Stormflow threshold behaviour in a subtropical mountainous headwater catchment during forest recovery period

Forest ecohydrological feedbacks complicate the threshold behaviour of stormflow response to precipitation or wetting conditions on a long-term scale (e.g. several years). In this study, the threshold behaviours in an evergreen-deciduous mixed forested headwater catchment in southern China were examined during 2009–2015, when damaged vegetation was recovering after the great 2008 Chinese ice and snowstorm. The non-uniqueness of the thresholds and the slow and rapid responses of stormflow at the outlet of the catchment in different hydro-climate datasets with different maximum values of gross precipitation (P) and sums of precipitation and antecedent soil moisture index (P + ASI) were assessed. The thresholds of P and P + ASI required to trigger stormflows (i.e. ‘generation thresholds’) and the transition from slow to rapid responses of stormflow (i.e. ‘rise thresholds’) were compared both seasonally and annually. The results indicated significant differences in the analysed datasets, highlighting the need to compare thresholds with care to avoid misinterpretation. Seasonal variations in threshold behaviours in the catchment suggested that vegetation canopy interception contributed to higher rise thresholds, and wetter conditions resulted in higher runoff sensitivity to precipitation during the growing and rainy seasons. Furthermore, the generation thresholds were higher in the dormant season, possibly due to drier soil moisture conditions in the near-channel areas. During the vegetation recovery period, the annual generation thresholds increased, however the rise thresholds did not exhibit a similar trend. The rapid stormflow response above the threshold decreased, possibly due to transpiration and interception of the recovered vegetation. However, the slow stormflow response to small rainfall events below the thresholds was higher in wetter years but lower in drier years, suggesting that the total water input dominated the stormflow response during small rainfall events. In conclusion, the seasonal and annual variations in threshold behaviours highlight that vegetation recovery and hydro-climatic conditions had a notable impact on the stormflow response.     

一次江淮气旋暴雪的积雪特征及气象影响因子分析

利用自动站、人工加密观测及常规观测资料,通过对2017年2月21—22日一次江淮气旋暴雪过程积雪特征的分析,揭示了近地面气象要素对积雪深度的复杂影响。结果表明:(1)江淮气旋系统特有的空间结构导致山东南、北地区的降雪量和积雪深度不均衡分布。(2)积雪深度具有时效性,在降雪结束时达到峰值,因温度的变化导致峰值不一定维持到次日08时。(3)积雪深度是近地面多气象要素共同作用的结果,降水相态、降雪量、降雪强度、气温、地温和风速均有影响。主要表现为:雨夹雪在转为纯雪之前可产生不超过1 cm的积雪,如果不转雪则不会产生有量积雪;各地降雪含水比差异较大,全省平均为0. 5 cm·mm~(-1),低于全国平均值;在降雪不融化的情况下,降雪量、降雪强度越大则积雪越深,降雪强度大是气温和地温都高于0℃时产生积雪的必要条件;地温和气温越低对积雪形成越有利,积雪开始产生时的地温最高阈值多在0℃左右,地温先突降后缓升是积雪产生前后的共性特征,积雪产生后1～2 h内地温略有上升并逐渐趋于稳定;积雪产生时气温一般低于0℃,气温高于0℃时大部分降雪融化;有利于产生积雪的平均风力多不超过2级,极大风则在3～4级以下。     

山东半岛冷流强降雪和非冷流强降雪的对比分析

利用1981—2000年常规气象观测和NCEP/NCAR再分析资料,采用合成分析和动力诊断分析方法,对冷流强降雪与非冷流强降雪的空间分布、大气环流、水汽输送、稳定度和垂直运动进行对比分析。结果表明：冷流强降雪是发生在槽后西北气流里的中小尺度不稳定降雪,非冷流强降雪是发生在槽前西南气流中大尺度稳定性降雪。冷流强降雪具有明显的地方性特点,是强冷空气对下垫面物理状态强迫响应的结果。提出强冷空气与渤海暖水面相互作用产生的大气边界层不稳定是产生冷流降雪的本质,在这种边界层不稳定层结中发生的降雪是冷流降雪的概念。     

黑龙江省暴雪时空分布特征与发生风险研究

暴雪是黑龙江省常见的灾害性天气之一,基于1970～2006年黑龙江省78个市（县）的逐日降雪资料,对暴雪初、终日分布规律,暴雪的时间、空间分布特征进行分析,采用信息扩散理论计算了各市（县）发生不同暴雪日数的概率风险估计值,并结合GIS技术进行风险区划．研究表明：黑龙江省暴雪初始日期和终止日期37a来变化不大,初始日出现...     

