云南极端霜冻气候事件的气候特征及环流背景分析

利用云南124个气象站逐日最低气温和天气现象(霜)资料,计算最低气温低于-5℃的站点数占全省总站数的比例,定义站点比例超出25%的霜冻事件为云南极端霜冻气候事件。分析了云南极端霜冻气候事件的气候特征及环流背景。结果表明,云南极端霜冻事件发生前气温偏低,云量偏多;霜冻发生时夜间晴朗,辐射散热强烈,气温再度下降。这种霜冻属于混合霜冻或称为平流辐射霜冻。极端霜冻气候事件发生的主要原因之一是高空冷平流与底层冷高压控制下夜间晴空辐射冷却降温。发生时空气湿度较发生前小,空气相对干燥。     

2022年初湖南两次灾害性大暴雪成因分析

2022年2月6—7日(简称“2.6”过程)和21—22日(简称“2.22”过程)湖南出现了两次灾害性大暴雪天气过程,利用多源观测资料与再分析资料,通过HYSPLIT v4.9(空气质点轨迹追踪模式)及聚类算法,从环流背景、温度条件及水汽特征探讨两次强降雪特征及成因差异。分析表明：(1)“2.6”过程降雪持续时间短,降雪时段集中,小时雪量大;“2.22”过程强降雪持续时间长,累积降雪量大,部分站点雪深破历史极值,具有显著极端性。(2)两次过程均受南支槽影响,其中“2.22”过程南支槽更深厚,地面上两个强大的高压中心持续补充冷空气,造成长时间的地面低温。(3)温度平流差异明显,“2.6”过程主要受高空和地面冷平流共同作用造成温度下降,“2.22”过程由中层冷平流驱动冷空气下传,长时间维持深厚冷垫和10 m/s以上的边界层东北回流是造成持续性强降雪的重要成因。(4)两次大暴雪过程的主要水汽通道均是来自阿拉伯海的西南输送带,另外,还有一支来自西太平洋的偏东水汽输送带,经南海转为偏南路径向北输送至暴雪区,这也是湖南冬季暴雪需要特别关注的水汽传输路径。     

湖北省1954/2008年历史罕见持续低温冰雪过程对比分析

1954年12月26日-1955年1月18日湖北省遭遇了120年一遇的历史罕见持续低温冰雪灾害。2008年1月13日-2月3日,湖北省再次出现了一次持续低温冰雪过程,严重程度仅次于1954年,为70年一遇。利用常规天气图和数值预报产品资料,应用天气学和波谱分析方法,对比分析了两次过程的环流形势特征及能谱特征。结果表明:两次过程具有基本一致的长波系统背景场、水汽条件、地面冷空气条件;在低温冰雪过程中,850～700hPa存在明显逆温层;中高纬度、中低纬度能量谱强度、输送和转换有明显的变化,并且与天气系统的变化相对应。但是,两次天气过程的表现形式有明显差异,而且前者的主要影响系统,如阻塞高压、低涡、副高和地面冷高压等的强度均明显比后者强。     

宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄种植区春霜冻发生时间规律研究

利用宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄种植区2008~2016年4~5月逐小时最低气温资料,根据酿酒葡萄霜冻气候指标统计了不同程度霜冻日的出现时间。采用气候统计方法,研究了近9年来宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄种植区不同程度霜冻出现情况及出现日期分布特征。结果表明:2008~2016年红寺堡种植区出现霜冻日数最多,其次是青铜峡种植区、银川种植区,石嘴山种植区出现霜冻日数最少。各种植区出现的霜冻日中均是轻度霜冻出现次数最多,其次是中度霜冻,重度霜冻日数最少。总体来看各种植区不同程度霜冻出现日期都集中在4月,且在4月上旬出现日数最多,只有红寺堡种植区霜冻日一直持续到5月中旬,5月下旬均未出现霜冻日。本研究结果对防止葡萄春冻灾害发生、提高葡萄成活率有现实意义。     

