冬季冰雪凝冻天气形势分析和预报思路演示文稿

冬季冰雪凝冻天气形势分析和预报思路演示文稿本文档共52页；当前第1页；编辑于星期一\11点5分优选冬季冰雪凝冻天气形势分析和预报思路本文档共52页；当前第2页；编辑于星期一\11点5分历史冬季连阴雨雪形势分析造成华东地区冬季低温连阴雨雪的天气系统主要有：冷锋、地面冷高压；阻塞高压；极涡、极地高压、东北冷涡；南支槽；切变线等。本文档共52页；当前第3页；编辑于星期一\11点5分历史冬季连阴雨雪形势分析历史上冬季连阴雨雪的500hpa环流形势普查了1971～2008年共38年间1～2月旬雨日≥7天的连阴雨雪过程后发现，有14年冬季出现了连阴雨雪过程，占37%。其中1月共出现9次，2月6次，各占23%和16%。普查了历史上各连阴雨雪过程的500hpa环流场后发现，上海地区出现冬季连阴雨雪的500hpa上常对应着中高纬阻塞形势，常见的有以下3种：本文档共52页；当前第4页；编辑于星期一\11点5分一、阻高偏西型此类连阴雨雪过程的阻高在60°E以西，常有巴尔克什湖～贝加尔湖的横槽相伴。这种形势下，东亚环流平直，冷暖空气势力均较弱，虽然雨日长，但雨雪量一般不大。本文档共52页；当前第5页；编辑于星期一\11点5分二、阻高偏东型此类连阴雨雪过程的阻高在80°E以东，欧亚中高纬呈稳定的两槽一脊形势，极涡偏东、偏南；孟加拉湾南支槽强，里海、咸海地区维持稳定长波槽，副热带高压较强，高原南北长波槽脊呈反位相。此类过程的冷暖空气势力均强，中低空辐合要强于上一类，造成的连阴雨雪的强度也强于上一类，如1964年2月、2008年1月的连阴雨雪均属于这类。本文档共52页；当前第6页；编辑于星期一\11点5分三、北方低涡型此类连阴雨雪过程的中高纬没有明显的阻塞形势，最显著的特征是极涡位于贝加尔湖至俄罗斯远东地区，位置偏南；中低纬60°E附近长波槽稳定，槽内不断有短波槽分裂东移，绕过高原南部后，和北方南下的冷空气交汇在长江中下游地区，此类过程的雨雪强度一般也不大。本文档共52页；当前第7页；编辑于星期一\11点5分历史冬季连阴雨雪形势分析中低空水汽场：700hpa的水汽主要源于孟加拉湾地区本文档共52页；当前第8页；编辑于星期一\11点5分历史冬季连阴雨雪形势分析中低空水汽场：边界层925hpa水汽则源于南海和东海地区.本文档共52页；当前第9页；编辑于星期一\11点5分历史冬季连阴雨雪形势分析本文档共52页；当前第10页；编辑于星期一\11点5分冬季连阴雨雪过程的中期预报着眼点（一）一、冬季连阴雨雪过程，预报关键在于有一种使冷暖空气长时间在长江流域交绥的环流条件。

