一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析

本文应用常规探空资料、地面观测资料、欧洲中心细网格(0.25°×0.25°)数值预报初始场资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料分析了山东一次江淮气旋降雪过程的复杂相态特征,并初步分析了成因。结论如下:(1)山东省2014年2月16—17日的雨雪天气过程,降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点,表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪三种相态共存,郯城站降水相态逆转(由雨夹雪转雨再转雪),鲁东南地区降雪同时鲁西南地区降雨的"东雪西雨"现象。(2)在系统发展不强的江淮气旋降雪过程中,鲁中山区相对高海拔地区夜间强烈的辐射降温和山脉迎风坡的动力抬升作用均会造成边界层温度的降低,后期对流层低层为东北风控制时,除鲁中山区外,其迎风坡东麓或东北麓(潍坊地区)出现固态降水可能性也较大,一般情况下,地面2 m温度为1~2℃,1 000 hPa温度为0℃左右,925 hPa温度为-3℃左右,可出现固液共存降水现象。(3)相态逆转现象的发生与江淮气旋发展阶段和气温日变化两个因素紧密相关。0℃层在925 hPa上下的状态是一种临界状态,可产生雨夹雪或雨,但0℃层高度下降不是由雨转雪的充分条件,还需考察冷平流发展情况。(4)当江淮气旋生成地偏东(位于长江口附近),且发展不强烈时,山东若受其影响产生降水,后期上游如有新系统发展,可能与气旋共同影响山东,造成复杂相态的江淮气旋降雪过程。     

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 hPa以下层更为明显。探空资料分析表明,850 hPa、925 hPa、1 000 hPa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。     

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.     

一次寒潮的降水相态变化分析

本文利用MICAP3.2资料、常规观测资料、自动站资料和多普勒天气雷达资料分析2014年5月2日一次寒潮天气背景下降水相态的成因。结果表明:此过程是高空较强冷空气与南部低压系统共同作用产生的由雨转为雨夹雪后转雪的降水相态的变化。从高空形式场分析,0℃层迅速下降,850 h Pa已达-2℃以上及地面气温在0℃左右是产生降雪的指标。     

华北一次冷空气回流路径对降水相态的影响分析

针对2018年4月3-5日东北冷空气回流到京津冀地区造成复杂相态降水过程典型华北回流天气个例,利用ERA5再分析资料和MICAPS地面资料,详细分析了冷空气路径、形态、对降水范围及相态的影响等。分析表明：回流冷空气对京津冀地区的影响,可分为4个阶段,即低层冷舌侵入、沿山堆积扩散、增强维持、变性消散阶段。在低层冷舌侵入阶段,冷空气以冷舌形式经东北、渤海侵入京津冀地区,冷舌在不同高度位置不同;冷舌在垂直方向位于干、湿过渡区,降水粒子经冷舌下方干区蒸发,造成阴天无降水天气。在沿山堆积扩散阶段,低层冷空气遇太行山堆积并向南北以扇形形式扩散,较高层次冷空气西边界扩散至太行山山区;燕山南部、太行山东部存在深厚湿层,且温度较低,出现降雪;距离山脉较近的平原地区出现雨夹雪或雪;距离山脉较远的平原地区无降水。在增强维持阶段,冷空气强度达到最强,范围达到最大;深厚湿层从太行山、燕山向平原扩展,降水范围扩大,降水相态主要取决于近地面温度。在冷空气变性消散阶段,较高层次回暖先于较低层次,冷空气变性消失,降水趋于结束。     

冬奥会张家口赛区一次降水相态特征分析

利用冬奥会气象观测站网资料、ERA5的0.25°×0.25°高分辨率再分析资料、常规探空资料以及激光雷达和风廓线雷达资料,从环流形势、温湿度和微物理特征以及雷达特征等方面对2020年11月17-19日冬奥会张家口赛区一次明显的雨转雪天气过程进行分析。结果表明：低层前期的暖湿西南气流,为降水提供好的水汽和能量条件,后期强的干冷平流为相态转换提供有利条件。赛区出现雨转雪时,700 hPa温度低于-2℃,同时850 hPa温度低于2℃。零度层高度的快速下降是相态转换的重要温度判据,0℃线降到距地面400 m左右赛区降水相态已经转变为纯雪,低层风向的转向对赛场的雨雪相态转换有一定的指示意义。随着高空云冰和雪水含量逐渐增加,其出现最大值后,雨雪相态开始转换。降雪时激光雷达最大探测高度比降雨时有明显的降低,风廓线雷达低层风场的变化和雨雪相态关系密切,风廓线雷达探测的垂直速度变化也能反映雨雪相态的转换。     

