固态降水集中出现在11月至翌年3月;有降水相态转换的过程中,将850hPa及以下各层温度与地面温度结合对降水相态转变的识别具有更好的效果,当T_(850hPa)≥-4℃、T_(925hPa)≥-4℃、T_(1000hPa)≥-1℃、T_(地面温度)≥1℃时可以判定降水相态为降雨,各层温度继续降低将出现雨转雪,直接降雪在以上指标的基础上需要850hPa的温度降至-6℃及以下;H_(850—700hPa)和H_(1000—850hPa)厚度层结雨雪转换的临界值分别为154dagpm、129dagpm,低于此值则为雪,反之为雨;0℃层高度也可以作为降水相态转换的指标之一,当0℃层高度下降至1000hPa左右时为雨转雪;降水过程中逆温层普遍存在,各种降水类型的区别在于冰粒(冻雨)在850—700hPa之间存在一个0℃以上的暖层,而降雪需要逆温层温度小于0℃。     

新疆北部降水相态的识别判据研究

利用2005—2014年春秋两季月降水资料,统计分析了近10 a新疆北部4个站点的雨雪天气;利用同时期的高空资料,选取了500 hPa和850 hPa高度差(H_(500-850))、700 hPa和850 hPa高度差(H_(700-850))、850 h Pa和925 hPa高度差(H_(850-925))、700 hPa和925 hPa高度差(H_(700-925))、500 hPa温度(T500)、700 hPa温度(T700)、850 hPa温度(T850)、925 hPa温度(T925)共8个指标参与统计,得出4个站点的主要影响因子及降水相态判别指标;并利用判别指标对2015年3—4月、10—11月伊宁及乌鲁木齐站点出现的降水相态进行检验。研究表明:(1)伊宁T925、T850分别为2.5℃、-2.5℃时;塔城站点T925、T850分别为1.8℃、-1.5℃时可作为雨雪分界指标;伊宁、塔城两站T700对降水相态的指示意义不大;阿勒泰T850、T700、T500分别为-2℃、-8.5℃、-25.3℃时;乌鲁木齐T850、T700分别为-1.75℃、-9.3℃时,可作为雨雪分界,T500对乌鲁木齐降水相态的指示意义不大。(2)伊宁H_(700-925)、H_(850-925)分别为2220 m、680 m时;塔城H_(700-925)、H_(850-925)分别为2 207.5 m、675 m时;阿勒泰H_(700-850)、H_(500-850)分别为1522 m、4 052.5 m时;乌鲁木齐H_(700-850)、H_(500-850)分别为1520 m、4 067.5 m时,可作为雨雪的简单分界。(3)通过检验,总结出的雨雪判别指标可为新疆北部降水相态客观预报提供较好的参考。     

杭州市典型雨转雪天气成因及预报模型

利用2008—2018年的NCEP(1°×1°)再分析资料、常规气象观测资料和降雪加密观测资料,选出杭州地区10次典型的雨转雪天气过程,从大尺度环流背景和动力、水汽以及热力因子等物理量场结构方面展开研究,最终得出杭州冬季典型雨转雪天气的预报模型:①大尺度环流配置需满足能为雨转雪天气的形成提供有利的水汽、动力抬升以及中低层上暖下冷的逆温或等温层结条件;②水汽和动力因子等物理量须满足产生纯雪的特定条件;③杭州温度层结须为T_(2m)≤1.5℃、T_(925)≤-4.0℃、T_(850)≤0℃、T_(700)≤-1.0℃和T_(500)≤-10.0℃。此外,进一步补充了杭州可能产生大雪甚至暴雪量级降雪的特定条件。最终选取2019年初的2次典型降水过程进行预报回报检验。     

