世纪气象云

 找回密码
 注册

QQ登录

查看: 4924|回复: 8
收起左侧

[其他分类] 对于冰粒和降雪差异原因之探究

[复制链接]
发表于 2010-2-13 13:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
前几天受到北方强劲冷空气影响,冷暖交汇于我国东部地区,其中长江中下游地区纷纷出现了雨雪和冰粒天气,其中降水以冰粒形式居多。因此有很多人不禁会问:为什么原先预报的下雪,结果是以冰粒出现呢?这两者都是固态降水,形成的原因又有什么不同呢?这边谈一下自己的理解和看法,不当之处还请其他高手补充完善。

先说一个下雪和冰粒两者出现的大前提:由于对流层大气降水大多都出现在低层,特别是冬季的降水,因此700hPa及其以下的大气边界层是重点讨论的层面,这些层面的水汽必须非常丰富,某些层面达到饱和,低层存在明显的辐合上升区,并且各层面气温足够低。不过在大前提相似的同时,两者其实还是有比较明显的区别,接下来分别来探究一下。

首先,出现降雪则表明降水在云层中已经为雪花,在下落过程中没有来得及融化,从而到达地面时我们看到的是雪花。这就表明:第一,云层中的气温已经降至0度以下;第二,下落过程中雪没有融化,因此低空各层面气温都应该基本在0度以下,而且逆温层不明显;第三,近地面气温比较低,使得雪到达地面时也没有融化,地面气温未必是一定在0度以下,只要接近0度或者低于0度都是满足条件的。

所以如果按照降雪时该地的探空图来看,925hPa、850hPa和700hPa应该均<0度,地面接近0度或低于0度,气温线应该随着高度的升高呈逐渐下降趋势,特别在850hPa层面以下没有明显的逆温现象。

如果按照每100米气温下降0.6度来推理,如果平原地区地面2度以下基本有望出现降雪,850hPa层面则大致为-7度左右。所以理论上在降水条件下,850hPa层面气温下降到-7度的时候,地面往往就可以出现降雪。不过这毕竟是理论推算,现实中还有很多外部因素。

第一,降水增大的话,温度递减率为下降;第二,地面冷空气影响时,地面冷渗比较厉害,温度直减率也是下降的。因此这两种情况均导致上下层面温度差异减小。由于我国冬季出现降雪的地区多为这2种,所以冬季大多数地区出现降雪时850hPa并没有降低至-7度,比如850hPa层面-3度左右地面也可以出现明显的降雪,2009年12月27日的长三角地区就属于这种(如下图)

850-1227.jpg

但有种另外的情况,地面并没有受到冷渗的影响,而是出现了东风回流。偏东风从东部海洋上吹来,在冬季势必带来的是海洋上相对温暖的气流,因此这种条件下,上下层温差将拉大,所以有时850hPa已经达到-5度左右,而且地面降水也非常强大,但是地面气温降到一定程度以后(比如4-5度)就不再下降,自然地面上的人们也看不到雪花的飞舞了。不过这种情况多见于东部沿海地区,比如2010年2月3日上海的降水(如下图)

up85_2010020300.png
 楼主| 发表于 2010-2-13 13:41 | 显示全部楼层
而冰粒则是由水滴过冷以后冻结而来,因此可以推断原先一开始从云层中落下的时候可能还是水滴,但是由于下层大气存在明显的逆温,在水滴下落过程中结冻,从而落到地面上。所以700hPa和850hPa层面温度未必很低,往往在0度附近甚至0度以上,这和形成降雪条件相比温度高了不少,但其下层比如925hPa温度必须在0度以下;或者700hPa层面温度比较高,850hPa和925hPa同时存在逆温层,这样有利于原先的水滴进行冻结,而由于相对于雪来说冰粒不容易被迅速融化,因此地面温度范围可以比下雪时候要大,比如3-5度也可以,当然地面0下也是OK的。

可以看出,下冰粒时,低空700hPa和850hPa温度条件并不是很好,达不到下雪的要求,但是下层大气必须存在明显的逆温层。而由于前两天的冷空气近地面和低空冷渗特别厉害,925hPa层面出现了明显的逆温层现象,气温都在0下,而850hPa和700hPa的温度基本处于0度以上(如下图),所以才导致了原先预报的下雪结果出现了下冰粒的现象。

