天气学原理和方法--第6章--寒潮天气过程--张苏平教授

寒潮概述--寒潮过程等级的划分
全国性寒潮：
– 凡日平均气温的过程总降温>10º C，负距平的绝对值>5 º C的站点数， 北方>=32站（占北方站点数的三分之一）、南方>=13站（约占南方 站点数的四分之一）；或南北方达到上述影响强度的总站数>=40站， 同时过程总降温>=7 º C，负距平的绝对值> 3º C的总站数大于90（占 南北方站点总数的60%），则作为“全国性寒潮”。
– 涡度平流与热成风涡度平流的应用
地面冷高上空500百帕有负涡度平流或负热成风涡度平流，则有利于冷 高发展 地面冷高处于高空槽后脊前，同时高空暖舌落后于高压脊，地面冷高压 也处于暖舌和冷舌之间，则高压易发展 当温压场结构趋于对称，二负涡度平流为零，则高压强度变化与否取决 于热力因子、地面摩擦和地形影响
– 冷空气源地偏南，温度较其他型偏高，一般势力较弱
冷空气由位于我国以西的低槽东移发展所引发
– 西来槽在到达蒙古西部山区前一般不会发展 – 能引发寒潮的西来槽有两种：一是长波调整中移出的长波槽， 另一种是移动性的有一定振幅的低槽
中亚有高脊发展
– 此型中亚高脊比小槽发展型寒潮的乌山地区的高压脊位置偏 南，且很少能形成阻塞形势
3 寒潮天气过程
寒潮中期天气过程：在其整个生命史中，往往与半 球范围的超长波、长波活动由密切关系，有阶段性 特点，构成寒潮中期天气过程(初始、酝酿、爆发）。 三类：倒Ω型（70-80%）、极涡偏心型、大型槽脊 东移型 倒Ω型的三个阶段：初始阶段，两个大洋的脊挟持 一个大极涡。酝酿阶段，大倒Ω型向亚洲收缩，乌 拉尔山和鄂霍次克海建立高压脊，亚洲极涡加强南 压，形成东亚的倒Ω型。爆发阶段，中纬度长波急 速发展，或横槽转竖，或横槽南压，引导冷空气侵 入。最后东亚大槽重建。
– 实质：强冷空气向南侵袭我国、东亚大槽重建的过 程 – 必要条件：冷源、环流条件 – 高空图上表现：冷中心或冷舌 – 地面图：冷高压、寒潮冷锋活动 – 引起天气：温度剧降，气压急升，偏北大风 – 大范围热量的南北交换
不同点：
– 冷空气源地不同（欧亚大陆北面的寒冷海洋、欧亚 大陆） – 路径不同（西北路；西路；北路；东北路） – 强度和影响范围不同 – 冷高压南下形式不同：（整个冷高东移；冷高分裂 南下；冷高补充南下；冷高扩散南下） – 促使寒潮爆发的流场不同
一般冷空气：
– 凡未达到强冷空气标准的过程，一律作为“一般冷空气”。
寒潮概述—发生频数
发生频率：
– 平均4.5次/年，全国类2.1, 北方类1.1, 南方类1.3 – 强冷空气6.3, 3.8, 2.1, 0.4 – 一年中寒潮最多9次，最少2次，加上强冷空气分别为17，6次
（1951--1980年资料统计）
出现时间：最早9月下旬，结束最晚次年5月 活动最频繁：春季3月和秋季的10-11月（青岛11月）
寒潮概述—冷空气源地
冷空气的源地：北冰洋 –新地岛以西洋面上（影响我国的占40%）： 经巴伦支海、前苏联欧洲地区，次数最多， 达到寒潮强度也最多。 –新地岛以东洋面上（18%）： 经喀拉海、太梅尔半岛、前苏联；次数少， 强度强 源地 –冰岛以南洋面上（33%）： 地理 经前苏联南部、地中海、黑海、里海；次 数多，强度弱，一般达不到寒潮强度。
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1 概述
中央气象台的寒潮标准规定,以过程降温与温 度负距平相结合来划分冷空气活动强度.
