牡丹江“11.18”东北冷涡特大暴雪天气分析

东北冷涡是影响牡丹江地区的主要天气系统之一。探讨东北冷涡暴雪形成是研究我国东北地区暴雪的一个切入点和突破口,对东北冷涡的系统研究将有利于提高东北冷涡暴雪天气预报水平。2013年11月17-18日牡丹江发生了特大暴雪天气过程,采用欧洲数值预报资料、常规观测资料及地面资料、t639资料、各类物理量等对这次暴雪天气过程进行了诊断分析研究。结果表明:范围广而强的偏东南急流不仅是水汽的强输送带,而且是低层锋区系统加强、移动的必要条件;此次暴雪过程高空急流、冷涡、低空急流、地面气旋及锋面相互配置;在降水前期有一干冷空气侵入对流层中下层,干冷气流入侵使不稳定能量释放,是此次暴雪的触发机制之一;干冷空气侵入对此次冷涡系统的发展起着重要的作用;红外云图和水汽图像配合,反映出此次东北冷涡发展移动过程中干冷空气和暖湿气流的运动特征。     

高空形势与山东半岛冷流暴雪的关系

采用常规观测资料和NCEP1°×1°资料,对山东半岛2005年、2008年、2010年的几次典型冷流暴雪过程进行了分析。分析结果表明：冷流暴雪的高空形势主要分为高空冷涡型和高空横槽型。高空冷涡型较高空横槽型降雪量偏大,暴雪站点多。高空冷涡型500hPa层以上的位涡值较高空横槽型偏大,高层位涡有利于低层正涡度的加强,促使低层产生低压环流及辐合上升运动,上升运动加强了海面水汽的垂直输送,故高空冷涡型上升速度较高空横槽型强,湿层较厚,高空冷涡型较高空横槽型更容易产生暴雪过程。     

高空形势与山东半岛冷流暴雪的关系

采用常规观测资料和NECP1o×1o资料,对山东半岛2005年、2008年、2010年的几次典型冷流暴雪过程进行了分析。分析结果表明：冷流暴雪的高空形势主要分为高空冷涡型和高空横槽型。高空冷涡型较高空横槽型降雪量偏大,暴雪站点多。高空冷涡型500hPa层以上的位涡值较高空横槽型偏大,高层位涡有利于低层正涡度的加强,促使低层产生低压环流,产生辐合上升运动, 上升速度加强了海面水汽的抬升,故高空冷涡型上升速度较高空横槽型强,相对湿度大值区面积较大,高空冷涡型较高空横槽型更容易产生暴雪过程。     

山东半岛一次冷流暴雪过程的中尺度模拟与云微物理特征分析

本文以NCEP-FNL资料作为初始场和边界场,采用WRF中尺度模式对2010年12月29-30日发生在山东半岛的一次冷流暴雪过程进行数值模拟,并利用高时空分辨率模拟结果分析此次过程的中尺度特征和云微物理特征.模拟与分析结果表明,此次暴雪过程发生在较强的海气温差背景下,渤海海表对冷空气的增温增湿作用显著,通过湍流交换等作用向低层大气输送大量感热、潜热和水汽;水汽由渤海中部海域输送到山东半岛东北部地区,其上空水汽辐合层比较浅薄,集中在800 hPa以下,相对湿度饱和层和比湿高值维持的时间与强降雪时段一致;中尺度海岸锋的生消过程对冷流暴雪过程形成有着重要作用,水平方向上呈现为偏北风和偏西风的强辐合带,局地环流中的上升运动触发不稳定能量释放,直接决定暴雪的落区和强度,这是产生浅对流降雪的主要物理机制;云中水凝物粒子的高度在600 hPa以下,最大值出现在850～900 hPa之间与浅对流结构相对应;各水凝物粒子含量相差较大,以雪和霰最多.     

