“23·12”山东半岛特大海效应暴雪特征及成因

采用地面气象观测站、多普勒天气雷达、闪电、积雪深度人工加密观测资料、常规观测及欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）资料,对2023年12月15—22日山东半岛特大海效应暴雪过程的降雪特征及极端性成因进行了分析。结果表明：（1）此次过程有4站积雪深度突破本站历史极值,有1站2 d的日降雪量为山东半岛海效应降雪有气象记录以来的最大值,文登积雪深度达74 cm,超过山东所有国家级地面气象观测站纪录,是一次极端海效应暴雪事件。（2）欧亚中高纬度阻塞形势下两次异常强冷空气持续影响渤海和山东半岛地区,850 hPa温度最低降至-21~-20 ℃,冷空气强度明显强于往年12月海效应暴雪过程,造成降雪持续时间长、累计降雪量大。异常强冷空气是此次极端暴雪过程产生的关键因素,渤海海面温度（简称“海温”）异常偏高是有利的海温背景。（3）冷空气强、海温偏高造成海气温差偏大,700 hPa以下产生对流不稳定,使得降雪强度大;强降雪发生在海气温差快速增大阶段。（4）925 hPa以下存在来自渤海的北—东北风与内陆地区的西北风构成的切变线,产生强上升运动,切变线长时间维持形成“列车效应”。（5）主要降雪时段强垂直上升运动、高相对湿度层的温度为-20~-12 ℃,适宜树枝状冰晶形成和维持,有利于产生大的积雪和降雪含水比;2 m气温持续低于-5 ℃,0 cm地温在降雪开始时即降至0 ℃以下,且两次强降雪过程仅间隔1 d,均有利于降雪累积产生极端积雪深度。     

“12·14”山东暴雪过程积雪深度特征及成因

利用常规观测、积雪深度逐时加密观测资料和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）资料,对2023年12月13—15日山东一次极端暴雪天气过程积雪特征及其成因进行分析,得到以下结论：（1）此次过程是一次江淮气旋暴雪天气过程,具有持续时间长、降水相态复杂、基础温度低、降温幅度大和积雪深度厚等特征。（2）最大小时新增积雪深度可达8 cm;过程平均雪水比为0.7 cm·mm^-1,呈“西大东小” 的分布特征。（3）有积雪的站近地面温度从开始降雪到地面产生积雪,气温和雪面温度均呈下降趋势,0 cm地温在降雪前期降温明显,积雪形成后地温不再明显变化。无积雪的站在整个降雪时段内近地面温度可分为4种情况。（4）雪水比随气温变化最明显;积雪形成之后地温对雪水比大小影响不大;当雪水比小于0.75 cm·mm^-1时,雪水比随雪面温度降低而增大,当雪水比大于0.76 cm·mm^-1后,雪面温度不再有明显变化。     

山东深秋一次暴雪过程雪水比影响因子分析

利用地面气象观测站资料、加密地面观测资料和欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据（ECMWF Reanalysis v5,ERA5;分辨率为0.25°×0.25°）逐小时资料,对山东2021年11月6—8日极端暴雪过程雪水比影响因子进行研究。结果显示：此次暴雪过程平均雪水比分布总体呈“北大南小、西大东小”的分布特征,降雪初期产生的雪水比小,降雪中后期产生的雪水比大;温度偏高、云内液态水含量较高的地区雪水比较小,温度偏低、云内液态水含量较低的地区雪水比较大;雪水比与地面气温、地表温度呈负相关,地面气温与雪水比的相关性最大,积雪产生之后地表温度与雪水比变化无明显相关。     

2018年1月江苏3次致灾暴雪成因对比分析

应用常规天气图资料、FY-2E 云顶亮温(TBB)资料、多普勒雷达观测资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对江苏2018年1月3—4日(简称“01·04”过程)、1月24—25日(简称“01·25”过程)和1月27—28日(简称“01·27”过程)3次暴雪过程进行了对比分析。结果表明：1)3次暴雪过程都是在500 hPa高空槽、中低层切变线、700 hPa西南急流和地面冷空气的共同影响下产生的;暴雪过程中水汽主要来源于中层,降雪期间逆温层结始终存在。2)不同之处是,“01·04”过程中层暖湿气流先形成,水汽条件更好,而后弱冷空气自低层楔入,促使暖湿气流抬升,上升运动发展更为旺盛;“01·25”过程和“01·27”过程低层先形成冷垫,而后中层暖湿气流增强沿冷垫爬升,冷垫更冷,“01·25”过程逆温更强。3)暴雪过程中TBB稳定低值期基本可以反映强降雪时段;“01·04”过程中有弱对流发展,造成降雪强度大。     

