2016年3月北疆一次暴雪天气过程诊断分析

摘要:利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°再分析资料和GPS—PWV遥感大气水汽探测等资料,对2016年3月3日北疆沿天山一带暴雪天气的环流演变、水汽和热动力等方面进行分析。结果表明：此次暴雪天气主要是受西西伯利亚大槽、高空急流、低空急流、低层风切变等影响系统的共同作用。高空上冷下暖的形势使得大气层结热力不稳定,当强的低空西北急流将丰沛的水汽、能量带到暴雪区上空,通过天山地形的作用,在暴雪区上空产生了强烈的辐合抬升,有利于不稳定能量的释放。暴雪出现时,中高层辐散,低层辐合,使得上升运动旺盛,配合低空急流带来的充足的水汽,造成此次天气有降雪强度大、持续时间短等特点。通过对GPS—PWV大气水汽可降水量变化的分析,发现其对降雪的出现、结束时间和降雪量有较好的指示意义。     

南京一次持续性浓雾天气过程的边界层特征及水汽来源分析

本文选取2006年12月24—27日（平流辐射雾）南京大雾的外场观测资料及NCEP的2.5°×2.5° NC再分析资料和GDAS全球1°×1°气象资料,结合天气形势、气象要素、物理量场,并利用轨迹分析方法,对这次浓雾的边界层特征及水汽输送进行分析,探讨这次浓雾形成和持续的主要边界层物理和天气学成因。分析表明：（1）这次浓雾过程期间始终存在深厚的逆温层结,甚至出现多层逆温。浓雾过程中,在中上空不同逆温层顶温度比地面温度高出2~5℃。逆温层厚多在200 m以上,26日08时逆温层厚达500 m。逆温层的存在,使大气层结更加稳定,在雾形成前期利于低层水汽聚集,雾形成后又抑制水汽的扩散,利于雾体的发展和维持,是这次浓雾能持续约64 h,强浓雾时段（能见度＜50 m）持续约37 h的重要因素。（2）这次平流雾过程低层水汽通量散度呈负值,上空持续出现水汽辐合,最强水汽辐合出现在25日02时左右,为-30×10-7 g·s-1·cm-2·hPa-1。低层辐合利于水汽的聚集,雾得以形成和发展,而雾过程后期水汽辐散则加快雾的消亡。贯穿整个雾过程的水汽辐合是这次平流辐射雾长时间维持的重要条件。（3）这次平流辐射雾过程中水汽输送路径是自中国东部沿海抵达南京;雾期间,水汽又来自海上源源不断的输送,最大时南京上空水汽通量达到2 g·s-1·hPa-1·cm-1。水汽的供应和后期补充量,决定了浓雾的持续时间。     

雨后两次强浓雾的爆发性增强过程

2015年12月在南京市郊进行雾的外场综合试验,观测得到20—21日雨后两次强浓雾的爆发性增强过程。利用常规气象资料、边界层廓线、雾滴谱等,分析此次典型雾过程的天气背景和边界层结构特征,探讨雾爆发性增强的原因。结果表明:雨后地表及近地层高湿环境为雾的形成提供了充足的水汽,南京冬季冷高压控制下稳定的天气层结,以及夜间的辐射冷却作用,极有利于辐射雾的产生。而雾的爆发性增强,主要和降温与增湿有关。晴天夜间地表向上长波辐射增强引起的强降温,日出后地面的强蒸发作用使得近地表水汽增多,都可直接引起雾的爆发性变浓。强的贴地逆温层的形成是雾爆发性增强的关键,易于近地面水汽的积累。而超低空急流的产生,有利于加速逆温层的贴地增强。     

江苏地区一次罕见持续性强浓雾过程的成因分析

2013年11月30日—12月9日,江苏出现持续10 d的强浓雾天气。利用秒级探空资料、能见度资料、江苏省高速公路沿线高时空密度的交通气象观测站资料以及NCEP/NCAR的1°×1°的分析资料,结合天气形势、气象要素、物理量场,对这次持续性强浓雾的特点和形成、维持机制进行分析。结果表明,(1)此次雾过程持续时间长、范围广、强度大、污染重。(2)在大陆高压控制下,江苏长时间处于高压带的均压区内是这次连续性强浓雾过程的重要天气条件。(3)地面辐射冷却、低空下沉气流以及东南暖湿气流是强浓雾形成的重要原因。(4)双层逆温和深厚的逆温层是出现强浓雾的重要热力条件。(5)弱冷空气入侵,是雾体爆发增强的促发因子。      

