寒潮分析和預(yù)報(bào)

寒潮分析和預(yù)報(bào)

寒潮（coldwave,coldcurent,coldsurge)，寒潮天氣過程是指與強(qiáng)大的冷高壓相伴隨的一種大規(guī)模的強(qiáng)冷空氣活動過程。中央氣象臺規(guī)定，對局地而言，由于受冷空氣影響，24小時(shí)氣溫下降10℃或以上，而且最低溫度下降到5℃或以下，并伴有5級以上偏北大風(fēng)時(shí)，稱為一次寒潮天氣過程。寒潮可引起霜凍、凍害、降雪、大風(fēng)、雨凇等嚴(yán)重災(zāi)害性天氣現(xiàn)象?；蛞淮卫淇諝饣顒邮归L江流域以及以北地區(qū)48小時(shí)降溫10℃以上，長江流域最低溫度達(dá)4℃以下，陸上有相當(dāng)于三個(gè)行政區(qū)出現(xiàn)5-7級大風(fēng)，沿海有三個(gè)海區(qū)出現(xiàn)7級以上大風(fēng)者，稱強(qiáng)寒潮。寒潮過程等級的劃分全國性寒潮：凡日平均氣溫的過程總降溫>10℃，負(fù)距平（距平-departure，氣候要素值與多年平均值的偏差。高于平均為正距平,低于平均為負(fù)距平。）的絕對值>5℃的站點(diǎn)數(shù)，北方>=32站（占北方站點(diǎn)數(shù)的三分之一）、南方>=13站（約占南方站點(diǎn)數(shù)的四分之一）；或南北方達(dá)到上述影響強(qiáng)度的總站數(shù)>=40站，同時(shí)過程總降溫>=7℃，負(fù)距平的絕對值>3℃的總站數(shù)大于90（占南北方站點(diǎn)總數(shù)的60%），則作為“全國性寒潮”。區(qū)域性寒潮：凡日平均氣溫的過程總降溫>10℃，負(fù)距平絕對值>5℃的南北方站點(diǎn)數(shù)>=20站，同時(shí)過程總降溫>=7℃，負(fù)距平的絕對值>3℃的總站數(shù)大于40站的，則作為“區(qū)域性寒潮”。強(qiáng)冷空氣：凡同樣影響強(qiáng)度的站點(diǎn)數(shù)達(dá)到區(qū)域性寒潮標(biāo)準(zhǔn)的一半以上時(shí)，則作為“強(qiáng)冷空氣”。一般冷空氣：凡未達(dá)到強(qiáng)冷空氣標(biāo)準(zhǔn)的過程，一律作為“一般冷空氣”。發(fā)生頻率：平均4.5次/年，全國類2.1,北方類1.1,南方類1.3強(qiáng)冷空氣6.3,

