2024年, 第43卷, 第04期　
刊出日期：2024-11-11

  

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  2024年春运期两次极端雨雪冰冻天气过程对比分析

  张芳华, 许先煌, 权婉晴, 胡艺, 张博, 远芳, 周军

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 371-383.

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  2024年1月31日—2月6日和2月19—25日，我国先后出现两次大范围持续性低温雨雪冰冻天气过程(分别简称过程1和过程2)，对春运造成严重影响。利用多源观测和ERA5再分析资料对两次过程进行对比，重点分析了南方地区雨雪天气强度及冻雨和降水相态差异的原因。结果表明：(1)两次过程的累计降水量均有一定极端性，并伴有复杂的降水相态变化，冻雨强度和范围为2009年以来最大；过程1冻雨强度和积雪深度大于过程2，过程2冻雨范围、降水和对流强度大于过程1。(2)两次过程均发生在高空槽与低层冷空气共同作用的环流背景下，南支槽前和西太平洋副热带高压外围的西南急流稳定维持且较常年显著偏强，为两次极端雨雪冰冻天气过程提供了持续而充沛的水汽条件；暖湿气流在冷垫上的爬升以及低层风场的水平辐合是产生雨雪天气的重要动力机制，逆温层和融化层的稳定维持是出现冻雨及降水相态反复变化的关键原因。(3)两次过程不同点主要在于，过程1冻结层内温度多在-4～0℃，高于过程2，相对而言更有利于形成冻雨；逆温区狭长且少动，冻雨影响范围集中，强度大；过程2副热带高压更偏西偏北，有利于西南暖湿急流加强和北推，同时强寒潮导致冷垫较强，冷暖交汇有利于上升运动发展和降水增强；过程2融化层维持时间更长，云水含量较高，但冻结层内温度低，更有利于出现冰粒或湿雪。
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  2024年2月我国中东部两次持续性低温雨雪冰冻过程的环流异常特征分析

  张博, 张芳华

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 384-394.

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  2024年1月31日—2月6日和2月19—25日我国中东部地区先后发生两次持续性低温雨雪冰冻过程，均表现为降水范围广、持续时间长、降水量极端、降水相态复杂、气温显著偏低等特征，春运出行受到其较大影响。采用国家站气象观测资料和NCEP/NCAR再分析资料，对这两次过程的大尺度环流异常特征进行分析，试图揭示西太平洋副热带高压(以下简称副高)北抬原因及强冷空气活动的平流层前兆信号。结果表明：(1)我国大陆上空500 hPa“西低东高”环流形势有利于中东部地区出现持续性降水。2024年1月31日—2月6日(以下简称过程Ⅰ)乌拉尔山附近并无明显的阻塞系统；2月19—25日(以下简称过程Ⅱ)在贝加尔湖以北地区有阻塞高压发展维持。两次过程副高较常年同期偏北、显著偏强，与南支槽共同作用有利于暖湿气流向我国中东部地区输送，低层冷空气南下、暖湿空气沿低层冷垫爬升，为大范围雨雪天气提供重要的动力抬升和温度层结条件。(2)过程Ⅰ主要的水汽来源是孟加拉湾北部的偏西风输送，过程Ⅱ来自西北太平洋的水汽输送贡献更大，且江南地区整层水汽辐合强于过程Ⅰ。(3)副高偏北的原因可能是受到来自西非至北欧一带对流层中高层Rossby波能量在中纬度和副热带地区向下游传播的影响。(4)发生在2月第3候前后的平流层极涡下传可作为过程Ⅱ寒潮活动的前兆信号，平流层极涡下传超前于对流层，可为冬季我国冷空气过程提供预报依据。
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  2024年2月初贵州东部及长江中下游低温雨雪冰冻天气的基本特征及成因

  杜小玲, 蓝伟, 何东坡, 陈波, 卢璐

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 395-406.

