“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。     

“12·14”山东暴雪过程的极端性特征及成因

利用国家级地面气象观测站、风廓线雷达、X波段双偏振相控阵雷达等多源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,总结了2023年12月13—14日山东大范围暴雪、局地大暴雪（简称“12·14”暴雪）极端性的特征和成因,并与2021年11月7日山东极端暴雪过程（简称“11·7”暴雪）对比分析了降雪量和雪水比差异的原因。结果表明：（1）典型的暖平流型天气形势是产生极端暴雪有利的环流背景条件,低层切变线和风速辐合区在鲁西北叠加,形成强烈而持久的上升运动。（2）低空急流异常偏强,降水强度不仅与低空急流的强度有关,而且与其厚度有关。当3.0 km高度保持低空急流的强度时,10 m·s^-1风速到达的高度越低,降雪强度越大。（3）700 hPa比湿超过4 g·kg^-1、850 hPa比湿超过3 g·kg^-1的持续时间均长达10 h以上,为极端暴雪过程提供了充足的水汽。850 hPa比湿和比湿平流远远高于“12·14”暴雪过程,是“11·7”过程最大累计降雪量大于“12·14”过程的原因之一。（4）“12·14”暴雪过程垂直运动旺盛,最大上升速度位于不稳定层顶的前沿,处于-20~-10 ℃层,有利于树枝状冰晶生长,降雪效率高。对流层整层温度低于0 ℃,雪花下落过程中没有融化,雪水比高,积雪深度大。“11·7”暴雪过程初期最大上升运动中心高度低,形成更多柱状冰晶,经过暖层时融化,雪水比低,积雪深度小于“12·14”暴雪过程。     

“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。     

一次渤海海效应暴雪云团的卫星观测及成因分析

利用星载激光雷达资料等多种卫星遥感数据,结合大气再分析资料等,对2008年12月4—6日发生在山东半岛北部的一次海效应暴雪云团降雪过程进行了分析。结果表明:(1)暴雪云团发生在东北冷涡西南部对流层中低层强西北冷平流、地面气压场气旋式弯曲的天气背景下。(2)受冷平流作用,对流层中下层降温明显,导致渤海低层大气不稳定度增加,海面风场辐合产生上升运动,并将大量的水汽和热量输送至低层大气,这有利于浅对流的加强,并进一步促进降雪云团的形成。(3)降雪云团虽然为浅对流云,但云系冷中心较强;云团发展旺盛时期的云内平均降雪率为0.41mm/h,且降雪率的大值区表现为强弱相间的条状分布。(4)云团的射出长波辐射通量不仅与云团温度有关,还与云内冰水含量有关,冰水含量越高,射出长波辐射通量越低;在研究云对辐射的影响时,没有降水(雪)的云系和有降水(雪)的云系应该分别考虑,降水(雪)弱的云系和降水(雪)强的云系也应该分别考虑。     

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)。     

山东一次极端雨雪过程积雪特征分析及模式产品检验

利用地面自动气象站资料、人工加密积雪深度逐时观测资料和ERA5再分析资料,对山东2021年11月6—8日极端雨雪过程积雪特征进行分析。结果表明：(1)降水量突破同期历史极值导致此次雨雪过程成为极端天气事件,积雪深度是预报难点。(2)暴雪和积雪集中分布在山东的中北部地区,有量积雪的范围与降雪量R≥5 mm的分布范围基本一致。积雪深度具有明显的时间变化特征。(3)在山东典型回流暴雪天气形势下,有利的水汽、动力条件和冷空气降温作用,造成山东出现极端雨雪。低层的强冷平流降温导致降水发生相态转换,山东中北部出现暴雪及严重积雪。(4)积雪区降雪含水比差异大,平均降雪含水比为0.53 cm·mm^-1,比历史平均值偏低。积雪深度与高空温度、相对湿度和垂直速度的配置有关,低的温度有利于降雪和积雪。地理位置、鲁中山地地形和地面风速对积雪深度有影响,海陆差异较纬度差异影响大,海拔高度影响较小。(5)欧洲中期天气预报中心业务预报模式积雪产品对山东积雪有较好的预报能力,时效近、误差小,但存在预报总体偏弱、北部偏小和中南部偏大的特点。     

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。     

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。     

济南春季一次罕见降雪过程成因分析

利用高空和地面观测资料、温度廓线仪资料、L波段雷达资料、NCEP资料对济南春季一次罕见的降雪过程进行了分析。结果表明:降雪过程的水汽输送主要来自于中层,由700h Pa西南急流提供;低层冷空气垫的维持,有利于中高层西南气流的爬升;强降雪发生在850h Pa冷平流开始减弱,700h Pa暖平流增强的时段内,是典型的回流降雪形势;925~1000h Pa的温度和降水相态的转变相关性更好,温度廓线仪资料可信度比较高,可以很好地反应降水相态转变时边界层温度的垂直分布;未出现降水时,市区和郊区边界层内的温差大;出现降雪后,市区和郊区边界层内的温差比较小。     