3.8,

2.1,

0.4–一年中寒潮最多9次，最少2次，加上強(qiáng)冷空氣分別為17，6次出現(xiàn)時(shí)間：最早9月下旬，結(jié)束最晚次年5月活動最頻繁：春季3月和秋季的10-11月冷空氣的源地：北冰洋–新地島以西洋面上（影響我國的占40%）：經(jīng)巴倫支海(BARENTSSEA)、前蘇聯(lián)歐洲地區(qū)，次數(shù)最多，達(dá)到寒潮強(qiáng)度也最多。–新地島(NOVAYAZEMLYA)以東洋面上（18%）：經(jīng)喀拉海（KARASEA）、泰梅爾半島(P-OV.TAYMYR)、前蘇聯(lián)；次數(shù)少，強(qiáng)度強(qiáng)，達(dá)到寒潮強(qiáng)度的占該源地冷空氣總數(shù)的比例最大。–冰島以南洋面上（33%）：經(jīng)前蘇聯(lián)南部、地中海、黑海、里海；次數(shù)多，強(qiáng)度弱，一般達(dá)不到寒潮強(qiáng)度。路徑：冷空氣從寒潮關(guān)鍵區(qū)入侵我國有四條路徑：–西北路（中路）：經(jīng)蒙古-河套南下-長江中下游、江南由于從河套到低緯路徑短，地勢北高南低，往往直沖而下造成最強(qiáng)寒潮。–東路：蒙古-華北北部-主力東移到東北或折向西南-渤海-華北-黃河下游-兩湖盆地勢力較弱，但易造成陰雨天氣–西路：新疆-青海-西藏高原東南側(cè)-西南-江南冷空氣經(jīng)河西走廊主力在河套以西南下，侵入中國中、南部，強(qiáng)度一般。–東+西路：東路從黃河下游南下，西路從青海東南下，在黃河、長江間匯合，兩股冷空氣合并南下，造成大范圍雨雪和大風(fēng)、降溫天氣。寒潮關(guān)鍵區(qū)：入侵我國的冷空氣95%要經(jīng)過西伯利亞中部（70-90E，43--65N）地區(qū)在那里積累加強(qiáng)，該地區(qū)稱為寒潮關(guān)鍵區(qū)。冷空氣源地、路徑及關(guān)鍵區(qū)冷空氣南下過程中的結(jié)構(gòu)及其變化南下冷空氣降溫強(qiáng)度的垂直分布–最大降溫高度（900-800hPa）–北方高于南方，平原高于高原冷空氣南下過程中的厚度變化及三維路徑–位渦守恒（在絕熱、無摩擦、旋轉(zhuǎn)大氣中,位勢渦度不隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。兩鄰近等熵面(等位溫面)之間的大氣柱在被帶到某一規(guī)定緯度并被伸縮到某一規(guī)定厚度時(shí)所有的渦度。其實(shí)質(zhì)是絕對渦度的垂直分量與渦旋的有效厚度(即兩位溫面θ和θ+Δθ之間以單位氣壓為度量的距離之比。熵-entropy的概念，用來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度，能量分布得越均勻，熵就越大。一個(gè)體系的能量完全均勻分布時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。在一個(gè)系統(tǒng)中，如果聽任它自然發(fā)展，那么，能量差總是傾向于消除的。讓一個(gè)熱物體同一個(gè)冷物體相接觸，熱就會以下面所說的方式流動：熱物體將冷卻，冷物體將變熱，直到兩個(gè)物體達(dá)到相同的溫度為止。）：高空槽在南下冷空氣中的作用–南下中溫度的變化：下墊面非絕熱加熱垂直運(yùn)動引起的絕熱加熱一次寒潮爆發(fā)過程中冷空氣的三維路徑在290K等熵面上寒潮天氣形勢1小槽發(fā)展型（經(jīng)向型、脊前不穩(wěn)定小槽東移發(fā)展型）–寒潮醞釀過程–寒潮爆發(fā)過程–小槽發(fā)展型寒潮過程的基本特征冷空氣源地在歐亞大陸的西北部，取西北路徑侵入我國500百帕圖上烏拉爾山地區(qū)有長波脊建立寒潮的爆發(fā)由不穩(wěn)定小槽的發(fā)展所引發(fā)–極地冷空氣在南下過程中，只有采取氣旋式路徑，才能保持其厚度和強(qiáng)度。小槽發(fā)展型寒潮的爆發(fā)，是與500百帕上小槽發(fā)展并代替東亞大槽的過程相伴隨的。–初期為疊加在西北氣流的鋒區(qū)中的小擾動，稱不穩(wěn)定小槽–從小槽出現(xiàn)到發(fā)展成東亞大槽一般需5-7天

