寒潮天气过程国家气象中心授课材料

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1、2012年3月21日,寒潮天气过程,杨贵名,天气发生发展的分析思路冷、暖空气及其交汇冷干、暖湿（系统、气团）及其交汇风云雨雪天气学原理动力学机制冷、暖气团及其交汇,一、概述 二、寒潮天气系统 三、寒潮天气过程 四、寒潮天气过程的成因分析 五、寒潮的预报,一、概述 1 引言 2 冷空气的源地和路径,一、概述 1 引言 寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程。 寒潮天气的主要特点是剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨淞或霜冻。 寒潮能导致河港封冻、交通中断、牲畜和早春、晚秋作物受冻，但它也有利于小麦灭虫越冬、盐业制卤等。,中央气象台的寒潮标准规定，以过程降温与温度距平相结合来划定冷空气活动强度

2、。过程降温是指冷空气影响过程的始末，日平均气温的最高值与最低值之差。而温度负距平是指冷空气影响过程中最低日平均气温与该日所在旬的多年旬平均气温之差。,全国范围内取30个代表站分为5个区（图6.1），一个区内有3/5的站有冷空气活动，则定为该区有冷空气活动。当一次冷空气影响25个区并达到相同等级，并且其中包括华北和长江2个区的，称为全国类；只影响北方2或3个区，称为北方类；只影响南方2个区的称为南方类。,从19511980年资料统计，平均每年有： 各类寒潮4.5次，其中全国类2.1次，北方类1.1次，南方类1.3次； 各类强冷空气6.3次，其中全国类3.8次，北方类2.1次，南方类0.4次。 一

3、年中出现各类寒潮最多可达9次，如果加上强冷空气共有17次。而出现寒潮最少的一年只有2次，加上强冷空气活动也只有6次。,寒潮出现的时间，最早开始于9月下旬，结束最晚是第二年5月。 春季的3月和秋天1011月是寒潮和强冷空气活动最频繁的季节，也是寒潮和强冷空气对生产活动可能造成危害最重的时期。,2 冷空气的源地和路径 源地： 新地岛以西洋面上（次数最多、达寒潮的最多）； 新地岛以东洋面上（次数虽少，但气温低、可达寒潮强度）； 冰岛以南的洋面上（次数较多，一般达不到寒潮，但与其他源地冷空气汇合后可达寒潮）；,寒潮关键区和路径： 关键区：95%的冷空气都要经过西伯利亚中部（7090E,4365N）。

4、冷空气从关键区入侵我国有4条路径。 （1）西北路（中路）：长江以北以偏北大风和降温为主；到江南后，因南支波动活跃可能有雨雪天气。 （2）东路：渤海、黄海、黄河下游及长江下游出现东北大风，华北、华东出现回流，气温较低，并有连阴雨雪天气。 （3）西路：影响西北、西南、江南。 （4）东路加西路：大范围雨雪大风和明显降温。,二、寒潮天气系统 1 极涡 2 极地高压 3 寒潮地面高压 4 寒潮冷锋,冷空气从那里来？ 冷空气最终可追溯到北冰洋及其附近地区大规模极寒冷的空气团，其表现为： 地面图上：很浅薄的冷高压；冬季这个浅薄的高压与西伯利亚和加拿大的冷高压连成一个统一的系统。 700hPa上：已经为低压。

5、 500hPa上：为绕极区的气旋式涡旋，即极涡。,1 极涡 极涡中心（图6.3）出现频数最多且最集中的地区是以极地为中心向亚洲北部新地岛以东的喀拉海、泰米尔半岛和中西伯利亚伸展，另一端则伸向北美洲的加拿大东部。西半球的频数比东半球多。极涡活动平均持续天数超过5天，以北美大西洋和亚洲区活动最频繁且稳定，尤其在亚洲地区更为稳定，最长的活动过程达35天。,极涡频数中心,极涡移动路径： （1）经向性运动：从一个半球经极地移到另一个半球。由西半球经极地向西伯利亚移动的极涡主要集中在前冬；而向相反方向移动则大多发生在后冬。 （2）纬向性运动：大多发生在欧亚大陆的高纬地区，西半球也有但移到格陵兰高原附近立即

6、终止。 （3）转游性运动：主要在极区的亚洲部分和喀拉海新地岛一带，转游的方向大部分是向西的，过一段时间（一般在2周以上）活动后，又转回原来的出现地附近。,极涡类型（按100hPa环流分为4类）： （1）绕极型：一个极涡中心位于80N以北；10月占绝对优势，频率为50%； （2）偏心型：一个极涡中心位于80N以南，不对称单波型；西伯利亚东部到阿拉斯加为暖脊，欧亚大陆高纬为一个椭圆型冷涡；,（3）偶极型：极涡中心分为2个，位于亚洲北部和加拿大；北半球高纬环流呈双波绕极；1112月，偶极型频率占4050%；12月，偶极型频率接近60%；平均持续最长，可达11.8天； （4）多极型：三波绕极分布，波槽