天津地区冬季降水相态识别判据研究

利用2000—2015年10月至次年4月天津地区逐日常规气象观测资料和ERA-Interim再分析资料(0.125°×0.125°),对天津地区发生的3种降水相态转换(雨转雨夹雪再转雪)的天气过程进行统计,分析降水相态转换过程中温度、湿度和不同等压面厚度特征,得到与降水相态转换关系密切的9种判别因子:850 hPa温度(T 850)、925 hPa温度(T 925)、1000 hPa温度(T 1000)、地面温度(T s)、1000~850 hPa位势厚度(H 1000-850)、850~700 hPa位势厚度(H 850-700)、0℃层高度、-4℃层高度和925 hPa相对湿度,给出每种因子对应不同降水相态的阈值,并通过3次天气个例进一步验证指标的可用性。在此基础上,综合利用9个判别因子和阈值指标建立降水相态判别方程,经检验发现雨和雪回代检验判别准确率达80%以上。     

深度神经网络方法在山东降水相态判别中的应用

利用欧洲中心(ECMWF)ERA-Interim再分析资料,通过分析2008—2017年山东冬半年不同降水相态(雨、雪和雨夹雪)下温度和位势厚度特征,统计得到8个降水相态判别因子(T_(2 m)、T_(1000)、T_(975)、T_(950)、T_(925)、T_(850)、H_(850-700)、H_(1000-850)),并给出每个判别因子降水相态阈值指标。然后利用8个判别因子和阈值建立降水相态判别方程和训练DNN模型,通过随机检验发现DNN法对雨、雪和雨夹雪的预报准确率分别提高1.9%、0.2%和21.6%;利用ECMWF细网格预报资料进行个例检验,雨、雪和雨夹雪共106站中判别方程法判别错误29站,DNN法判别错误14站,即DNN法的降水相态判别能力优于判别方程法,且明显提高了对雨夹雪的判别能力。     

北疆春季降水相态转换判识和成因分析

2014年4月13-15日北疆出现了大范围雨转雪天气和强降雪过程,给当地工农牧业及人民生活造成严重影响。对这次过程,利用天气学诊断方法,分析了其发生发展过程,并得到此次灾害性天气过程中雨雪相态转换和降水强度的预报指标。结果显示:(1)此次天气过程是在中亚低涡两次生成、发展和减弱过程中出现的。(2)中低层温度变化是预报北疆春季降水相态转换的关键因子和指标,中层温度可区分雪和雨夹雪,T_(500)-25℃、T_(700)-12℃可判定为雨夹雪转雪;低层温度可区分雨和雨夹雪,T_(850)-2℃和T_(925)2℃时雨转雨夹雪,T_(850)-4.5℃用来判别雨夹雪转雪。(3)春季北疆沿天山一带和天山山区的降水中水汽凝结起主要作用,中低层水汽冷凝结是影响降水强度的重要因子,水汽条件越好、冷空气越强、凝结厚度越厚、持续时间越长,则降水强度越强,水汽冷凝结强度决定了降水强度的大小。     

贵州省不同强度区域性凝冻过程环流形势对比分析

利用贵州省84个气象站逐日观测资料以及再分析资料,对4种不同强度区域性凝冻过程进行对比分析。结果表明：500 hPa位势高度场上中高纬度的亚洲东部区域距平场呈现“+-”的分布或有切断低压分布,贝加尔湖至中国华北地区以经向环流为主;850 hPa风场上云南南部以南受偏南风和西南风控制,并且在江南至华南存在西南或西风急流,是4种不同强度凝冻过程中形势场共性特征。500 hPa高度场上中高纬度地区呈两槽一脊或一槽一脊分布;风场上850 hPa东北风回流和700 hPa西南急流形成上暖下冷的形势场,同时850 hPa形成稳定低层切变线;温度场上存在冷-暖-冷的夹心结构,近地面层0 ℃线维持在900 hPa以下,均是较强等级以上的区域性凝冻过程中形势场共性特征。而对于一般性区域性凝冻过程,500 hPa位势高度场上呈多槽脊分布,风场上是否存在东北风回流和低层切变线,温度场上是否存在冷-暖-冷的夹心结构以及近地面层0 ℃线位置等特征均不统一。温度剖面图上,当近地面层0 ℃线位置最低时或出现冷-暖-冷的夹心结构时段与凝冻过程影响范围最广、灾情最重的时间段对应。     