对中期预报来讲，当预测中高纬出现阻塞形势时，应主要着眼于上游欧洲地区的中低纬度环流形势，特别是里海、咸海地区长波槽和切断低压的建立并维持。

一般来讲，上海地区冬季5天以上的连阴雨雪过程往往和里海、咸海地区的长波槽联系在一起。当预报里海、咸海地区有长波槽建立，并有稳定维持趋势，槽内不断有短波槽分裂并东移，此时若中纬度环流平直，则从长波槽建立的5～6天上海地区就会有连阴雨雪过程出现。本文档共52页；当前第11页；编辑于星期一\11点5分冬季连阴雨雪过程的中期预报着眼点（二）二、冬季的低温连阴雨雪过程前本市往往有明显回暖过程（850hpa可回暖至10℃或以上），大气呈现高温、高湿特性（间或有连续性大雾出现），之后有强冷空气影响本市，但锋面一般南压到华南一带即止，形成静止锋，700hpa和850hpa上形成近东西向切变线。此后受东传的短波槽影响，静止锋和切变线北抬，上海出现降水，之后随着高空槽的东移入海，静止锋和切变线南压，上海出现短暂的降水间歇期。在平直的环流形势下，不断有短波槽东移，上海就会反复出现降水—间歇—降水的连阴雨雪天气。本文档共52页；当前第12页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析降水类型：（1）雨—滴状的液态降水，下降时清楚可见，强度变化较缓慢，落在水面上会激起波纹和水花，落在干地上可留下湿斑。（2）阵雨—开始和停止都较突然、强度变化大的液态降水，有时伴有雷暴。（3）毛毛雨—稠密、细小而十分均匀的液态降水，下降情况不易分辨，看上去似乎随空气微弱的运动飘浮在空中，徐徐落下。迎面有潮湿感，落在水面无波纹，落在干地上只是均匀地润湿，地面无湿斑。（4）雪—固态降水，大多是白色不透明的六出分枝的星状、六角形片状结晶，常缓缓飘落，强度变化较缓慢。温度较高时多成团降落。（5）阵雪—开始和停止都较突然、强度变化大的降雪。（6）雨夹雪—半融化的雪(湿雪)，或雨和雪同时下降。（7）阵性雨夹雪—开始和停止都较突然、强度变化大的雨夹雪。本文档共52页；当前第13页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析（8）霰—白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直径约2～5mm，下降时常呈阵性，着硬地常反跳，松脆易碎。（9）米雪—白色不透明的比较扁、长的小颗粒固态降水，直径常小于1mm，着硬地不反跳。（10）冰粒—透明的丸状或不规则的固态降水，较硬，着硬地一般反跳。直径小于5mm。有时内部还有未冻结的水，如被碰碎，则仅剩下破碎的冰壳。（11）冰雹—坚硬的球状、锥状或形状不规则的固态降水，雹核一般不透明，外面包有透明的冰层，或由透明的冰层与不透明的冰层相间组成。大小差异大，大的直径可达数10mm。常伴随雷暴出现。（12）冰针—漂浮于空中的很微小的片状或针状冰晶，在阳光照耀下，闪烁可辨，有时可形成日柱或其它晕的现象。多出现在高纬度和高原地区的严冬季节。本文档共52页；当前第14页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析各种降水物形成的基本成因：冻雨—上层的冰晶或雪下降通过融化（暖）层，当融化（暖）层充分深和暖，冰晶或雪将全部融化变成雨滴，雨滴进入冷层形成过冷水滴，当地表物体低于0℃时，过冷水滴就在地表冻结。如果地面气温低于0℃，但地表温度高于0℃时，热传导将使得过冷水滴不会直接冻结在地表物体上，但过冷水滴会直接冻结在位于上层的物体表面。如果地面气温高于0℃，但地表温度低于0℃时，热传导也将使水滴直接冻结在位于地表的物体表面。当融化层的厚度大于1200ft（365.76米）通常将导致完全融化。当融化层的最大温度为0-1℃时，要使得大的雪花完全融化需要更厚的融化层。本文档共52页；当前第15页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析冰粒或霰—冰粒或霰的探空与冻雨的条件也是相似的，即有上部的融化层和其下的冷层存在。主要的差别是这两层的厚度、温度及冰晶或雪花的大小，在通过融化层后是否全部融化或部分融化。由于仍然有冰晶存在，部分融化的雪花比全部融化更容易重新冻结，从而形成冰粒或霰甚至雪。随着融化层厚度和温度的减小，冷层厚度的增加，出现冰粒或霰或混合了米雪的降水的可能性将增加。当冷层的平均最低温度小于0℃时，没有混合了冻雨的冰粒或霰最有可能发生。当冷层的最低温度为-2.5℃时，可能发生冻雨、冰粒或霰的混合型降水。本文档共52页；当前第16页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析雪—雨、雪界限的探空与冻雨或冰粒或霰的探空有很大的差别，主要是融化层在近地面而冷层在其上部。将雪融化为雨，近地面融化层的厚度为750-1500ft（米），同时与雪量和温度直减率有关。当温度直减率小，融化层弱，雪完全融化需要更厚的融化层。当温度直减率大，融化层即使较薄，雪仍然可以完全融化为雨。如果融化层的高度小于900ft（274.32米），有超过50%的机率雪可以到达地面、如果融化层的高度小于200ft（60.96米），90%的机率可以降雪。如果融化层的高度大于1000ft（304.8米），降雪的机率将快速下降到50%以下。本文档共52页；当前第17页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析降雪概率的判断方法：一、Boyden’stechnique（Boyden1964）

用1000-850hPa厚度阈值和站点海拔高度判别降雪概率。1000-850hPa厚度阈值要根据1000hPa高度（H1000）或本站气压和地表海拔高度（HGR）进行调整，调整值（m）的计算公式为（H1000-HGR）/30或用图（a）查看，然后用图（b）查降雪概率值。本文档共52页；当前第18页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析二、0℃湿球温度的高度判别降雪的概率（HWF1975）用0℃湿球温度的高度预报降雪的概率，附加考虑了潜热冷却效应的影响。 0℃湿球温度的高度降水类型：

