雨雾共生天气下积冰模型关键参量的研究

利用在2008—2016年冬季湖北恩施雷达站、金沙本底站、神农架大草坪和神农顶观测得到的30次持续时间超过24 h的完整电线积冰过程观测资料,分析了雨雾共生天气对积冰过程的宏观影响,根据积冰过程的物理模型探讨了过冷雾和冻毛毛雨天气下关键模拟参量的分布特征,最后给出了雨雾共生天气积冰厚度模拟的演变特征。结果表明:山区积冰的持续时间是影响其过程最大冰厚的关键因素,雨凇过程中冻毛毛雨的发生时次最集中,且其出现可能导致冰厚爆发性增长,有无冻毛毛雨出现时段的冰厚增长率平均值分别为1.26 mm·h-1和-0.11 mm·h-1;碰撞率是抑制过冷雾积冰的主要参量,其均值在0.1左右,而冻结率则是抑制冻毛毛雨积冰的主要参量,其均值在0.6左右;过冷雾积冰和冻毛毛雨积冰分别表现出阶段性增长和持续增长的变化特征,且冻毛毛雨积冰会抑制过冷雾积冰的发展。     

我国冰粒降水天气的观测特征统计分析

研究冰粒降水天气的特征对于更好地认识冰冻天气,提高冰冻天气的预警预报能力有重要意义,但我国相关研究较少。利用2011—2013年中国民航机场的例行观测、特殊观测资料,分析了冰粒降水天气的时空分布、持续时间和地面气象要素等特征。选取2001—2013年50个探空站资料分析了冰粒的垂直环境特征。结果表明:冰粒降水天气集中分布在中纬度的黄河下游、长江中下游地区。冰粒降水发生的次数与其持续时间相关性不强,在少发区,其持续时间也可能较长;冰粒降水天气在1—2月比较常见,单次冰粒降水天气过程的持续时间比较短,一般不超过1 h;我国冰粒天气发生时,同时常会有轻雾或无其他天气情况,一般很少伴随有雪。冰粒的融化参数一般小于冻雨的融化参数,但冰粒冻结参数一般大于冻雨的冻结参数。在冰粒天气发生之前一般温度逐渐降低、气压逐渐升高。冰粒天气发生前后湿度都比较大,发生期间风速变化比较小。     

关于冻雨和雨凇、雾凇之我见

近期我国南方数省发生了严重的持续性冰冻灾害,雨凇和雾凇复合积冰是其成灾的主要原因,冻雨在短时间内大量过冷却水撞冻形成的雨凇,与过冷雾滴长时间的撞冻与冰水转化形成的雾凇交替出现,在物体,尤其是输电线路和塔架上形成了复合积冰,导致了建国以来最严重的冰冻灾害。逆温层是锋区、锋面等典型层状云降水普遍存在的低空层结,不是一定发生冻雨的充要条件,只要近地层（3000m以下）有丰富的过冷却水,气层温度在0～-15℃,有丰富的凝结核和水汽供应,而缺乏冻结核（成冰核）就可以形成冻雨,如果此时下垫面物体温度〈0℃,就可以在物体上形成雨凇;而当近地层出现过冷雾时,如果此时下垫面物体温度〈0℃,就可以在物体上形成雾凇。     

2018年初江西中北部冻雨暴雪天气过程特征及成因

2018年1月下旬,江西省中北部出现严重雨雪冰冻灾害天气,覆冰和积雪持续时间长达7 d,其间多次出现罕见的雨雪相态转换,先后经历了雨、冻雨、雪、冻雨、雪5个复杂过程。文中对此次天气过程的相态转换特征及成因进行了分析。结果表明： 1） 在有利的环流背景下,西风带小槽发展东移并携带冷空气南下,破坏850 hPa高度层附近的暖性逆温层,是冻雨转雪的重要因素,而700 hPa高度层上西南急流的脉动、偏南风增强为雪转冻雨提供了动力和热力条件。2） 冻雨发生时最强风切变出现在925—850 hPa高度层,降雪发生时出现在850—700 hPa高度层。两次冻雨转降雪过程中,上升运动均增强,降雪时低层辐合、高层辐散强度较冻雨时强。3） 近地面气温接近05 ℃时,850 hPa高度层冷暖平流对中低层大气的降温和升温作用至关重要,冷平流的降温作用剧烈,而暖平流的升温作用需要持续输送。暖层消失,冻雨即可转降雪;雪转冻雨时850 hPa和700 hPa高度层温度升至1 ℃,暖层内最高温度达2 ℃,相态的转变落后于暖性逆温层的形成。4） 此次过程中,九江地区发生雨转冻雨以及冻雨转雪过程,地面气温下降明显。雨转冻雨时,气温≤-05 ℃;冻雨转降雪时,气温≤-1 ℃。雪转冻雨时,地面温度略有上升,仍在-1 ℃以下。高山站气温的持续上升,对雪转冻雨天气有指示意义。     