小槽發(fā)展型-醞釀過程某年12.13.08時(shí)500HPA圖a.500HPA圖

b.地面圖某年12.15.08時(shí)天氣圖某年12.16.08時(shí)500HPA圖某年12.16.08時(shí)850HPA圖某年12.16.08時(shí)地面圖小槽發(fā)展型-爆發(fā)過程某年12.17.08時(shí)500HPA圖某年12.17.08時(shí)地面圖a.500HPAb.地面圖某年12.19.08時(shí)天氣圖小槽發(fā)展型-綜合動態(tài)圖過程綜合動態(tài)圖寒潮爆發(fā)過程中508位勢什米特征等高線演變圖寒潮天氣形勢2低槽東移型（西來低槽發(fā)展型、緯向型）–醞釀過程–爆發(fā)過程–過程的基本特征冷空氣源地和路徑偏西–冷空氣源地偏南，溫度較其他型偏高，一般勢力較弱冷空氣由位于我國以西的低槽東移發(fā)展所引發(fā)–西來槽在到達(dá)蒙古西部山區(qū)前一般不會發(fā)展–能引發(fā)寒潮的西來槽有兩種：一是長波調(diào)整中移出的長波槽，另一種是移動性的有一定振幅的低槽中亞有高脊發(fā)展–此型中亞高脊比小槽發(fā)展型寒潮的烏山地區(qū)的高壓脊位置偏南，且很少能形成阻塞形勢西槽東移型—實(shí)況槽脊東移型過程降水量和大風(fēng)實(shí)況圖西槽東移型—醞釀過程a.500HPA圖b.某年11.9.08時(shí)天氣圖某年11.11.08時(shí)500HPA圖某年11.12.08時(shí)500HPA圖某年11.12.08時(shí)地面圖a.500HPA圖西槽東移型—24小時(shí)變溫中心動態(tài)地面-△T24中心演變圖地面+△P24中心演變圖西槽東移型—爆發(fā)過程某年11.13.08時(shí)500HPA圖某年11.13.08時(shí)地面圖b.地面圖某年11.15.08時(shí)天氣圖西槽東移型—綜合動態(tài)一次槽脊東移型寒潮過程綜合動態(tài)圖寒潮天氣形勢3橫槽型（阻高崩潰型）–醞釀過程–爆發(fā)過程–過程的基本特征冷空氣的源地偏東–多在中西伯利亞以東的內(nèi)陸或北冰洋上–雅庫茨克地區(qū)三面環(huán)山，北面開口面對北冰洋，冬季地面氣溫可低達(dá)-50℃以下，最有利于冷空氣聚集和加強(qiáng)，且入侵我國路途短，勢力較強(qiáng)。烏拉爾山地區(qū)有阻塞高壓，阻塞高壓以東有橫槽–阻高和橫槽切斷了正常的西風(fēng)環(huán)流，使亞洲高緯地區(qū)成為北高南低的氣壓場形勢，冷空氣突襲方向影響范圍與位置有關(guān)前期穩(wěn)定，爆發(fā)突然–阻高和橫槽都是較穩(wěn)定系統(tǒng)，醞釀期天氣形勢穩(wěn)定（3-6天，11天），橫槽前平直西風(fēng)中有小波動?xùn)|傳–阻高崩潰時(shí)，橫槽轉(zhuǎn)豎，冷空氣大舉爆發(fā)各類寒潮過程的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：–實(shí)質(zhì)：強(qiáng)冷空氣向南侵襲我國、東亞大槽重建的過程–必要條件：冷源、環(huán)流條件–高空圖上表現(xiàn)：冷中心或冷舌–地面圖：冷高壓、寒潮冷鋒活動–引起天氣：溫度劇降，氣壓急升，偏北大風(fēng)–大范圍熱量的南北交換不同點(diǎn)：–冷空氣源地不同–路徑不同（西北路；西路；北路；東北路）–強(qiáng)度和影響范圍不同–冷高壓南下形式不同：（整個(gè)冷高東移；冷高分裂南下；冷高補(bǔ)充南下；冷高擴(kuò)散南下）–寒潮爆發(fā)的形式不同

寒潮的預(yù)報(bào)寒潮的預(yù)報(bào)主要從以下四個(gè)方面的預(yù)報(bào)來考慮：–寒潮的強(qiáng)冷空氣堆積的預(yù)報(bào)預(yù)報(bào)關(guān)鍵：是否有強(qiáng)冷空氣在西伯利亞、蒙古堆積–判斷冷空氣是否堆積，主要從地面冷高壓的強(qiáng)度和高空冷中心強(qiáng)度兩方面考慮：地面有強(qiáng)冷高壓，且周圍又有很大的氣壓梯度，同時(shí)500百帕上有-48℃的冷中心（700HPA-36℃），則說明已有冷空氣堆積了。預(yù)報(bào)強(qiáng)冷空氣的堆積，可從以下四方面考慮：–與冷空氣配合的小槽有否較大發(fā)展–有否新鮮冷空氣補(bǔ)充或合并加強(qiáng)–極渦是否分裂南下–冷舌中有否產(chǎn)生絕熱上升冷卻的環(huán)流條件–寒潮爆發(fā)的預(yù)報(bào)

在冷空氣源地堆積的強(qiáng)冷空氣，不一定能向我國爆發(fā)成為寒潮，一般只有在下列情況下才能爆發(fā)寒潮：–符合寒潮環(huán)流形勢–東亞大槽有可能重建（重建過程可以是上游長波槽向下游頻散效應(yīng)，也可以是移動性長波進(jìn)入東亞發(fā)展，也可以是阻塞形勢破壞引起東亞大槽重建）–南支槽與北支槽疊加–地面氣旋發(fā)展（全國性寒潮往往先有北方氣旋發(fā)展，到達(dá)南方后有南方氣旋發(fā)展）