一次冷涡暴雨的中尺度对流云团分析及数值模拟研究

利用MM5模式对2000年8月发生在河北省的一次暴雨过程进行了模拟,发现本次过程是由蒙古东部的低涡与副热带高压共同作用形成的,而局地大暴雨的直接原因是中尺度对流云团的作用。中尺度对流云团形成前期有一个能量急剧积累的过程。通过改变地形、低层东南风大小的敏感性试验,发现这次暴雨虽然发生在河北东部,但华北西部、北部的地形对暴雨影响很大:当降低地形高度后,雨区的位置和强度都发生变化;减弱低层东南风后,蒙古东部冷涡的强度和移动速度都有不同程度的改变,并且层次越低影响越明显。     

近10 a宝鸡暴雪特征及典型个例对比分析

利用2011—2020年常规气象观测资料和ERA5 025 °×025 °再分析资料,统计宝鸡暴雪时空分布特征,并对两次区域性暴雪个例进行对比分析。结果表明：（1）暴雪集中在1—3月,2月最多,区域性暴雪均在1月;暴雪日大值区位于宝鸡东部,区域性暴雪集中在中部川塬区,局地暴雪主要在南、北山区;暴雪日降雪量均值与极大值空间分布均呈现自西南向东北逐渐增多的趋势,极大值大多出现在区域性暴雪中。（2）两次区域性暴雪过程均发生在偏东回流冷空气作为冷垫锲入中低空西南暖湿急流的形势背景下,西南急流向暴雪区输送充足的水汽和能量,低层偏东回流冷空气促使西南急流在冷垫上爬升,产生动力抬升作用,同时降低低层温度,达到降雪产生的温度条件。（3）有利于区域性暴雪产生的条件为：近地面2 m气温≤-02 ℃且850 hPa温度≤-5 ℃,600 hPa附近暖平流中心≥17×10-5 ℃/s,低层冷平流中心≤-8×10-5 ℃/s;500 hPa水汽通量最大值≥18 g/（cm·hPa·s）,中层水汽辐合持续时间≥8 h,对应水汽通量散度中心≤-9×10-8 g/（hPa·s·cm2）,垂直速度中心≤-09 Pa/s;低空θse锋区内MPV1≥11 PVU和MPV2≤-14 PVU。     

渤海海效应暴雪云特征的观测分析

利用静止卫星 (GMS-5, GOES-9, MTSAT) 红外数据与CloudSat卫星云剖面雷达数据、NCEP FNL分析资料与常规观测资料,对2001—2010年发生的12次渤海海效应暴雪过程中云的演变特征、渤海热力作用与暴雪云团垂直结构及相态组成进行了观测分析。发现不同生成源地的暴雪云通常在渤海上快速发展,云中多存在水平范围可达100~300 km的密实条状或块状云团,其下对应主要降雪区域;暴雪云生成源地可分为渤海湾及莱州湾附近、渤海中部、辽东湾附近3种,暴雪云在海上移动主要受850 hPa风场影响;渤海暖海面与其上冷空气间的热量、水汽交换形成的不稳定层结条件,导致暴雪云进一步发展;暴雪云发展旺盛时期高度可达4 km,其冰水含量最大值达600 mg·m-3且主要集中在2 km高度附近,平均值可达303 mg·m-3,冰粒子有效半径最大值约为120 μm,平均值约为91 μm。     

一次山东半岛强冷流暴雪过程的数值模拟和诊断分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,应用WRF中尺度数值模式对山东半岛2008年12月4—6日的冷流暴雪天气过程进行了数值模拟,利用模式输出的时空分辨率较高的资料,对此次冷流暴雪的特征及其产生的物理机制进行了分析。结果表明,这次暴雪产生在西北气流、较大海气温差的背景条件下,一定的海气温差是冷流暴雪的重要指标;冷流暴雪产生在较强垂直上升运动区的相当位温高值区附近;水汽输送方向为西北—东南向,水汽辐合层比较浅薄且范围狭窄;降雪分布具有明显的南少北多的特征;850 hPa湿Q矢量散度场辐合区的存在、位置及强度与暴雪的产生、落区及强度具有较好的对应关系;湿Q矢量分量的垂直分布揭示了次级环流的方向和强弱,暴雪位于次级环流的上升支附近。     