2019年1月陕西关中平原一次持续性浓雾天气特征及其爆发性增强成因分析

选用气象自动观测站5 min加密观测资料、探空秒级资料、风廓线雷达资料及欧洲中心ERA5逐小时再分析资料,对2019年1月10—12日陕西关中平原一次持续性浓雾天气的环流形势、生消演变特征及其爆发性增强成因进行分析。结果表明：此次浓雾过程具有强度大、持续时间长、多地爆发性增强的特征。雨后的高湿环境,为此次浓雾过程提供了有利的水汽条件;稳定维持的强逆温层,使大量水汽积聚在近地表不易扩散,为此次浓雾的爆发增强和持续提供了有利的层结条件;关中平原特殊地形作用形成的风场辐合,使水汽充分凝结,有利于强浓雾的发展。触发因子是此次浓雾多地短时爆发性增强的可能原因,如风向的突然转变和近地面冷空气回流等。浓雾爆发增长前静稳指数的提前跃增,静稳天气背景条件下925 hPa高度以下近地面东风回流,可作为该地区大雾爆发增强的参考指标。     

华北一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征

基于华北雾-霾综合观测试验资料,分析了2011年12月4日河北涿州一次浓雾过程爆发性增强的微物理特征及形成机理。结果表明：此次浓雾过程除具有均压场、地面辐射降温、逆温层、静稳天气等特征外,还具有雾微物理过程出现爆发性增强的特征,10 min内,小雾滴浓度显著增加,含水量增大了3个量级,雾滴谱由15 μm拓宽到35 μm,能见度由500 m骤降至70 m。夜间地面长波辐射冷却效应导致近地层雾的形成,而近地层雾的形成反过来快速地增强了地面长波辐射冷却效应,促使大量小雾滴的形成和碰并过程的产生,这是一种正反馈效应;大量雾滴形成释放的潜热,促使雾体抬升和向下长波辐射增强,又使地面长波辐射冷却效应减弱,产生负反馈效应。相对于南京辐射雾过程,此次涿州浓雾的小雾滴粒子数浓度高,液态水含量明显偏小,这与华北高浓度气溶胶和弱水汽输送有关。     

2013年底浙西地区一次持续性灰霾天气过程分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2013年底浙西地区一次持续性灰霾天气过程进行了分析。结果表明,该过程期间存在比较稳定的高、低空和地面环流形势,中低层湿度条件较差;低层以弱辐散和弱垂直运动为主,并且1000 hPa高度层以下浅薄逆温层的持续存在均有利于灰霾天气的维持;干冷空气前锋和主体影响期间,冷平流强度加大且低层有辐合中心和垂直上升运动中心出现,扩散条件好转是灰霾程度减弱的主要原因之一;浙西地区为盆地地形,南北高、中间低的地势不利于污染物的扩散。     

一次罕见冬季强浓雾天气成因分析

利用加密观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料,对2006年12月25~27日发生在我国中东部地区的一次罕见强浓雾天气过程从大尺度背景、动力和热力机制等方面进行了诊断分析。结果表明:①本次过程大雾发生阶段近地面风速很小,在0.3~2.9 m/s之间变化;浓雾发生阶段风速在0.3~2.4 m/s之间变化;15 m能见度维持阶段风速在0.8~1.1 m/s之间变化;②虽然浓雾发生前的很长一段时间内水汽条件差,而且后期西风槽影响时也无降水,但是槽前西南气流的持续水汽输送使得强浓雾形成所必须的水汽条件得到满足;③在大雾发生前,稳定层结逐渐建立并在大雾期间稳定维持,稳定层结的建立和维持对浓雾的形成、持续有重要作用;日出后首先在较高层出现不稳定层结,继而下传到底层,稳定层结被破坏,大雾减轻或消散;④第1阶段(25日夜里至26日上午)强浓雾出现前,能见度出现多次急速大幅振荡,在第2阶段(26日傍晚至27日上午)则未出现类似现象。     

