冬季冰雪凝凍天氣形勢分析和預報思路

提綱一、歷史冬季連陰雨雪形勢分析二、冬季連陰雨中期預報著眼點三、冬季降水類型的診斷分析四、雪量和積雪的診斷方法五、2008年1月19日典型冰雪過程及2008年2月份三次大雪過程實例分析當前第1頁\共有53頁\編于星期六\0點歷史冬季連陰雨雪形勢分析造成華東地區(qū)冬季低溫連陰雨雪的天氣系統(tǒng)主要有：冷鋒、地面冷高壓；阻塞高壓；極渦、極地高壓、東北冷渦；南支槽；切變線等。當前第2頁\共有53頁\編于星期六\0點歷史冬季連陰雨雪形勢分析歷史上冬季連陰雨雪的500hpa環(huán)流形勢普查了1971～2008年共38年間1～2月旬雨日≥7天的連陰雨雪過程后發(fā)現(xiàn)，有14年冬季出現(xiàn)了連陰雨雪過程，占37%。其中1月共出現(xiàn)9次，2月6次，各占23%和16%。普查了歷史上各連陰雨雪過程的500hpa環(huán)流場后發(fā)現(xiàn)，上海地區(qū)出現(xiàn)冬季連陰雨雪的500hpa上常對應著中高緯阻塞形勢，常見的有以下3種：當前第3頁\共有53頁\編于星期六\0點一、阻高偏西型此類連陰雨雪過程的阻高在60°E以西，常有巴爾克什湖～貝加爾湖的橫槽相伴。這種形勢下，東亞環(huán)流平直，冷暖空氣勢力均較弱，雖然雨日長，但雨雪量一般不大。當前第4頁\共有53頁\編于星期六\0點二、阻高偏東型此類連陰雨雪過程的阻高在80°E以東，歐亞中高緯呈穩(wěn)定的兩槽一脊形勢，極渦偏東、偏南；孟加拉灣南支槽強，里海、咸海地區(qū)維持穩(wěn)定長波槽，副熱帶高壓較強，高原南北長波槽脊呈反位相。此類過程的冷暖空氣勢力均強，中低空輻合要強于上一類，造成的連陰雨雪的強度也強于上一類，如1964年2月、2008年1月的連陰雨雪均屬于這類。當前第5頁\共有53頁\編于星期六\0點三、北方低渦型此類連陰雨雪過程的中高緯沒有明顯的阻塞形勢，最顯著的特征是極渦位于貝加爾湖至俄羅斯遠東地區(qū)，位置偏南；中低緯60°E附近長波槽穩(wěn)定，槽內不斷有短波槽分裂東移，繞過高原南部后，和北方南下的冷空氣交匯在長江中下游地區(qū)，此類過程的雨雪強度一般也不大。當前第6頁\共有53頁\編于星期六\0點歷史冬季連陰雨雪形勢分析中低空水汽場：700hpa的水汽主要源于孟加拉灣地區(qū)當前第7頁\共有53頁\編于星期六\0點歷史冬季連陰雨雪形勢分析中低空水汽場：邊界層925hpa水汽則源于南海和東海地區(qū).當前第8頁\共有53頁\編于星期六\0點歷史冬季連陰雨雪形勢分析當前第9頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季連陰雨雪過程的中期預報著眼點（一）一、冬季連陰雨雪過程，預報關鍵在于有一種使冷暖空氣長時間在長江流域交綏的環(huán)流條件。

對中期預報來講，當預測中高緯出現(xiàn)阻塞形勢時，應主要著眼于上游歐洲地區(qū)的中低緯度環(huán)流形勢，特別是里海、咸海地區(qū)長波槽和切斷低壓的建立并維持。

