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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一东南向,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
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第 3 3 卷第3 期
2010年6 月
大气科学学报
Transactions of Atmospheric Sciences
Vol. 33 No. 3
Jun.2010
苗春生,谢洁,王坚红,等.一次山东半岛强冷流暴雪过程的数值模拟和诊断分析[J].大气科学学报,2010,33(3) :257-265.
Miao Chun-sheng ,Xie Jie,Wang Jian-hong, et al. Numerical simulation and diagnostic analysis of a cold airflow snowstorm process in Shandong Penin-
sula[J], Trans Atmos Sci,2010,33(3) :257-265.
一次山东半岛强冷流暴雪过程的数值模拟和诊断分析
苗春生w ,谢洁w ,王坚红\ 张楠u
(南京信息工程大学1.大气科学学院;.气象台,江 苏 南 京 210044)
摘要:利用N C E P / N C A R 再分析资料,应用W R F 中尺度数值模式对山东半岛2008年 1 2 月4一6
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一东南向,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 hP a 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。
关键词:暴雪;数值模拟;诊断分析
中图分类号:P458.2 文献标识码:A 文章编号:1674-7097(2010)03-0257-09
Numerical Simulation and Diagnostic Analysis of a Cold
Airflow Snowstorm Process in Shandong Peninsula
M I A O Chun-sheng1,,XIE Jie12 , W A N G Jian-hong1, Z H A N G N a n 1’2
(1. School of Atmospheric Sciences ;2. Meteorological Observatory,N U I S T ,Nanjing 210044 ,China)
Abstract:Based on the N C E P / N C A R reanalysis data’ the mesoscale model-WRF(Weather Research
Forecast) is used to simulate the process of a cold-air snowstorm which occurred in Shandong Peninsula
from December 4th to December 6th 2008. High spatio-temporal resolution data from model output are
used to analyze the cold-air snowstorm process. Main conclusions are as follows : this snowstorm oc
curred under the background of the northwest airflow and significant sea-air temperature differences ’
which were an important symbol of cold airflow snowstorm. Snowstorm occurs in the high energy belt
with strong ascending motion. The direction of vapor is N W - S E oriented and the convergence of vapor
only occurs in middle-low layer and in a narrow region. Snowstorm is mainly distributed in the northern
area of Shandong Peninsula. The existence, location and intensity of the convergence of wet-Q>-vector at
850 hPa have a significant relationship with the emergence,distribution and strength of the snowstorm.
Results also show that snowstorm occurs near the ascending branch of a secondary circulation ’ whose
intensity and direction can be indicated by vertical distribution of wet-Q>-vector. The above conclusions
are beneficial for the snowstorm forecast in Shandong Peninsula.
Key words:snowstorm;numerical simulation;diagnosis analysis
收稿日期:2009-12-09;改回日期:2010犯 -16
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40776017);国家科技支撑计划课题(2007BAC29B0604)
作者简介:苗春生(1954— ),男 ,内蒙古呼和浩特人,教授,研究方向为天气气候预测方法和现代教育技术等,CSmiao@niiiSt. edu. cn.
