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1、第六章 寒潮天气过程南京信息工程大学2013.9.王坚红第六章第六章 寒潮天气过程寒潮天气过程6.1 6.1 概述概述 6.2 6.2 寒潮天气系统寒潮天气系统 6.3 6.3 寒潮天气过程寒潮天气过程 6.4 6.4 寒潮天气过程成因分析寒潮天气过程成因分析 6.5 6.5 寒潮的预报寒潮的预报 6.6 6.6 复复习题习题南京信息工程大学南京信息工程大学6.4 寒潮天气过程成因分析6.4.1 6.4.1 寒潮中期过程的能量研究寒潮中期过程的能量研究6.4.2 6.4.2 寒潮的冷空气堆增强原因分析寒潮的冷空气堆增强原因分析南京信息工程大学6.4.16.4.1寒潮中期过程的能量研究寒潮中期过
2、程的能量研究SaltzmanSaltzman波数域能量方程，近似地写成如下形式波数域能量方程，近似地写成如下形式 ： 动能位能n=1,2,3.。波数纬向平均纬向平均分波方程分波方程南京信息工程大学M M （n n）：）：n n波动能向平均动能的转换率；波动能向平均动能的转换率；F F（n n）：）：n n波对波对平均动能的净边界通量；平均动能的净边界通量；C: C: 有效位能向动能的转换率，有效位能向动能的转换率， 即斜压转换；即斜压转换；D: D: 摩擦耗散；摩擦耗散； L L（n n）其它波向）其它波向n n波的动能波的动能 输送率，波波相互作用；输送率，波波相互作用；R R（n n）：）
3、：n n波有效位能向平均有波有效位能向平均有 效位能转换率；效位能转换率；BFPBFP（n n）：）：n n波对平均有效位能的净边界波对平均有效位能的净边界 通量；通量； G: G: 非绝热制造率；非绝热制造率；S(nS(n) )：其它波向：其它波向n n波的有效位波的有效位 能输送，波波相互作用。能输送，波波相互作用。 南京信息工程大学根据上述方程，利用1000,700,500,200,100 hPa 的5层资料进行斜压能量诊断分析（斜压 分析），也有仅在500hPa上进行正压能量学诊 断分析（正压分析）。南京信息工程大学寒潮中期过程各阶段能量变化特征：寒潮中期过程各阶段能量变化特征：（一）
4、初始阶段：（一）初始阶段：（1 1）. . 两个大洋脊发展，特征波（动能最强的分波）是两个大洋脊发展，特征波（动能最强的分波）是2 2 波或波或3 3波。波。位能向动能转换有效位能向动能转换率有效位能向动能转换率非绝热非绝热 制造率制造率洋面上非绝热加热也起一定作用2波在这个阶段中动能的增长主要是靠斜压过程。 （温度场落后高度场）南京信息工程大学南京信息工程大学（2 2）. . 两大洋脊向极区发展，极涡分裂为二两大洋脊向极区发展，极涡分裂为二 ，逐步向中纬度移动。，逐步向中纬度移动。脊的发展，造成波能向北输送。根据研究，脊的发展，造成波能向北输送。根据研究， 当纬向平均为西风时，在水平方向上向
5、北传播当纬向平均为西风时，在水平方向上向北传播 的定常超长波（两大洋的脊），将伴随西风动的定常超长波（两大洋的脊），将伴随西风动 量向南（相反方向）输送，也伴随感热向北输量向南（相反方向）输送，也伴随感热向北输 送。送。东半球形成大倒东半球形成大倒流型，极涡向南移动，中流型，极涡向南移动，中 纬度平均有效位能纬度平均有效位能P(oP(o) )，平均动能，平均动能K(oK(o) )均迅速均迅速 增加。锋区加强，西风加强。增加。锋区加强，西风加强。 综合效果，中纬度地区积聚大综合效果，中纬度地区积聚大量的平均动能和平均有效位能，量的平均动能和平均有效位能， 为寒潮爆发提供能源条件。为寒潮爆发提供能