一次罕见的山东半岛西部海效应暴雪过程的特征及机理研究

利用高时空分辨率MODIS和HIMAWARI-8卫星云图,多普勒天气雷达,风廓线雷达,加密自动站、浮标站及常规观测等多种观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料和ERA_Interim再分析资料,对2015年11月25-26日山东半岛西部和北部海效应暴雪过程的降雪特征和形成机理进行了分析。结果表明:(1)此次过程中高空冷涡位置异常偏西偏南,对应地面等压线气旋式弯曲异常偏西,冷空气强盛,为半岛西部产生暴雪提供了有利的大尺度背景条件。(2)此次海效应暴雪过程存在多条降雪云带并有云带合并发展现象,每条云带内部可能存在多个云团(线),云带的位置和发展强度对降雪落区和降雪量具有良好的指示性。(3)对应强降雪时段,渤海海面海气温差为14℃左右,半岛西部存在不稳定层结,地面辐合线提供动力触发机制,前期水汽积累和后期强水汽辐合提供了充分的水汽条件,低层辐合区长期维持使降雪云带强烈发展并产生"列车效应",是导致此次半岛西部产生暴雪的主要原因。(4)此次暴雪过程中,山东半岛西部在能量和水汽方面优于半岛北部,且动力维持机制与半岛北部不同,其低层900 h Pa以下存在西北风和偏北风的辐合。     

2005年12月3—21日山东半岛持续性暴雪特征及维持机制

利用多普勒雷达、卫星、常规观测资料及NCEP/NCAR再分析资料分析了2005年12月3—21日发生在山东半岛4次持续性冷流暴雪的特征及维持机制。结果表明:冬季强冷空气暴发南下时, 波状冷流云在渤海发展造成山东半岛暴雪, 暴雪具有明显的空间分布和强度的日变化特征; 多普勒雷达资料反映了暴雪回波PPI强度为35~40dBz, PPI径向速度图上反映低空急流和风辐合特征, RCS, VCS产品反映暴雪回波的垂直特征; 4次暴雪过程对应500hPa中高纬度欧亚上空为两涡一脊的建立和维持, θ_se时空演变反映4次强的干冷空气对应4次暴雪过程; 暴雪发生时南北风在渤海附近存在一弱的风区; 暴雪日水汽较非暴雪日充沛, 垂直上升运动和低层散度辐合与强降雪相对应; 暴雪日在渤海附近海面温度与850 hPa温度差大于20℃; 暴雪区为对流不稳定的大气层结。     

山东半岛一次强暴雨的分析和数值模拟

利用T213资料、常规观测资料和多普勒雷达资料,对2004年8月5日发生在山东半岛东部的一次大暴雨过程进行了数值模拟和分析,在模拟结果比较成功的基础上,利用细网格模拟资料重点分析了高、低空急流和850 hPa低压与暴雨的关系,以及山东半岛地形的动力作用。结果表明:暴雨强回波从南向北传播时强度逐渐增强,反映了中尺度对流系统的结构和发展;对流云团首先在低空急流中心左前方生成,与副热带高压边缘的西南暖湿气流有关,中尺度高空急流是伴随对流由强高空出流而形成,高、低空急流的耦合作用有利于强对流天气的维持和发展;在副热带高压西侧边界层激发出一个中β尺度低压,该低压形成后与暴雨区相伴移动,且移动路径与山东半岛东部地形分布有关,山东半岛地形对西南暖湿气流阻挡和绕流的动力作用是导致威海附近强暴雨的原因之一。     

山东半岛一次持续性强冷流降雪过程的成因分析

利用NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料和观测资料,诊断分析了2005年12月3～21日山东半岛北部沿海地区发生的罕见持续性强降雪过程.结果表明: 降雪以西北气流下的冷流降雪为主,具有典型冷流降雪分布特征;有利的大气环流形势造成强冷空气频繁,经过渤海暖海面时产生较大海气温差,是降雪持续时间长、强度大的直接原因;一定的海气温差是冷流降雪的重要指标,产生冷流降雪时山东北部近海海域的海气温差常在22K以上;冷流暴雪产生在高能舌、对流层低层辐合、中层辐散的上升运动区,上升运动层浅薄;水汽来源于渤海,水汽辐合层位于超低层(925 hPa高度以下);对流层中低层的垂直速度、散度场、涡度场的动力耦合结构配置有利于暴雪的形成和维持;特殊的低山丘陵地形强迫抬升是冷流降雪的触发机制,对暴雪的产生起到增幅作用.     