“12·14雷打雪”过程的闪电特征及成因

2023年12月14日在山西和河北南部、河南北部、山东西部出现一次大到暴雪过程,并伴随频繁的闪电活动。利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）资料以及闪电、大气电场仪、双偏振多普勒天气雷达等观测资料对此次“雷打雪”天气过程进行详细分析,得到以下研究结果：（1）此次“雷打雪”是一次明显的高架对流天气过程,低层一直存在逆温层,850~600 hPa为显著的暖湿平流,925 hPa以下近地面东北风形成的“冷垫”楔入到条件性对称不稳定层结下方,抬升暖湿空气,触发对流天气,释放不稳定能量,产生较强的上升运动。（2）降雪过程的雷电活动比较活跃,闪电频数高达99次·（10 min）^-1,云闪和地闪比例为1.7∶1,正地闪的占比为19.4%。此次“雷打雪”天气过程的闪电空间分布和走向与强降雪落区表现出良好的一致性,闪电密集区域对应强降雪区域,74%的暴雪站周围30 km范围内出现闪电,100%的大暴雪站周围30 km内发生了闪电。（3）高空正K_DP区域与地面降水率的增大密切相关。总闪电与6 km等高层雷达回波的空间一致性很好,基本分布在大于20 dBZ的云区内,闪电落区的回波顶高几乎都在5 km以上。雷达发现在5~8 km的高度范围出现Z_DR和K_DP的正值区,揭示云内存在明显的垂直上升运动和过冷却液态水,存在良好云内起电条件,结合地面电场观测资料和闪电资料,推测此次降雪云系的电荷结构为上正下负的电荷结构。     

“12·14”山东暴雪过程降水相态的多源观测分析

基于毫米波云雷达、降水天气现象仪、风廓线雷达、双偏振雷达、自动气象站等多源观测资料及欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）资料,对2023年12月14日山东暴雪过程的环流背景和降水粒子微物理参数进行分析,探讨新型观测资料在降水相态监测与预报中的应用。结果表明：（1）此次过程受高空槽、低空西南急流和江淮气旋影响,伴随地面气温下降和中层暖层消退,出现雨、雨夹雪、冰粒和雪等相态。（2）降水天气现象仪探测发现,雪和雨的下落末速度均较小,雪粒子直径超过8 mm,雨粒子直径大多在4 mm以下。（3）毫米波云雷达观测到反射率因子、径向速度、谱宽和垂直液态水含量降低时,雨夹雪转为雪。（4）风廓线雷达显示雨夹雪和冰粒阶段对应强的低空西南急流和最大垂直速度（4~5 m·s^-1）,转雪时3 km以下垂直速度降低至2 m·s^-1左右。（5）相关系数（C_c）、差分反射率（Z_DR）和水平极化反射率因子（Z_h）等双偏振参量可判断融化层亮带,亮带的下降和消失可指示此次过程雨向雪的转换。     

鲁南初冬一次罕见特大暴雪的成因分析

利用常规气象观测资料和NCEP/NCAR逐6 h再分析资料,对2015年11月23—24日山东南部出现的一次罕见特大暴雪天气过程进行诊断分析。结果表明:1)这是一次典型的回流形势降雪,850 h Pa东南风急流影响的鲁南地区降雪强度较大,而东北风急流影响的区域降雪强度较弱。2)700 h Pa强西南低空急流、850 h Pa东南低空急流为鲁南地区降雪提供了充沛的水汽,水汽通量的强辐合区域即为大暴雪的发生区域。3)暴雪区上空散度呈现出弱辐散—强辐合—强辐散的垂直结构;暴雪落区与高空的强辐合中心以及强上升运动中心吻合度较高。4)暴雪期间,850~925 h Pa之间维持一个逆温层;强冷空气使得925 h Pa以下边界层温度锐降导致降雨迅速转雪,降雪持续时间长是鲁南地区产生异常强降雪的重要原因。     