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  2024年2月初贵州东部及长江中下游出现低温雨雪冰冻天气，恰逢春运高峰，给春运、能源保供及人民生活造成严重影响。为揭示此次低温雨雪冰冻天气的异常特征，利用国家气象信息中心实况观测资料、美国国家环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料以及怀化双偏振雷达资料对此次天气的基本特征和成因进行了分析。结果表明：(1) 2024年春节前贵州东部、湖南中北部、湖北东部南部及安徽西部北部出现4～6 d严重冰冻灾害，冰冻灾害主要由两轮低温雨雪天气造成，首轮低温雨雪出现在2月1—4日，降水相态具有多样性，尤其是3日雨雪最为明显，以强降雪及强冻雨为主，导致积雪和积冰快速增长。第二轮低温雨雪出现在5—6日，贵州东部、湖南中北部以冻雨为主，湖北等长江沿线以雨夹雪和降雪为主，积冰得以维持或继续增长。(2)亚洲中高纬度位势高度距平呈西低东高分布，且南支槽活跃，为低温雨雪冰冻天气提供了重要天气背景。南支槽前强盛的西南急流沿锋面爬升形成倾斜上升气流，增强了锋后的降水强度，造成第一轮强低温雨雪天气；而后南支槽减弱，但南支锋区仍维持，中低层急流和地面静止锋均维持，造成了第二轮持续低温雨雪天气。(3)受华南静止锋和云贵静止锋形成及维持的影响，锋后逆温范围宽广，且长江以南地区暖层显著，造成长江南北不同相态的降水。同时长江南北的温湿场在垂直方向上有较大差异，长江以北地区以强降雪为主时，温湿场上表现为深厚的冷湿特征，具有典型的冰相结构；长江以南地区以强冻雨为主时，温湿场上具有“强暖湿-冷湿”特征。(4) 2月3—4日长江南北地区均出现快速跃增的雨水、冰水和雪的混合比，形成了强湿雪和强冻雨；长江以南地区低层过冷水3日夜间以小雨滴和大雨滴方式共存、5日夜间则是由小雨滴构成。
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  2024年1月引发雪崩的阿勒泰极端强降雪天气成因和预报分析

  陶亦为, 张芳华, 于碧馨, 李桉孛, 胡艺, 王丹

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 407-418.

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  在北疆典型双阻型暖区暴雪天气环流形势稳定影响下，2024年1月6—12日新疆北部阿勒泰出现一次极端强降雪过程，多站突破历史同期极值，导致阿勒泰山区多处出现雪崩，本文基于国家站和区域气象观测站逐小时实况观测资料、ERA5再分析资料、区域模式(CMA-MESO、CMA-TYM)和全球模式(CMA-GFS、ECMWF)预报资料，对此次过程的降雪特征、环流形势、极端性成因及模式预报性能进行分析，结果表明：(1)强降雪过程呈持续时间长、累积降水量大、小时降水量多等极端性特征，根据环流形势演变和降雪特征，降雪过程可分为三个阶段。累积降水量分布呈平原地区向山区递增的特征，强降雪主要集中在第二、三阶段，以上两个阶段阿勒泰北部沿山地区和山区新增积雪大、小时积雪多、雪水比大，满足雪崩形成的关键气象条件。(2)此次过程500 hPa强盛极锋锋区不断分裂短波系统先后东移影响阿勒泰，850—700 hPa长时间维持暖式切变线，并伴随强暖锋锋生，强降雪发生在300 hPa极锋急流出口辐散区、850 hPa切变线以北至700 hPa切变线附近区域。(3)第二、三阶段阿勒泰北部尤其是北部山区水汽条件异常偏强，叠加地形增幅作用，低层动力抬升作用异常强盛，并长时间维持，是造成极端强降雪的重要原因。(4)区域模式对强降雪预报好于全球模式，但对极端性预报能力仍有限。ECMWF极端预报指数预报产品(EFI)和国家气象中心集合平均异常天气预报产品(EMAF)在中期时效能较好地发现了极端天气信号，强化相关产品的应用，并结合模式定量预报结果作出调整，可进一步提升对极端天气事件的预报预警精细化服务效果。
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  2024年2月我国两次大范围冻雨过程对比分析

  安晶晶, 王东勇, 李慧敏, 刘杰, 郑淋淋

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 419-430.

