山西高温天气的环流特征及流型配置研究

利用1958年-2008年高低空气象观测资料以及山西省气象信息中心归档的109站1958年-2008年的原始气象记录月报表及其信息化产品资料,分别以最高气温≥35℃、≥37℃、≥40℃为指标,研究山西高温日的时空分布、变化趋势及环流特征。结果表明：a）山西高温日最早出现在4月中旬,最晚出现在9月中旬,≥35℃、≥37℃和≥40℃的高温日6月下旬最多;b）高温日数有随纬度、随海拔的升高而减少,有西部多于东部、南部多于北部、盆地多于山区的空间分布特征。≥40℃的高温区域主要集中在运城和临汾地区;C）1984年-2008年,35℃以上的高温日数整体呈上升趋势;1979年-2008年,30年间高温站次以153站次,10a的趋势增多。20世纪90年代以后,不仅高温日数增多,而且高温持续时间、强度、范围都有增强趋势;d）影响山西高温的500hPa环流形势主要有副高纬向性、副高经向型以及大陆高压（脊）控制型3类。在特定的流型配置下,T850≥25℃、T700≥13℃,T850≥26℃、T700≥14℃,T850≥28℃、T700≥15℃,T850≥32℃、T700≥16℃是山西省不同区域、不同风向影响时,≥35℃、≥37℃、≥40℃高温天气预报的临界值。     

山西省主要河流流域面雨量预报业务流程

以T213、HLAFS模式、MM5中尺度模式输出的格点资料以及日本降水量格点资料为基础，将影响山西降水的天气动力模型归纳为诊断模型，从中引出多个能够全面反映降水模型特征的综合物理因子；根据各种数值模式输出的降水量预报性能和质量优劣特点，依据数值模式的形势场预报优于要素场预报的现实，构造在不同环流形势背景下，启动不同预报方程的面雨量预报业务流程，有效地遏止了在环流形势调整时预报输出不能快速响应的弱点，提高了点和面雨量预报的准确度。     

精细化监测资料在山西暴雨预报模型改进中的应用

利用近3年5—9月山西63个GPS/MET临测站反演的逐时气柱水汽总量空间分布图与对应的459天气象观测资料、12个暴雨日的暴雨落区以及对应的流型配置图,对比分析发现:(1)当气柱水汽总量空间分布的水平梯度在25～40 mm/l经(纬)度时,未来12～36小时,在水平梯度的大值区及其南北(东西)0.5～1.0个经(纬)度的范围内,暴雨及其以上天气出现的概率达100%,当气柱水汽总量空间分布的水平梯度≥40 mm/l经(纬)度时,在水平梯度的大值区及其南北(东西)0.5个经(纬)度的范围内出现大暴雨的慨率为63.6%;(2)暴雨落区在气柱水汽总量空间分布图中水汽含量水平梯度大值区及其以北(西)还是以南(东)0.5～1.0)个经(纬)度的范围出现,不同的流型配置会出现不同的结果。应用逐时GPS/MET资料和逐时自动气象站极大风速风场资料,依据暴雨出现在气柱水汽总量空间分布图中水汽含量水平梯度大值区的不同位置,建立不同流型配置下的多种暴雨概念模型;采用轮廓识别技术在C/S架构下,对12～36小时暴雨落区预报模型进行改进并实现了自动化运行,2011年进行准业务使用证明效果良好。     

近30a山西不同相态降水的统计特征及概念模型

利用山西省1981~2010年108站的地面降水观测数据,以降水量≥0.1 mm的日数为指标,对山西108个县市不同相态降水的时空分布特征进行了分析,结果表明:五寨(山西西北部)和陵川(山西东南部)平均降雨日数、平均降雪日数、平均雨夹雪日数都位于全省之首;30 a间山西的降雨日数和降雪日数分别以3.333 d/10 a和1.529 d/10 a的趋势减少,而雨夹雪日数则以0.34 d/10 a的趋势增多;山西区域降雪和降雨日数变化趋势的空间分布都具有西部减少趋势高于东部的特征,雨夹雪日数变化趋势的空间分布则具有东部增多趋势高于西部增多趋势的特征;朔州和忻州西部是降雪日数减少趋势最强的区域,运城是降雨日数减少趋势最强的区域,晋城是雨夹雪日数增多趋势最强的区域。应用328个多相态降水过程资料和NCEP再分析资料进行统计分析,结果表明:冷空气侵入导致中低空温度下降,0℃层高度降低是降水相态发生变化的主要原因;-3℃和0℃是山西中南部降水相态转变时850 hPa和925 hPa的临界值;3.5℃则是山西北部和高海拔地区降水相态发生转变时850 hPa温度的临界值;西北路冷空气侵入多相态降水过程,地面冷锋是降水相态的分界线,东路冷空气侵入多相态降水过程,低空切变线则是降水相态的分界线。     

