太原汛期短时强降水环流分型及环境参量分析

应用太原1996-2015年7个国家气象站、2008-2015年63个区域站6-9月逐时降水资料及相关探空、地面观测资料,对太原短时强降水日环流配置进行天气学分型,分析各流型下关键环境参数分布特征。结果表明,太原发生短时强降水的500 hPa环流形势有四种:冷涡型、高空槽型、高空槽加副高型、西北气流型。太原短时强降水常发生在比较温和的对流有效位能(CAPE)环境下,大部分过程CAPE值≤1500 J·kg^-1,冷涡型则≤1000 J·kg^-1。西北气流型850 hPa与500 hPa温差(ΔT850-500)大,静力不稳定度比其他型更强,且500 hPa有明显的干层存在。高空槽加副高型K指数大,且暖云厚度均值达3576 m,明显大于其他型2471~2608 m的均值。冷涡型全部、高空槽型85%的过程出现在弱0~6 km垂直风切变环境下,而高空槽加副高型、西北气流型0~6 km垂直风切变相对较大,35%以上达到中等强度。冷涡型、西北气流型短时强降水太原上空700 hPa水汽常比850 hPa更充沛。太原超过70 mm·h^-1的极端降水出现在西北气流型下,有中等强度的CAPE值、强层结不稳定、弱0~6 km垂直风切变、3550 m以上暖云厚度,中低空水汽充足,这些环境参量的配合对强降水效率有很好的指示意义。     

基于CLDAS的格点温度预报偏差订正方法

利用国家气象信息中心CLDAS格点温度实况、中央气象台SCMOC格点温度预报以及山西省站点观测温度,采用非独立性检验综合评估CLDAS在山西区域的适用性。在此基础上,采用滑动训练期订正方案,基于格点实况开展SCMOC温度预报场的客观订正。结果表明:(1)复杂地形对山西CLDAS格点温度实况的精度有一定影响,但最高气温的分析精度优于最低气温,表明地形对最低气温的偏差影响更显著,高海拔地区CLDAS最低气温一般对应为负偏差,低海拔地区一般对应为正偏差。(2)CLDAS格点温度实况的偏差空间分布具有时间延续性,进行简单的系统偏差订正后,最高、最低气温格点实况的精度分别提升1.1%、9.7%,与站点观测更为吻合。(3)基于改进后的CLDAS格点温度实况,采用滑动偏差订正方案,显著改善了山西省SCMOC温度预报的准确率。2019年,滑动偏差订正后的24 h时效最高、最低气温预报准确率较SCMOC温度预报分别提升2.7%、4.7%,订正后的短期温度预报质量有较大提高,优于预报员主观预报。     

太原城市下垫面扩张对边界层特征影响的个例研究

通过高分辨率卫星夜间灯光数据获取最新的城市地表分布,并利用高分辨率数值模式对2013年8月14~16日太原区域的一次高温过程进行研究,探讨城市下垫面扩张对大气边界层的影响。结果表明：基于DMSP/OLS夜间灯光数据对模式中地表参数修正后,能够更准确地反映太原主城区和高速公路沿线小规模建筑群的扩张,有效改善了模式的预报性能,显著提高对近地面气温、地表温度的预报能力。城市下垫面的扩张,使城区夜间升温明显,热岛强度增强。与1992年的城市化状况相比,晴空天气条件下,2012年太原城区夜间气温上升5℃,热岛强度升高2~3℃。城市下垫面扩张,改变了地表能量分配关系,使得地表感热传输明显加强,潜热通量明显减弱,城市冠层作用下的储热能力增强。边界层内部湍流交换、水汽输送等的进一步研究表明：城市地表水汽输送减弱,边界层水汽含量减少,2~4 km高度的水汽含量增加,湍流动能的影响高度增高,湍流混合加剧;14：00,城区边界层高度抬高了800 m,城市上空混合层加深,持续时间更长。     

一次副热带高压边缘突发性暴雨的锋生及水汽特征分析

针对2010年7月31日夜间山西西南部一次业务模式出现较大预报偏差的西太平洋副热带高压(下称副高)边缘突发性暴雨天气过程,利用常规和降水加密观测资料、FY-2E卫星TBB数据以及中尺度模式WRF高分辨率数值模拟结果,诊断分析了暴雨的发生发展、锋生及锋生过程中的水汽演变特征。结果表明:此次突发性暴雨是由高空槽后干冷空气推动副高边缘暖湿气流所导致的一次锋生型强降水,β中尺度对流系统(meso-βcircular convective system,MβCCS)是造成暴雨的直接影响系统,低层β中尺度涡旋的形成和发展为MβCCS的维持提供了有利的水汽辐合条件,地面冷锋及其附近中尺度辐合线是对流触发因子。锋生诊断表明,低层辐合、中层辐散的垂直结构导致对流层低层水平锋生、中层水平锋消,而低层强烈的上升运动使得强不稳定层结高度升高,从而引起对流层中层强垂直锋生发展,垂直锋生与水平锋生同时产生,且垂直锋生较水平锋生大一个量级,中低层强锋生和次级环流圈的出现与强降水的发生时间和位置对应较好,比较而言,倾斜项对总锋生贡献最大,辐合项贡献最小。中低层锋生的加强有利于低层水汽的辐合抬升,锋生过程中深厚的水汽饱和层的出现以及水汽含量向高空的凸起,对局地强降水的预报有明显的指示意义。另外,高空冷空气的强度、移动路径以及MβCCS的发展对判断此类强降水的发生和暴雨落区具有重要作用。     