因此以后在预报下雪或者下冰粒的时候,需要格外关注低层大气温度场,尤其是850hPa和925hPa。

最后附带说一下冻雨其实冻雨和冰粒条件有些类似,只是发生逆温层面稍有不同。冻雨纯粹是地面温度低于0度,而925hPa和850hPa等低空大气都是高于0度,因此掉下来的是雨水,接触到地面以后马上结冻形成一层薄冰。可见冻雨需要强烈的暖湿气流和在地势不平的较低山区(1000米以下)更容易发生,因此我国西南地区东部(比如贵州)才会多冻雨。
更多图片 小图 大图
组图打开中,请稍候......

评分

1

查看全部评分

 楼主| 发表于 2010-2-13 16:07 | 显示全部楼层
补充一下,由于冰粒和降雪以及冻雨发生时一般都由冷暖空气交汇引起的,因此肯定存在锋面(锋区)。所以在关注垂直方向上的大气变化时,水平方向上也不能忽视。比如云层中本来就存在冰晶和水滴,打个比方,原来850hPa层面温度在0度以上,主要是以水滴形式存在。如果冷空气特别强,等温线非常密集的话,850层面气温会下降过于剧烈,在这种情况下水滴有很有可能直接变成冰粒落下来。而且冷空气特别强的话,地面冷渗肯定也是比较明显的,这个和低空垂直方向上容易存在逆温层是吻合的。

另外,下雪是水汽直接凝华所致,因此这方面不仅仅需要从气象上解释,而且也可能取决于当时大气的物理特性,需要从物质的结构进行分析,比如凝结核,这点并不是我们想的那么简单了。
发表于 2010-2-13 22:21 | 显示全部楼层
引用:如果冷空气特别强,等温线非常密集的话,850层面气温会下降过于剧烈,在这种情况下水滴有很有可能直接变成冰粒落下来。

其实前两天江苏等地出现的冰粒就是这个原因引起的,包括雷电也是,当出现逆温层时,此时冷空气又在迅速南下,850层面的温度急剧下降,致使逆温层破坏,冷暖空气相互激励碰撞,所以才可能导致出现雷电的现象
 楼主| 发表于 2010-2-14 08:42 | 显示全部楼层
昨天从上半夜开始长三角地区开始普降中到大雪,而且降水形式基本以雪为主,而不是冰粒。据气象迷们观测,只有在偏南的浙江中部地区出现了雪珠和冰粒,这是为什么呢?

先来一下昨天晚上20点的700hPa、850hPa和925hPa层面图(如下图所示):

可见,700hPa层面的温度场分布中,长三角地区已经基本稳定在0度以下,大致为-2到-4度之间,而浙江中部正好在0度线附近;而850hPa层面温度场分布显示,长三角地区正好位于0度以下,大致为-1到-3度之间,而浙江中部地区则略微在0度线以上;关键的925hPa层面,存在逆温层现象,虽然不及前几日那么明显,但是还是比850hPa层面低了2度左右,这样一来,长三角地区和浙江中部都在0度以下。

因此,对于长三角来说,700hPa以下各层面温度场都低于0度,下雪前地面气温也基本在2度以下,故长三角昨天降水形式以下纯雪为主;而对于浙江中部地区,700hPa接近0度,850hPa在0度以上,925hPa在0度以下,但是均比较接近0度的,所以处于下雪和冰粒的条件之间,直接凝华略有困难,完全冰粒的话925hPa略达不到要求,所以才会出现雪珠夹杂冰粒的天气。

在这边可以有得到一个初步结论:下雪关键层面在700和850hPa,如果这两者达到要求,即使925hPa存在逆温也无所谓,因为只会比前两者气温更低,只要地面接近0度,照样可以降雪。而且925hPa存在逆温,其实在无形中降低了700和850hPa层面的要求,只需那两个层面气温低于0度即可形成降雪天气。

另外,今天早上开始,长三角自东向西开始吃到东风回流,850hPa层面气温虽然略有下降,但是地面气温开始自东向西逐步升高,从而降水由原来的下雪变为下雨。与此同时,露点也是逐步回升的。
更多图片 小图 大图
组图打开中,请稍候......
发表于 2010-2-14 12:57 | 显示全部楼层
冻雨的基本原理,是高空雪经一定厚度的逆温层融化为水,再经过一层0C以下的浅薄边界层,成为过冷水,接触地面物体而冻结——这时垂直温度场必须具备稳定的“三文治”夹心结构。
  