副高边缘两次暴雨过程的地闪特征

利用闪电定位、雷达回波、自动气象站等资料,对山西省2005年8月11～12日副高西进北抬过程中其边缘的对流性强暴雨和2005年8月16日副高东退南压过程中其边缘的持续性暴雨过程的闪电特征进行了对比分析.发现两次暴雨地闪均出现在500hPa的5840～5880 gpm之间的区域,都具有负地闪占主导地位、正地闪频数很低、正地闪强度远大于负地闪强度的特征.对流性强暴雨,负地闪的分布与中气旋和中辐合线的位置相对应,负地闪出现在回波强度达50 dBz或以上的区域内,正地闪出现在45 dBz左右的范围;同一次暴雨过程,不同的对流风暴存在不同的地闪分布.持续性暴雨,地闪出现在地面冷锋与700hPa切变线之间的区域,且正地闪出现在锋区的中后部靠近700hPa切变线、500hPa靠近5840 gpm线的区域;负地闪则出现在锋区的中前部靠近地面冷锋、500hPa靠近5880 gpm线一侧的逆风区或负速度区的大值区;稳定性降水出现在700hPa切变线与500 hPa槽线之间、雷达强度图上正地闪的西北部区域.局地地闪频数随时间的演变不能代表整个对流风暴地闪频数随时间的演变,但局地闪电的出现及其频数的增加或减少却能指示风暴对该地区的影响程度,尤其是地闪频数峰值的出现可以指示雨强峰值的即将来临,这对强对流暴雨的临近预报是十分有意义的.     

近50年山西高温日的时空分布及环流特征

利用1958-2008 年高低空气象观测资料以及山西省气象信息中心归档的109 站原始气象记录月报表及其信息化产品资料,分别以最高气温≥35℃、≥37℃、≥40℃为指标, 研究山西高温日的时空分布、变化趋势及环流特征,结果表明：①山西高温日最早出现在4 月中旬,最晚出现在9 月中旬,≥35℃、≥37℃和≥40℃的高温日均是6月下旬最多。②高温日数具有随纬度、随海拔的升高而减少,西部多于东部、南部多于北部、盆地多于山区的空间分布特征。≥40℃的高温区域主要集中在运城和临汾地区。③1984-2008 年,35℃以上的高温日数整体呈上升趋势;1979-2008 年,30a 间高温站次以153 站次/10a 的趋势增多;进入90 年代以后,不仅高温日数增多,而且高温持续时间、强度、范围都有增强趋势。④影响山西高温的500 hPa 环流形势主要有：副高纬向性、副高经向型以及大陆高压（脊）控制型3 类。在特定的流型配置下,T850≥25℃、T700≥13℃,T850≥26℃、T700≥14℃,T850≥28℃、T700≥15℃,T850≥32℃、T700≥16℃是山西省不同区域、不同风向影响时,≥35℃、≥37℃、≥40℃高温天气预报的临界值。     

夏季分县降水量集成预报试验

将国家气象中心Ｔ１０６和ＨＬＡＦＳ、山西省气象台ＢＰ神经元和动力相似方法输出的降水预报值作为预报因子,运用灰色理论分别将以上４个预报因子原始数列和降水实况数列作一次累加生成处理,分别得到随机性被弱化的单增数列,用卡尔曼滤波法进行递推计算,得到降水预报值。将得到的降水预报值作还原处理,即累减生成后,最终输出降水量分县预报。此方法用于１９９８年夏季,取得了良好的预报效果。     