山东冬半年降水相态的温度特征统计分析

采用济南和青岛1999-2011年的降水、高空和地面观测资料,研究了山东冬半年降水相态与影响系统的关系及温度垂直变化特征,获得不同降水相态的温度预报指标.结果表明:(1)降水相态变化与影响系统有关,江淮气旋和回流形势产生的大雪以上强降雪存在雨雪转换,低槽冷锋、黄河气旋和切变线(低涡)多产生中雪以下直接降雪.(2)无相态变化的降雪过程一般发生在温度较低、垂直变化单一的条件下,850 hPa以下各层均有明显温度阈值.(3)有相态转换的降雪过程中,850和925 hPa的温度对于雨、雪、雨夹雪的识别没有明显指示性,1000 hPa以下的温度最为关键,将925 hPa以下各层与地面的温度结合起来判别相态,较使用单一特性层温度更为可靠;冰粒区别于其他降水类型,在温度场上的显著特征为700 hPa的温度较高.(4)0℃层高度可用于雨雪转换指标:降雨时0℃层高于925 hPa或在925 hPa上下,当0℃层的高度降至1000 hPa上下时转为降雪.(5)雨夹雪和冰粒发生在有雨雪相态转换的降水过程中,为过渡形态,不会单独出现.     

太原汛期短时强降水环流分型及环境参量分析

应用太原1996-2015年7个国家气象站、2008-2015年63个区域站6-9月逐时降水资料及相关探空、地面观测资料,对太原短时强降水日环流配置进行天气学分型,分析各流型下关键环境参数分布特征。结果表明,太原发生短时强降水的500 hPa环流形势有四种:冷涡型、高空槽型、高空槽加副高型、西北气流型。太原短时强降水常发生在比较温和的对流有效位能(CAPE)环境下,大部分过程CAPE值≤1500 J·kg^-1,冷涡型则≤1000 J·kg^-1。西北气流型850 hPa与500 hPa温差(ΔT850-500)大,静力不稳定度比其他型更强,且500 hPa有明显的干层存在。高空槽加副高型K指数大,且暖云厚度均值达3576 m,明显大于其他型2471~2608 m的均值。冷涡型全部、高空槽型85%的过程出现在弱0~6 km垂直风切变环境下,而高空槽加副高型、西北气流型0~6 km垂直风切变相对较大,35%以上达到中等强度。冷涡型、西北气流型短时强降水太原上空700 hPa水汽常比850 hPa更充沛。太原超过70 mm·h^-1的极端降水出现在西北气流型下,有中等强度的CAPE值、强层结不稳定、弱0~6 km垂直风切变、3550 m以上暖云厚度,中低空水汽充足,这些环境参量的配合对强降水效率有很好的指示意义。     

“14·02”湖南三次雨雪过程对比分析

本文利用常规探空和地面观测资料、NCEP 1.0×1.0再分析资料及多普勒雷达资料,对2014年2月上中旬发生在湖南的三次雨雪过程(简称"14·02")进行了对比分析。结果表明:(1)第一次过程湘南出现冻雨,温度层结表现为850~700 hPa有明显逆温层,700 hPa温度高于0℃,850和925 hPa温度低于-4℃,地面温度低于0℃。从主要影响系统配置来看,700 hPa强盛的西南急流为水汽的输送和湘南融化层的形成和维持起到了重要作用,低层冷空气受南岭山脉阻挡而形成的地面静止锋和深厚的冷垫是导致湘南冻雨较长时间维持的原因。(2)第二、三次过程以降雪为主,温度层结显示地面温度0℃左右,地面以上层次温度低于0℃。(3)第三次雨雪强度最强,暖湿空气沿锋面强迫抬升,在低层冷空气共同作用下,导致较强雨雪天气的发生。雷达回波显示强降雪过程具有积层混合性降水回波及低质心高效降水回波特征。     

