2011年山西省一次连续性降雪过程成因分析

利用NCEP/NCAR(1°×1°)逐日6 h再分析资料和常规观测资料,分析了2011年2月25-28日山西的一次连续降雪天气过程。结果发现:此次降雪过程经历了3个阶段,分别是2月25日的倒槽冷锋降雪阶段,26-27日的回流降雪阶段,28日的低空切变降雪阶段。过程涵盖了华北地区大到暴雪的3个类型,分别是倒槽冷锋类、回流类、低空切变线类。25-27日的降雪属东路冷空气影响,28日的降雪则由西北路径冷空气影响所致。暴雪过程有不同的影响系统,26日的暴雪天气是850 hPa东北急流、700 hPa西南急流及暖切变和边界层切变线共同作用的结果,28日的暴雪天气则是500 hPa西北冷平流和西南暖平流导致的地面锋生以及700 hPa暖切变共同作用的结果,条件性对称不稳定是28日降雪维持的机理。对于低空切变类暴雪天气,对流层中层湿核的出现与消失对降雪的开始和结束有较好的指示意义;对于回流类暴雪天气,低层回流对降雪起到了冷垫作用,低空东北急流、西南急流的建立使降雪增幅。26日受东路冷空气影响的回流降雪,从形势特征和高低空配置的完整性分析,预报员相对容易预报暴雪的落区和强度。28日在西北路径冷空气影响下产生的暴雪天气是一个预报难点,对这类天气的预报需关注暖湿空气的活动及其维持机制,假相当位温低谷期的开始对降雪的预报有12～24 h的提前量。

山西多次暴雨过程微物理方案敏感性试验

为了能够使中尺度数值模式更精确预报暴雨天气过程,为提高暴雨短期预报业务能力,利用常规地面和高空观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2011年山西汛期的5次暴雨个例分别进行分析和多次数值模拟试验研究。结果表明:2011年山西5次暴雨过程形势各异,总体看来分为2种类型:冷云降水和暖云降水。冷云降水微物理参数化方案采用WSM6方案和Thompson方案模拟效果较好;暖云降水微物理参数化方案采用Kessler暖雨方案模拟效果较好。

一次冰雹天气过程不同站点冰雹成因分析

本文利用常规观测资料和山西四站雷达资料对2014年6月16日冰雹天气过程进行综合分析，研究结果表明：①本次冰雹天气过程是在高层急流核后部辐散抽吸的作用下，配合中层干冷平流的形势下发生的，低层没有丰富的水汽供应。②6月16日午后出现8站次冰雹天气，根据强对流单体的发生、发展及其移动状况，将冰雹天气发生分为以下三种情况：局地对流单体新生形成冰雹、对流单体相互作用加强形成冰雹、多单体风暴中某个对流单体加强形成冰雹。③局地对流单体新生时，如果有符合冰雹的某些回波特征（如三体散射长钉、回波悬垂、强回波高度较高、钩状回波等），很可能会形成冰雹。局地新生的对流单体遇到移动的对流系统时，新生的对流单体可能会加强发展形成冰雹等强对流单体。④对流单体之间的相互作用会导致对流的加强形成冰雹。⑤多单体风暴中形成冰雹的对流单体的回波特征中没有明显的回波悬垂。⑥在不稳定的环境场条件下，低层的中尺度系统触发了局地冰雹。

2014年9月中旬山西省连阴雨天气诊断分析

2014年9月10-17日,山西省多地出现入汛以来持续时间最长、强度最大的连阴雨天气。通过环流背景和物理量特征等分析可知,西太平洋副热带高压稳定且位置偏西、偏北是此次连阴雨天气过程的大气环流特征,副热带高压西侧偏南急流为降水区域提供了充足的水汽供应,低层正涡度、辐合,高层负涡度、辐散造成的强烈的上升气流运动是连阴雨期间强降水过程的触发机制。