常见的持续冻雨形势,是阻塞形势下,冷空气主体盘踞于蒙古高原以外不南下,不断南渗和东风回流,同时700HPA西南气流相当活跃,这样就形成稳定的850-700HPA之间的剧烈逆温层,700HPA以上和850HPA以下,必须快速转向0C以下——即是说,阻塞和700HPA西南气流是关键背景;冷空气够冷,但主体不能南下,不断生蛋,形成“湿大气锋生”是触发条件。
  
以下是2008年1月28日08时温度垂直剖面,该图相当直观的反应了山区到平原间持续冻雨的基本温度结构。
  
当然,这些只是基本原理,实际应用还有许多细分。
更多图片 小图 大图
组图打开中,请稍候......

评分

1

查看全部评分

发表于 2010-2-14 22:03 | 显示全部楼层
我国冻雨比较多发,世界上别的比较著名的冻雨区也就是加拿大了吧?
发表于 2010-2-20 17:44 | 显示全部楼层
下的“冰粒”在气象学上其实叫霰~
发表于 2010-2-20 18:10 | 显示全部楼层

業務上,這兩種降水還是有不同的

以下引用「中國氣象局 地面氣象觀測規範」
天气现象
概述

天气现象是指发生在大气中、地面上的一些物理现象。它包括降水现象、地面凝结现象、视程障碍现象、雷电现象和其它现象等,这些现象都是在一定的天气条件下产生的。
天气现象必须随时进行观测和记录。对某些天气现象所造成的灾害,还应及时进行调查记载。


天气现象的特征和符号

1.降水现象

⑴ 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。
⑵ 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。
⑶ 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。
⑷ 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。
⑸ 阵雪——开始和停止都较突然、强度变化大的降雪。
⑹ 雨夹雪——半融化的雪(湿雪),或雨和雪同时下降。
⑺ 阵性雨夹雪——开始和停止都较突然、强度变化大的雨夹雪。
⑻ 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。
⑼ 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。
⑽ 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。
⑾ 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。

降水现象的特征和区别


天气现象直径(mm)外形特征及着地特征下降情况一般降自云层天气条件
≥0.5干地面有湿斑,水面起波纹雨滴可辨,下降如线,强度变化较缓Ns,As,Sc,Ac气层较稳定
阵雨>0.5同上,但雨滴往往较大骤降骤停,强度变化大,有时伴有雷暴Cb,Cu,Sc气层不稳定
毛毛雨<0.5干地面无湿斑,慢慢均匀湿润,水面无波纹稠密飘浮,雨滴难辨St气层稳定
大小不一白色不透明六角或片状结晶,固体降水飘落,强度变化较缓Ns,Sc,As,Ac,Ci气层稳定
阵雪同上同上飘落,强度变化较大,开始和停止都较突然Cb,Cu,Sc气层较不稳定
雨夹雪同上半融化的雪(湿雪)或雨和雪同时下降同雨Ns,Sc,As,Ac气层稳定
阵性雨夹雪同上同上强度变化大,开始和停止都较突然Cb,Cu,Sc气层较不稳定
2-5白色不透明的圆锥或球形颗粒,固态降水,着硬地常反跳,松脆易碎常呈阵性Cb,Sc气层较不稳定
米雪<1白色不透明,扁长小颗粒,固态降水,着地不反跳均匀、缓慢、稀疏St气层稳定
冰粒1-5透明丸状或不规则固态降水,有时内部还有未冻结的水,着地常反跳,有时打碎只剩冰壳常呈间歇性,有时与雨伴见Ns,As,Sc气层较稳定
冰雹2-数十坚硬的球状、锥状或不规则的固态降水,内核常不透明,外包透明冰层或层层相间,大的着地反跳,坚硬不易碎阵性明显Cb气层不稳定(常出现在夏、春、秋季)

评分

1

查看全部评分

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

手机版|Archiver|世纪气象云  | | | 关于我们

GMT+8, 2019-1-23 19:20 , Processed in 0.092445 second(s), 25 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表