山西两类暴雪预报的比较

对山西两类典型暴雪从环流形势、形成机制、数值诊断等方面进行了对比分析,得出回流形势和河套倒槽共同影响下的暴雪,其系统深厚稳定,可提前24~48 h做出预报,而仅地面回流形势影响下形成的暴雪,其系统浅薄且较弱,预报难度较大。数值诊断结果表明,对两类暴雪,垂直螺旋度分布均存在中高层为正,低层为负的特征,但出现时间、强度和分布形式上均存在明显差异,螺旋度强度的变化对第一类暴雪的出现有明显先兆意义,而对第二类暴雪则不明显。第一类暴雪涡散场的分布存在"高空辐散、低层辐合"的垂直配置,第二类暴雪不明显,但两类暴雪都出现在500 hPa涡度梯度最大的地方,暴雪出现12 h后,正涡度中心强度迅速增强,对应暴雪出现一个增幅期。     

黄河中下游地区一次暴雨过程的数值模拟和诊断

利用非静力中尺度模式WRF V3.2.1及其输出的高时空分辨率资料,对2007年7月29~30日发生在黄河中下游地区的暴雨天气过程进行了数值模拟和诊断分析。结果表明:(1)广义位温的大值中心区与相对湿度90%的高湿区相一致,暴雨区上空的广义位温等值线呈漏斗状从对流层中高层向低层伸展,在漏斗的底部,其垂直梯度也相应增大,暴雨中心位于广义位温的大梯度区;(2)P坐标下,对流涡度矢量垂直分量(Cz)与降水量随时间演变二者呈现反位相,且Cz极值的出现滞后降水峰值1 h左右;对流涡度矢量垂直分量的垂直积分的发展演变与降水落区、强度的发展变化相对应,对强降水落区、强度的发展变化具有指示意义。     

孤立云团造成的一次强对流天气分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、卫星和雷达拼图产品等,结合WRF中尺度数值模拟,对2013年5月22日发生在山西省中南部的强对流天气进行了分析。结果表明:此次强对流天气过程中,河套地区正涡度平流的持续输送是500 h Pa切断涡旋形成、维持和发展的重要原因;低层冷平流沿其前方输入,后部有更强的暖平流输入,使涡旋不断加深发展,在其附近激发孤立对流云团,孤立云团上空存在高层辐散、低层辐合的垂直结构,使得其上空上升运动持续加强,孤立对流云团得以维持和发展,其间形成的γ-中尺度和α-中尺度强对流云团是造成强对流天气的直接原因,而地面海上高压后部水汽的持续加强和高空脊前干空气南侵,产生明显干锋生作用,是强对流的重要触发机制。雷达组合反射率因子拼图显示,此次强对流过程是由单体回波发展合并加强造成的,这些单体回波的演变经历了"单体—加强合并—带状回波—弓形回波—减弱消亡"的过程;整个过程分为2个阶段,其回波面积、强度、移动速度不同,造成强对流天气特征差异明显。此次强对流天气存在3种类型,其温湿廓线结构及环境参数特征存在明显差异,可作为判断强对流天气类型的指标。     

山西陆面过程对A1B排放情景下全球变化趋势的响应

山西地处气候过渡带,气候敏感、生态脆弱,在全球气候变暖背景下其陆面物理过程受气候波动影响十分明显。本文利用NCAR CCSM IPCC AR4陆面分量模式(CLM)20世纪气候模拟(20C3M)和21世纪SRES A1B排放情景下的模拟结果,对山西省21世纪(2001~2099年)与20世纪(1901~1999年)陆面能量和水文变量进行了对比分析。结果显示:(1)模式模拟出山西地区未来地面温度的空间及时间分布特征。未来山西省地面温度呈明显上升趋势,上升速率冬季大于夏季。空间上,增温幅度冬季自北向南递减,夏季自西向东递减;(2)未来山西省陆面各分量空间上,净辐射通量西北增幅大于东南,降水率和径流率则与其相反,潜热通量与蒸发率一致,西南部增加幅度大,土壤含水率冬夏分布相反,感热通量呈下降趋势,西南下降幅度大;时间上,净辐射通量、潜热通量均表现出不同程度的上升趋势,土壤热通量冬季上升,夏季下降;地表水循环的各分量均呈增加趋势。     

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。     

"8·16"暴雨过程的湿位涡诊断分析

本文利用实况资料和T213输出资料,对发生在2005年8月16日～17日的华北暴雨过程进行了湿位涡数值诊断分析,结果表明,强降水落在湿相对位涡的负值中心附近,且湿相对位涡场的特征主要取决于其正压项的贡献。在暴雨出现前期,湿对称不稳定主要在高层,湿位涡的下传可能是产生暴雨的重要原因之一。湿位涡的负值中心与中低层涡度的增大及暴雨的增强存在密切的关系。     

2009年冬季黄河中游一次由旱转雨雪天气的诊断分析

针对2009年2月7～8日持续干旱近百天的黄河中游地区出现的转折性雨雪天气,利用实况资料计算了等熵温度梯度、可降水量、水汽通量及其散度、相对湿度、垂直速度等,分析了熵分布及演变、干侵入、水汽场特征等,结果表明:(1)这次降水出现在500hPa环流形势平直,极地冷空气活动较弱,在地面回流高压呈东西向带状分布的背景下,系统浅薄,降水量级难以把握。(2)熵诊断揭示,500hPa等熵梯度大值区的出现对未来12～24h强降水有先兆指示意义,强降水中心出现在500hPa等熵梯度大值区与700hPa温度露点差3℃的叠加区。(3)水汽诊断表明,强降水出现前,黄河中游及其上游西南地区的可降水量显著增加,为强降水的出现提供了水汽的积聚,而降水开始后,低空超低空东南急流则是水汽的主要补充来源;强降水并不是出现在水汽通量大值区内,而是在水汽通量大值区西北侧、等值线密集带附近,同时又有风辐合的区域。(4)这次雨雪过程中,干冷空气主要来自对流层高层,在雨雪区上空的垂直分布呈漏斗状,该过程中从贝加尔湖地区南下的西北和东北气流沿漏斗壁下滑向低层传播;而中低层湿区呈倒扣的碗状向上伸展,中低层西南和东南两支暖湿气流沿碗壁爬升,在对流层中层耦合加强,与干冷空气交汇,产生强降水。(5)对流层高层持续的干侵入,使得中低层切变线稳定维持,有利于其前方西南急流的稳定加强和对流性不稳定的持续发展,是导致强降雪持续、增幅的重要原因。(6)强降水出现在地面中尺度辐合稳定加强期间,降水落区在辐合区及其东南侧;辐合区内强烈的上升运动是触发不稳定能量释放,使熵由不平衡达到平衡的重要机制。