≥3000英尺（914.4米）

几乎总是降雨，极少降雪 2000～3000英尺（609.6～914.4米）通常是降雨，降雪的可能性小 1000～2000英尺（304.8～609.6米）持续性的降雨容易转换为降雪

＜1000英尺（304.8米）通常是降雪，轻微或偶然是降雨本文档共52页；当前第19页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析三、Hand’srule（Hand1986）用近地表最低层100hPa厚度空气层的平均温度预报降水类型。

近地表最低层100hPa厚度空气层的平均温度降水类型＜-1.5℃雪-1.5～0.5℃霰或冰粒＞0.5℃雨本文档共52页；当前第20页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析四、“Top-Down”方法“Top-Down”方法是跟踪水汽凝结体从它的初生到降落到地面的过程并判断其降水类型的方法。这种方法应用气象探空对大气环境的探测，从顶部开始向下直到地面。在一次降水事件中，多种降水类型有可能发生，通常需要检查3个关键层。

层次气团对水汽凝结体的影响冰晶层冷的、中层气团冰晶核/增长暖层被抬升的、暖的热带气团加热/融化近地面冷层地面极地或变性气团重新冻结/接触冻结本文档共52页；当前第21页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法(a)冰晶层云中冰晶的数量是云温度的函数，云温度越低，云中存在冰晶的可能性越大。在一层相当潮湿的水汽层中，-10℃是一个很好的分界点，表示冰核被激活在云中产生冰。

温度（℃）冰晶初生的几率0无-4无-1060%-1270%-1590%-20100%本文档共52页；当前第22页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法(b)暖层因暖锋结构形成的被抬升的暖层主要关注的重点是暖层的厚度和最大温度。Rauberetal.(2001)通过研究发现暖层的厚度和暖层的最大温度有超过80%的正相关，并且呈线性关系。用暖层最大温度值判别降水类型取决于云中是否有冰晶进入。

暖层最大温度（℃）降水类型（有冰晶）降水类型（无冰晶）＜1雪冻雨/冻毛毛雨1～3雪/冰粒（1℃）～冰粒（3℃）冻雨/冻毛毛雨＞3冻雨/冻毛毛雨冻雨/冻毛毛雨本文档共52页；当前第23页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法本文档共52页；当前第24页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法暖层中需要考虑的一些关键点：暖层的温度小于等于1℃，将不能融化从上部进入的雪/冰，这样水汽凝结体的相态没有改变，冰晶在通过暖层后仍然存在。暖层的温度在1～3℃，雪/冰将不会全部融化，在其下的冷层中将重新冻结。当温度接近3℃，降水很可能是冰粒；当温度1～2℃，降水将以雪和冰粒的混和为主。暖层的温度在大于3℃，导致雪/冰将全部融化。当地面温度大于0℃，产生降雨；当地面温度小于等于0℃，产生冻雨。如果云中没有冰晶存在，暖雨过程将占主导地位。在这种情况下，当地面温度小于等于0℃，将产生冻毛毛雨或可能冻雨；当地面温度打于0℃，将产生降雨或毛毛雨。本文档共52页；当前第25页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法(c)近地面冷层近地面冷层主要关注的重点是冷层的厚度、最低温度和地面温度。对于业务预报而言，这层温度是最难预报的。在近地面冷层中有几个因数将会影响到最终降落到地面的水汽凝结体。如果地面温度远高于0℃，将产生降雨。例如，当湿球温度(Tw)大于1℃且厚度大于300m，进入的冰将很可能融化产生降雨。当近地面冷层低于0℃，水汽凝结体将很可能以冰冻的形式降落的地面，当雨从暖层进入到近地面冷层，同时近地面冷层足够冷，厚度足够深，液态水滴将重新冻结为冰粒。一个冰粒形成的经验指标是近地面冷层的厚度要大于750m同时温度是-6℃或更冷。本文档共52页；当前第26页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法本文档共52页；当前第27页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法(d)未饱和层和湿球温度对于一个给定的气块，湿球温度（Tw）代表了此气块达到饱和时的温度。湿球温度在界定液态和冻结降水中能提供有用的信息。在湿球温度高于0℃时，雨很可能发生。如果湿球温度大于1℃且从地面向上的厚度至少300m，冰将全部融化，雨最有可能发生。最近的研究表明发生降雪时，最大的可能地面湿球温度大约为1.5℃。本文档共52页；当前第28页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法(e)湿球冻结高度湿球冻结高度的经验规则＞1500m雪极少发生700～1500m雪可能发生＜700m雪通常发生本文档共52页；当前第29页；编辑于星期一\11点5分Top-Down”方法(f)“Top-Down”方法的流程通过对关键层的温度分析，为降水类型提供指导。本文档共52页；当前第30页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析五、美国国家天气局降水类型判别规则