天气现象的合并选码

天气报观测时15分钟内、航空报观测时10分钟内出现的现象都是“观测时的现象”.当观测时先后或同时出现两种或以上天气现象时,应合并选码. 雨或毛毛雨并有雨淞生成和雾并有雾淞生成时,现在天气电码的选择,可以说是合并选码,也可以说是按大码编报原则.因为雨、毛毛雨、雾都有单独编报的电码,而雨淞、雾淞却没有相应的电码,但编报电码中有雨或毛毛雨并有雨淞结成和雾并有雾淞生成的电码,且电码较雨或毛毛雨、雾单独     

古尔班通古特沙漠南缘近40年大雾变化特征分析—蔡家湖区域

利用新疆蔡家湖气象站1971-2010年大雾天气现象观测资料,分析了该地区近40a大雾天气的年际、年代际、日变化特征以及大雾天气的持续时间特征。研究表明：蔡家湖近40a大雾的年日数年际变化不明显;秋季雾日增多趋势明显,春季和冬季雾日呈减少的趋势;大雾主要出现在冬季,其次为秋季;一日中大雾主要发生在02-08时,其次为8-14时;大雾持续时间大多在3h之内;40a雾的最长持续时间为46．88h,出现在2010年11月;各月平均最长持续时间为14．49h,也出现在11月;最长持续时间季节分布呈秋末和冬季较长,夏季较短;大多月份雾的最长持续时间呈增长的趋势;当出现2d及以上的高湿天气,且日平均气温在一7．O～O℃、日最高气温在一6．0～0℃时,有利于雾的持续。     

近60年青岛冬季雾的天气气候特征

利用青岛观象台地面观测资料、近岸海表温度和历史天气图,采用数理统计、趋势分析、相关分析等方法对青岛冬季雾的天气气候特征进行分析。结果表明：青岛冬季雾年平均为12天,占全年雾日的22%,有明显的年及年代际变化特点;通常夜间开始增多,上午07—08时出现频率最高,中午后逐渐减少,15时达最低值;持续时间平均为7小时23分。雾的生成与湿度、风力、海气温差等关系密切。当相对湿度达到80%以上,风力达2～4级,海气温差在-2～8℃之间发生频率较高。青岛冬季雾有锋面雾、雨雾、辐射雾、平流冷却雾和平流蒸发雾五种类型。其中由天气系统影响产生的雾占48.2%。     

2008年1月南方一次冰冻天气中冻雨区的层结和云物理特征

2008年1月中下旬, 我国南方经历了四次历史罕见的冰冻雨雪天气。本文针对2008年1月25~29日的一次典型冻雨天气过程, 在实测资料、NCEP再分析资料综合分析的基础上, 利用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云分辨模式对1月28日~29日的冻雨天气过程进行了数值模拟, 研究了冰冻天气形成的大气层结及云系冻雨区云的宏微观结构特征, 初步分析了冻雨形成的云微物理过程及云物理成因。结果表明, 深厚而稳定的逆温层和低空冷层的存在是大范围冻雨出现的直接原因。此次南方冰冻过程中, 湖南和贵州两地冻雨形成的云物理机理不同, 不同冻雨区上空为两种不同类型的云, 对应两种不同的云微物理结构和大气层结结构。湖南冻雨区云层较厚, 云顶温度较低, 属于混合相云, 云中高层存在丰富的冰相粒子 (雪的比含水量最大)。湖南冻雨在 "冷—暖—冷" 层结下, 通过 "冰相融化过程" 形成, 即在锋面之上的对流层中层水汽辐合中心内形成的雪, 从高空落入暖层, 雪融化形成雨, 再下落到冷层后, 形成过冷雨滴, 最后接触到温度低于 0℃的物体或降落到地面上, 迅速冻结形成冻雨。而贵州冻雨区云层较薄, 云顶温度较高, 属于暖云, 中高层基本无冰相粒子, 低层为云水和雨水 (云水的比含水量最大)。贵州冻雨是在 "暖—冷" 层结下通过 "过冷暖雨过程" 形成的。即水汽沿锋面抬升, 在对流层中低层的水汽辐合中心内, 经过冷却凝结成云滴, 通过碰并云滴增长的雨滴下落到低空冷层, 形成的过冷却雨滴直接冻结形成冻雨。     