一般來講，上海地區(qū)冬季5天以上的連陰雨雪過程往往和里海、咸海地區(qū)的長波槽聯(lián)系在一起。當預報里海、咸海地區(qū)有長波槽建立，并有穩(wěn)定維持趨勢，槽內不斷有短波槽分裂并東移，此時若中緯度環(huán)流平直，則從長波槽建立的5～6天上海地區(qū)就會有連陰雨雪過程出現(xiàn)。當前第10頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季連陰雨雪過程的中期預報著眼點（二）二、冬季的低溫連陰雨雪過程前本市往往有明顯回暖過程（850hpa可回暖至10℃或以上），大氣呈現(xiàn)高溫、高濕特性（間或有連續(xù)性大霧出現(xiàn)），之后有強冷空氣影響本市，但鋒面一般南壓到華南一帶即止，形成靜止鋒，700hpa和850hpa上形成近東西向切變線。此后受東傳的短波槽影響，靜止鋒和切變線北抬，上海出現(xiàn)降水，之后隨著高空槽的東移入海，靜止鋒和切變線南壓，上海出現(xiàn)短暫的降水間歇期。在平直的環(huán)流形勢下，不斷有短波槽東移，上海就會反復出現(xiàn)降水—間歇—降水的連陰雨雪天氣。當前第11頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析降水類型：（1）雨—滴狀的液態(tài)降水，下降時清楚可見，強度變化較緩慢，落在水面上會激起波紋和水花，落在干地上可留下濕斑。（2）陣雨—開始和停止都較突然、強度變化大的液態(tài)降水，有時伴有雷暴。（3）毛毛雨—稠密、細小而十分均勻的液態(tài)降水，下降情況不易分辨，看上去似乎隨空氣微弱的運動飄浮在空中，徐徐落下。迎面有潮濕感，落在水面無波紋，落在干地上只是均勻地潤濕，地面無濕斑。（4）雪—固態(tài)降水，大多是白色不透明的六出分枝的星狀、六角形片狀結晶，常緩緩飄落，強度變化較緩慢。溫度較高時多成團降落。（5）陣雪—開始和停止都較突然、強度變化大的降雪。（6）雨夾雪—半融化的雪(濕雪)，或雨和雪同時下降。（7）陣性雨夾雪—開始和停止都較突然、強度變化大的雨夾雪。當前第12頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析（8）霰—白色不透明的圓錐形或球形的顆粒固態(tài)降水，直徑約2～5mm，下降時常呈陣性，著硬地常反跳，松脆易碎。（9）米雪—白色不透明的比較扁、長的小顆粒固態(tài)降水，直徑常小于1mm，著硬地不反跳。（10）冰?！该鞯耐锠罨虿灰?guī)則的固態(tài)降水，較硬，著硬地一般反跳。直徑小于5mm。有時內部還有未凍結的水，如被碰碎，則僅剩下破碎的冰殼。（11）冰雹—堅硬的球狀、錐狀或形狀不規(guī)則的固態(tài)降水，雹核一般不透明，外面包有透明的冰層，或由透明的冰層與不透明的冰層相間組成。大小差異大，大的直徑可達數(shù)10mm。常伴隨雷暴出現(xiàn)。（12）冰針—漂浮于空中的很微小的片狀或針狀冰晶，在陽光照耀下，閃爍可辨，有時可形成日柱或其它暈的現(xiàn)象。多出現(xiàn)在高緯度和高原地區(qū)的嚴冬季節(jié)。當前第13頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析各種降水物形成的基本成因：凍雨—上層的冰晶或雪下降通過融化（暖）層，當融化（暖）層充分深和暖，冰晶或雪將全部融化變成雨滴，雨滴進入冷層形成過冷水滴，當?shù)乇砦矬w低于0℃時，過冷水滴就在地表凍結。如果地面氣溫低于0℃，但地表溫度高于0℃時，熱傳導將使得過冷水滴不會直接凍結在地表物體上，但過冷水滴會直接凍結在位于上層的物體表面。如果地面氣溫高于0℃，但地表溫度低于0℃時，熱傳導也將使水滴直接凍結在位于地表的物體表面。當融化層的厚度大于1200ft（365.76米）通常將導致完全融化。當融化層的最大溫度為0-1℃時，要使得大的雪花完全融化需要更厚的融化層。當前第14頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析冰?；蝣薄；蝣钡奶娇张c凍雨的條件也是相似的，即有上部的融化層和其下的冷層存在。主要的差別是這兩層的厚度、溫度及冰晶或雪花的大小，在通過融化層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凍結，從而形成冰?；蝣鄙踔裂?。隨著融化層厚度和溫度的減小，冷層厚度的增加，出現(xiàn)冰?；蝣被蚧旌狭嗣籽┑慕邓目赡苄詫⒃黾?。當冷層的平均最低溫度小于0℃時，沒有混合了凍雨的冰?；蝣弊钣锌赡馨l(fā)生。當冷層的最低溫度為-2.5℃時，可能發(fā)生凍雨、冰?；蝣钡幕旌闲徒邓?。當前第15頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析雪—雨、雪界限的探空與凍雨或冰粒或霰的探空有很大的差別，主要是融化層在近地面而冷層在其上部。將雪融化為雨，近地面融化層的厚度為750-1500ft（米），同時與雪量和溫度直減率有關。當溫度直減率小，融化層弱，雪完全融化需要更厚的融化層。當溫度直減率大，融化層即使較薄，雪仍然可以完全融化為雨。如果融化層的高度小于900ft（274.32米），有超過50%的機率雪可以到達地面、如果融化層的高度小于200ft（60.96米），90%的機率可以降雪。如果融化層的高度大于1000ft（304.8米），降雪的機率將快速下降到50%以下。當前第16頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析降雪概率的判斷方法：一、Boyden’stechnique（Boyden1964）