7、位置与冬季平均大槽的位置接近。,亚洲高纬上空稳定维持一个强大的极涡时，对我国的寒潮天气过程有很好的指示意义。中央气象局科学研究所普查了19621971年的历史天气图，发现所有中等以上强度的大范围持续低温都是出现在北半球对流层中、上部极涡发生一次断裂分为2个中心，即形成偶极型环流。,亚洲一侧的极涡中心南压到西伯利亚北部，冷空气从西伯利亚源源南下造成我国大范围持续低温。 如果欧亚大陆极涡是2个极涡中心，且靠近我国的较强，伴随我国大范围持续低温是强的；,若2个极涡中心强度相当接近，我国的持续低温是中等偏强； 反之，若亚洲极涡中心是较弱者或极涡分裂为3个中心，则持续低温偏弱。,我国冷空气的强弱，与极涡

8、离我国的距离远近、强度强弱有关。 极涡为何会分裂？,2 极地高压 导致极涡分裂呈偶极型，常常是由中、高纬度的阻塞高压进入极地并维持所致，而当极地高压向南衰退与西风带上发展的长波脊叠加时，我国将有寒潮天气爆发。极地高压可导致极涡分裂； 低涡可导致高压分裂。如台风在远海穿越副高北行；或梅雨期台风登陆使梅雨结束。,极地高压定义： （1）500hPa图上有完整的反气旋环流，能分析出不少于一根闭合等高线； （2）有相当范围的单独的暖中心与位势高度场配合； （3）暖性高压主体在70N以北； （4）高压维持在3天以上。,极地高压是深厚暖性高压，由于极地高压形成，使极圈的温度场变成南冷北暖。极地高压是中高纬度

9、的阻塞高压进入极地而形成，所以它建立的过程与中、高纬阻塞形势的建立过程很类似。主要在两个大洋的中高纬度地区有明显的温度脊落后于高度脊的斜压结构，特别是较低纬度温度脊向北的极区发展，导致高度场的脊经向发展（图6.4a、b）；或是由于高纬地区经向环流发展，脊后的长波槽也同时向东南加深而切断形成一个闭合的冷低压，低压前部偏东气流增强，使脊向西北方向伸展，导致极地高压形成（图6.5a、b）。,图6.4a 经向发展型模式,暖平流区,图6.5a 低涡切断型模式,极地高压的衰退（图6.6）主要集中在新地岛、北欧沿岸和泰米尔半岛地区，以经新地岛向南衰退的次数最多。,3 寒潮地面高压 以往，普遍把寒潮过程中冷锋

10、后地面高压称为冷高压，把高压路径当做冷空气路径，近期研究表明寒潮地面高压多数属于热力不对称系统，高压前部有强冷平流；后部则为暖平流，中心区温度平流趋近于零，它是热力和动力共同作用形成。但也有少数过程高压始终为冷性。,4 寒潮冷锋 在寒潮地面高压的前缘都有一条强度较强的冷锋作为寒潮的前锋，冷锋随高度向冷空气一侧倾斜，在高空等压面上对应有很强的锋区，锋区结构上宽下窄，在300hPa及以下各等压面上均有明显的冷槽和锋区。,冷锋的移动方向： 与寒潮地面高压的路径有密切关系； 与锋前的气压系统和地形也有关； 与引导冷空气南下寒潮冷锋后的垂直于锋的高空气流分量有关。 这种气流常称为引导气流，引导气流的经向

11、度又取决于与冷空气活动有关的高空槽（常称为引导槽）和该槽后的脊。引导槽后的脊也发展，引导槽加深，锋后气流经向度加大，有利于寒潮冷锋南下。 台风、西南涡等的运动，都与引导气流有关，或靠引导气流运动。,三、寒潮天气过程 1 寒潮中期天气过程 2 两个大洋中暖脊在中期天气过程中的作用 3 寒潮的短中期天气过程,1 寒潮中期天气过程 寒潮是大范围的强冷空气在一定环流形势下向南爆发的现象，是一种大型天气过程。在其整个生命史中，往往与半球范围的超长波、长波活动有密切关系。它又在这些不同尺度系统的相互作用中，表现出阶段性的特点，构成了寒潮的中期天气过程。,根据20世纪80年代我国的研究认为，寒潮中期过程有3