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。     

一次寒潮背景下降水相态变化特征分析

利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2013年4月18日到20日河南出现的一次区域性寒潮天气过程的环流背景、影响系统及寒潮期间降水多相态转换的成因进行了分析。结果表明:本次寒潮过程属于横槽转竖型,冷锋迅速南下,导致寒潮暴发;此次寒潮天气的大气温度层结存在逆温层结构特征,温度廓线的变化会导致降水相态发生变化;受低层冷空气持续影响,暖层强度即融化层遭到一定程度的破坏或消失,冷层即冻结层强度增强,0℃层高度下降,以致降水相态发生相应的改变;降水相态的变化与暖层温度及0℃层高度密切相关。根据本次寒潮过程中NCEP再分析数据得到:当降水相态为雨时,暖层温度≥2℃,0℃层高度≤975 h Pa;当降水相态为雪时,暖层温度≤-1℃,0℃层高度≌1000 h Pa;当降水相态为冰粒时,2℃≥暖层温度≥-1℃,1000 h Pa≥0℃层高度≥975 h Pa。     

苏南两次回流天气过程形势特征和降水相态分析

利用常规观测资料、0.25°×0.25° FNL资料、微波辐射计资料和风廓线雷达资料，对发生在苏南的两次回流天气过程的环流特征、大气层结特征等进行分析。结果表明：高纬度地区500 hPa是两槽一脊的环流形势，近地面层持续受东北风影响，西南暖湿气流在底层冷垫上爬升，是回流降雪天气形势；从东北平原回流南下的冷空气湿度小，在降水中只起到了"冷垫"的作用。中低层西南暖湿气流差异导致两次降雪强度存在差异；近地面层的降温在雨和雪的区分判别上影响更大，统计2012—2022年初苏南地区8个降雪个例发现，苏南地区，满足T₈₅₀≤-4 ℃，T₉₂₅≤-3 ℃，T_{1 000}≤1 ℃，T_{2 m}≤2 ℃这样的温度阈值条件时开始雨转降雪；当1 515 gpm≤H_700-850≤1 575 gpm，1 289 gpm≤H_{850-1 000}≤1 317 gpm时，相态易由雨转雪。中低层西南气流、底层东北风的加强，2 000 m左右高度风场的转变，短波槽（或切变线）触发了不稳定能量的释放，导致降雪发生；当中低层西南气流减弱转为西北气流后，大气水汽含量降低，降雪结束。     

江淮地区不同相态降水日数变化特征

基于1960—2013年106个地面气象站观测数据,对江淮地区雨、雪、雨夹雪及冻雨4种相态降水日数气候特征、月际分布、年际变化、长期趋势以及各相态降水日数与纬度、海拔高度之间关系等方面进行探讨,结果表明:江淮地区全年降雨日数为各相态降水日数之最多,空间分布上呈南多北少的分布特点,雪日数空间分布与雨日数相反,为北多南少;雨夹雪和冻雨日数主要表现为纬向差异,东部沿海少于西部内陆;在近54a中,各相态降水日数区域平均值均呈减少趋势,其中雨、雪、雨夹雪减少趋势显著;从各站点降水日数变化趋势的空间分布看,虽然各相态降水日数普遍以减少趋势为主,但冻雨显著减少的站点最少;除降雨主要出现在3—8月,其他相态的降水出现较多的时段为11月至翌年3月;4种相态降水日数中,降雪和冻雨日数与海拔高度关系最为密切,呈显著正相关,其次为雨夹雪。     

广州白云机场一次罕见的降水相态变化天气特征分析

利用常规气象观测资料和NCEP2再分析资料,对2016年1月24日广州白云机场出现的一次强冷空气过程的环流背景、主要影响系统以及期间降水多相态转换的天气特征进行了分析。结果表明:本次天气过程来源于一次横槽转竖型寒潮,冷锋、中低空切变线和低空急流给华南地区带来了较长时间的降水天气;白云机场上空存在多条0℃等温线和逆温层,探空廓线多次穿过0℃等温线,使得地面出现了雨和冰粒的相态转换;降水相态变化时暖层温度、0℃层高度、位势厚度、边界层高度、气柱云水量和地表抬升指数等指数均发生较大变化;当降水相态为雨时,暖层温度≥2℃,0℃层高度≤975 h Pa;当降水相态为冰粒时,暖层温度≤0℃,0℃层高度≌1000 h Pa。     