2020年5月山东强对流天气特点及成因

2020年5月山东共出现13次强对流天气过程,其中8次出现冰雹,共15市（93.8%）81站（65.9%）出现降雹,单站最大降雹次数为4次。10次出现10级以上雷暴大风,5次出现短时强降水,强对流次数之多、范围之广、强度之大、灾害之重为近10年少见。其中,“5 ·17”强对流天气过程最为剧烈,其冰雹范围之广非常罕见,最大冰雹直径为4.5 cm,最大风速达36.6 m ·s^-1（12级）,最大雨强达56.9 mm ·h^-1。利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）和加密自动气象观测站、多普勒天气雷达、闪电定位等资料,对2020年5月山东强对流天气特点及强对流多发的原因进行分析,并以“5 ·17”强对流天气过程为例,对雷达回波特征和风暴内的垂直运动进行剖析。结果表明：（1）副热带高压强度偏强,一方面有利于其外围的西南暖湿气流到达山东,另一方面阻挡西风带系统,导致前倾槽强度偏强,长时间维持在山东上空;500 hPa异常偏强的暖高压脊前西北气流携带的冷空气叠加在850 hPa偏强的暖温度脊上空,造成山东上空长时间为位势不稳定大气层结。（2）在上述有利的天气背景下,山东上空水汽充沛,对流有效位能偏大,冀鲁豫3省交界处气旋式辐合偏强,鲁中地区稳定存在一条辐合线,容易触发产生强对流天气,造成山东5月强对流天气频发。（3）对流风暴高度组织化、区域性的超级单体群以及一条长度超过500 km的强飑线是造成“5 ·17”强对流的直接原因,对流风暴内部的上升速度高达28 m ·s^-1。     

辽宁东南部一次强降雪天气的成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等对2015年2月25日辽宁东南部一次强降雪过程进行分析。结果表明:此次强降雪过程发生在低空切变线东侧暖湿区对应高空急流出口区左侧的辐散区内,有强的水汽辐合中心;地面偏南气流受山前地形抬升作用在强降水区形成风向辐合和850 hPa以下急流中心,是造成强降雪的主要原因之一;暴雪过程开始前6 h出现温度平流随高度减小的配置,假相当位温空间分布上锋区的形成,有利于不稳定层结的建立; 8～12 h前正涡度平流、中低层风向辐合带、近地面冷空气层的建立以及次级环流的形成加强了上升运动,对强降雪预报具有很好的指示作用;在降水相态是雨或雨夹雪时,雷达回波最大强度达到40～45 dBZ,而强降雪时回波强度为20～25 dBZ;当大连本站850 h Pa温度以及1 000 hPa与850 h Pa两层等压面之间的厚度处于雨雪转换临界值时,大连南部为雨或雨夹雪,北部为雪,此时出现强降雪,回波高度基本在6 km以下,最强回波25～35 dBZ维持在1 km以下,近地层为弱偏北风,与其上的西南风在边界层形成切变层,将暖湿气流抬升,为强降水提供动力条件。     

郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

不同中心位置的山东半岛冷流暴雪天气分析

利用天气图和环渤海地面自动站风场资料,统计分析了2005—2014年山东半岛的14个冷流暴雪过程,总结出暴雪落区的特征:当500hPa影响系统为冷涡时,可以预测烟台、威海可能出现强降雪,冷涡中心偏南时,威海更有可能出现暴雪。当500hPa影响系统为低槽,烟台发生暴雪时,北部有小槽摆下,槽位置偏西;威海发生暴雪时,东部有宽广的东北-西南向横槽南摆,槽位置偏东。低空700hPa荣成站风速小于青岛时,暴雪中心在威海;反之,暴雪中心在烟台。当暴雪中心位于烟台时,地面图上辽东半岛西海岸有一片较规则的东北风区域;当暴雪中心位于威海时,辽东半岛西海岸无东北风或东北风较为凌乱,不连续出现。     

一次典型大范围冷流暴雪个例的诊断分析

利用常规天气图和WRF模式模拟的数据,对2010年12月30日发生在山东半岛的一次冷流暴雪过程进行了天气学诊断分析。结果表明:(1)这是一次典型的大范围冷流暴雪过程,500hPa低涡位置偏南(43°N以南)、850hPa西北冷平流范围广,强度强是造成本次暴雪范围大的主要原因,为强冷流降雪的产生提供了有利条件。(2)降雪的水汽来自渤海,由西北风向山东半岛输送,并在半岛北部辐合;高湿区集中在850hPa以下,湿层较为浅薄。(3)降雪落区与高相当位温脊的位置存在着对应关系,强降雪通常发生在脊线附近;θe等值线向上凸起的高能区集中在750hPa以下,大气不稳定层结较低。(4)强烈的上升运动集中在对流层低层750hPa以下,上升运动越强,降雪量越大。⑸受地形影响,西北风吹向辽东半岛时转为东北风,西北风与东北风在渤海中东部至山东半岛形成切变线,切变线的方向和位置决定了降雪的强度与落区;风速在半岛北部低山丘陵前辐合,有利于产生上升运动,使得降雪加强。     