一次暴雪成因及相态演变分析

利用河南省地面气象站监测资料、NCEP/NCAR再分析资料,探讨了2017年2月21日河南省暴雪成因及相态演变与温度的关系。结果表明:700hPa西南急流及850~925hPa的偏东急流为暴雪提供了充沛的水汽,东南部暖倒槽的发展为暴雪的产生提供了有利的动力抬升条件。700hPa与850hPa水汽通量散度辐合叠加区域与暴雪区对应较好。当2m温度大于1℃或700hPa以下温度均高于0℃时为雨;当2m温度小于-1℃时或700hPa以下温度均低于0℃时为雪;当2m温度在±1℃之间时,降水相态较复杂,要结合中低空的温度来确定降水相态,即近地层温度(1 000hPa以下)在1~2℃时,并且750hPa附近有高于2℃的暖温层时,降水相态为雨;若低于2℃则为雨夹雪或雪。     

两次雨转大到暴雪过程的降水相态变化分析

对2013年2月的浙江两次雨转大到暴雪过程的环流背景、相态变化与地面气温及温度的垂直结构特征进行分析。结果表明,各种降水相态出现时的地面温度区间范围较大。850~700 h Pa有逆温层是降雪的有利条件,700 h Pa附近逆温层顶温度在零度以下,云顶高度较高或在925 h Pa有强干冷空气楔入时,即使地面温度高于2℃也有可能出现纯雪。反之700 h Pa附近有大于零度的暖层存在、凝结层高度较低时,地面温度低至-1℃以下也可以出现纯液态降水。     

一次回流型降雪过程的成因和相态判据分析

利用常规高空和地面观测资料、天津铁塔和雷达资料、全球资料同化系统(GDAS)分析资料、雷达变分同化分析系统资料、EC和NCEP再分析资料对2016年11月20—21日天津初雪天气进行成因分析,结果表明:本次过程是在高空槽和回流冷空气共同作用下产生的,主要水汽来源为对流层中低层槽前西南暖湿气流和回流东风,回流东风经渤海低空运行时吸收水汽由"干冷"变为"湿冷";动力条件主要来自回流冷垫的动力抬升作用,降水期间回流东风层厚度由1.5km增加至2km;锋面上的非地转次级环流可将回流东风水汽向上输送成为降水原料,同时可加强其上暖湿空气的垂直上升运动;高空云水粒子向云冰粒子的转换和边界层回流冷空气加强对本次雨雪相态转换是不可或缺的,回流冷空气北风分量风速和厚度陡增、800～950hPa出现均温层、云冰粒子陡增并向低空延伸、700～850hPa与850～1000hPa厚度的变化特征对雨雪相态的判别均有较好的指示作用。     

湖北省两类典型极端降水过程气象因子异常特征对比

利用NCEP/NCAR再分析数据和其他常规观测数据,对湖北省两类典型极端降水型(南北气流汇合型、南北槽叠加型)的天气背景及气象因子异常特征进行分析,结果表明:南北气流汇合型500 hPa上形成南北气流汇合形势,低层切变线南侧南风发展异常强盛,地面上冷锋入暖槽形成静止锋,动力因子(850 hPa涡度、200 hPa散度)和水汽因子(大气可降水量)异常特征显著;南北槽叠加型500 hPa上形成南北槽叠加形势,低层或边界层形成显著低涡切变,地面上暖低压强烈发展,动力因子(200 hPa散度、925 hPa涡度)和不稳定因子(700 hPa温度平流)异常度比例偏高。最后给出了两类集天气背景与气象因子异常度配置于一体的极端降水天气概念模型。     