四川省降水相态时空分布及变化特征

利用四川省156个国家级地面观测站1981~2013年的整编观测资料,统计分析了四川省雨、雪与雨夹雪日数的年平均、月平均特征以及雨雪转换情况,并采用线性趋势法、M-K检验来对不同相态降水的时空分布及气候变化特征进行了定量分析。结果表明:(1)四川地区年平均降雪日数和雨夹雪日数呈"西多东少"型分布,年降雨日数则呈"东多西少"的分布特征;(2)盆地中部、南部雨雪转换年平均日数为0.1~2日,盆地西部丘陵一带为3~5日,川西高原雨雪转换日数在10日以上,攀枝花几乎全年无雨雪转换,凉山州呈现西少东多的形势;(3)从线性趋势法、M-K检验及突变都可以看出,四川地区不同降水相态年发生日数总体都在减少。     

一次春季强寒潮的降水相态变化分析

应用常规高空地面观测、风廓线雷达与地基微波辐射计资料以及NCEP 1°×1°再分析资料,对2016年石家庄初雪预报失误的原因及降水相态的演变特征进行了分析。结果表明:预报中采用的降雪阈值不能反映云中雪晶形成和增长的条件,提取雪晶下降过程中是否融化的温度阈值时所用的资料精度不高,以上两条是导致其预报失误的原因。风廓线雷达垂直径向速度可辅助判断降水起止及相态变化,降雨时3 km高度以下出现一致向下的径向速度,速度值最大超过1.5 m·s^-1;径向速度数值减小到1 m·s^-1以下且高度下降到1 km以下,可能预示着降水由雨转为雪。微波辐射计反演的温湿廓线因易对云中雪晶形成增长条件以及雪晶在下降过程中是否融化作出判断,故其可以应用于降水相态转变的临近预报。

     

气候变暖背景下降水持续性与相态变化的研究综述

持续性降水和固态降水（或近地面气温为0℃左右的降水）都能导致洪涝和低温雨雪冰冻等灾害性的极端事件,对人民群众生命和财产安全以及社会经济发展也会造成严重危害。目前中外围绕降水量、极端降水事件变化等已开展了大量研究,但在降水持续性和相态变化的特征及其影响机理方面的研究仍显不足。因此,围绕降水持续性和相态变化的相关研究,对近20余年来取得的一些重要研究进展进行回顾。研究指出,在气候变暖背景下降水持续性和相态变化的特征在全球范围内表现出了区域上的不一致性。有关降水持续性变化方面,中国南方地区持续性降水过程及其产生的降水量呈现增多趋势,但北方地区呈现减少的趋势,而西南地区长持续性降水呈下降趋势。至于降水相态变化方面,中国南方地区持续性雨雪冰冻事件在气候变暖背景下总体呈减少趋势。这些变化除了与气候变暖有关外,可能还与大气遥相关模态、低频振荡及ENSO事件等引起的大气环流异常有关。今后应该更多开展气候变暖背景下降水持续性和相态变化的特征、可能机理以及其与气候变暖的可能联系方面的研究,以期通过相关研究深入理解中国降水持续性与相态变化的规律、成因及其与旱涝、低温雨雪灾害等的联系,进一步加深对气候变暖背景下中国天气、气候的影响及其机理的认识。      

黄山地区冬半年降水相态判据研究

利用2008—2018年逐年11月至翌年3月常规气象观测资料,从天气形势配置、降水相态与特征层气温、0 ℃层高度和层结厚度的关系等进行分析,归纳了黄山地区冬半年雨、冻雨、雨夹雪和雪四类降水相态的判别依据,并利用一次雨雪转换天气过程对判据进行了检验。结果表明,黄山地区固态降水和固液混合型降水主要发生在1—2月。850 hPa高度层及以下各层气温对雨雪转换的判别效果较好,当850、925、1 000 hPa特征层气温和地面气温分别大于等于-3.9、-2.6、0.5、1 ℃时可判定为雨,各层气温继续降低将出现雨夹雪或雪。当0 ℃层高度在1 000 hPa高度层以上时可能出现雨,反之出现雨夹雪或雪。此外,厚度层结也能较好地区分雨和雨夹雪或雪。冻雨（冰粒）的判据与其他降水相态的判据不同之处是在700 hPa高度层附近存在融化层。判据能较好地区分黄山地区不同降水相态,但对冻雨和冰粒的识别能力相对较弱。     

深度学习网络在降水相态判识和预报中的应用

利用1996-2015年中国的高空探测资料和地面观测数据,挑选发生降水的数十万个样本将其分为降雨和降雪两类事件,抽象为二分类问题,采用深度学习网络技术构建降水相态判识模型,并用2016 2017年的数据进行测试检验,针对2018年1月下旬中国一次大范围雨雪天气过程进行个例检验,在此基础上探讨了深度学习网络在降水相态判识...     