2016年厦门机场一次爆发性浓雾的天气条件分析

浓雾不仅严重威胁着航空运行安全,而且导致的航班延误和取消亦给航空公司和社会经济效益带来巨大损失,因此开展机场爆发性浓雾的研究具有重要的科学意义和应用价值。利用常规气象观测资料、ECMWF细网格精细化数值预报产品(简称EC)和NCEP全球再分析资料,对2016年4月16日21:03—17日8:13(北京时)发生在厦门机场的一次爆发性浓雾天气过程进行分析,结果表明:海风和地面长波辐射为本次浓雾爆发性形成提供主要热力冷却条件。雾前10 min海风风速的突增使空气过饱和度增大,促使了雾的生成和爆发性增长。潮湿土壤的蒸发提供了充足水汽,也是雾第二次爆发性增长的直接原因。850 hPa以下显著增温增湿和700 hPa下沉运动维持了贴地强逆温,为雾爆发性形成提供了极稳定的层结条件。EC对此次浓雾形成的重要因子预报能力差异较大,虽然能准确预报海风的形成和机场入夜后云量的骤减,但对于海风预报的稳定性有待提高。     

一次深厚浓雾过程的边界层特征和生消物理机制

2007年12月13-14日,南京出现一次厚度达600 m、持续近14 h的浓雾过程,其中强浓雾阶段维持4 h.通过系留气球边界层探测系统、涡动协方差测量系统、雾滴尺度分布和自动气象站等外场试验资料分析了此次深厚浓雾过程的边界层结构特征和生消物理机制.结果表明,此次雾过程首先由地面辐射冷却形成贴地雾层,而后因低空平流冷却形成低云.在发展阶段,伴随低云不断下伸,贴地雾层不断抬升.在贴地雾层受到地面弱冷空气平流降温影响下,雾中微物理过程迅速发展,雾滴数密度、含水量、平均直径、最大直径等微物理参数在15 min内跃增,雾体爆发性升高,最终导致地面雾和低云上下贯通形成深厚雾层,地面能见度骤降至15 m以下.雾体爆发性增强时,地面垂直动量通量和向下长波辐射通量密度增大,净辐射趋于零.整个雾过程中,由于贴地层持续弱冷平流降温和上层雾阻碍了下层雾的辐射降温,二者的共同作用使贴地强逆温结构始终维持.     

新疆天山中部初秋罕见大暴雪成因分析

对新疆天山中部初秋2003年9月27—28日罕见大暴雪天气过程进行综合分析表明:天山中部初秋大暴雪发生在南亚高压双体型,伊朗副高东伸北挺,西太副高稳定,乌拉尔大槽不断南伸并缓慢东移的形势下;它是各种尺度系统及副热带与西风带系统共同作用的结果。大暴雪发生在低层偏东气流与中层西南气流和高层偏西气流交汇处;而低层东路水汽的输送对大暴雪的贡献极为重要。     

天山新疆段植被物候特征及其气候响应

基于MODIS的MCD12Q2数据,采用趋势分析和相关性分析方法,结合遥感降水和气温数据产品,探求了天山新疆段2001—2014年植被物候的时空变化及其影响因素的相对作用。天山新疆段植被物候始期呈明显的垂直地带性分布特征,集中于3月10日至5月15日,全区14年平均值为3月20日;植被物候末期具有纬度地带性分布特征,集中于10月1日至10月25日。天山新疆段植被物候始期在山区呈不显著推迟趋势,绿洲和平原呈不显著提前趋势;植被物候末期主要呈不显著提前趋势;降水量和气温是影响天山植被物候期的重要因素。物候始期受当年春季气温的影响最为显著,也受到前一年冬季降水量的影响,其与降水量呈正相关,与气温呈负相关。夏季和秋季降水量是天山新疆段植被物候末期的主要影响因素。     