盛夏昆明两次致灾大暴雨对比分析

应用常规观测资料、FY-2D、2E卫星观测资料及新一代多普勒雷达回波资料,对“2013.07.19”和“2017.07.20”昆明两次大暴雨对比分析,结果表明:两次过程均出现在全省强降水过程大背景下,强降水时段均出现在盛夏7月的夜间,集中在北部和东部。2013年过程降水量较大,持续时间较长,洪峰水位较高,而2017年过程小时雨强和雷暴次数为最强,城市内涝范围和灾情影响程度较大;两次环流系统均是两高辐合、低涡切变配合暖湿气流共同作用,但2017年有明显的系统前倾,辐合更强;不稳定特征显示,高冷低暖,对流特征指数均体现为对流性不稳定,但2017年CAPE较大、高层冷平流较强,高低空强垂直切变明显,对流层高层干冷空气下侵增强了对流不稳定;滇中昆明均处在MPV 1?0、MPV 2?0的大气对称不稳定条件下强的对称不稳定区,2017年过程由于积聚了大量的较强不稳定能量,强对流天气剧烈但持续时间较短;整层水汽通量散度辐合区分布基本一致,与降水区基本对应;中β尺度对流云团是两次大暴雨的直接影响中尺度系统,但2017年云团强度更强,对流性特征更明显;多普勒雷达回波特征表现, 2013年过程为带状混合型降水回波,持续少动,中尺度系统有暖平流、中尺度辐合区持续影响,回波顶高8～10 km,且最大回波强度46dBZ,而2017年过程为团状、涡旋状对流性降水回波,回波强度强于2013年,小时雨强较大。     

影响广西两次低温灾害及物理机制对比分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料对比分析了2016年1月23-28日和2008年1月13日至2月5日影响广西的两次强冷空气的灾害特征、环流形势,动力机制。分析表明:2016年强冷空气过程阻塞高压比2008年冷空气过程的高压异常偏强。2016年1月冷空气过程中高纬度环流为两槽一脊型,强冷空气沿西路迅速南下,导致广西近50年最南雪线。而2008年1月强冷空气天气过程,中高纬度维持稳定的东高西低形势,冷空气东路南下影响,导致广西近50年最长期的冻雨和冰冻天气。负涡度往乌拉尔山东部高压内部持续输送,支持了2008年1月阻塞高压不断重建、维持。2008年冷空气过程因为孟加拉湾水汽持续输送,维持了长期冻雨和冰冻天气,2016年冷空气过程由于水汽不足,导致少量降雪过后迅速转晴天。     

三峡水库上游流域大洪峰暴雨天气系统分析

选择三峡水库入库流量代表洪水强度,以长江上游组成宜昌洪水来源的岷沱江、嘉陵江、乌江、宜宾-重庆、重庆-万州、万州-宜昌为主要流域;把出现历史前3名大洪峰的1981年、1998年和2010年汛期作为切入点,针对直接诱发3次大洪峰的暴雨过程,利用长江上游六大流域实况面雨量、宜昌流量和水位,以及NCEP数值产品的客观分析等资料,采用天气分析、波谱分析方法,分析了对流层中低层主要天气系统,以及200 hPa南亚高压和地面冷空气的情况。指出了3次大洪峰暴雨的环流特征、风场特征、超长波和长波特征等,为三峡水库气象保障服务提供了洪峰暴雨的天气背景。     

冷空气在北上台风“利奇马”致灾暴雨中的作用分析

利用NCEP逐6 h再分析资料、地面加密观测、探空、雷达资料,分析得出“利奇马”致灾暴雨是在长时间稳定维持的天气尺度环流背景下形成的。冷空气在降水所起的作用表现在:(1)长时间维持的弱冷空气与偏南暖湿气流交汇形成了边界层辐合线,辐射升温和暖湿气流的输送加大了辐合线两侧的温度和露点梯度,在高温高湿的有利环境下,对流在辐合线附近强烈发展。(2)高空槽后冷空气由“利奇马”环流西北侧渗入,先后形成3个冷平流中心,分别对应3个阶段的降水。(3)冷暖空气在降水区的持续辐合抬升作用增强了降水,最强降水时段发生在锋区垂直方向坡度最大的时段。(4)水平锋生有利于水汽输送和辐合抬升,垂直锋生有利于对流不稳定能量的累积和触发。冷空气形成的水平辐合和抬升造成大范围上升运动,使得锋生和垂直锋消同时存在,最强降水时段发生在水平锋生最强的时段。     