南方不同类型冰冻天气的大气层结和云物理特征研究

利用观测资料和CAMS中尺度云分辨模式,对南方3次不同类型冻雨天气过程进行模拟,重点研究了冰冻天气中冻雨区云系宏、微观结构及大气层结特征,初步分析了冻雨形成的云物理机制.结果表明:(1)逆温层的存在是冻雨发生的必要条件,低层湿度较大的逆温常与冻雨天气有关.3次冻雨过程的冻雨区都存在逆温层,其中第一、二次过程属于锋面逆温,而第三次过程属于平流逆温.可见,逆温层结有利于冻雨的发生,但逆温层的存在仅是形成冻雨的条件之一.冻雨的发生还与水汽(湿度)、风向风速、地面特征有关.低层有水汽输入到冻雨区、地面温度等于或低于0℃,有利于冻雨形成和过冷雨水的冻结.(2)冻雨的形成需要满足3个主要条件:在对流层中高层存在冻结层,冻结层下要有暖层和逆温层,近地层有一个温度＜0℃的冷却层,并且低层的冷却层相对湿度较高.中高层冻结层主要产生冰相降水粒子,中层的暖层可以确保上层降落下来的固态降水粒子(雪或霰)融化成雨滴或在融化层中直接产生液态降水.这样,雨滴下降到低空冷却层后会逐渐变成过冷雨滴,当过冷却雨滴接触到＜0℃的地面或者其他物体表面时,迅速冻结形成冻雨.(3)不同冻雨区上空存在2种不同类型的云,对应云中有2种明显不同的温度层结:混合相云中的“冷-暖-冷”层结和水云中的“暖-冷”层结.具有2种不同层结特征的不同冻雨区云系,对应2种不同的微物理结构,具有2种不同的冻雨形成的云物理机制.(4)同一类型天气系统中的冻雨区,可以存在不同的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的机制;不同类型天气系统也可以存在特征相同的冻雨区,即冻雨形成的温度层结、云的微物理结构和冻雨形成的物理机制都相同.     

贵州省近36a凝冻气候特征及一次凝冻天气分析

利用1981-2017年10月至次年4月贵州省共84个自动站雨凇观测资料,采用线性趋势分析、统计分析等方法研究贵州省冻雨气候特征,并结合2018年1月底的一次冻雨天气过程对冻雨的发生、发展和形成机制进行研究,结果表明：贵州省冻雨天气月变化趋势呈抛物线分布,1月冻雨发生频率最高,各地冻雨总体呈现中西部出现时间早,结束时间晚,东、南部出现时间晚,结束时间早的现象;贵州省的中部一线为冻雨的高发中心,冻雨持续时间长;而东北部及南部冻雨出现频率较低。2018年1月底的一次冻雨天气过程长时间维持主要是由于阻塞高压、横槽转竖、东亚极涡共同影响,强冷空气多次补充及准静止锋西推导致。     

The influence of freezing drizzle on wire icing during freezing fog events

Both direct and indirect effects of freezing drizzle on ice accretion were analyzed for ten freezing drizzle events during a comprehensive ice thickness, fog, and precipitation observation campaign carried out during the winter of 2008 and 2009 at Enshi Radar Station (3017'N, 10916'E), Hubei Province, China. The growth rate of ice thickness was 0.85 mm h－1 during the freezing drizzle period, while the rate was only 0.4 mm h－1 without sleet and freezing drizzle. The rain intensity, liquid water content (LWC), and diameter of freezing drizzle stayed at low values. The development of microphysical properties of fog was suppressed in the freezing drizzle period. A threshold diameter (Dc) was proposed to estimate the inuence of freezing drizzle on different size ranges of fog droplets. Fog droplets with a diameter less thanDc would be affected slightly by freezing drizzle, while larger fog droplets would be affected signicantly. Dc had a correlation with the average rain intensity, with a correlation coefficient of 0.78. The relationships among the microphysical properties of fog droplets were all positive when the effect of freezing drizzle was weak, while they became poor positive correlations, or even negative correlations during freezing drizzle period. The direct contribution of freezing drizzle to ice thickness was about 14.5%. Considering both the direct and indirect effects, we suggest that freezing drizzle could act as a catalyst causing serious icing conditions.     