山西一次连续降雪过程成因分析

利用NCEP／NCAR逐日6h分析资料和常规观测资料，分析了2011年2月25日一28日山西连续降雪天气过程（以下简称2．25降雪）。①2．25降雪过程经历了三个阶段：2月25日为回流降雪阶段，26日一27日为倒槽冷锋与回流降雪共同影响降雪阶段，28日为低空切变线影响降雪阶段。②2．25降雪过程涵盖了华北地区大到暴雪的三个类型：回流类降雪、倒槽冷锋类降雪、低空切变线类降雪。③通过温湿场分析得出，对于低空切变线类降雪，对流层中层的湿核对降雪的开始有一定的指示意义。降雪未开始之前对流层中层有湿核，随着时间的推移，湿核向低层扩展，整个对流层中低层变为高湿区，降雪开始。当对流层中层变为干区，并向低层扩展，降雪过程结束。对于回流类降雪，低层回流对回流降雪起到冷垫的作用。④通过涡度场分析得出，对流层低层的负绝对涡度中心对其东侧的降水有指示意义，如果其东侧对流层低层配合有正涡度核，降雪强度较大，维持时间较长。⑤地面层出现的负绝对涡度中心说明近地面层有小高压系统的存在，这是因为低层回流冷垫作用形成的孤立小高压体。⑥28日降雪维持机制是条件性对称不稳定。

“091111”山西特大暴雪过程的流型配置及物理量诊断分析

利用常规和非常规气象观测资料,针对2009年11月9～12日发生在山西境内的特大暴雪过程进行了流型配置、物理量诊断、卫星、雷达等综合分析。结果表明,这次持续性大暴雪天气过程出现在两种环流背景下,大暴雪期间主要受3个中-α尺度的暴雪云系影响;特大暴雪、大暴雪云系的生成、发展及移动与700hPa切变线和低空急流的生成、发展、移动及存亡息息相关。400hPa以下东北、西南、偏西3支偏西急流强盛,且随高度顺转,是这次百年一遇特大暴雪过程流型配置的主要特征。200hPa以下大气层结处于不稳定状态,湿层厚度高达200hPa,散度的垂直分布表现为明显的低层辐合、高层辐散的对称结构,强降雪时段400hPa以下水汽辐合量成倍增长。这种物理量场的有利配置促进了低层湿空气的聚合及向上的抬升运动,为大暴雪、特大暴雪的产生提供了有利条件。两种环流背景下出现的降雪量与散度场、水汽通量散度场高低层的辐散、辐合强度及湿层的厚薄成正比;散度变率的增加与强降雪峰值的出现有较好的对应关系,并有12～18h的提前量。

“0811”暴雨过程中MCC与一般暴雨云团的对比分析

利用T639 1°×1°分析场、FY-2红外云图、红外辐射亮温(TBB)、闪电定位和气柱水汽总量等资料,对2010年8月11日发生在山西南部暴雨过程(即"0811"暴雨过程)中的中尺度对流复合体(MCC)和其北部的一般暴雨云团进行了对比分析,结果表明,(1)山西北部暴雨带主要由6个β中尺度对流云团生成、发展及合并造成;山西南部区域性暴雨则由MCC的生成、发展、东移所引发。(2)山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成和发展,并在地面切变线附近合并;山西南部的MCC由3个β中尺度对流云团发生、发展及合并形成,该对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成;MCC发展、成熟阶段,α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移;减弱阶段,随西太平洋副热带高压的南退而南压。(3)在西太平洋副热带高压西进北抬的背景下,同一次暴雨过程中,MCC发生在5 880gpm边缘弱的斜压环境中,高层则出现在高压北侧的反气旋环流中;一般暴雨云团发生在5 840gpm边缘较强的斜压环境中,高层则出现在急流入口区的右侧。(4)MCC作为大型的中尺度对流系统,不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多,而且在垂直方向上,要求湿层、高能舌及暖温结构更深厚。(5)山西南部MCC影响区和5 880gpm线边缘为负地闪覆盖区,正地闪主要出现在其北部一般暴雨云团影响区和5 840gpm线附近。与MCC相比,一般暴雨云团影响下,局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。(6)山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上;山西南部MCC则出现在水汽锋南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对"0811"暴雨过程有36h的提前量,对暴雨的落区有很好的指示意义。