1961-2017年甘肃省霜冻演变特征及其对农业的影响

霜冻对农业安全影响巨大。为了提供防范霜冻危害的科学依据,利用甘肃省1961-2017年57个气象站温度资料和霜冻灾害资料,采用趋势系数、累计距平、Mann-Kendall(M-K)方法分析了不同等级霜冻日数的变化特征及其对农业的影响。结果表明:(1)甘肃省不同等级霜冻日数呈明显下降趋势,轻、中、重霜冻及早、晚霜冻日数分别以-2.3d·(10a)~(-1)、-1.8d·(10a)~(-1)、-1.2d·(10a)~(-1)、-1.2d·(10a)~(-1)、-1.1d·(10a)~(-1)的速率减少;2010-2017年减少最明显。(2)甘肃省各区域不同等级霜冻日数均呈现下降趋势,其中河西中部和甘南北部为快速减少区,陇南地区及陇东地区减少幅度较小。(3)近57a甘肃省呈晚霜冻结束时间提前,早霜冻出现时间推迟的趋势,且存在霜期最长的甘南地区晚霜冻结束时间提前最多,霜期最短的陇南地区早霜冻出现时间推迟最多的特点。(4)90年代末以后因≥10℃积温的快速增加及特色作物的播种面积大幅提高增加了作物受冻风险,霜冻造成的农作物受灾面积处于上升趋势。     

一次极端降水过程中不同相态降水过程的锋生特征对比研究

2015年1月8日夜间~10日,云南出现暴雨和暴雪并存天气,是1961年以来1月最极端的一次降水过程,利用NCEP/NCAR再分析资料,对不同相态降水过程中锋生作用及其伴随的次级环流特征进行对比分析,探讨强雨雪产生机制。结果表明,孟加拉湾至滇南的水汽输送偏离气候平均度达3σ,滇南锋区中心强度为-5×10-5K·m-1,异常冷暖气流在云南交汇造成此次强雨雪天气。进一步地锋生函数分析表明,2015年初强雨雪中,暴雨前期低层水平辐合及上升运动加剧,使降水出现峰值,此后水平变形场(主要是切变变形)的增长,使锋生作用维持,但强度明显减弱;对于暴雪而言,第一次降雪峰值的形成主要是倾斜项作用;第二次降雪峰值的形成则主要是水平变形项中的伸长变形增长和倾斜项作用。次级环流上升支处的强上升运动为强雨雪天气提供了有利的动力条件。     

黑龙江省霜冻的气候变化特征和预报指标

利用1970-2008年地面最低气温和历史天气图资料,对黑龙江省初、终霜冻的天气气候特征进行了分析,并探讨了出现霜冻的环流形势特点,总结出黑龙江省出现霜冻的三种天气学模型:①超极地路径型;②西方路径型;③西北路径型。给出了霜冻的时空分布特征以及对预报有用的一些预报指标,对霜冻预报业务有参考作用。     

广西一次区域性强对流天气的诊断分析

结合2013年3月23-24日广西一次区域性强对流天气过程,运用常规观测资料、MICAPS实况资料和EC细网格数值预报资料计算准地转ω方程的两个主要强迫项:涡度平流的垂直差动项(简称"涡度平流项")和温度平流的拉普拉斯项(简称"温度平流项")。结果表明,天气尺度的抬升运动主要是温度平流项的贡献,500 h Pa高空槽前的负变温造成了斜压性加强是抬升运动加强的主要原因,也是桂北强对流范围增大的主要原因。用ω方程结合数值预报回报的结果能较好地反映天气实况,说明上述方法在强对流天气预报中有一定的指导意义。     