池州地区冬半年固态降水及其环流背景统计特征

基于2003－2018年池州冬半年观测资料，采用T-mode主成分客观分析法（TPCA）等方法进行固态降水与环流背景的统计分析。结果表明：池州172个固态降水日中，固态降水的主要月份占比分别是1月的44.8%、2月的27.9%和12月的16.3%；其中雨雪转换、纯雪和冻雨3类占比分别为55.2%、41.3%和3.5%。环流形势可划分为一槽一脊型（Ⅰ型），纬向波动型（Ⅱ型）和两槽一脊型（Ⅲ型），Ⅰ型占比最多，Ⅱ型次之，Ⅲ型较少。Ⅰ～Ⅲ型分别代表北方冷空气从中路、西路和东路南下，池州固态降水过程主要受中路冷空气影响。Ⅰ型气温最低，出现固态降水概率最高，是其它形势3倍以上；Ⅱ型气温最高，出现固态降水概率最低。除Ⅲ型外，纯雪过程中低层温度均较雨雪转换过程低2.0 ℃左右；雨雪转换过程中925 hPa温度与850 hPa基本相同，一般在-4.0～-5.0 ℃之间，而纯雪过程则较850 hPa偏高1.0 ℃左右；雨雪转换过程1000 hPa温度基本在0 ℃附近，纯雪则在0 ℃以下。925 hPa盛行东北风，850 hPa存在气旋性环流，配合700 hPa上12.0 m/s左右急流、水汽通量及水汽通量散度大值中心，有利于池州固态降水的产生。它一般属于大尺度降水，层结稳定，锋区位于700 hPa以下，低层有冷平流，切变线一般位于850～800 hPa之间。     

内蒙古东南部大到暴雪过程影响系统及物理量场特征分析

利用1951—2013年63a的地面观测、MICAPS、NCEP、历史天气图等资料,将发生在内蒙古东南部的150次大到暴雪过程的700hPa影响系统分为7种类型,对其中2007—2013年的26次大到暴雪过程,分型统计了25个测站中的降大到暴雪的测站的物理量场。结果表明:散度场总体表现为低空辐合、高空辐散的特征,对应了高、低空急流的耦合作用,使得垂直速度场维持整层、长时间的强上升气流,因类型不同达到的高度有所不同;最大相对湿度分布在925~500hPa之间,水汽通量散度辐合主要表现在925~700hPa,比湿场随高度增高迅速减小,各类型925hPa最小比湿在2~2.9g·kg~(-1)、850hPa最小比湿在1.7~3.2g·kg~(-1)之间,反映了低空西南暖湿急流的作用,尤其是925hPa超低空急流对大到暴雪的贡献;75百分位的1000hPa即近地面层基本为冷平流,925hPa以上均为暖平流,具有冷垫作用,为大到暴雪的发生提供了动力触发条件。     

一次晚春降水相态变化特征及成因

应用常规观测资料、自动站资料、雷达资料及1°×1°NCEP再分析资料,对2013年4月19日河北省一次晚春回流降水相态变化特征及成因进行了分析。结果表明:河北中南部地区相继受东西2股冷空气影响,前期东路冷空气从850 hPa以下入侵,之后西路冷空气随700 hPa高空槽东移加剧了中南部地区的降温,使大范围降水出现相态变化;地面温度对本次降水过程的雨雪相变指示性不大,但地面气压的变化早于地面温度,对预报具有一定的指示意义;700 hPa低空急流对中空暖层的形成起决定作用,当暖层消失,降水相态完全转为降雪,925 hPa上-2℃温度特征线与降雪区对应较好,通过温度的垂直结构来辨别相态更为可靠;雷达回波的0℃层亮带出现高度在4.7 km左右,其高度的快速降低与降水相态转变时间一致。     