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。     

1999—2018年鲁南地区暴雪天气的影响系统及环流特征

利用1999-2018年鲁南地区地面逐日降水资料、NCEP再分析资料,统计了鲁南地区近20年暴雪天气过程,分析了四类影响系统的环流形势和主要特征。结果表明：近20年鲁南地区暴雪过程明显减少;产生鲁南地区暴雪天气的影响系统分为四类,按照发生频次从多到少依次为：回流形势、江淮气旋、切变线和低槽冷锋;回流暴雪灾害重、影响大,11月常出现大范围暴雪,根据500hPa环流形势特征分为高纬低压带型和两槽一脊型回流暴雪,建立了鲁南地区回流暴雪天气模型;江淮气旋暴雪主要发生在2月,影响系统复杂,通常先倒槽降雨,后转为回流形势降雪,揭示了江淮气旋降雪开始与结束时的环流特征;切变线暴雪降水量自南向北减少,以区域性暴雪为主;低槽冷锋暴雪500hPa以下各层低槽比较明显,地面为冷锋,影响系统过境时间短一般降雪量较小。     

2003年春季江淮一次暴雪过程的模拟研究

采用NCEP全球再分析资料和常规地面、高空观测资料，利用非静力中尺度数值模式MM5（V3．6）对2003年2月江淮地区暴雪过程进行了数值模拟。结果表明，MM5能够较好地模拟出地面及中低空大、中尺度环流系统，能够成功模拟出暴雪中尺度低涡的发生、发展及结构演变；低空西南急流与暴雪有着密切关系，对暴雪天气预报有很好的指导作用；对涡度场、散度场和垂直速度场的诊断表明，运动场和热力场的相互配置及耦合关系非常有利于暴雪切变线的发展及暴雪形成与维持。还利用模拟雷达反射率因子检验了模拟的正确性。对温度场的分析可知。降水性质与700hPa、850hPa温度平流有直接关系。     

2011年1月九江地区暴雪过程的流场特征及强回波成因分析

利用九江、南昌多普勒天气雷达资料和常规气象观测资料及0.5°×0.5°的NCEP再分析资料,对2011年1月19-20日九江地区的暴雪天气过程进行了分析.结果表明:南支槽前强盛的西南暖湿气流沿低层东北冷回流在长江流域形成的冷垫爬升是暴雪产生的动力机制;高低空急流的耦合作用形成次级环流,700 hPa以上正涡度平流和低层暖平流表明天气尺度上升运动较强;700 hPa等θ se线密集,表明锋区稳定维持.低层暖平流,中下层风速加强,急流中心降低,预示降雪回波将发展;低层暖平流结构转为冷平流漉场结构,预示降雪减弱.分析表明,本次过程没有强雷暴影响,回波异常增强不是由大水滴和霰雹等固态水凝物粒子造成,雪花下降经过0℃以上的暖层时表面融化,使雪花外裹了一薄层水膜,产生类似于大水滴的等同效果,从而出现了雷达图上反射率因子异常增强的现象;同时,中下层强的上升运动和凝结潜热释放的反馈机制可导致局部较强的反射率因子而产生强降雪.     

山东降水云系微物理结构数值模拟和播云条件分析

利用MM5V3.5中尺度数值模式和现有基本气象业务资料,对主要影响山东的2003年4月17日春季暴雨和2002年10月24~25日秋季冷锋降水过程进行数值预报,在预报效果较为理想的基础上,利用模式输出资料,特别是利用Reisner霰方案计算的云水、雨水、冰晶、雪和霰比含量数值,分析了中尺度对流云系不同发展阶段、冷锋层状云系不同部位的云降水微物理结构特征和差异,展示了背景场动力、热力和水汽输送等条件在云降水过程中的主导作用,并分析了降水云层可进行人工催化的条件。