用1000-850hPa厚度閾值和站點海拔高度判別降雪概率。1000-850hPa厚度閾值要根據(jù)1000hPa高度（H1000）或本站氣壓和地表海拔高度（HGR）進行調整，調整值（m）的計算公式為（H1000-HGR）/30或用圖（a）查看，然后用圖（b）查降雪概率值。當前第17頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析二、0℃濕球溫度的高度判別降雪的概率（HWF1975）用0℃濕球溫度的高度預報降雪的概率，附加考慮了潛熱冷卻效應的影響。 0℃濕球溫度的高度降水類型：

≥3000英尺（914.4米）

幾乎總是降雨，極少降雪 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）持續(xù)性的降雨容易轉換為降雪

＜1000英尺（304.8米）通常是降雪，輕微或偶然是降雨當前第18頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析三、Hand’srule（Hand1986）用近地表最低層100hPa厚度空氣層的平均溫度預報降水類型。

近地表最低層100hPa厚度空氣層的平均溫度降水類型＜-1.5℃雪-1.5～0.5℃霰或冰粒＞0.5℃雨當前第19頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析四、“Top-Down”方法“Top-Down”方法是跟蹤水汽凝結體從它的初生到降落到地面的過程并判斷其降水類型的方法。這種方法應用氣象探空對大氣環(huán)境的探測，從頂部開始向下直到地面。在一次降水事件中，多種降水類型有可能發(fā)生，通常需要檢查3個關鍵層。

層次氣團對水汽凝結體的影響冰晶層冷的、中層氣團冰晶核/增長暖層被抬升的、暖的熱帶氣團加熱/融化近地面冷層地面極地或變性氣團重新凍結/接觸凍結當前第20頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法(a)冰晶層云中冰晶的數(shù)量是云溫度的函數(shù)，云溫度越低，云中存在冰晶的可能性越大。在一層相當潮濕的水汽層中，-10℃是一個很好的分界點，表示冰核被激活在云中產生冰。