基于逐步多元线性回归和随机森林模型预测黄河流域极端气温事件

全球变暖背景下,极端气候事件频发,且对黄河流域等地区的经济发展及人民生活造成严重危害。基于1961—2020年黄河流域80个站点的日气温数据提取了6个逐月极端气温指数(ETI)。利用多重共线性分析去除有相依性的环流指数,并考虑滞后性进行Pearson相关分析,筛选出各ETI的关键环流指数及最佳滞后时间;之后基于最佳滞后时间下的关键环流指数建立逐步多元线性回归(SMLR)和随机森林(RF)模型。对模型进行精度评价,探究环流指数在单站点及整个流域的重要性,并预测了2022年11月的6个ETI值。结果表明：黄河流域ETI中最高气温(TXx)、暖昼天数(TX90p)、酷热天数(TD30)和最低气温(TNn)呈波动上升趋势,而霜冻天数(FD0)和冷夜天数(TN10p)呈下降趋势;极端高温事件的强度和发生频率的空间分布特征与极端低温事件基本相反。以靖远站TXx为例,各关键环流指数对TXx具有不同程度的影响(0.10max<0.89),r_max对应的最佳滞后时间主要为5、6、11、12个月。SMLR和RF模型对黄河流域各ETI的预测能力都较...     

蒙古冷涡影响下宁夏两次典型冰雹天气对比分析

基于常规气象资料和宁夏中尺度区域数值模式MM5输出结果，应用天气学及诊断分析方法，对2004年6月14日和2005年5月30日发生在宁夏的两次典型冰雹天气过程，从环流背景、影响系统、冰雹落区、大气层结稳定度及动力条件等方面进行了对比分析。结果表明：两次冰雹天气过程均发生在宁夏冰雹易发期夏初季节的午后，是在＂西高东低＂有利于强对流天气发生的环流背景下，受蒙古冷涡影响而形成的。由于环流形势及其演变的不同，使蒙古冷涡移动路径有所差异，造成宁夏不同区域受到冰雹袭击。     

三个登陆台风造成云南灾害的天气成因研究

利用FNL1°×1°再分析资料，云南站点降水实况资料，中国台风天气网资料，气象灾情直报系统数据和中国气象灾害年鉴等资料，分析“威马逊”、“海鸥”和“天鸽”系统对云南造成的强降水及灾害成因，结果表明:“威马逊”灾情最严重，受灾和伤亡人数最多，“天鸽”直接经济损失低于“威马逊”；“海鸥”灾情和直接经济损失均相对最轻。三个台风低压进入云南的位置和强度不同，其西移过程中造成云南大到暴雨的范围、落区分布明显不同，“天鸽”从文山州的广南进入云南，位置较偏东偏北，向西南-西移动；“海鸥”位置则偏西偏南，从红河州的金平入境云南，向西北-西-西南移动；“威马逊”从文山州的麻栗坡附近进入云南，逐渐加强西北移。“威马逊”西行影响云南持续时间最长达78 h、影响范围最大，对云南9个州市造成影响，其次是“天鸽”持续影响时间达66 h、对云南7个州市造成影响，“海鸥”持续时间为54 h，影响范围相对要小。从水汽输送的情况来看，“海鸥”的净水汽量最大为20.53×107 kg/s，“天鸽”次之为15.07×107 kg/s，“威马逊”最小为14.03×107 kg/s，并且东向输送到云南的水汽量最大。西太平洋副高的位置和强度对西行台风进入云南有重要影响。“威马逊”影响云南以台风低压降水为主，“天鸽”和“海鸥”影响造成云南东部出现强降水与冷空气活动有关。     

渤海海面冰情变化趋势预测

渤海地处中国北方，是我国唯一出现海冰的海域。海冰影响着航运以及海上油气的开发和生产。渤海海面冰情的发展和生消，与大尺度环流形势和海区气象水文条件密切相关。以环渤海地区的气候特征为背景，分析冷暖空气活动的特点，做出气温变化的预测，进而推测海面冰情的发展趋势。分析了1990—1999年冬季渤海周边10个气象台站的气温资料，挑出有明显降温的个例，并将当时的500hPa的高度场形势归为：远槽型、近槽型、低压型、横槽型、锋区型和槽后型共6种类型。不同的天气类型反映冷空气活动的不同路径。根据天气分型，选择500hPa和850hPa天气图中反映冷空气活动和描述冷暖气团状态的气象要素作为方程因子，如高空冷暖平流强度、冷气团强度、锋区强度、冷空气引起的降温幅度以及偏』匕风速等，建立10个气象台站的24，48和72h变温预报方程。方程平均拟合率在60％以上。将预测的变温对冰情的影响分成6个等级。验证结果表明，预报方程式能够预报出渤海海面冰情变化趋势，与海冰遥感监测结果一致。     