6、源条件。南京信息工程大学（二）（二）酝酿阶段：酝酿阶段：大倒大倒 流型调整收缩为东亚倒流型调整收缩为东亚倒 流型，特征波为流型，特征波为3 3 波或波或4 4波。波。 其它波向其它波向n n波的动能输送率，波的动能输送率， 波波相互作用波波相互作用2波动能3波动能通过波波相互作用，两大洋脊把能量输送给3 波和4波（两大洋脊向欧亚收缩），纬向平均 有效位能和动能都有先降后升现象。见平均 有效位能时间变化曲线图。南京信息工程大学中纬度纬向平均位能南京信息工程大学（三）（三） 爆发阶段：爆发阶段：冬季的稳定形势形成三槽（北半球）冬季的稳定形势形成三槽（北半球）中纬度的平均有效位能和动能大量输送给了
7、3波和4波，造成平均有效位能大幅度下降，平 均动能也下降，能量通过斜压过程和波与波相 互作用输送给3波，从而使东亚大槽重建，形成 北半球冬季三槽稳定形势。南京信息工程大学平均有效位能和平均动能显著下降，3波增强南京信息工程大学为什么中期过程以两大洋脊的发展开始，以东亚为什么中期过程以两大洋脊的发展开始，以东亚大槽的重建结束？大槽的重建结束？因为两大洋脊的向极发展，使得感热向极输送，因为两大洋脊的向极发展，使得感热向极输送，动量向南输送，使得中纬度的动量向南输送，使得中纬度的 P(o)K(o)P(o)K(o)增加，中纬增加，中纬 度锋区增强，西风带能量集中，为寒潮爆发提供能量度锋区增强，西风带能
8、量集中，为寒潮爆发提供能量 ，并且脊向极发展，通过波与波的相互作用，为乌拉，并且脊向极发展，通过波与波的相互作用，为乌拉 尔山脊发展提供能量条件。寒潮爆发前，中纬度大气尔山脊发展提供能量条件。寒潮爆发前，中纬度大气 积聚能量，不可能长时间维持，通过寒潮爆发使其释积聚能量，不可能长时间维持，通过寒潮爆发使其释 放，东亚大槽重建，形成三槽的冬季稳定形势。放，东亚大槽重建，形成三槽的冬季稳定形势。6.4.26.4.2 寒潮的冷空气堆增强原因分析寒潮的冷空气堆增强原因分析（1 1）现象：）现象：冷中心在南移过程中不断增强。冷中心在南移过程中不断增强。（2 2）原因：）原因：冷空气堆中存在上升运动，上升
9、伴随冷空气堆中存在上升运动，上升伴随 的空气绝热膨胀冷却（高层压力小）。造成上升运的空气绝热膨胀冷却（高层压力小）。造成上升运 动的原因常常是槽后偏北风急流中心左侧强的气旋动的原因常常是槽后偏北风急流中心左侧强的气旋 性切变涡度以及相应的正涡度平流所引起。下沉运性切变涡度以及相应的正涡度平流所引起。下沉运 动在锋区附近。动在锋区附近。南京信息工程大学因此要注意300hPa槽后偏北急流中急流中心的存在，及其活动对冷空气堆强度变化的作用6.5 寒 潮 的 预 报6.5.1 6.5.1 寒潮的强冷空气堆积预报寒潮的强冷空气堆积预报6.5.2 6.5.2 寒潮的爆发预报寒潮的爆发预报6.5.36.5.
10、3 寒潮的路径与强度预报寒潮的路径与强度预报6.5.4 6.5.4 寒潮天气预报寒潮天气预报南京信息工程大学南京信息工程大学6.5.1 6.5.1 寒潮的强冷空气堆积预报寒潮的强冷空气堆积预报强冷空气在西伯利亚、蒙古堆积是寒潮爆发的必要强冷空气在西伯利亚、蒙古堆积是寒潮爆发的必要条件。一般根据各层天气图上冷中心（或冷舌）及地面条件。一般根据各层天气图上冷中心（或冷舌）及地面 图上冷高压的配合情况，可以判断有无强冷空气堆积。图上冷高压的配合情况，可以判断有无强冷空气堆积。1 1 冷空气活动冷空气活动 (1) (1) 高空图有冷舌高空图有冷舌500hPa -48500hPa -48700hPa -