12、大类： 倒流型类：是主要的一类；全国性寒潮7080%属于此类； 极涡偏心类： 大型槽脊东移类。 寒潮：倒流型；两个大洋高压脊夹一低涡。 暴雨：流型；两个冷低槽夹一暖高压脊。 多么有意思的现象！,倒流型的演变特点可分为3个阶段： （1）初始阶段：2个大洋北部有脊向极地发展，作为整个过程的开始。阿拉斯加暖脊已存在大西洋暖脊向西欧、极地发展，阿拉斯加暖脊也向西欧、极地发展（有时2个脊在极地打通）极涡分裂为二，分别移到东、西半球（或极涡偏于东半球）。 从东半球天气形势看，两个大洋的脊挟持一个大极涡，形成倒“”流型。,（2）酝酿阶段：大倒流型向亚洲地区收缩，乌拉尔山和鄂霍次克海建立暖性高压脊，亚洲极涡加

13、强并南压，形成了东亚地区的倒流型。极涡底部有一支强西风，伴随着一支强锋区，锋区上常有长波发展或横槽缓慢南压，形成了强冷空气酝酿形势。,（3）爆发阶段：中纬度长波急速发展，或横槽转竖，或横槽南压，引导冷空气侵袭我国。最后东亚大槽加深并重建，过程结束。,在寒潮爆发过程中，当有南支槽配合时，寒潮冷锋在长江流域或以南锋生，将会造成严重的天气过程和持续低温阴雨天气。,整个寒潮中期天气过程，由两个大洋暖高压脊发展寒潮爆发东亚大槽重建，一般为期23周。这恰恰是我们预报的难点，如何能预报出1520天的过程呢？,以上所述是全国性寒潮中倒流型的典型模式，畸变的情况也常见。如东半球极涡位置、强度不是固定不变的，挟持

14、极涡的暖高压脊也不一定非在乌拉尔山和鄂霍次克海地区不可，有时可能是欧洲暖脊，甚至是西伯利亚脊和北太平洋中部暖脊。极涡有时也可能有23个低压中心，酿成寒潮的只是其中之一。演变情况也很复杂，常有极涡更替，但从整体来看是很相似的。“演变复杂，整体相似。” 很有哲学味道，可是预报起来很难啊。,极涡偏心类型，初始阶段表现为大洋北部暖脊已发展，极涡已偏心于东半球。酝酿阶段则表现为两个大洋暖脊再次强烈发展，并迅速向东亚收缩，乌拉尔山的暖脊已移到西西伯利亚上空，亚洲极涡强度较强。爆发阶段则表现为西西伯利亚上空暖脊发展东移，脊前偏北气流加强引导强冷空气向南大举爆发。,2 两个大洋中暖脊在中期天气过程中的作用 东

15、亚倒流型的建立主要是乌拉尔山和鄂霍次克海两个地区有高压脊向极区发展，并在北冰洋形成反气旋打通而形成。预报员常把乌拉尔山的高压脊作为预报寒潮和强冷空气的关键系统。它的发展过程可分为以下三种类型：,（1）补充型（图6.9）：大西洋暖脊在高纬东伸，与其配合有正变高东移，使乌拉尔山地区的浅脊加强发展。,（2）叠加型：由较低纬度黑海地区有高压脊发展东移，与乌拉尔山弱脊叠加而成。,（3）结合型：由阿拉斯加暖脊切断出极地高压，沿西伯利亚北部、北冰洋向西移到泰米尔半岛并南下，与原在乌拉尔山的弱脊合并而称为强大的乌拉尔山高压脊（图6.10）。,同理，鄂霍次克海高压脊的发展，追溯其源都同阿拉斯加的高压脊有关，可以

16、分为阿拉斯加高压脊西退到鄂霍次克海发展而成和由阿拉斯加脊分裂出闭合高压（极地高压），极地高压西移到东西伯利亚、鄂霍次克海与该地区的弱脊合并，而形成强大的鄂霍次克海的高压脊。,综上所述，寒潮中期预报的关键系统应是两个大洋上的暖性高压脊。,3 寒潮的短中期天气过程 早在20世纪50年代初，就对寒潮类型进行了研究，通过各型寒潮的基本特征介绍，可以加深对寒潮天气过程中环流演变特征和短期影响系统活动规律的认识。,（1）小槽发展型（脊前不稳定小槽东移发展型）,小槽能否发展，是不是不稳定，从高度场上分析并不十分明显，但是在温度场上却较明显，表现为一个从极地伸向北欧的冷舌，且冷舌落后于高度槽1/4波长，如图6.11中位于新地岛西南方的小槽，该槽线上有冷平流，等高线也稍有疏散，即槽线上有正涡度平流，有利于小槽发展。在这个小槽两边的小脊也是暖舌落后于脊，脊线附近的等高线也呈疏散，脊线上有暖平流和负涡度平流，也有利于脊发展，从而使小槽后的偏北风加大，在冷舌落后于小槽的条件下，偏北风加大意味着冷平流加强，将更促进小槽发展。,