江苏不同强度降雨对能见度影响分析

利用江苏70个基本站多年逐时雨量、相对湿度、风向、风速以及同时段内最低能见度等观测资料,分析不同强度降雨对能见度的影响,并对比分析两种不同强度降雨造成的低能见度事件统计特征。结果表明:降雨是除雾以外,江苏低能见度的主要影响天气(14. 7%),其中稳定性弱降雨和短时强降雨影响最大。与低能见度雾事件不同,降雨造成的低能见度事件全天各时段均可能出现,发生时可伴随较强的风速(2 m/s),短强低能见度多见风速4 m/s(26. 6%)。江苏冬春两季为雨雾高发季,主要受降雨持续时间影响,对应的低能见度区间为500~1 000 m,有明显日变化。短强低能见度主要受雨强影响,多发生于6—9月,对应的低能见度区间为小于200 m,无明显日变化。两种降雨产生的低能见度事件有明显的空间分布差异,且雨雾低能见度发生时偏北风占主导,短强低能见度发生时则偏东风占主导。     

安徽大别山一次强雨雪天气过程降水粒子特征分析

通过对降水粒子特征研究,以便探讨云、降水的形成机制。利用一台安装在安徽大别山区潜山县气象局楼顶无障碍平台上,德国OTT公司生产的Parsivel激光降水粒子测量系统所获取的2008年1月26—28日强雨雪天气过程的2540份资料,对不同降水类型的粒子数浓度及其谱分布、下落速度及其谱分布进行了特征分析。结果表明:(1)这次强雨雪天气过程中不同降水类型降水粒子中雨夹雪平均数浓度最大,每分钟可达589个;雨最小,为每分钟255个。(2)雪与冻雨的数浓度是双峰型,其他降水的数浓度都是单峰型。(3)不同类型降水粒子尺度谱主要出现在直径为0.125～1.00 mm之间。谱最宽的是雪,最窄的是毛毛雨。整个过程的平均谱分布都是单峰型,但峰值却有所不同。(4)整个过程不同降水类型降水粒子的最大下落速度主要集中在1.0～4.8 m·s~(-1)段。在此段中毛毛雨、毛毛雨与雨、雨、雨夹雪、冻雨和雪的粒子数分别占各自粒子总数的98.68%、98.46%、97.72%、94.79%、93.69%,和85.83%。(5)不同类型降水粒子平均速度谱中雨和雨夹雪的谱最宽,最大落速可达9.6 m·s~(-1),毛毛雨最窄,最大落速只有5.6 m·s~(-1);其他大体相当。在整个过程中不同类型降水粒子平均速度谱都是单峰型,但峰值所处的位置却有较大差异。     

基于观测事实的四川天气现象发生空间分布特征

利用四川省145个气象台站1981～2013年连续人工观测资料,对34种天气现象发生日数和概率进行统计。结果表明:除极光外,四川省共观测到33种天气现象,露和轻雾日平均发生频率大于40%;雨和阵雨日平均发生频率大于20%;结冰、霜和雷暴日平均发生频率大于10%。露、霜、结冰、雷暴、闪电、大风、积雪、雨、阵雨、雨夹雪、雪11种天气全省各站均有发生,而雨凇、雪暴、吹雪、龙卷仅在个别站点发生。液态降水、雾、轻雾、霾、浮尘、烟幕、露均是盆地内多于高原,而混合降水、固态降水、扬沙、沙尘暴、吹雪、雪暴、雷暴、霜、大风、结冰、积雪、冰针、龙卷、尘卷风则是川西高原多于盆地。      

我国冬季冻雨和冰粒天气的形成机制及预报着眼点

利用探空和地面观测资料,通过对2001年冬季至2010年冬季我国不同区域（分为4个区域：北方、江南、华南、西南）的冻雨和冰粒天气形成的物理过程进行分析发现：（1）除北方区域外,我国其他区域的冻雨主要以暖雨机制为主。北方区域的融化类冻雨比例也仅为39％,但纬度越高,出现融化类冻雨的几率高于上述比例。暖层出现是冻雨天气的重要特征,但暖层作用主要是输送水汽和维持锋面系统,以保证降水的发生和持续,低层及地面气温普遍低于0℃可能是最重要的原因。（2）我国冰粒天气的形成机制主要以融化机制为主。冰粒天气的云顶高度普遍高于冻雨天气。冰粒天气的暖层厚度和强度均小于冻雨天气,这主要是由于弱暖层只是部分融化冰晶和雪花,使其重新冻结成为可能。冰粒天气的700hPa风速值普遍小于冻雨天气,这一方面说明冰粒天气对水汽输送条件要低一些,另一方面也反映了冰粒天气暖层较弱的特点。（3）云顶高度、暖层强度和厚度、低层冷层温度露点差、700hPa风速以及地面气温是甄别冻雨和冰粒天气的特征量,但不同区域,这些特征量的有效性不一样。西南区域冻雨和冰粒天气的主要差别在地面气温,其他特征量或差别不明显,或代表性不足,只可以作为辅助判断的因子。     