溫度（℃）冰晶初生的幾率0無-4無-1060%-1270%-1590%-20100%當前第21頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法(b)暖層因暖鋒結構形成的被抬升的暖層主要關注的重點是暖層的厚度和最大溫度。Rauberetal.(2001)通過研究發(fā)現(xiàn)暖層的厚度和暖層的最大溫度有超過80%的正相關，并且呈線性關系。用暖層最大溫度值判別降水類型取決于云中是否有冰晶進入。

暖層最大溫度（℃）降水類型（有冰晶）降水類型（無冰晶）＜1雪凍雨/凍毛毛雨1～3雪/冰粒（1℃）～冰粒（3℃）凍雨/凍毛毛雨＞3凍雨/凍毛毛雨凍雨/凍毛毛雨當前第22頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法當前第23頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法暖層中需要考慮的一些關鍵點：暖層的溫度小于等于1℃，將不能融化從上部進入的雪/冰，這樣水汽凝結體的相態(tài)沒有改變，冰晶在通過暖層后仍然存在。暖層的溫度在1～3℃，雪/冰將不會全部融化，在其下的冷層中將重新凍結。當溫度接近3℃，降水很可能是冰粒；當溫度1～2℃，降水將以雪和冰粒的混和為主。暖層的溫度在大于3℃，導致雪/冰將全部融化。當?shù)孛鏈囟却笥?℃，產生降雨；當?shù)孛鏈囟刃∮诘扔?℃，產生凍雨。如果云中沒有冰晶存在，暖雨過程將占主導地位。在這種情況下，當?shù)孛鏈囟刃∮诘扔?℃，將產生凍毛毛雨或可能凍雨；當?shù)孛鏈囟却蛴?℃，將產生降雨或毛毛雨。當前第24頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法(c)近地面冷層近地面冷層主要關注的重點是冷層的厚度、最低溫度和地面溫度。對于業(yè)務預報而言，這層溫度是最難預報的。在近地面冷層中有幾個因數(shù)將會影響到最終降落到地面的水汽凝結體。如果地面溫度遠高于0℃，將產生降雨。例如，當濕球溫度(Tw)大于1℃且厚度大于300m，進入的冰將很可能融化產生降雨。當近地面冷層低于0℃，水汽凝結體將很可能以冰凍的形式降落的地面，當雨從暖層進入到近地面冷層，同時近地面冷層足夠冷，厚度足夠深，液態(tài)水滴將重新凍結為冰粒。一個冰粒形成的經驗指標是近地面冷層的厚度要大于750m同時溫度是-6℃或更冷。當前第25頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法當前第26頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法(d)未飽和層和濕球溫度對于一個給定的氣塊，濕球溫度（Tw）代表了此氣塊達到飽和時的溫度。濕球溫度在界定液態(tài)和凍結降水中能提供有用的信息。在濕球溫度高于0℃時，雨很可能發(fā)生。如果濕球溫度大于1℃且從地面向上的厚度至少300m，冰將全部融化，雨最有可能發(fā)生。最近的研究表明發(fā)生降雪時，最大的可能地面濕球溫度大約為1.5℃。當前第27頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法(e)濕球凍結高度濕球凍結高度的經驗規(guī)則＞1500m雪極少發(fā)生700～1500m雪可能發(fā)生＜700m雪通常發(fā)生當前第28頁\共有53頁\編于星期六\0點Top-Down”方法(f)“Top-Down”方法的流程通過對關鍵層的溫度分析，為降水類型提供指導。當前第29頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析五、美國國家天氣局降水類型判別規(guī)則