山西省夏季降水与赤道东太平洋海温关系初探

利用山西省58个台站1960-2009年有观测记录的50a夏季降水资料和NCEP／NCAR逐月再分析位势高度场、NOAA逐月海温场资料,研究了山西省旱、涝年大气环流特征差异,并进一步讨论了山西省夏季降水异常与赤道东太平洋（Nino区）海温异常的关系。研究结果表明：山西省夏季降水异常年从前期春季到同期夏季,欧亚中高纬度500hPa位势高度的大气环流存在异常,尤其是乌拉尔山高压脊、贝加尔湖低槽及西太平洋副热带高压等大尺度环流系统都有明显的变化;850hPa风场上蒙古气旋南部纬向风的异常,以及我国东部到华北地区经向风（东亚夏季风）的异常,是直接影响山西省夏季降水的重要环流因子;赤道东太平洋秘鲁冷水舌和太平洋东岸暖水舌均是山西省夏季降水的敏感区,Nino区域前期海温异常对山西省夏季降水有显著的影响,即Nino区域前期海温偏低有利于山西省夏季降水偏多。     

“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。     

华北地区加密探空资料对T213数值预报的检验评估

华北地区加密探空观测已进行了2年,在强对流天气预报中起到不可替代的作用。本文利用加密探空资料对T213数值天气预报20时（北京时,下同）的18h和42h的探空预报进行对比分析,评价其预报的可信度。检验结果认为：T213数值预报对高度场预报最好,温度次之,再次为风速,相对湿度预报偏差最大;由T213预报的TlogP图状态曲线与实际观测比较吻合,露点温度曲线虽然与实际观测相差很大,但变化趋势比较一致,可以考虑在相对湿度的预报之上增加一个变量使之与观测资料更加符合。     

山西秋季一次极端暴雨过程的异常特征分析

利用山西省109个国家站1960—2019年逐日降水量、2019年9月逐时降水量以及1980—2019年欧洲中期天气预报中心1°×1°逐6 h再分析(ERA5)资料,对2019年9月10—11日山西中南部区域性极端暴雨过程的异常特征及其成因进行分析。结果表明:(1)此次降水过程影响范围大、持续时间长,46站发生极端日降水事件,其中11站日降水量突破9月历史极值。(2)对流层中低层水汽、热力、动力条件均优于1980年以来山西中南部区域性暴雨过程的平均态,不同物理量的标准化距平绝对值(|N|)均达到2.5以上,超过历史相关统计值的上四分位值,尤其是水汽和热力条件表现出一定的极端性。(3)副高位置异常偏西、偏北且强度异常偏强导致中低层水汽和能量输送异常充足,山西中南部地区西边界和南边界的水汽输入对极端降水的发生发展起到重要作用。(4)倾斜上升的西南暖湿气流中存在位势不稳定层,700 hPa暖式切变线和地面冷锋触发对流,回波持续通过暴雨区产生"列车效应";稳定的切变线与异常的低层冷垫提供持续的动力条件,长时间维持异常充沛的水汽和水汽辐合是区域性极端暴雨的主要成因;大范围物理量场异常是导致此次极端降水事件发生的主要因素。     

一次典型飑线过程的个例分析

利用太原c波段多普勒天气雷达资料,结合NCEP数据资料,对2008年6月28日发生在山西的一次大范围飑线过程进行了综合分析后发现：该飑线产生于对流层中高层槽后干冷空气向南扩散,低层辐合,大气层结极不稳定,垂直风切变强的大背景下,在其影响的区域产生的主要灾害天气现象为大风、冰雹和暴雨。飑线呈现出典型的弓形回波特征,后部人流急流（rear inflow jet）和后部人流缺口（RIN）,前部的阵风锋等典型特征。弓形回波两端存在中尺度流型,即北端的气旋式旋转和南端的反气旋式旋转。北端的气旋式旋转在演变过程中不断加强而变成一个旋转的逗点头,而南端的反气旋式旋转在演变过程中基本保持不变,弓形回波的形状也从开始时的南北对称结构逐渐转变为南北不对称的结构。另外,弓形回波前沿中低层存在弱回波区,中高层存在回波悬垂,强回波区延伸到0℃等温线之上,表明雷暴内上升气流很强,有利于冰雹和强降水形成。     

“0713"山西短时强降水天气的潜势及触发条件分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、FY-2G卫星逐时TBB资料、多普勒雷达及自动站资料,对2018年7月13日夜间出现在山西东南部的短时强降水天气进行了潜势及触发特征分析。结果表明:副高外围的强劲西南气流为本次短时强降水过程提供了充沛的水汽条件;"上干冷下暖湿"的层结结构与"高层冷平流、低层暖平流"的温度差动平流提供了强对流发生发展所需的能量条件;上升运动的形成和维持有利于不稳定能量的释放和增强。地面β中尺度辐合线发展为β中尺度涡旋,激发β中尺度对流云团的合并与加强;大于等于35 dBZ的β中尺度带状回波中镶嵌的γ中尺度对流单体,在500 hPa西南气流的引导下,形成高度组织化的多单体线状回波缓慢移动是形成局地短历时强降水的直接原因。