辽宁地区雨雪转换天气的判别和分析北大核心

利用2011—2020年辽宁地区逐小时地面观测数据和定时高空观测数据,统计分析纯雪、雨雪转换两类降水天气特征。结果表明,辽宁地区2011—2020年雨雪转换日数与纯雪日数比值为1∶5,沿海地区多于内陆,雨雪转换时主要有5种天气类型:空中槽型、北上气旋型、低涡切变型、冷平流型、回流型,其中,空中槽型雨雪转换日数最多,占总日数的42.8%;冷平流型和回流型相对较少,分别占9.4%和7.8%。地面2 m气温、0℃层高度、抬升凝结高度、抬升凝结高度气温与地面2 m气温差、700~850 hPa位势高度差、850~1000 hPa位势高度差等6个气象因子对鉴定辽宁地区降水相态有一定参考意义。利用高分辨的欧洲细网格资料对2021年2月28日雨雪天气过程的降水相态进行诊断分析,结果表明,雨雪相态的转变对对流层低层温度平流非常敏感,0℃层高度、冰雪层厚度、粒子降落行程与降水相态之间关系密切;当0℃层高度降低(由920 hPa到950 hPa),云中冰雪层增厚(由430 hPa增至530 hPa),液态水层变薄(由20 hPa到10 hPa),云中冰雪物下落到地面的行程缩短(由780 m降至410 m),下落环境温度降低(由3.5℃到0.5℃),降水相态由雨转换为雨夹雪或雪。     

青岛短期降水空漏报及小量降水预报指标分析

对2011年青岛短期降水空漏报进行了分析,并利用近年来观测资料,对暖湿气流降水、伴随海雾出现的毛毛雨及冷流降雪三种小量降水预报指标进行了研究。结果表明,500hPa西风槽尚未进入或刚进入山东省时,青岛处于槽前西南暖湿气流影响下,低层存在上升运动、925hPa,850hPa,700hPa相对湿度两层达到80%且K指数大于32℃全区可出现有量降水;受台风外围东南暖湿气流影响时,除满足低层相对湿度、上升运动外,还需关注低空急流存在与否。伴随海雾出现毛毛雨的预报指标为湿层厚度大于等于300m,湿层平均相对湿度大于等于92%。青岛北部地区出现冷流降雪时,850hPa以下风向多为N-NNW向,850hPa风速基本达到10m/s或以上,850hPa温度多在-12℃以下,925hPa温度露点差多小于等于5℃,当500hPa环流存在横槽转竖或横槽南压时,冷流降雪也可影响到青岛南部地区。     

诊断分析技术在山西强降雪预报中的应用

利用常规探测资料和诊断分析方法,对2009年11月9 12日山西大范围持续强降雪天气过程进行了综合分析。结果表明:(1)500 hPa阻塞形势和低空低涡切变线稳定维持,700 hPa西南急流、850 hPa偏东急流、850 hPa和925 hPa强偏东北气流等三支强气流稳定维持,地面回流形势与河套倒槽共同强烈发展并稳定维持,是造成此次大范围持续强降雪的重要原因。(2)强降雪出现前,低层中纬度持续有暖湿空气向山西地区输送,暖湿中心强度持续增强;从其水平结构变化看,可将此次过程分为锢囚降雪、回流降雪、暖倒槽降雪和持续降温四个阶段,各个阶段降雪特点不同。(3)强降雪区上空垂直热力结构为上冷、中暖、下冷,低层冷平流强度为普通暴雪的3倍;对流层中低层持续存在对流性不稳定,不稳定区内存在空气辐散,且持续有暖湿平流输入,导致对流性不稳定及其降水不断增强。(4)此次强降雪天气过程中,山西上空大气可降水量累计达到35~88 mm;随着低层和近地层风场的加强和辐合,大气可降水量不断增加,强降雪也呈现持续增加的趋势。(5)强降雪前及整个强降雪期间,强降雪区上空300 hPa以下为水汽散度通量正值区,其强度在500~600 hPa达到最强,且强度为普通暴雪的6倍,而高层和低层均存在弱的辐散。