美國國家天氣局結合了“top-down”方法和部分厚度分析的原理，來確定雨雪邊界。當前第30頁\共有53頁\編于星期六\0點美國國家天氣局降水類型判別規(guī)則當前第31頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析六、評估冰?；蝣迸c凍雨的探空條件融化層的特征：出現(xiàn)何種降水類型，融化層的特征比其下的冷層更為重要。(a)冰?；蝣保o凍雨）：融化層的溫度小于2℃同時厚度小于等于1500ft（460米）。(b)凍雨（無冰?；蝣保喝诨瘜拥臏囟却笥诘扔?-5℃同時厚度小于等于4500ft（1370米）。(c)混合（冰?；蝣焙蛢鲇辏喝诨瘜拥臏囟?-5℃同時厚度1500-4500ft（460-1370米）。當前第32頁\共有53頁\編于星期六\0點評估冰?；蝣迸c凍雨的探空條件（二）冷層的特征：(d)冰粒或霰（無凍雨）：冷層的溫度小于等于-8℃同時厚度大于等于3000ft（915米）。(e)凍雨（無冰?；蝣保豪鋵拥臏囟?2~-8℃同時厚度小于600-3000ft（180-915米）。(f)混合（冰?；蝣焙蛢鲇辏海慷鄬拥奶卣鳎?/p>

在探空中，融化層和冷層的多層結構也是可能的。如果在融化層中，雪部分融化，在其下的冷層中凍結為冰粒或霰，然后在近地面融化層中保持為冰?；蝣被蜣D變?yōu)橛?；如果雪完全融化，最有可能出現(xiàn)的是雨。當前第33頁\共有53頁\編于星期六\0點冬季降水類型的診斷分析七、湖面/海面影響下的對流性降雪：

湖面/海面影響下的降雪常常發(fā)生在冷空氣經過相對暖的水體時，在水體上或其下風方產生對流性的降雪帶。這些降雪帶可以是相當狹窄、降雪強度強。當前第34頁\共有53頁\編于星期六\0點湖面/海面影響下的對流性降雪當前第35頁\共有53頁\編于星期六\0點湖面/海面影響下的對流性降雪這種降雪過程有下述一些關鍵因子：

冷空氣在經過水體時其下部被加熱、濕度增加，產生不穩(wěn)定的氣溫直減率；對流性的降雪云帶發(fā)生并在向岸的地形條件下通過摩擦輻合和地形抬升得到進一步增強；對流在垂直方向發(fā)展，其上限為一層穩(wěn)定的逆溫層，典型的高度在地表以上1-4公里，這種對流垂直發(fā)展高度比通常雷暴天氣要更淺??；其它的影響因子還包括充分的風區(qū)、低層的風向切變、適合的云和降水的微物理條件。當前第36頁\共有53頁\編于星期六\0點雪量和積雪的診斷方法一、10:1的經驗法則和訂正方法這種方法起源于19世紀加拿大安大略多倫多的雪的密度觀測資料，通過對歷史資料統(tǒng)計定量描述新雪的密度。10:1的經驗法則可以用來把等效的降雨量轉換為積雪深度值。如1毫米的降雨量，如果全部以降雪的方式下降到地表，將出現(xiàn)10毫米的積雪。10:1的經驗法則在業(yè)務應用中使用最廣泛，約50%的個例符合。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“輕”雪條件下，雪水比需要調整。(a)暖的地表和邊界層溫度減小雪水比。(b)接近0℃的融化層減小雪水比。(c)云中有大量的過冷水滴，雪水比不會太高。(d)探空較大程度上存在0℃附近的等溫層，通常雪水比為8~10:1。(e)大風使雪水比下降。(f)深厚的冷空氣有利于較高的雪水比，但當溫度過低，冰晶的類型將不利于產生很高的雪水比，一般為10:1或更低。(g)最高的雪水比通常發(fā)生在風小和地面氣溫在-9.5℃左右。當前第37頁\共有53頁\編于星期六\0點雪量和積雪的診斷方法雪量和積雪厚度診斷流程圖當前第38頁\共有53頁\編于星期六\0點2008年1月26日到2月1日三次大雪實例當前第39頁\共有53頁\編于星期六\0點2008年1月25日到2月2日500hPa平均高度場穩(wěn)定的弱低渦前六天為阻高、后三天轉為高壓脊后有利貝湖的冷空氣南下當前第40頁\共有53頁\編于星期六\0點中層700hPa異常大的西南氣流1月26日08時1月27日