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  2024年2月1—4日(以下简称过程Ⅰ)及2月19—24日(以下简称过程Ⅱ)，我国先后出现两次大范围雨雪冰冻过程，在这两次过程中冻雨影响范围广、持续时间长、灾害强度大，是我国有气象资料以来冻雨最为严重的一年。利用多源实况观测和ERA5再分析资料，对比分析了这两次冻雨过程发生的环境条件和温度层结特征。结果表明：(1)两次过程中500 h Pa环流形势和影响系统比较相似且均稳定维持，有利于大范围雨雪冰冻天气形势的持续，但低层温度配置和冷空气移动速度不同造成了冻雨落区存在差异。过程Ⅰ由于冷空气移速较慢，造成冻雨分布较为集中。相较于过程Ⅰ，过程Ⅱ初期西南急流强度更大、位置更北，导致冻雨初始发生位置偏北，但后期强冷空气迅速南下，造成冻雨落区移动速度更快，影响范围更大。(2)两次过程中，中层暖层主要位于700—850 hPa之间，低层冷层则主要位于900 hPa以下，较通常冻雨概念模型中700 h Pa暖层及850 hPa冷层位置偏低，易导致预报员对天气类型的误判，同时过程Ⅱ逆温层强度强于过程Ⅰ。(3)采用面积元法分析了两次过程的中层暖层强度及低层冷层强度，结果表明过程Ⅰ冷暖层强度弱于过程Ⅱ，与温度特征分析结果一致。同时两次过程冻雨主要发生在中层暖层强度与低层冷层强度接近的地区。
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  河南北中部一次雨雪冰冻过程的相态特征分析

  段中夏, 苏爱芳, 徐丽娜, 闫岩

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 431-439.

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  2023年末河南北中部出现一次大范围雨雪冰冻过程，降水相态复杂多变，并伴有区域性雷暴，较为罕见。利用常规观测、ERA5再分析以及风廓线雷达和双偏振雷达资料等对此次过程的相态特征及成因进行分析。结果表明：(1)500 hPa横槽转竖、南支槽东移，700 hPa西南急流发展，地面先后受东路及西路冷空气影响，导致河南北中部出现持续性大范围雨雪冰冻天气。(2)冷垫以上的条件不稳定性、锋区附近的条件对称不稳定以及强锋生环流上升支为对流天气发生发展提供有利条件，是强雨雪、雷暴及冰雹产生的主要原因。(3)过程中冻雨对应“厚暖层(100—200 hPa)-冷层”层结结构，冰粒对应“冰晶层-薄暖层(50—100 hPa)-冷层”结构，纯雪对应整层冷层，雨夹雪对应近地面出现浅薄暖层。(4)风廓线雷达水平风场产品可定性反映低层西南急流和近地面冷空气强度的变化，不同相态降水的垂直速度产品差异明显，可为相态转变短临的监测和预报提供参考。(5)双偏振产品显示，冻雨和纯雪对应相关系数最大(≥0.99)，雨夹雪相关系数最小(0.85～0.9)；冰粒中层融化层显著，其高度处差分反射率因子最大，相关系数最小。
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  湖北省持续低温雨雪过程评估与分析

  温泉沛, 周月华, 李兰, 史瑞琴, 夏智宏, 杜良敏, 秦鹏程, 魏华兵

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 440-447.

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  气候变化背景下，极端持续低温雨雪过程时有发生，给社会生活带来诸多不利影响，为了进一步评估持续低温雨雪天气，对湖北省单站持续低温雨雪过程的评估指标进行了修订，同时建立区域性持续低温雨雪过程评估模型，并将修订后的评估指标应用于湖北省单站及区域性持续低温雨雪过程的梳理及分析。结果表明：(1)湖北省最严重的5次区域性持续低温雨雪过程分别出现在1954、1969、1977、1984和2008年，最严重的是1954年12月24日—1955年1月18日的过程，其次是2008年1月12日—2008年2月5日的过程。(2)湖北省区域性持续低温雨雪过程的易发区主要集中在鄂西的高山或半高山地区、江汉平原荆州一带、汉江河谷一带、鄂东南南部低山平原地区以及鄂东北山脉的缺口处。(3)气候变暖的背景下，湖北省单站和区域性持续低温雨雪过程均是在20世纪80年代前发生次数多，90年代后属于减少的阶段，但其强度更趋极端。
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  基于低温-雨雪-冻雨综合强度指数的湖北省冰冻事件分型及灾损评估

  史瑞琴, 夏智宏, 秦鹏程, 洪国平, 赵小芳, 温泉沛, 刘莹

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 448-457.