寒潮概述—定义
定义： （cold wave, cold curent, cold surge)
寒潮天气过程 寒潮天气过程 寒潮天气过程 寒潮天气过程
容内 要 主
寒 及冷 寒 寒 寒 寒 寒 潮 横 低 小 潮 空 三南 南 其空 潮潮潮潮 中 维下 下 槽 槽 槽 天 的 爆 的 预 型 东 发 天 槽 路冷 冷 变气 气路发强报 气 在 径空 空 化南 移展 的径的冷 南 气气 下 形 型 型 预与预空 下 教降 势冷 程温 过 报强报气 度 堆 程 空 中强 的 积 气 的度 中 预 的 中 厚的 的 报 预 的 度垂 报 结 作 变直 用 化分 构
预报强冷空气的堆积，可从以下四方面考虑：
– 与冷空气配合的小槽有否较大发展（若小槽发展，槽后的高压脊 也将在乌拉尔山附近有较大发展，脊前偏北气流加强，引导北冰 洋或沿海冷空气在西伯利亚堆积） – 有否新鲜冷空气补充或合并加强 – 极涡是否分裂南下 – 冷舌中有否产生绝热上升冷却的环流条件（正涡度平流）
寒潮爆发的预报
槽脊发展的预报：
– 相对涡度平流：疏散槽，槽将加深；疏散脊，脊将加强。曲 率项对槽脊发展没有贡献。 – 温、压槽配置好，温度槽落后于高度槽 – 冷暖平流的配置：暖平流随高度减弱，脊发展 – 槽与其他系统关系：槽与其后的脊发展与否（脊后强暖平流） – 南北两支波动同位相叠加 – 上下游效应、长波调整 – 二冷涡打转（气旋式）
寒潮的短中期天气过程
三大类：小槽发展型、横槽型、低槽东移型。
寒潮天气形势1
小槽发展型（经向型、脊前不稳定小槽东移发展型）
–寒潮酝酿过程 –寒潮爆发过程 –小槽发展型寒潮过程的基本特征
冷空气源地在欧亚大陆的西北部，取西北路径侵入我 国 500百帕图上乌拉尔山地区有长波脊建立 寒潮的爆发由不稳定小槽的发展所引发
寒潮的预报
寒潮的预报主要从以下四个方面的预报来考虑：
– 寒潮的强冷空气堆积的预报 – 寒潮爆发的预报 – 寒潮的路径与强度的预报 – 寒潮天气的预报
寒潮的强冷空气堆积的预报
预报关键：是否有强冷空气在西伯利亚、蒙古堆积
– 判断冷空气是否堆积，主要从地面冷高压的强度和高空冷中心强 度两方面考虑：地面有强冷高压，且周围又有很大的气压梯度， 同时500百帕上有-48°C的冷中心（700HPA-36 ° C），则说 明已有冷空气堆积了。
（70E--90E，43--65N）地区在那里积累加强，该地区就称为寒潮关键区。
图 ： 冷 空 气 源 地 路 径 及 关 键 区
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2.寒潮天气系统
极涡:以极地为中心向亚洲北部新地岛以东的 克拉海、泰梅尔半岛和中西伯利亚伸展，另 一端伸向加拿大东部。 极地高压：深厚的暖性高压，中高纬度阻塞 高压进入极地形成。 寒潮地面高压：寒潮全过程中的冷锋后地面 高压，前部强冷平流，后部暖平流。 寒潮冷锋：寒潮地面高压前缘的冷锋。
寒潮天气形势3
横槽型（阻高崩溃型）
– 酝酿过程 – 爆发过程 – 过程的基本特征
冷空气的源地偏东
– 多在中西伯利亚以东的内陆或北冰洋上 – 雅库茨克地区三面环山，北面开口面对北冰洋，冬季地面气温可低 达-50C以下，最有利于冷空气聚集和加强，且入侵我国路途短，势 力较强。
乌拉尔山地区有阻塞高压，阻塞高压以东有横槽
区域性寒潮：
– 凡日平均气温的过程总降温>10º C，负距平绝对值>5 º C的南北方站点 数>=20站，同时过程总降温>=7 º C，负距平的绝对值> 3º C的总站数 大于40站的，则作为“区域性寒潮”。
强冷空气：
– 凡同样影响强度的站点数达到区域性寒潮标准的一半以上时，则作 为“强冷空气”。
寒潮的路径与强度的预报
强度含义：
– 地面冷高压的强度：中心数值、范围大小、等压线密集程度 – 高空图上冷中心数值、高空锋区强度、冷区范围、冷平流强 度 – 地面图上冷锋强度、冷锋后降温程度、变压中心强度
路径含义：
– 地面冷高中心、高空冷中心、地面冷锋、24小时变压、高空 负变温中心的移动路径
脊的崩溃
– 当冷空气堆积不明显时，考虑有无不稳定槽脊发 展 – 当冷空气堆积已以明显，而相应的环流形势是稳 定的长波系统时，则预报寒潮的着眼点放在长波 槽的移动及长波脊的破坏与东移上。 – 乌山脊后其上游“赶槽”东移的影响，使长波脊 后部的暖平流区东移并由冷平流区代替，乌山长 波脊减弱东移。其下游长波槽也东移。原来堆积 在槽后脊前的寒冷空气随长波槽东移，或向南爆 发。
–寒潮天气过程是指与强大的冷高压相伴随的一种大 规模的强冷空气活动过程。中央气象台规定，对局 地而言，由于受冷空气影响，24小时气温下降10º C 或以上，而且最低温度下降到5 º C或以下，并伴有5 级以上偏北大风时，称为一次寒潮天气过程。寒潮 可引起霜冻、冻害、降雪、大风、雨凇等严重灾害 性天气现象。 –一次冷空气活动使长江流域以及以北地区48小时降 温10 º C以上，长江流域最低温度达4 º C以下，陆上 有相当于三个行政区出现5-7级大风，沿海有三个 海区出现7级以上大风者，称强寒潮。
– 非绝热因素
冬季冷高移到暖洋面上减弱
寒潮天气的预报
寒潮天气：大风、降温、沙暴、降水、霜冻、冻雨 强度影响：寒潮强度越大，则风越大，降温越猛烈 寒潮大风的预报：6级（10.8-13.8m/s)
– 风压场关系（地转风、梯度风原理） – 摩擦作用(粗糙的下垫面摩擦作用使风力减小，海上风大） – 变压风（冷锋后最大风速常出现在正变压中心附近变压梯度 最大处） – 温度层结（动量下传） – 热力环流（沿海、山与谷、高原与平原毗邻地带的地方性热 力环流） – 地形作用：狭管效应、下坡风
寒潮冷高压强度与移动预报
– 作动态图：用外推法 – 用引导气流：
地面系统中心移速为500百帕地转风速的0.5-0.7倍，为700百帕的0.81.0 在风速小时系数较大，而在风速大时系数较小 对于浅薄系统效果较好 须注意地形对地面气压系统的影响。
– 变压的应用：
不同地方移来的两个24小时正变压合并,冷高压显著加强，24小时负变 压中心为未来冷空气主力侵袭的地方 24小时正、负变压中心之差达40-50百帕，则可能达到寒潮强度