對三種類型的寒潮爆發(fā)的預(yù)報(bào)可以分別從以下幾個(gè)方面著眼：–小槽發(fā)展型寒潮的爆發(fā)：預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)：烏拉爾山或西西伯利亞長波脊的建立、加強(qiáng)和東移以及不穩(wěn)定小槽的發(fā)展。–低槽東移型寒潮的爆發(fā)：預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)：北支鋒區(qū)上的低槽與中支鋒區(qū)上的低槽合并，其上游有槽脊發(fā)展，經(jīng)向環(huán)流增強(qiáng)，同時(shí)高空鋒區(qū)和冷空氣勢力都加強(qiáng)，500百帕槽后出現(xiàn)低于-40℃的冷中心時(shí)，則低槽在東移過程中將發(fā)展為東亞大槽，當(dāng)冷空氣到達(dá)蒙古后，地面冷高壓加強(qiáng)南下，形成一次寒潮爆發(fā)。–橫槽型寒潮爆發(fā)：預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)：關(guān)鍵是阻高和其前部橫槽的形成，以及阻高崩潰引起橫槽轉(zhuǎn)豎。槽脊發(fā)展的預(yù)報(bào)：–溫、壓槽配置好，等溫槽落后于等壓槽–冷暖平流的配置：暖平流隨高度減弱，脊發(fā)展–槽與其他系統(tǒng)關(guān)系：槽與其后的脊發(fā)展與否–南北兩支波動同位相疊加（階梯槽）–上下游效應(yīng)、長波調(diào)整–二冷渦打轉(zhuǎn)（氣旋式）脊的崩潰–當(dāng)冷空氣堆積不明顯時(shí)，考慮有無不穩(wěn)定槽脊發(fā)展–當(dāng)冷空氣堆積已經(jīng)明顯，而相應(yīng)的環(huán)流形勢是穩(wěn)定的長波系統(tǒng)時(shí)，則預(yù)報(bào)寒潮的著眼點(diǎn)放在長波槽的移動及長波脊的破壞與東移上。–烏山脊后其上游“趕槽”東移的影響

–寒潮的路徑與強(qiáng)度的預(yù)報(bào)

強(qiáng)度含義：–地面冷高壓的強(qiáng)度：中心數(shù)值、范圍大小、等壓線密集程度–高空圖上冷中心數(shù)值、高空鋒區(qū)強(qiáng)度、冷區(qū)范圍、冷平流強(qiáng)度–地面圖上冷鋒強(qiáng)度、冷鋒后降溫程度、變壓中心強(qiáng)度路徑含義：–地面冷高中心、高空冷中心、地面冷鋒、24小時(shí)變壓、高空負(fù)變溫中心的移動路徑寒潮冷高壓強(qiáng)度與移動預(yù)報(bào)–作動態(tài)圖：用外推法–用引導(dǎo)氣流：地面系統(tǒng)中心移速為500百帕地轉(zhuǎn)風(fēng)速的0.5-0.7倍，為700百帕的0.8-1.0倍在風(fēng)速小時(shí)系數(shù)較大，而在風(fēng)速大時(shí)系數(shù)較小對于淺薄系統(tǒng)效果較好須注意地形對地面氣壓系統(tǒng)的影響。–變壓的應(yīng)用：24小時(shí)負(fù)變壓中心為未來冷空氣主力侵襲的地方24小時(shí)正、負(fù)變壓中心之差達(dá)40-50百帕，則可能達(dá)到寒潮強(qiáng)度–渦度平流與熱成風(fēng)渦度平流的應(yīng)用（渦度是\o"流體力學(xué)"流體力學(xué)的概念，用以描述\o"流體"流體的旋轉(zhuǎn)情況。\o"數(shù)學(xué)"數(shù)學(xué)上，渦度是描述\o"速度"速度場\o"旋度"旋度的一個(gè)\o"向量場"向量場。在\o"氣象學(xué)"氣象學(xué)之中所考慮的流體就是\o"大氣"大氣，實(shí)務(wù)上通常就僅考慮渦度的鉛直\o"分量"分量；另外，由于大氣的速度場是以靜止地球?yàn)閈o"參考坐標(biāo)"參考坐標(biāo)，故亦稱為相對渦度。當(dāng)氣團(tuán)的相對渦度為正值時(shí)，表示該氣團(tuán)出現(xiàn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動；反之，相對渦度負(fù)值則為順時(shí)針轉(zhuǎn)動。如果把地球轉(zhuǎn)動都一并考慮的話，渦度就被稱為絕對渦度；而絕對渦度與大氣厚度的\o"乘積"乘積一般而言為\o"常數(shù)"常數(shù)。）地面冷高上空500百帕有負(fù)渦度平流或負(fù)熱成風(fēng)平流，則有利于冷高發(fā)展地面冷高處于高空槽后脊前，同時(shí)高空暖舌落后于高壓脊，地面冷高