东营一次初冬寒潮天气的降水相态分析

应用常规气象资料、自动站资料及T639资料,对2009年11月东营地区一次初冬寒潮天气背景下的降水相态进行了分析。结果表明：当冷空气路径偏西时,东营地区降温缓慢,加之低层东北风将渤海的相对暖气流吹至内陆地区,导致北部沿海地区不易出现降雪。通过分析出现不同降水相态的相邻地区空中和地面温度场发现：0℃层高度在边界层内高度,可以导致降水性质的不同;0℃层高度的变化,可以作为降水相态变化的依据;地面气温和低空温度,可以作为判断降水相态的依据。综合近年来东营市出现雨雪转换的天气个例,得到了降水相态的预报方法和雨雪转换的气象指标。     

一次晚春暴雪天气成因分析

利用常规气象观测资料、山东省123个自动站资料及NCEP1°×1°再分析资料,对2013年4月19—20日山东晚春极端暴雪天气过程的成因进行分析,重点分析了产生暴雪的温度条件。结果表明:前期气温偏低是晚春暴雪发生的气候背景,回流天气形势为暴雪发生提供了天气背景,低空西南风急流和山东北部纬向切变线是导致暴雪发生的直接原因。回流型暴雪天气过程的水汽及水汽的辐合均集中于700~500hPa。高低空急流的动力耦合以及与纬向切变线相应的对流层中的正涡度柱为暴雪的产生提供了动力条件。回流暴雪发生在对流稳定性大气中,暴雪区上空有θse能量锋锋生。受阻于太行山东麓的东北风形成的冷池,是气温骤降的温度环境背景,暴雪发生前,存在于850~700hPa冷空气团中的弱下沉运动导致了0℃等温线呈"漏斗状"向下延伸,造成了暴雪区地面气温的骤降,是降水相态由雨迅速转为雪的直接原因。0℃等温线呈"漏斗状"向下延伸区对未来降水相态由雨转雪区和暴雪出现区有指示意义。     

低层温度平流对华北雨雪天气过程的降水相态影响分析

利用常规地面、探空观测资料、NCEP FNL和GFS分析资料,通过对2012年11月3—4日华北地区雨雪天气过程的降水相态特征进行分析,发现涡旋外围的雨雪分界线基本与925 hPa的0℃等温线和925 hPa偏北与偏南风的流线辐合线相吻合;而涡旋中心附近的雨雪分界线则存在从涡旋西北象限向涡旋中心逆时针旋转的特征。气旋发展初期,降雪主要集中在850 hPa低涡的东北偏北象限到西北象限之间,低涡的东南象限为降雨。随着气旋强度增强,低层冷平流导致低涡西南象限温度下降,降雪落区逐渐沿气旋西侧的流场向南发展,最终呈现出气旋形状的分布特征。雨雪相态的转变取决于整个对流层低层(850~950 hPa)的温度平流状况。当900~850 hPa或者950~900 hPa出现较强暖平流时,即使其他层次存在明显冷平流,降水相态仍然可能以雨为主。低层涡旋西侧的西北冷平流是造成降雪的最重要原因,当低层气流转变为偏东风后,冷平流消失,降水相态转变为雨。     

冬季稳定性降水相态预报研究进展

冬季降水无论对地面的生产生活还是对高空飞机航行都可能造成严重灾害,降水相态预报的准确性决定了冬季降水预报的成功,该文系统回顾了近几十年降水相态预报取得的成果。降水相态预报方法大致分为3类：第1类是基于观测或数值天气预报建立的指标以及回归方程,其中某些方法高度依赖数值天气预报模式准确率;第2类是基于数值天气预报模式的微物理方案法和集合预报法;第3类是基于观测和数值预报产品的人工智能预报法。近年来降水相态模式预报产品准确率不断提高,成为降水相态预报中一个重要的产品支撑。但如何将降水相态形成机制的微物理研究成果用于改善数值预报模式降水相态预报的技巧,以及如何利用人工智能等技术提高降水相态预报的准确率等方面还需要不断努力。