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北京区域一次冻雨过程的模拟试验及冻雨机制探讨

北京区域一次冻雨过程的模拟试验及冻雨机制探讨. 沈晗 卢新平 民航华北空管局气象中心. 研究意义. 冻雨是重要气象灾害，会给人民生产生活的诸多方面产生影响。 云中的过冷水滴下落与温度低于零度的物体碰撞就会立即冻结。 冻雨下落在飞行器表面，能严重影响飞行器的动力结构，增强飞机在飞行中的不稳定性，从而影响民航飞行安全。. 国内外研究进展. 李崇银（ 2008 ）、王东海（ 2008 ）等从气候学的角度对此次冻雨的成因进行了分析； 张录青等（ 2008 ）、赵培娟等（ 2008 ）、李登文等（ 2008 ）针对具体的天气形势、冻雨过程中各个物理量的变化进行研究；

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北京区域一次冻雨过程的模拟试验及冻雨机制探讨

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  1. 北京区域一次冻雨过程的模拟试验及冻雨机制探讨北京区域一次冻雨过程的模拟试验及冻雨机制探讨 沈晗 卢新平 民航华北空管局气象中心

  2. 研究意义 • 冻雨是重要气象灾害，会给人民生产生活的诸多方面产生影响。 • 云中的过冷水滴下落与温度低于零度的物体碰撞就会立即冻结。 • 冻雨下落在飞行器表面，能严重影响飞行器的动力结构，增强飞机在飞行中的不稳定性，从而影响民航飞行安全。

  3. 国内外研究进展 • 李崇银（2008）、王东海（2008）等从气候学的角度对此次冻雨的成因进行了分析； • 张录青等（2008）、赵培娟等（2008）、李登文等（2008）针对具体的天气形势、冻雨过程中各个物理量的变化进行研究； 但是以上研究皆为针对冰相机制冻雨。

  4. Huffman等（1988年）的研究指出了两种经典的冻雨形势： （1）冰相冻雨机制：冻雨过程中，大气温度垂直结构自上而下为冷层--暖层--冷层。 （2）暖雨冻雨机制：大气垂直结果没有大于0oC的暖层，整层为小于0oC的冷层，液态项直接以过冷却状态下落到地面冻结。 欧建军（2011）年 我国冻雨主要以暖雨机制为主，占总数的73%，冰相机制占27%；我国北方的冻雨机制比较单一，主要为冰相机制，南方为两种机制共存。

  5. 本文利用WRF模式针对2013年1月31日清晨出现的冻雨过程进行模拟，对比FY-2E、FY-3A卫星反演资料，结合Huffman等人的理论及欧建军（2011年）的研究成果，探讨此次冻雨的微物理过程及降水机制类型，为民航华北气象中心对此类灾害天气预报提供参考。本文利用WRF模式针对2013年1月31日清晨出现的冻雨过程进行模拟，对比FY-2E、FY-3A卫星反演资料，结合Huffman等人的理论及欧建军（2011年）的研究成果，探讨此次冻雨的微物理过程及降水机制类型，为民航华北气象中心对此类灾害天气预报提供参考。

  6. 资料和试验设计 • 美国环境预报中心（NCEP）空间分辨率为1°x1°，时间分辨率为6小时的FNL资料； • 北京市自动观测站每5分钟的降水资料； • FY-2E云顶亮温逐小时资料； • FY-3A 反演计算的云顶高度日平均资料。

  7. 天气实况简介及当日预报结论 • 2013年1月31日清晨，首都国际机场及北京市区大部出现冻雨天气，持续时段31日00-06UTC，首都机场自观系统测得的总降水量为0.6mm，由于冻雨发生时间出现在北京交通高峰期，市区多个路段出现了连环交通事故。首都机场延误30分钟以上航班187架次。

  8. 1a 1b 图1a 2013年1月30日850hPa相对湿度（单位：%）与风场（ 单位：m/s） 图1b 2013年1月30日500hPa位势高度（单位：gpm） 预报结论：1月31日清晨到傍晚，首都机场将出现一次普通的降雪天气，降水量级可达小到中雪。

  9. 垂直温度实况 2a 2b 图2a 2013年1月31日00时（UTC）首都机场上空温度廓线（ 单位：OC） 图2b 2013年1月31日06时（UTC）首都机场上空温度廓线（ 单位：OC）

  10. 降水模拟与实况对比分析 图3a 2013年1月30日23时-2013年1月31日03时（UTC）降水实况（ 单位：mm） 图3b 2013年1月30日23时-2013年1月31日03时（UTC）模拟降水量（单位：mm）

  11. 云顶温度、云顶高度在暖雨机制冻雨中的特点 欧建军（2011）年 （1）无暖层暖雨机制冻雨中，云顶温度较高，温度应高于-7 oC；云顶温度值对冻雨的机制影响很大。 （2）在云顶高度方面，暖雨机制冻雨的云高普遍不高，一般低于3km。 胡志晋（2008）年 （1）暖雨机制冻雨出现的一个必要条件是云顶温度较高，液态项不会冻结，以过冷水形式存在； （2）云层较厚但云顶高度不高也是暖雨机制冻雨形成的一个必要条件。

  12. 云顶温度实况 FY-2E云顶亮温（TBB）实况（ 单位：oC） 图4a 2013年1月31日00时（UTC） 图4b 2013年1月31日01时（UTC） 图4c 2013年1月31日02时（UTC） 图4d 2013年1月31日03时（UTC）

  13. 云顶温度模拟结果 云顶亮温（TBB）模拟结果 （ 单位：oC） 图5a 2013年1月31日00时（UTC） 图5b 2013年1月31日01时（UTC） 图5c 2013年1月31日02时（UTC） 图5d 2013年1月31日03时（UTC）

  14. 云顶高度实况 图6 FY-3A 2013年1月31日日平均云顶高度（ 单位：Km）

  15. 云微物理量参数模拟结果 液态水成物（阴影）与固态水成物（实线）及温度垂直剖面 图7a 数值模拟计算2013年1月31日00时图7b 数值模拟计算2013年1月31日01时 图7c 数值模拟计算2013年1月31日02时图7d 数值模拟计算2013年1月31日03时 （水成物单位：g/kg 温度单位：oC）

  16. 总结 胡志晋（2008）等人总结出较为完整的暖雨机制冻雨形成条件： 1、云层较厚，水成物能通过云雨自动转换过程形成雨滴，此过程与温度无关； 2、 云顶温度较高，冰晶少，雨滴不会冻结； 3、大气低层和地面温度低于0oC 欧建军（2011）年我国北方的冻雨机制比较单一，主要为冰相机制，南方为两种机制共存。 但此次研究结果表明： 北方的冻雨机制并不单一，两种机制同时也存在。

  17. 谢 谢 请各位专家点评

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