渤海海效应暴雪的三维热力结构特征

采用烟台多普勒天气雷达、天气图等观测资料和中尺度模式(RAMS4.4)进行数值模拟,分析了2008年12月4~6日发生的一次海效应暴雪的时空分布和三维热力结构特征。结果表明:(1)渤海海效应降雪并非传统认为的仅发生在蓬莱以东的山东半岛地区,而是广泛分布于山东半岛、莱州湾、渤海中东部和黄海西部洋面上;降雪源地有暖海面和陆地,即莱州湾、渤海中部至渤海海峡和山东半岛。(2)浅层对流是海效应降雪的重要热力特征,当强冷空气流经渤海时,暖海面通过湍流交换等作用向冷空气底层输送感热和潜热,使得低层增温增湿,产生对流层中上层干冷低层暖湿的对流性不稳定。(3)冷空气的强弱影响渤海暖海面及山东半岛地区的垂直热力结构,导致降雪强度在不同时段存在显著差异。海气温差与热通量成正比,初期冷空气弱,对流层中低层的垂直温差小,海面上空的暖湿层浅薄,不稳定能量弱,产生的降雪量小;中后期冷空气强盛,对流层中低层的垂直温差大,暖湿层较为深厚,不稳定能量增强,导致降雪强度和降雪量大。(4)与单一要素温度和湿度相比,对流层低层相当位温的水平分布对强降雪落区具有更好的指示意义,强降雪发生在高相当位温脊线附近。     

近十年中国海效应降雪研究进展

海效应降雪的发生发展机制与内陆地区降雪有明显区别。中国渤海中东部、渤海海峡、黄海、东海海面及其沿海地区均可产生海效应降雪,以山东半岛的烟台和威海地区最为显著。从各海域海效应降雪的分布特征、渤海海效应暴雪的多尺度作用、地形对渤海海效应暴雪的影响、海效应降雪的研究资料、方法和数值预报检验等5个方面总结了近十年中国海效应降雪的主要研究进展,旨在进一步加深对海效应降雪的理解和认识。并针对当前预报业务难点和研究的薄弱环节提出了未来的研究重点。     

山东相态逆转降雪天气的特征与预报

采用高空和地面观测资料,对山东1999—2013年24次有相态逆转降雪过程的影响系统、出现时间、逆转前后的温度变化及各类系统逆转的天气形势特征进行了统计分析。结果表明:1)低槽冷锋、江淮气旋、黄河气旋和暖切变线可在山东产生降水相态逆转,而回流形势降雪不会产生逆转。2)山东降水相态逆转发生在11月—次年4月,以12月和1月居多,12月频率最高;有明显的日变化,14时前后最容易发生逆转,而23时—次日05时最少。3)雪转雨时最显著的特征为地面2 m气温升高,升温幅度多在1~2℃;850 h Pa以下至地面的温度至少有1~2个层次升温。4)地面2 m气温对逆转的指示性最好,降雪时在0℃左右,略高于通常降雪阈值,最低为-1℃;其次为1 000 h Pa,降雪时接近于0℃。5)对流层低层暖平流升温或温度日变化升温导致雪转雨,温度平流弱时温度日变化起主要作用。各类天气系统的逆转范围、时段等有明显差异。因此,对于降雪阈值附近的相态预报,需综合考虑低层温度平流和日变化两个因素,重点关注地面2 m气温能否升温,午后为关键时段。     

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。     

1983年埃尔尼诺期间海气热交换分析

本文利用1983年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的客观分析资料与美国气候分析中心(CAC)月平均海温网格点资料,计算了45°E—75°W,35°N—35°S范围内太平洋和印度洋海气交界面上的感热、潜热通量,着重分析埃尔尼诺El Nino事件发展最盛的1983年1月和结束的12月所呈现的不同特征,并与1981年1月的情况作了对比.结果指出:在El Nino年,在日界线以西的中太平洋赤道附近低纬地区海气之间的热交换比正常年份强烈,但在170°W以东的中、东太平洋赤道附近及南侧SST的强增暖区为热通量的低值区,而印度洋上感热、潜热通量的强度分布类似于正常年份.这种热通量的强交换区的空间分布与海表温度的高温区和强增暖区及强对流区和OLR的负距平区的对应关系较为复杂,但与1000hPa的风场有着十分良好的对应关系.这种强交换随着El Nino过程的衰退和结束而减弱.     

南海北部大陆架和北部湾沉积物中的矿物组合及其分布特征

本文对北纬17°00′—24°00′,东经106°00′—118°00′的南海北部大陆架和北部湾表层沉积物中碎屑矿物进行了研究。共分析了143个样品,重矿物粒径为0.25—0.063mm,轻矿物为0.25—0.1mm。 一、轻矿物组合及分布特征 本海区沉积物中轻矿物在0.25—0.063mm粒级中含量高,平均为99.35％,最高可达99.90％。     

印度洋赤道西风的变动及其与低纬环流的关系

利用欧洲中期天气预报中心／世界气象组织（ECMWF／WMO）1981-11-1982-10逐日2．5°×2．5°网格点资料,按赤道西风判别指数确定了赤道西风的范围,讨论了这支基本气流的结构及季节演变特征,以及它和这一地区环流的关系。     

潍坊地区初春一次罕见大暴雪天气的诊断分析

利用常规观测资料、FY–2E卫星TBB资料和NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料,对2010年2月28日山东潍坊大暴雪过程进行动力学、热力学诊断和中尺度分析。结果表明：此次潍坊大暴雪是由西风槽、低涡、切变线及地面气旋等共同影响产生的;低空急流为暴雪区带来源源不断的水汽输送;风速风向辐合使大量水汽在暴雪区汇集...     

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。