2023年和2005年山东两次极端海效应暴雪的对比

利用常规气象观测资料、降水天气现象仪资料、美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA）资料、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）资料等对2023年12月山东半岛的海效应特大暴雪和2005年12月持续性海效应强降雪过程的高空形势、海气温差、低层切变线、大气水凝物等进行了综合分析。结果表明：（1）亚欧大陆强大的经向高压脊和脊前冷涡环流是发生海效应暴雪的大尺度环流背景。2005年高压脊宽广、稳定少动是海效应强降雪持续时间长的主要原因,2023年高压脊、冷涡的经向特征更加显著,冷空气爆发力强。（2）2005、2023年渤海海面温度较常年偏高;2023年偏高2.5 ℃的范围更广,12月20—21日海气温差超过30 ℃。（3）出现暴雪时,山东半岛北部存在偏西风和北—东北风之间的风场辐合;荣成站出现暴雪时,低层需要更强劲的引导气流。（4）2023年12月20—21日,云体主要由冰晶和雪晶构成,较多雪晶位于上升气流上方,与冰粒子分布区域重叠,说明除了水汽凝华外,冰雪晶粒子之间的聚合作用对雪粒子的增长有很大帮助,聚合产生的枝状雪粒子有利于积雪深度增大,文登站雨滴谱也表明,21—22日雪粒子直径偏大的特征更明显。     

辽东半岛南部冷流降雪的统计特征及相关要素分析

辽东半岛南部地区及周边海域在特定的季节、天气形势和条件下可能会造成灾害性的冷流降雪天气, 提高冷流降雪预报准确性, 对沿海地区防灾减灾具有重要意义。本文利用1981—2021 年辽宁地区各气象站逐日降水资料及ERA5 再分析资料, 运用统计学和物理量诊断方法对辽东半岛南部地区冷流降雪的气候特征、发生规律及成因进行了分析。研究结果表明：辽东半岛南部地区冷流降雪强度弱, 主要以小雪为主; 降雪次数和降雪量均呈现南多北少的特点, 前者年际变化趋势平稳而后者较大; 12 月是冷流降雪发生的主要月份, 而11 月和2 月是降雪强度较强的月份。冷流降雪的产生和较大的海洋表面与大气温差、低层不稳定层结、海陆地形作用有密切关系; 当500 hPa 和850 hPa 影响系统为冷涡或低槽、辽东半岛南部及周边海域低层为偏北风且相对湿度条件较好、1 000 hPa 对应正相对涡度等条件时, 可以预测辽东半岛南部可能出现冷流降雪; 海表温度（Sea Surface Temperature, SST） 与850 hPa 温度之差直接决定了地面冷流降雪量的大小。     

2008年2月初金华市罕见冻雨灾害成因分析

2008年1月中旬到2月初我国南方一些省份遭遇了50年未遇的持续低温、雨雪和冰冻天气,其中2月1～2日浙江省遭遇最严重的一次冻雨和暴雪天气。通过对2月1日金华市冻雨天气的诊断分析发现:前期北方冷空气不断扩散南下,各层温度都很低。2月1日700 hPa孟加拉湾槽东移,槽前西南急流给我区带来充沛的水汽,强盛的暖平流使中间层出现明显回暖形成融化层。而底层处在冷高压底部东到东北风里,受冷空气回流影响,温度仍很低是个冷层。随着850 hPa切变线北抬,中低层切变辐合加强,水汽升到高空变成冰晶、雪花。高空落下的冰晶、雪花在融化层里融化,再经过底层的冷却层变成过冷水滴,遇到地表物体冻结成冰-冻雨。2月2日河套一带的北支槽东移,槽后西北气流引导新的冷空气南下,中低层出现明显降温使融化层消失,冻雨天气转为降雪天气。     