基于树轮资料的天山和阿尔泰山历史气候变化序列集成重建研究

为了解天山和阿尔泰山长期气候变化特征,利用基于树轮资料的25条历史气候序列,集成重建了天山和阿尔泰山近150 a的年降水量和夏季气温变化情况。结果显示：20世纪上半叶是天山区域极端气候年份频现时期,而阿尔泰山极端气候年份在20世纪上下半叶分布数量相当且在19世纪下半叶相对较少。两个山系极端低值气候年份的一致性更好,且与部分历史记录吻合。天山在过去150 a内大致经历了5个偏干时期和5个偏湿时期,以及3个偏冷时期和3个偏暖时期;阿尔泰山则经历了5个偏干时期和6个偏湿时期,以及4个偏冷时期和4个偏暖时期。此外,除均存在2～6 a左右的变化周期外,天山年降水量重建序列存在27～30 a和38～39 a的变化周期,夏季平均气温重建序列存在10.5 a、53.5 a和63.7 a的变化周期;阿尔泰山夏季均温存在12.6 a的变化周期。分析表明,ENSO对天山和阿尔泰山年降水量有显著影响,而太阳黑子数与阿尔泰山夏季气温呈滞后负相关关系。     

沿天山地区一次暴雨动力过程和云中水凝物粒子特征的数值模拟研究

在分析了2018年5月23日—24日北疆沿天山一带典型的地形暴雨天气过程的环流形势、水汽输送和暴雨云系特征的基础上,利用高分辨率数值模式WRF3.8.1对暴雨过程进行模拟,在模拟结果与实况较为吻合的基础上,利用模拟资料对暴雨动力过程和云微物理特征进行了分析。结果表明：(1)“两脊一槽”的环流形势是此次暴雨发生的环流背景,东移过程中不断加深的中亚低槽是此次暴雨的影响系统。巴伦支海的水汽经过西西伯利亚平原多次转向输送至暴雨区,为暴雨的产生提供有利的水汽条件。积层混合云快速移过暴雨区使较强降雨持续了约6 h。(2)高分辨率数值模式WRF能较好地反映出此次暴雨过程的降雨性质、雨带分布特征和大值中心位置。模拟结果显示低空急流在向天山移动过程中,受天山地形阻挡抬升,在沿天山一带形成了显著的辐合和上升运动,为此次强降雨提供了有利的动力条件。(3)有利的动力条件使水凝物粒子(冰晶、雪、霰、云水、雨水)能够在北疆沿天山一带地区不断聚集、增长从而形成大值中心,固相粒子与液相粒子在垂直分布上相交的区域存在固—液粒子转化,有利于降雨强度的增强,其中霰粒子和过冷云水发挥了重要的作用。     

基于旋翼无人机探测的一次强浓雾边界层结构分析北大核心

利用常规气象观测资料、射阳站探空资料、旋翼无人机探测资料等,分析2019年10月19日夜间到20日江苏东部沿海地区一次强浓雾过程的边界层特征。根据无人机垂直观测资料及湍流参数Ri结果发现:大雾形成之前到大雾成熟阶段,近地面始终存在强贴地逆温,最大逆温强度达4.6℃/(100 m)。在大雾形成到发展阶段,逆温逐渐增强,弱湍流区的发展高度也逐渐抬升,最大发展高度达280 m,雾层厚度逐渐增大。大雾成熟阶段,逆温层高度达到最大250 m,而此时受太阳辐射影响,逆温层上层湍流开始逐渐增强,弱湍流区发展高度降至150 m。大雾消散阶段,逆温减弱,雾层厚度迅速降低,湍流增强,逆温层逐渐趋于消散。在大雾形成之前到大雾成熟阶段,逆温层之上均存在较大的东南风,海上暖湿气流的输送不仅使逆温得以加强和维持,而且在冷的下垫面上促进了水汽凝结,从而形成了东部沿海地区的强浓雾。无人机垂直观测完整的获取了此次大雾过程的边界层结构变化特征,Ri的结果很好地反映了大雾发生期间稳定层高度的变化情况。     