11、36 700hPa -36 (2) (2) 地面图有强冷高压配合地面图有强冷高压配合南京信息工程大学2 2 冷空气的堆积冷空气的堆积3 要预报冷空气是否会堆积成强冷空气，需考虑 ：（1 1） 与冷舌相配合的小槽是否属于不稳定小槽与冷舌相配合的小槽是否属于不稳定小槽（2 2） 冷空气在东移过程中有无来自不同方向的冷空气在东移过程中有无来自不同方向的 新冷空气补充或合并加强；新冷空气补充或合并加强； （3 3） 高空的极涡是否分裂南下到亚洲北部高空的极涡是否分裂南下到亚洲北部 ； （4 4） 冷舌中，有无产生绝热上升冷却的环流条冷舌中，有无产生绝热上升冷却的环流条 件，若有正涡度平流，辐散有利上升
12、产生绝热件，若有正涡度平流，辐散有利上升产生绝热 冷却，冷舌增强。冷却，冷舌增强。南京信息工程大学6.5.2 6.5.2 寒潮的爆发预报寒潮的爆发预报1 1 三类寒潮天气过程的预报着眼点三类寒潮天气过程的预报着眼点 （1 1）小槽发展型预报着眼点）小槽发展型预报着眼点 小槽本身的温压场结构小槽本身的温压场结构上游脊是否发展上游脊是否发展南支波动的位置南支波动的位置上下游效应：东亚大槽是否减弱东移上下游效应：东亚大槽是否减弱东移地转涡度平流，偏北风为正，偏南风为负，对南北向槽 脊，使其西移。对东西向槽脊强弱有影响。对短波，相 对涡度平流比地转涡度平流大得多。（2 2）低槽东移型预报着眼点）低槽东
13、移型预报着眼点低槽西北侧是否有小槽移近，低槽西北侧是否有小槽移近，有无新鲜冷空气补充并入有无新鲜冷空气补充并入槽后脊到里海、黑海和乌拉尔山能否发展槽后脊到里海、黑海和乌拉尔山能否发展（3 3）横槽转竖型预报着眼点）横槽转竖型预报着眼点横槽本身的温压场结构（不利于脊的发展）横槽本身的温压场结构（不利于脊的发展）风场的转变风场的转变阻高的崩溃或不连续后退阻高的崩溃或不连续后退长波调整长波调整接应槽（仅旋转槽，是北缩的）接应槽（仅旋转槽，是北缩的）南京信息工程大学南京信息工程大学2 2 槽脊的发展预报槽脊的发展预报 （1 1）地转涡度平流）地转涡度平流相对涡度平流相对涡度平流冷暖平流冷暖平流热成风涡
14、度平流热成风涡度平流（2 2）冷空气的活动及暖空气的活动）冷空气的活动及暖空气的活动 （3 3）低槽与其他系统的关系对槽脊发展的影响）低槽与其他系统的关系对槽脊发展的影响 （4 4）上下游效应）上下游效应 （5 5）地形的影响（强度和移速）地形的影响（强度和移速）南京信息工程大学3 3 脊的崩溃脊的崩溃在冷空气堆积明显，环流形势稳定在冷空气堆积明显，环流形势稳定情况下考虑长波槽的移动和长波脊的破情况下考虑长波槽的移动和长波脊的破坏和东移（赶槽，正涡度平流、正热成坏和东移（赶槽，正涡度平流、正热成风涡度平流和冷平流侵入脊）风涡度平流和冷平流侵入脊）南京信息工程大学4 4 寒潮爆发其他经验寒潮爆发
15、其他经验（1）高低空配合 低空变形场（2）气旋活动的配合 东强西弱（3）东北低压和江淮气旋的发展 气旋引导（4）地面倒槽发展 引导冷空气进入（5）西南涡东移 引导冷空气，春季较多南京信息工程大学5 5 超长波与东亚寒潮超长波与东亚寒潮60N纬圈的超长波活动与寒潮关系：较强2波持续发展有利于冷空气积蓄； 2波由准静止转为移动的过程，常有寒潮发生； 2波振幅衰减即能量输出，3波和4波获得显著发展时，寒潮爆发。6 6 西风指数与东亚寒潮西风指数与东亚寒潮 60-70N ， 有东风 寒潮爆发前10天左右： 低纬强西风减弱，中纬出现强西风 西风急流大幅南北摆动 只具备其中之一，则冷空气强度一般。南京信息工程大学南京信息工程大学7 7 长波脊前偏北急流长波脊前偏北急流与冷源所在地点及强度有关与地面冷高压中心强度和移动路径有关 （当冷高压中心进入偏北急流，其中心强 度会迅速增强并南移）低空偏北风强风带与南方寒潮关系密切 （导致锋生，偏北风造成冷锋迅速增强）南京信息工程大学6.5.3 6.5.3 寒潮的路径与强度预报寒潮的路径与强度预报1 1 强度的含