“7.28”山西中部强对流天气的中尺度分析

利用常规观测资料、中尺度加密气象站资料以及卫星和雷达产品等资料,对2016年7月28日出现在山西中部的一次强对流天气进行综合分析。结果表明:此次强对流天气发生在低涡低槽后部西北气流控制的环流背景条件下;低层切变线、地面辐合线和干线是此次强对流天气的主要触发因素;较低层冷空气的渗透,使得大气层结不稳定度加大,促使垂直上升运动加强,为强对流天气的发展提供了有利条件。强对流发生前,850 h Pa存在明显的逆温层,有利于低层能量积累。对流层高低层湿位涡的正负垂直叠置,使大气对称不稳定性增强,强对流天气发生在湿位涡等值线前沿的湿位涡舌附近、冷暖空气交汇的区域。卫星云图上出现的椭圆形雹暴云团,是造成冰雹大风天气的主要中尺度系统。雷达回波强度图上出现的旁瓣回波和三体散射长钉是典型的冰雹特征,且较降雹时间提前约15~20 min,雷暴大风发生在弓形回波头部、强回波中心断裂处,强回波快速减弱对雷暴大风的发生具有指示意义;径向速度图上出现中等强度的中气旋以及中层明显的径向辐合有利于雷暴大风出现;回波顶高和垂直累积液态水含量(VIL)的跃增表明出现大冰雹的可能,VIL的快速降低也意味着出现雷暴大风的潜势较大。

2016年7月山西一次大暴雨天气过程的多尺度系统相互作用分析

利用常规气象观测资料、加密自动站资料以及卫星云图、雷达回波等产品,对2016年7月18—20日山西一次大暴雨天气过程的多尺度天气系统及其相互作用特征进行分析。结果表明:(1)500 h Pa与地面图上东高西低的环流形势稳定维持,中尺度低涡切变线造成强烈的辐合上升运动,低空急流向山西源源不断地输送水汽,造成山西持续出现大暴雨天气。(2)卫星云图及雷达回波显示,此次过程由槽前斜压叶状云系发展成的涡旋云系造成,对应的雷达回波为积状云与层状云的混合性回波,层状云中不断有对流单体发展、合并、加强、消亡,整个过程可分为2个阶段:第1阶段以带状回波为主,其上多对流回波,出现了雷暴和短时强降水;第2阶段回波强度减小,对流性质减弱,但回波存在不断生消和停滞少动等特点,造成长时间稳定性降水。(3)天气尺度系统的稳定维持是中尺度系统稳定存在、持续发展加强的主要原因,主要表现在对中尺度低涡的阻挡作用和对低涡维持所需冷空气的持续供应;其中中-α尺度低涡则制约更小尺度系统即中-β尺度或中-γ尺度辐合系统的形成和维持,而这些小尺度系统是此次暴雨大暴雨天气的直接制造者。

2015年5月山西中南部一次飑线天气过程分析

为了研究飑线带来的强对流天气发生发展的特点,为日后此类天气的预报工作提取可利用的预报指标,利用稠密气象观测资料,对山西中南部一次飑线造成的雷雨大风和冰雹天气过程进行分析。结果发现:这次飑线过程发生在高空冷涡与地面倒槽相配合的不稳定大气环境下。飑线的发生、发展与地面中尺度辐合线密切相关,强对流天气区有地面中尺度辐合线配合,并表现出气压陡增、温度骤降、风速变大的飑线天气特征,垂直结构表现为高层冷平流叠加在低层暖平流之上,垂直风切变很大,湿度层结下湿上干,低层湿空气很薄,中高层干燥,这种层结特征决定了这次飑线过程以雷雨大风和冰雹天气为主。在雷达拼图上也表现出了明显的飑线弓形回波特征。

集合预报产品在中长期天气预报中的应用初探

为了研究集合预报在中长期天气预报中的应用,提高集合预报在天气预报业务中的应用水平,为日后的天气预报业务工作提供可利用的预报经验。以集合预报产品为例,简单阐述了集合预报的基本原理、集合预报产品的概念,介绍了部分集合预报产品的定义、优点和缺点。在此基础上基于中长期天气预报,分析研究了2016年3月17日20时起报的一次中长期天气预报的实例,以此来探讨集合预报在中长期天气预报中的应用。