云南极端气候干旱的特征分析

应用云南124个站点1961-2011年的旬、日、月降水和气温资料,采用综合气象干旱指数和逐日降水分析云南1961年以来的干旱强度。以云南的干旱过程强度指数为-50、区域代表站的干旱过程用强度指数为-100以上选取极端干旱较为合适,选取干旱强度最大1962/1963、1968/1969、1978/1979和2009/2010年为极端干旱年进行分析表明,在4次极端干旱过程中,强度最强的是2009/2010年出现的秋冬春初夏连旱,是有气象记录以来最强的,其造成的危害及经济损失也最大,其次是1978/1979年、1968/1969年和1962/1963年出现的冬春初夏连旱。云南干旱灾害出现频繁、持续时间长,其分布具有一致性的特点,干旱出现的时段大致在冬、春及初夏季,而近年来秋季干旱呈频发之势。由于云南降水分布极不均,造成各地干旱强度指数存在差异。除滇西、滇西南局部边沿地区降水偏多,出现极端干旱相对较少外,云南大部,特别是云南中部及东部地区最容易发生极端干旱。从1970年代以来,云南出现严重干旱的强度及持续时间呈加重趋势。     

我国冬小麦霜冻灾害致灾因子危险度评价——基于作物生育阶段气象指标

霜冻是一种威胁农业生产的气象灾害,对其致灾因子危险度的研究,可为大尺度的作物霜冻灾害区划及农业保险提供依据。根据作物生长发育的阶段性原理,以全国751个气象台站56年的逐日最低气温资料以及作物生育期资料为基础,统计得到冬小麦各个生育阶段不同灾害等级（轻霜冻、中霜冻、重霜冻）的年霜冻日数,并计算出冬小麦全生育期内不同等级霜冻的发生概率,基于以上两项指标对冬小麦霜冻致灾因子危险度做出评价。结果表明,研究期内重霜冻年霜日最大值为129d,而轻霜冻和中霜冻霜日最大值分别为23 d和19 d,冬小麦受重霜冻危害时间较长;冬小麦霜冻的频发区、多发区、少发区从北向南依次分布,随着霜冻等级增加,频发区的面积差异不大,但多发区的面积减小、少发区面积增大;冬小麦霜冻灾害危险度等级最低的地区主要分布在低纬度的几个省份,如海南、广东、广西、云南等,危险度等级最高的地区集中在青藏高原地区。     

山东半岛冬季冷流暴雪的气候特征及其成因征兆

利用山东半岛降雪资料、海温观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,首先用EOF方法,在探讨了山东半岛41年(1965-2005年)冬季冷流降雪气候特征的基础上,重点分析了冷流暴雪的气候特征及时空分布。结果表明:山东半岛冬季冷流暴雪在文登附近有一个强正值中心,在招远附近有一个次强正值中心;降雪量在1980-1995年间呈5年左右的周期振荡,1996-2005年间呈2～3年周期振荡;山东半岛平均每年有0.9个冷流暴雪日。其次,分析了气温和海-气温差与冷流暴雪发生的关系。最后,根据山东半岛冬季冷流暴雪的3种不同的空间分布形态,建立了对应的3种冷流暴雪的500hPa环流模型。     

一次春季雹灾的多普勒雷达产品特征分析

利用常规高空、地面观测资料以及三门峡多普勒雷达资料,对2016年4月27日山西运城市的雹灾天气进行分析。结果显示:高空冷温槽是雹灾发生的大环流背景。雹灾发生前大气特征具有上下干、中间湿的"蜂腰状"结构,高低空差动温度平流造成强烈的位势不稳定,强的垂直风切变及低层大的切变曲率,有利于超级单体和多单体风暴发展;地面中尺度辐合线有利于强对流风暴发展,超级单体发生前1 h地面有中尺度辐合线生成,中低层具有钩状回波特征,并伴有弱的中气旋;多单体风暴与地面中尺度辐合线相伴而生,在发展过程中有中气旋生成,并出现风暴顶辐散;春季-20℃层高度低于6 km,与0℃层厚度差小于3.5 km,利于形成密集的大小不均冰雹,对农作物损伤严重。