258
大气科学学报
第 33卷
0 引言
冷流降雪是在特定的季节、天气形势和地理条
件下形成的一种地方性天气[]。冬季,当高空低槽
过境后,上游各地天气迅速转晴,而山东半岛,特别
是半岛北部的蓬莱到成山头一带沿海地区,在冷湿
的西北气流下,对流性云团在地形抬升作用下发展,
随之开始出现较大的阵雪,降雪量可达暴雪程度,直
至冷平流结束,其形成机制与美国大湖效应降
雪[2—3]十分相似。近年来,我国山东半岛冬季冷流
暴雪频发’对人们的交通和社会生活造成了巨大的
影响’直接经济损失巨大。因此准确地预报此类暴
雪的发生、发展、位置以及强度是气象学家们面临的
重大挑战,开展对此类暴雪的研究具有非常重要的
科学价值。
山东半岛的冷流暴雪天气已经受到了越来越多
气象学者的关注,近几年的研究已经从传统的天气
学分析发展到非常规资料的应用分析,以及一些中
尺度数值模拟分析。李宏业和徐旭然[]认为山东
半岛的冷流降雪是一种低云降雪,与海气相互作用
和低层稳定度直接关联。于志良[]指出只有经过
海面的冷空气达到一定的强度,才能输送足够的热
量产生降雪。郑丽娜等[]重点分析了渤海的特殊
地形对冬季山东半岛冷流降雪的影响,认为渤海半
封闭型的海域加强了冷涡的强度,提供了水汽源,同
时其海岸线及其周围的特殊地形在动力抬升方面也
有重大贡献。林曲凤等[7]对 2003年 1 月 3—4 日发
生于山东半岛中心位于文登市的强冷流降雪过程利
用 M M 5 模式进行了模拟分析,发现中尺度的海岸
锋锋生(不同于东岸型)对于降雪对流云带的形成
起了重要作用。杨成芳等[]等运用R A M S 模式探
讨了渤海南部沿海冷流暴雪的中尺度特征,证实了
强降雪集中出现在上升运动增强和逆风区维持的阶
段。黄翠银等[9 ]对 2005年 1 2 月 11—1 5 日山东半
岛的持续性强降雪的发生、发展机制进行了分析,结
果表明中尺度海岸锋形成并维持较长时间,与海岸
锋环流相伴随的上升运动对于降雪的局地增强有重
要作用。但是有关W R F 模式模拟冷流暴雪过程的
研究还不是很多。
本文利用我国目前普遍使用的业务化中尺度
W R F 模式对2008年 1 2 月4—6 日的山东半岛冷流
暴雪过程进行模拟,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
机制进行分析,以求进一步弄清此类暴雪发生过程
的物理机制,为冷流暴雪天气的业务预报提供有效
的途径。
1 天气过程概述
2 日0 8 时500 h P a 高空图上,新疆以北有一叠
加在长波槽上的短波低槽在东移下坡地形的作用及
西伯利亚冷空气的补充下强烈发展,形成东北西南
向的横槽。从 2 日2 0 时开始随着乌山脊减弱崩溃,
促使横槽逐渐转竖,造成寒潮爆发影响我国北方地
区。3 日0 8 时,500 hPa上转竖的低槽在贝加尔湖
东侧以36 k m / h 的速度东移,并有-40 °0的冷中心
相伴随’700 hPa上冷中心落后于地面低压中心,与
其相配合的地面冷锋以28 k m / h 的速度在3 日15
时进人山东半岛。本次寒潮过程引起的山东半岛降
雪分为两个阶段:第一个阶段为高空槽前的系统性
降水,山东大部分地区出现了雨雪天气,发生在3 日
白天至4 日0 4 时,全省平均降水量为1 m m ,乳山
(属于威海地区)最大,为 22 m m 。本文研究的是第
二阶段槽后西北气流下的冷流降雪过程,4 日2 0 时
在烟台地区出现,至 6 日2 0 时全部结束。冷流降雪
过程降雪量(图 1)在山东半岛北部的文登、牟平、烟
台三站均超过了 20 m m 。烟台和牟平的降雪主要集
中在5 日00—0 7 时,4 日2 0 时一5 日0 8 时的12 h
降雪量突破当地有气象观测资料以来的记录。文登
最大积雪深度达34 cm,烟台为33 c m 。暴雪和大风
造成了烟台至大连航线全部停航、高速公路封闭,烟
台机场跑道结冰关闭,部分学校停课,4 个县市区大
经度
图 1 2008年 12 月 4 日2 0 时一6 日2 0 时山东半岛各站
降雪量(单位:m m )
Fig. 1 Snowfall distribution in Shandong Peninsula from
20 :00 BST 4 December to 20 :00 BST 6 December
2008 (units: m m )
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