060814山西省局地大暴雨的地闪特征分析

利用闪电定位每分钟的实测资料和加密雨量站每分钟的雨量资料,对山西省2006年8月13~14日副热带高压东退南压过程中,产生的局地大暴雨过程的地闪特征进行了分析。结果表明:对流风暴中,负地闪出现在强度达40 dBz且与径向速度图的逆风区或附近正速度的大值区相重叠的区域内,正地闪出现在强度达30 dBz风暴后部的正速度小值区;混合性降水云系中,地闪出现在500 hPa 5880gpm与5840 gpm等高线所包围区域内的辐合带或逆风区,且正地闪靠近5840线一侧,负地闪靠近5880线一侧。局地地闪频数与雨强随时间的变化有很好的相关性,负地闪的出现及其频数的增加意味着影响该地区的对流风暴正在发展并向本地移来,地闪频数峰值的出现表示雨强峰值的迅速到来,正地闪的出现表示该对流风暴对本地区的影响即将结束。利用地闪频数峰值准确地预报强对流风暴产生的局地强降水只有30~45 min的提前量,而对于混合性强降水的预报则可有1~2 h的提前量;逆风区的水平尺度、垂直厚度、逆风区附近的正、负速度差值直接影响风暴降水的范围、强度和持续时间。     

近51a山西大风与沙尘日数的时空分布及变化趋势

利用地面气象观测数据,以瞬时风速≥17.0m.s-1或风力≥8级的大风日数和沙尘天气发生日数为指标,分析了山西大风、沙尘天气的时空分布特征,沙尘天气的变化特点及趋势,并从现代气候变化、大气环流特征及大风日数变化等方面,初步探讨了沙尘天气日数变化的气候原因。分析结果表明,山西的沙尘暴、扬沙与大风日数具有同位相、一峰一谷的逐月变化特征,峰值均出现在4月,谷值均出现在8—9月。浮尘日数具有两峰两谷的逐月变化特征,主峰与主谷与大风出现的时间一致,次峰和次谷则分别出现在每年的12月和2月。大风日数的峰值分别是沙尘暴、扬沙日数峰值的8.39倍和2.31倍;大风日数的谷值分别是沙尘暴、扬沙日数谷值的83.3倍和18.98倍。沙尘暴、扬沙与大风日数均有北部多于南部的空间分布特征,浮尘则与大风相反具有南部多于北部的空间分布特征。山西的沙尘暴、扬沙总日数在20世纪90年代初期以后比50年代到70年代初期分别减少了84.9%和77.1%。多沙尘日数年大气环流的经向度较强,乌拉尔山高压脊偏强,东亚大槽位置偏西且加深,少沙尘日数年则相反。比较发现,沙尘暴、扬沙和大风日数的变化趋势有很好的一致性,线性相关系数分别达到0.80和0.82。这表明,山西沙尘暴和扬沙的变化趋势主要是随大风的变化而变化,高纬冷空气向南爆发的频数减少、势力偏弱、路径偏北导致山西风力条件的减弱是近51a沙尘暴、扬沙发生频数下降的主要原因。     

2009年山西5次横切变暴雨的对比分析

利用常规和非常规气象观测资料,针对2009年汛期山西境内出现的5次横切变区域性暴雨天气过程进行流型配置、物理量诊断、卫星、雷达、GPS/MET资料以及可预报性综合分析。发现：5次横切变暴雨过程中2009年7月7 8日的暴雨过程是暴雨范围最大、降水强度最强、系统配置最完整的一次;连阴雨过程中无论是暴雨日还是非暴雨日都具有湿度大、湿层厚的特征,这是与其他4次非连阴雨暴雨过程的最大区别;对流性或混合性暴雨,在暴雨发生前1 2小时500hPa及其以下都具有θse随高度的增高而减小、500hPa以上都具有θse随高度的增高而增加的特征,稳定性暴雨则具有θse随高度的增高而增加的特征。5次暴雨过程500 hPa副高均为纬向型,700 hPa均有西南急流轴配合以及大陆小高压相伴,暴雨落区均位于气柱水汽总量梯度的大值区到大值区南（东）部0.5个经纬度的范围内。分析结果表明：小高压的位置不同导致了不同风向的辐合和不同走向的横切变线产生,急流头向北伸展的纬度不同导致了横切变线所处的纬度差异,直接影响暴雨的落区;低涡的强度不同使得降水量发生明显的差异;高低空系统配置越完整暴雨落区和量级的可预报性也越强;连阴雨过程中垂直速度、水汽通量散度、垂直风切变是提前24小时判断暴雨发生与否的敏感因子;水汽锋区走向与中低层切变线走向基本一致,在降水开始前,稳定性暴雨过程比强对流暴雨过程水汽锋区形成时间有更多的提前量,且对流越强烈水汽锋区形成的时间越晚。