一次暴雪过程前后近地层物理量场特征分析

利用铁塔风梯度观测资料和超声风温仪观测资料,对2008年1月18—21日暴雪前后,湖北黄石长江岸边近地层风场和湍流作了计算分析,探索其异常变化特征,为认识黄石地区暴雪近地层发生发展的物理过程提供依据。结果表明,暴雪前,风向转变,水平风速和垂直风速明显增大,湍流通量的输送较活跃,湍流动能和湍流强度有显著峰值出现;降雪过程结束后,湍流动能再次增大后缓慢减弱。可见此次暴雪过程前后近地层物理量场有异常变化     

锡林郭勒盟一次暴雪过程分析

2010年11月20日20时到21日08时锡林郭勒盟东北部出现了暴雪天气过程,这次暴雪是在两脊一槽的环流形势中西来斜压槽配合地面蒙古气旋产生的,属强冷空气类。极涡的维持使斜压槽加强,移动缓慢;在印缅槽维持的西南环流场中,700hPa西南槽为华北建立了水汽通道,暖湿的低空西南急流提供了较好的水汽和能量不稳定条件;高低空急流耦合产生了动力抬升作用,大、暴雪就发生在高空急流入口区右侧,低空急流左侧的耦合区。逆温层和高能舌的存在为暴雪的发生储备了潜在能量。     

渤海海效应暴雪的三维热力结构特征

采用烟台多普勒天气雷达、天气图等观测资料和中尺度模式(RAMS4.4)进行数值模拟,分析了2008年12月4~6日发生的一次海效应暴雪的时空分布和三维热力结构特征。结果表明:(1)渤海海效应降雪并非传统认为的仅发生在蓬莱以东的山东半岛地区,而是广泛分布于山东半岛、莱州湾、渤海中东部和黄海西部洋面上;降雪源地有暖海面和陆地,即莱州湾、渤海中部至渤海海峡和山东半岛。(2)浅层对流是海效应降雪的重要热力特征,当强冷空气流经渤海时,暖海面通过湍流交换等作用向冷空气底层输送感热和潜热,使得低层增温增湿,产生对流层中上层干冷低层暖湿的对流性不稳定。(3)冷空气的强弱影响渤海暖海面及山东半岛地区的垂直热力结构,导致降雪强度在不同时段存在显著差异。海气温差与热通量成正比,初期冷空气弱,对流层中低层的垂直温差小,海面上空的暖湿层浅薄,不稳定能量弱,产生的降雪量小;中后期冷空气强盛,对流层中低层的垂直温差大,暖湿层较为深厚,不稳定能量增强,导致降雪强度和降雪量大。(4)与单一要素温度和湿度相比,对流层低层相当位温的水平分布对强降雪落区具有更好的指示意义,强降雪发生在高相当位温脊线附近。     

黑龙江省两次温带气旋暴雪过程对比分析

利用多种资料对黑龙江省两次由江淮气旋和蒙古气旋合并引发的暴雪过程的水汽、热动力条件和中尺度特征进行了对比分析。结果表明：（1）两次暴雪过程都发生在北支槽和短波槽合并、北支槽北部有冷涡的背景下,850 hPa上低涡合并促使江淮气旋和蒙古气旋合并;气旋合并后,低空急流为降雪提供了充足水汽,强暖平流使气旋爆发性发展,导致降雪加强。（2）两次降雪过程都表现出逗点云系的合并发展,"1211 "暴雪过程中高层形成涡旋偏西,700 hPa低涡东部偏南风引导气旋北上西折,低空急流和地形共同作用使暖湿空气强烈辐合上升,产生对流云,暴雪发生在A类逗点云系的头部,降雪强度大,范围广;"1412"暴雪过程高空槽低涡位置偏东,700 hPa低涡东部西南风始终引导气旋向东北方向移动,近地面层具有冷垫,暴雪主要发生在B类气旋逗点云系头部西侧中低云团中,降雪范围和强度较"1211"过程小。（3）低层（0.3 km）冷空气侵入和中高层（5.5 km）转为偏北风对判断降雪开始和结束有很好的表征意义。（4）冷涡前部强高压脊使冷涡移动缓慢,从而延长了降水的持续时间,气旋移动路径与高压脊伸展方向密切相关。     

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。     

一次1月山东半岛东部极端海效应暴雪的发生机制分析

利用海上浮标站、自动站、多普勒天气雷达、L波段雷达探空、NCEP/NCAR再分析逐6 h和降水等观测资料,结合EVAP雷达风场反演获得的水平风场资料,对2018年1月9—11日一次渤海海效应暴雪过程的产生机制进行了分析。结果表明:此次海效应暴雪过程是一次极端降雪事件,具有强降雪持续时间长、降雪量大、暴雪分布近γ中尺度等特征。暴雪发生前后受两次强冷空气影响,渤海和山东半岛地区持续降温,850 hPa温度降至-18～-16℃,是产生强海效应降雪的有利条件;此次冷空气明显强于12月渤海海效应暴雪,1月产生海效应暴雪的850 hPa温度中位数较12月低约5℃。受强冷空气影响时,海气温差明显增大,海洋向低层大气输送的最大感热通量可达226.8 W·m~(-2),低层大气高湿饱和,导致大气层结不稳定,不稳定局限于850 hPa以下,为浅层对流。雷达反射率因子图上具有明显的"列车效应"。造成窄带回波的原因在于出现了低层切变线,即在山东半岛北部沿海的小范围区域内出现了东北风及西西南风,形成了西北风与东北风、西西南风与东北风的切变线,触发暴雪产生。而东北风达到的高度不超过1.2 km,多在0.6 km以下。通过此次极端暴雪过程的综合观测资料分析,揭示了较少出现的1月海效应暴雪的特征,其形成的环流形势、热力不稳定、动力条件等与常见的12月海效应暴雪基本类似,主要差异在于冷空气强度较12月偏强,这可成为1月海效应暴雪的首要预报着眼点;海上浮标站、雷达风场反演技术是定量揭示海效应暴雪中尺度特征的良好资料和方法。