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  低温雨雪冰冻是一种复合型气候事件，极端低温雨雪冰冻事件发生频率低，但造成的影响往往十分严重，开展低温雨雪冰冻事件演变特征研究对有效防御和减轻灾害影响具有重要意义。利用湖北省1981—2024年逐日气象观测资料，从低温、雨雪、冻雨等3个方面遴选指标，构建大范围持续低温雨雪冰冻事件综合评估模型；依据致灾因子类型、承灾体受灾特征对事件分型并排序；结合历史灾损数据分析了湖北省1981年以来大范围持续低温雨雪冰冻事件的致灾特征。结果表明：(1)近44 a湖北省共出现64次大范围持续低温雨雪冰冻事件，平均每年出现1.5次，1月出现频率最高，约占42%，其次是2月，约占34%。(2)湖北省大范围持续低温雨雪冰冻事件判别为六大分型，其中雨雪为主型占40%，低温雨雪冻雨型占31%，低温雨雪型占16%，其他类型共占13%，最强10次事件均属于低温雨雪冻雨型。(3)湖北省因低温雨雪冰冻灾害造成的直接经济损失总体呈增加趋势，但直接经济损失占GDP比重呈下降趋势。(4)湖北省大范围持续低温雨雪冰冻事件“综合强度指数-直接经济损失”相关关系呈幂指数分布，当事件综合强度指数超过1.85时，直接经济损失迅速增加。
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  2024年2月湖北省一次大范围冻雨过程的宏微观特征及形成机制初探

  周悦, 吕晶晶, 高正旭, 周伶俐

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 458-468.

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  2024年2月长江中下游地区先后出现两次低温雨雪冰冻天气，其中第一次过程（2月1—6日）冻雨表现出量大、范围广、持续时间长、危害性强等特征。为此，基于湖北省80个国家气象站激光雨滴谱仪观测数据，结合气象要素观测资料，对此次冻雨过程进行定量判断，并对其宏微观特征进行定量分析，结果表明：（1）此次过程冻雨区主要集中在江汉平原和武汉城市圈等地，表现为液态降水维持时间长。（2）冻雨时数和冻雨量分布具有较好的一致性，其高值区均呈现西北-东南走向，冻雨时数一般在15 h以上，冻雨量超过24 mm；冻雨集中期在2月2—3日，此时段各区间其数浓度、液水含量、雨强和粒径站时数占比均显著高于该过程其他时段。（3）各地区平均冻雨滴谱分布呈单峰型，其峰值数密度在200 mm^-3·mm^-1左右。（4）构建的Z-R关系不同于短历时、区域性冻雨过程，能较好地实现对此类冻雨定量估测降水（Quantitative Precipitation Estimation QPE）的估算。整个过程中质量加权平均直径（Dm）和归一化截距参数（log10Nw）的平均值分别为1.07 mm和3.03。（5）在水汽凝华、丛集和凇附机制的共同影响下，致密霰粒和冰晶聚合物融化形成此次冻雨过程。
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  2024年2月初河南一次罕见雨雪冰冻过程诊断分析

  谷秀杰, 郭紫薇, 杨慧, 武文博, 郝晓珍, 康智国

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 469-478.