天山南坡暖季暴雨过程的水汽来源及输送特征

利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。     

天山南坡暖季暴雨过程的水汽来源及输送特征

利用1981—2020年5—9月天山南坡16个气象站逐日降水资料和NCEP/NCAR GDAS再分析资料,分析天山南坡暖季暴雨过程的环流形势,并采用HYSPLIT模式,模拟追踪水汽源地及输送特征。结果表明:天山南坡暖季暴雨主要发生在南亚高压双体型、500 hPa以上西南急流(气流)、700 hPa切变辐合以及天山地形辐合抬升的重叠区域。水汽主要源自中亚、大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近,经TKAP(塔吉克斯坦、吉尔吉斯坦、阿富汗东北部、巴基斯坦北部和印度西北部)、南疆、北疆关键区,分别从偏西、偏南、偏北通道输入暴雨区,700 hPa以上偏西通道、以下偏北通道占主导地位,且贡献最大的是南疆关键区。源自中亚的水汽主要输送至暴雨区700 hPa及以下,对暴雨的贡献较大,且沿途损失较大;源自大西洋及其沿岸、地中海和黑海及其附近的水汽主要输送至暴雨区700 hPa以上,对暴雨的贡献较小。另外,中低层还存在源自北疆、南疆、北美洲东部、蒙古的水汽。基于上述特征,建立了天山南坡暖季暴雨过程水汽三维精细化结构模型。     

2018年8月22日宁夏北部局地浓雾天气形成机制分析

利用宁夏972个地面自动站的10 m风场、2 m温度及露点温度,银川、大武口、平罗、贺兰4个常规地面观测站的能见度、温度及相对湿度逐时观测资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA-Interim逐6 h再分析资料（0.125°×0.125°）,对2018年8月22日宁夏北部局地突发浓雾天气过程的环流形势、逆温结构及其热力、动力条件和形成维持机制进行分析。结果表明：8月22日宁夏北部局地浓雾发生在地面冷高压、高空暖脊及近地面微风的静稳天气条件下;较为深厚的暖平流和近地面冷空气侵入所形成的稳定大气层结,是大雾形成的必要条件;弱上升运动使混合层扩展至840 hPa左右,是该地区雾的发展和维持的重要原因。在本次过程中,深厚的弱水汽辐合较水汽自身的饱和与否更为重要,是大武口站浓雾形成的关键性因素。浓雾呈现平流-辐射雾特征,地面热通量在过程前期促进浓雾的发生,后期对浓雾起到抑制作用。     

基于探空资料的58a新疆高空大气比湿气候特征分析

利用1961—2018年新疆12个探空气象站逐日观测资料,分析了新疆对流层850、700和500 hPa比湿的气候特征,结果表明：新疆大气比湿呈自西向东、自南向北递减分布,随高度增加而减小分布特征,新疆比湿远小于东亚季风区;新疆夏季比湿最大,其次为秋季、春季,冬季最小,850hPa和500hPa新疆各站之间比湿差异较大,而700hPa各站比湿差异较小;对流层850、700和500 hPa比湿均表现为线性上升趋势,并有1967-1986年偏干、1987-2005年偏湿的特征,1987年为突变点;对流层850、700和500 hPa比湿与降水均呈显著正相关关系;夏季暴雨天气对流层中低层比湿最大,发生暴雨时比湿约为气候平均1—2倍,夏季暴雨的动力和不稳定条件更关键,新疆暴雨天气时的比湿比东亚季风区显著偏小;冬季暴雪天气比湿是一年中最小的,春秋季强降水比湿介于夏、冬季之间,但可达气候平均的2—3倍,春秋季需要更多的水汽产生强降水。     

昆仑山北坡短时强降水天气分型及雷达回波特征分析

应用昆仑山北坡小时、分钟降水资料以及和田C波段多普勒天气雷达资料,分析近8年该区域短时强降水天气分型,对比分析对流云与混合云2型5类短时强降水的回波强度、顶高、垂直液态含水量等回波特征量值以及持续时间的差异.得出昆仑山北坡短时强降水中,中亚低涡(槽)型环流形势和块状多单体回波最多,昆仑山北坡无超级单体回波.需高度关注3...