山东降雪含水比统计特征分析

降雪含水比(snow-to-liquid ratio,SLR)是指积雪深度与降雪融化后等量液体深度(降雪量)的比值,可用来计算积雪深度。山东有两种产生机制不同的降雪,冷流降雪主要分布在山东半岛北部沿海地区,其他类降雪在全省范围均可发生,二者的降雪含水比有明显差异。利用山东122个国家级气象观测站自建站以来至2018年12月的逐12 h降水量、日积雪深度、降水性质、日最高气温及1999—2018年的MICAPS高空、地面图资料,通过限定条件进行质量控制,统计分析了山东不同地区的降雪含水比气候特征,为积雪深度预报提供参考。结果表明:1)山东降雪含水比的变化范围为0. 1～3. 0 cm·mm~(-1),全省大部地区多年平均降雪含水比为0. 9 cm·mm~(-1),主要集中在0. 3～1. 1 cm·mm~(-1)之间;山东半岛北部沿海地区(强冷流降雪区域)的多年平均降雪含水比为1. 3cm·mm~(-1),主要集中在0. 9～2. 0 cm·mm~(-1)之间。2)降雪含水比的大小与降雪量等级有关,且存在明显月变化。全省大部地区从中雪至暴雪随着降雪量等级的增大,降雪含水比依次减小;各等级的降雪含水比月最大值均出现在1月或12月,最小值出现在11月或2月;山东半岛北部沿海地区的降雪含水比表现出更为复杂的特征,在以冷流降雪为主的11月—次年1月,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比基本相当; 2月和3月冷流降雪不明显,降雪含水比表现出与其他地区降雪类似的特征。3)不同天气系统暴雪的降雪含水比有差异。江淮气旋暴雪过程平均降雪含水比为0. 69cm·mm~(-1),总体上呈现"北大南小,山区大沿海小"分布,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比中位数分别为0. 8、0. 7和0. 5 cm·mm~(-1);回流形势暴雪过程的全省平均降雪含水比为0. 67 cm·mm~(-1),中雪的降雪含水比中位数为0. 8 cm·mm~(-1),大雪和暴雪均为0. 6 cm·mm~(-1);冷流暴雪的降雪含水比明显大于其他两类暴雪,中位数在1. 1～1. 6 cm·mm~(-1)之间变化,中雪、大雪和暴雪的降雪含水比中位数分别为1. 4、1. 6和1. 3 cm·mm~(-1)。     

沃克环流上升区赤道低空强西风带的分析

采用ＴＯＧＡ／ＣＯＡＲＥ国际合作考察期间（１９９２年１０月─１９９３年２月）获得的２６７次定点（２°Ｓ，１５５°Ｅ）定时高空大气探测资料，进行计算分析，发现１９９２年１２月─１９９３年２月低空存在一支西风急流，有两次分别持续半月之久，而１９９２年１１月的两次赤道西风急流，因无赤道高空急流配合，仅持续２ｄ便消失。本文还指出：（１）赤道低空西风急流是各种海－气指数产生ＥＮＳＯ异常的重要信息；（２）赤道高空急流有滞后赤道低空急流２ｄ左右的响应关系；（３）赤道低空急流是纬向水汽输送的狭窄通道。     

两次暴雪过程对比分析

利用常规气象资料以及NCEP1°×1°资料,对2013年1月20—21日和2月3日两次暴雪过程进行对比分析,结果表明:两次暴雪过程的关键系统不同,"3日过程"的关键系统是低空急流,"20日过程"的关键系统是低层切变线和气旋性涡旋;"3日过程"强风速梯度区位于鲁中地区,"20日过程"较强的风速梯度区出现在鲁东南沿海,分别对应两次过程的强降水中心;两次过程比湿条件基本相同;"3日过程"上升速度和水汽辐合强度均比"20日过程"明显。     

2009年华北大范围暴雪成因及雷达回波特征分析

利用石家庄、济南和濮阳多普勒雷达资料,结合天气形势和实况,对2009年11月9—12日华北大范围暴雪天气过程的分析表明：（1）低层冷、中层暖、高层冷的＂冷-暖-冷＂层结造成了中层以上大气不稳定;中层急流将南方暖湿空气输送到北方,同时低层东北回流将东部海区的水汽向内陆输送,从而为持续性降雪提供了源源不断的水汽;700hP...     

江淮气旋暴雪和海效应暴雪个例的微物理特征对比

利用雨滴谱等多源观测资料,对2023年12月山东江淮气旋暴雪和海效应暴雪的微物理特征进行了对比分析。结果表明：（1）相比于海效应暴雪,江淮气旋暴雪云系云顶高度较高,云顶亮温较低,对流强度较强。（2）江淮气旋暴雪的粒子数浓度高、粒子谱较窄、粒子体积较小、降雪强度较大;海效应暴雪的粒子数浓度低、粒子谱较宽、粒子体积较大、降雪强度较小。（3）江淮气旋暴雪的粒子下落末速度以单峰型为主,海效应暴雪则多为双峰型;江淮气旋暴雪的粒子下落末速度及其谱宽均大于海效应暴雪。（4）江淮气旋暴雪含有较多的霰粒、冰粒、雪花,海效应暴雪则以雪花及其聚合体为主。（5）两次暴雪的等效反射率因子（Z_e）-降雪强度（I_s）关系有较大差异。在降雪强度相同时,海效应暴雪的Z_e更大。