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  2024年1月31日—2月5日河南出现了一次罕见的雨雪冰冻天气，表现为持续时间长、累积雨雪量大、积雪深、温度低、降水相态复杂等特点。利用国家气象站和双偏振雷达观测数据以及ERA5再分析资料，对本次过程的极端性及降水相态演变、雨雪冰冻成因进行了诊断分析，结果表明：(1)过程期间有5个国家气象站最大积雪深度达到或突破2月历史同期极值，多站最高气温达到或刷新2月上旬历史同期最小值；单日至少有68.3%的国家气象站出现降水，单站最长连续降水近29 h。(2)大尺度环流系统稳定维持是本次过程发生发展的重要原因之一；对流层低层强冷空气持续入侵不仅起到动力抬升作用，也为雨雪冰冻天气提供了持续降温条件；异常强盛的偏南气流为本次过程提供了充足的水汽和动量，同时也增强了不稳定层结。(3)使用单一特性层温度来判识降水相态依据不足，应根据整层大气层结温度来预判可能出现的降水相态，当整层大气温度均低于0℃时降水相态为纯雪，若存在温度高于0℃的融化层或云体由过冷却水滴组成时，将出现混合型降水相态。(4)双偏振雷达的相关系数和差分反射率产品对区分雨夹雪和纯雪有较好的指示意义，当相关系数接近1、差分反射率为-1～0 dB时，为纯雪；当相关系数小于1、差分反射率大于1 dB时，为雨夹雪。
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  2024年2月我国两次雨雪冰冻过程中闪电活动特征对比分析

  唐国瑛, 李丰全, 万蓉, 唐永兰, 马莉, 李山山

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 479-489.

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  2024年1月31日—2月5日和2月18—25日(以下分别简称为“0131”和“0218”过程)我国南方遭遇两次雨雪冰冻天气，并伴随密集的闪电发生。利用三维闪电定位数据、CLDAS-V2.0降水产品和Himawari-9号卫星红外云图资料，对比分析两次雨雪冰冻天气背景下的地闪时空分布、地闪回击数和雷电流累计概率分布特征，并研究了地闪与降水量及卫星黑体辐射亮温(TBB)间的关系。结果表明：(1)两次过程中共监测到地闪数13万余次，正、负地闪分别为2万和11万余次；两次过程的地闪均具有夜发性，正地闪较总地闪和负地闪峰值滞后约1～2 h。两次过程中正地闪产生大电流的概率大于负地闪。(2)“0131”过程中地闪密度大值区出现在贵州南部及贵州、重庆、湖北三省交界处；“0218”过程中地闪密度大值区出现在湖北东部、江西北部、安徽、江苏和浙江大部。(3)“0131”过程中降水量和地闪的时空分布不一致，降水量峰值集中在白天，降水集中在湖南东南部、江西、安徽和江苏南部、浙江和福建大部；而“0218”过程中降水量和地闪的时空分布较一致，地闪出现的峰值较降水量峰值延迟2 h。(4)两次过程中地闪的分布均很好地指示了对流区。地闪主要分布在对流云团发展方向的尾部且偏南处TBB变化梯度大的区域；对流合并会导致合并处地闪频数的跃增；对流发展最旺盛的冷云核心区几乎没有地闪发生。两次过程地闪密度随着TBB的增大呈现先增大后减小的变化特征。
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  2024年初两次雨雪冰冻天气过程对公路通行影响的对比分析

  田华, 宋建洋, 郜婧婧, 赵鲁强, 李坤玉, 闫明月

  暴雨灾害. 2024, 43(04): 490-498.

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  2024年1月31日—2月5日、2月18—25日我国先后出现两次大范围雨雪冰冻天气过程(分别简称“0131”过程和“0218”过程)，两次过程具有相态复杂、雨雪量大、影响范围广、持续时间长等特点。利用全国2 430个国家气象站观测数据以及交通流量和公路阻断信息，对比分析了两次雨雪冰冻天气过程对公路通行的影响；同时，选取降雪量、冻雨、积雪深度、地面温度、地面结冰作为影响公路通行的气象指标，构建冰雪天气指数，探讨冰雪天气强度与公路通行影响的关系。结果表明：两次过程发生于春节前后人口流动高峰期，“0218”过程影响范围更广，造成交通流量的降低幅度总体高于“0131”过程；两次过程中陕西、山西、河南、湖北、湖南以及贵州6省公路通行受积雪或结冰影响严重，路段封闭段次多，但影响程度存在地区差异，其中山西、河南、湖北、湖南“0131”过程影响更重，陕西、贵州“0218”过程影响更重；两次过程中冰雪天气指数强度与公路阻断影响度的变化趋势一致，与交通流量变化率呈反比，反映出冰雪天气指数对于冰雪天气下的公路交通影响研判具有良好指示意义。