地形对2008年初中国南方持续性冰冻灾害分布影响的数值模拟

2008年初我国南方发生了大范围、 持续性低温冰冻雨雪天气, 冻雨、 暴雪灾害属历史罕见, 许多地方突破50年记录。本文主要从数值模拟方面讨论了1月25日~2月2日冰冻雨雪最为严重的过程。CWRF数值模式较成功地模拟出与实况基本一致的降水分布、 温度垂直分布特征和地面气温状况, 较准确地再现了这次罕见的冰冻雨雪过程\.地形敏感性试验表明, 横断山脉和南岭山脉及邻近山区对冻雨的形成和维持具有重要影响, 这种影响是通过锋区特征的改变来实现的。具体体现在, 有地形时, 因暖湿空气的抬升和冷空气在近地面的堆积而形成易于产生冻雨的倾斜锋区; 无地形情况下, 锋区坡度增大, 冻雨赖以形成的逆温层结结构遭到破坏, 使冻雨（冰冻）灾害区在经历短暂的西进南扩后, 很快减弱消失。上述地形的移出还通过对环流特征的改变, 使对流层底层偏东气流更有组织, 整个回流也更清晰, 这对南方大范围的降水强度和强降水落区会产生显著影响, 但对整体降水的区域分布没有明显影响。     

基于观测资料的我国天气现象时空分布分析

利用全国576个台站1961—2010年天气现象观测资料,对34种天气现象年平均发生频率、昼夜分布特征、代表性天气现象和区域代表站天气现象的发生情况等进行了统计分析。结果表明:雨、露、结冰、阵雨、轻雾、霜、雷暴天气现象的年平均发生频率较高,极光、龙卷、雪暴等天气现象的年平均发生频率极低。近年来,雾的发生呈缓慢下降趋势,轻雾呈缓慢上升趋势,霾在2000年后快速发展,且发生地点逐步扩大。天气现象的发生具有一定的地域性,但各地多发天气现象的前20种基本相似,仅发生频率排序不同。     

Simulation of a Freezing Rain and Snow Storm Event over Southern China in January 2008 using RIEMS 2.0

The Regional Integrated Environmental Model System(RIEMS 2.0) with NCEP Reanalysis II is utilized to simulate the severe freezing rain and snow storm event over southern China in January 2008,which caused severe damage in the region.The relationships between the freezing rain process and the large-scale circulation,in terms of the westerly and low-level jets,water vapor transportation,and northerly wind area/intensity indices,were analyzed to understand the mechanisms of the freezing rain occurrence.The results indicate the following:(1) RIEMS 2.0 reproduced the pattern of precipitation in January 2008 well,especially for the temporal evolution of daily precipitation averaged over the Yangtze River valley and southern China;(2) RIEMS 2.0 reproduced the persistent trough in the South Branch of the westerlies,of which the southwesterly currents transported abundant moisture into southern China;(3) RIEMS 2.0 reasonably reproduced the pattern of frequencies of light and moderate rain,although it overestimated the frequency of rain in southern China.This study shows that RIEMS 2.0 can be feasibly applied to study extreme weather and climate events in East Asia.     

降雪与冻雨天气研究回顾

2008年初,中国南方许多地区出现了历史罕见的持续雨雪、冰冻天气,对电力、交通、农业、林业等造成了极大破坏。分析研究这种在全球气候变化背景下发生的极端天气事件的形成原因,有助于提高预测水平和对类似灾害性天气的防范能力。在对近年来国内外关于冬季降雪和冻雨天气研究进行简略回顾的基础上,对其未来研究方向进行了展望。认为：在全球气候变暖的背景下,要加强雨雪、冰冻天气形成机理与变化规律的研究,特别是要加强其发生的前兆性研究;要充分利用现代先进的探测技术和手段,提高对雨雪、冰冻天气的监测能力;要建立和完善对雨雪、冰冻灾害天气时间发生、发展的预报技术和方法。     

华南暖季极端降水与气温的对应关系

利用华南地区1966—2005年5—10月台站小时降水和日降水以及气温观测资料,分析了极端降水与气温的对应关系。结果表明,气温低于25℃时,日极端降水强度与小时极端降水强度均随气温升高而升高,且越极端的降水出现向两倍Clausius-Clapeyron (CC)变率转换的气温越低;气温高于25℃时,日极端降水强度和小时极端降水强度出现不同程度的下降,其中前者下降更为显著。考察降水持续时长发现,气温高于25℃时,华南地区小时极端降水随气温的下降主要由短持续性降水所贡献;气温高于28℃时几乎无长持续性降水发生。