美国国家天气局结合了“top-down”方法和部分厚度分析的原理，来确定雨雪边界。本文档共52页；当前第31页；编辑于星期一\11点5分美国国家天气局降水类型判别规则本文档共52页；当前第32页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析六、评估冰粒或霰与冻雨的探空条件融化层的特征：出现何种降水类型，融化层的特征比其下的冷层更为重要。(a)冰粒或霰（无冻雨）：融化层的温度小于2℃同时厚度小于等于1500ft（460米）。(b)冻雨（无冰粒或霰）：融化层的温度大于等于4-5℃同时厚度小于等于4500ft（1370米）。(c)混合（冰粒或霰和冻雨）：融化层的温度2-5℃同时厚度1500-4500ft（460-1370米）。本文档共52页；当前第33页；编辑于星期一\11点5分评估冰粒或霰与冻雨的探空条件（二）冷层的特征：(d)冰粒或霰（无冻雨）：冷层的温度小于等于-8℃同时厚度大于等于3000ft（915米）。(e)冻雨（无冰粒或霰）：冷层的温度-2~-8℃同时厚度小于600-3000ft（180-915米）。(f)混合（冰粒或霰和冻雨）：？多层的特征：

在探空中，融化层和冷层的多层结构也是可能的。如果在融化层中，雪部分融化，在其下的冷层中冻结为冰粒或霰，然后在近地面融化层中保持为冰粒或霰或转变为雨；如果雪完全融化，最有可能出现的是雨。本文档共52页；当前第34页；编辑于星期一\11点5分冬季降水类型的诊断分析七、湖面/海面影响下的对流性降雪：

湖面/海面影响下的降雪常常发生在冷空气经过相对暖的水体时，在水体上或其下风方产生对流性的降雪带。这些降雪带可以是相当狭窄、降雪强度强。本文档共52页；当前第35页；编辑于星期一\11点5分湖面/海面影响下的对流性降雪本文档共52页；当前第36页；编辑于星期一\11点5分湖面/海面影响下的对流性降雪这种降雪过程有下述一些关键因子：

冷空气在经过水体时其下部被加热、湿度增加，产生不稳定的气温直减率；对流性的降雪云带发生并在向岸的地形条件下通过摩擦辐合和地形抬升得到进一步增强；对流在垂直方向发展，其上限为一层稳定的逆温层，典型的高度在地表以上1-4公里，这种对流垂直发展高度比通常雷暴天气要更浅薄；其它的影响因子还包括充分的风区、低层的风向切变、适合的云和降水的微物理条件。本文档共52页；当前第37页；编辑于星期一\11点5分雪量和积雪的诊断方法一、10:1的经验法则和订正方法这种方法起源于19世纪加拿大安大略多伦多的雪的密度观测资料，通过对历史资料统计定量描述新雪的密度。10:1的经验法则可以用来把等效的降雨量转换为积雪深度值。如1毫米的降雨量，如果全部以降雪的方式下降到地表，将出现10毫米的积雪。10:1的经验法则在业务应用中使用最广泛，约50%的个例符合。使用中需要注意到，在有利于“重”雪（冰粒、融化的雪、雪雨混合等）或“轻”雪条件下，雪水比需要调整。(a)暖的地表和边界层温度减小雪水比。(b)接近0℃的融化层减小雪水比。(c)云中有大量的过冷水滴，雪水比不会太高。(d)探空较大程度上存在0℃附近的等温层，通常雪水比为8~10:1。(e)大风使雪水比下降。(f)深厚的冷空气有利于较高的雪水比，但当温度过低，冰晶的类型将不利于产生很高的雪水比，一般为10:1或更低。(g)最高的雪水比通常发生在风小和地面气温在-9.5℃左右。本文档共52页；当前第38页；编辑于星期一\11点5分雪量和积雪的诊断方法雪量和积雪厚度诊断流程图本文档共52页；当前第39页；编辑于星期一\11点5分2008年1月26日到2月1日三次大雪实例本文档共52页；当前第40页；编辑于星期一\11点5分2008年1月25日到2月2日500hPa平均高度场稳定的弱低涡前六天为阻高、后三天转为高压脊后有利贝湖的冷空气南下本文档共52页；当前第41页；编辑于星期一\11点5分中层700hPa异常大的西南气流1月26日