山西省北中部初冬一次暴雪天气诊断分析

为了探讨暴雪天气的成因和机理,为暴雪预报提炼技术指标,利用常规气象观测资料和MICAPS资料,对2015年11月5—7日出现在山西北中部的暴雪天气过程进行了诊断分析。结果表明:(1)暴雪产生在高低纬冷暖气流相互作用的有利背景下,地面倒槽与回流共同作用的形势中,冷空气从高压中分裂南下在东北平原堆积是回流形成的机制;(2)低空、超低空急流的维持和叠置,为暴雪的出现提供了充沛的水汽。水汽通量大值区与低空急流的位置很吻合,水汽通量散度辐合区与暴雪区很吻合,对暴雪落区预报有明显指示意义;(3)回流降雪的开始与辐合上升关系密切,当回流干冷东北风到达山西北部,与低空偏南暖湿急流汇合形成切变线和干线时,降雪开始,此后随着切变线和干线的南下,降雪也逐渐向南扩展。切变线和干线是此次暴雪的抬升触发系统,切变线和干线北侧的东北气流起着冷垫作用,使暖湿气流沿冷垫爬升,促使上升运动加强,促使暴雪产生。

一次由气旋发展与边界层东北气流触发的强对流天气分析

利用多种探测资料及NCEP/NCAR FNL 1°×1°再分析资料,对2019年4月24日发生在山西的大范围强对流天气进行了分析。结果表明:1)此次过程是在弱天气尺度强迫背景下,地面锋面气旋发展和低层偏东北气流伸入河套地区,触发了1个持续拉长状对流系统(persistent elongated convective systems,PECS)和1个β中尺度持续拉长状对流系统(meso-β-scale PECS,MβECS)发生发展造成的。2)与MβECS对应,雷达回波上表现为涡旋状的回波中镶嵌着多个对流单体,PECS则表现为4个线状回波和1个强降水单体风暴。雷达产品能更精细刻画较小尺度系统特征,但分类强对流的某些典型特征并不明显。3)物理量诊断揭示,低层锋生作用不仅使暖锋加强触发MβECS发展造成北部强对流,且使得冷锋加强和气旋发展,此背景下形成的边界层急流和地面中尺度系统导致中南部对流单体合并、加强并高度组织化。强对流范围和强度与涡旋或辐合线尺度及风场辐合强度密切相关,气旋内温压风湿场的扰动特征能更好地解释较小尺度系统形成发展的物理机制,且这些特征较强对流提前1~3 h出现,对强对流临近预报具有很好的指示意义。4)低层东北气流是干冷与暖湿空气的一个倾斜交界面,该面上各种要素并不均匀,围绕该支气流形成一个气旋式次级环流圈,是中尺度对流系统的重要触发机制;气流两侧存在较大纬向风垂直切变,是造成对流风暴传播、持续时间长的重要原因之一。

一次暴雨过程中MCC与一般暴雨云团的对比分析

分析结果表明：①山西北部的暴雨云团在850hPa暖切变线南部生成、发展，并在地面切变线附近合并；山西南部的MCC由3个B中尺度对流云团发生、发展、合并形成，β中尺度对流云团在700hPa次天气尺度切变线上触发生成；MCC发展、成熟阶段，α中尺度云团沿925hPa暖切变线东移；减弱阶段，随副高的南压而南压。②副高西进北抬背景下，同一次暴雨过程中，MCC发生在5880gpm边缘弱的斜压环境里，高层则出现在高压北侧的反气旋环流中；一般暴雨云团发生在5840gpm边缘较强的斜压环境里，高层则出现在急流人口区的右侧。③MCC作为大型的中尺度对流系统，不但对低层高温高湿能量的需求比一般暴雨云团更多，而且在垂直方向上，要求湿层、高能舌、暖温结构更深厚。④南部MCC影响区及5880gpm线边缘为负地闪覆盖区，正地闪主要出现在北部一般暴雨云团影响区及5840gpm线附近。一般暴雨云团影响下比MCC影响下，局地闪电开始及闪电峰值的出现较降水的开始及降水峰值的出现有更多的提前量。⑤山西北部暴雨云团出现在气柱水汽总量梯度的大值区及水汽锋上；山西南部MCC则出现在水汽锋的南侧气柱水汽总量的大值区。气柱水汽总量对0811暴雨过程有36h的提前量，对暴雨的落区有很好的指示意义。

2021年10月2—7日山西省连阴雨天气分析及对农业生产的影响

洪涝(含暴雨、连阴雨)灾害是山西省比较常见且危害较大的气象灾害,对山西省农业生产有较大影响。以常规气象资料、红外卫星云图等为依据,对2021年10月2—7日山西省连阴雨天气过程进行分析,得出此类天气的预报思路,提高预报准确率;同时,探讨连阴雨天气对农业生产的影响及防范措施,以便进一步提高气象为农服务水平,保障粮食生产安全。