第七章 寒潮预报模板

第七章寒潮预报学习要点本章介绍了影响我国的寒潮和冷空气活动的原地、路径、强度、影响等，并重点介绍了寒潮天气的预报方法和预报思路。寒潮指大规模强冷空气自高纬南下给所经地区带来的强烈降温和大风等天气，在水汽条件适宜时，会伴随雨、雪、冻雨等天气。据1951—1984年资料统计，我国寒潮最多一年出现11次、最少仅2次。寒潮带来的剧烈降温可造成人、畜、农作物冻害；伴随其出现的暴雪、冻雨、冰冻可致道路结冰、河流封冻，严重影响交通和航空，冻雨还会造成电线结冰致使电力和通讯中断。每年的3月和10—11月是我国寒潮出现最为频繁的时段，也是对畜牧业、农业危害最严重的时段，因此寒潮是我国一种主要的灾害性天气。7.1寒潮概述7.1.1寒潮标准每年都会有多次冷空气影响我国，只有当强冷空气的影响造成一定幅度的降温时，才称为寒潮，否则称为一次冷空气活动。根据《气象标准汇编》（中国气象局政策法规司气象出版社2008），我国寒潮标准为：某地日最低气温24h内降温幅度≥8℃，或48h内降温幅度≥10℃，或72h内降温幅度≥12℃，而且该地日最低气温下降到4℃或以下，称之为一次寒潮天气过程。由于我国幅员辽阔，南北方气候差异大，寒潮带来的影响和危害不尽相同，因此各地寒潮的标准也略有差异（如表7.1）。如前所述，寒潮可带来剧烈降温及大风、暴雪、冻雨、沙尘、霜冻等恶劣天气，给人民群众的生产生活和许多行业带来严重的影响，为使公众和相关部门能够提前采取有效措施，防御或减轻寒潮的危害，2007年中国气象局制定了《气象灾害预警信号发布与传播办法》（中国气象局16号令）。其中依据寒潮可能造成灾害的严重性，规定了寒潮预警标准，将其分为蓝、黄、橙、红四级。隐藏7.1.2寒潮的时空分布特征7.1.2.1出现时间与变化趋势寒潮和强冷空气活动有明显的季节性变化。我国寒潮最早出现在9月下旬，最晚出现在5月份（张培忠，陈光明1999），大多集中在11月～次年3月，其中10～11月和3月是寒潮和强冷空气活动最频繁的时段。这是因为春秋两季大气环流处于调整期，冷暖空气势均力敌，交替影响频繁，气温变化幅度大，容易形成寒潮。而冬季天气形势稳定，冷空气处于绝对优势，气温起伏变化小，不易形成寒潮。分析1951—2001年51年的气象资料，发现20世纪50、60年代我国寒潮偏多，70年代为过渡，80、90年代偏少，即全国性的寒潮从20世纪50～90年代呈逐渐递减的趋势（马树庆，李锋，王琪等2009），这种变化与全球气候变暖有一定的关系。7.1.2.2空间分布特征根据寒潮的影响范围，分为全国性寒潮和区域性寒潮。前者指：全国范围内取30个代表站，分为5个区域（图7.1所示），若有2～5个区域出现寒潮，且其中包含了华北和长江两个区的称为全国性寒潮。而区域性寒潮指：只影响北方2或3个区或只影响南方2个区。据1951—1980年资料统计，平均每年有全国类寒潮2.1次，区域性寒潮北方1.1次、南方1.3次（朱乾根，林锦瑞，寿绍文等2000）。从国家气候中心根据1961—2005年气象资料统计分析得到的全国年寒潮频次图（图7.2）上可以看出，1961—2005年间我国大部分地区都出现了寒潮，而出现频次较高的区域主要位于新疆北部、内蒙、东北三省、山东西北部、山西、陕西和江南、西南的部分区域。一年中寒潮出现最多的地区位于新疆北部、内蒙古北部、东北三省局部，可出现15次之多（图7.3）。隐藏7.1.3冷空气源地产生寒潮的冷空气最初形成和聚集的地方称为冷空气源地。影响我国的冷空气源地主要有三个（图7.4）。⑴新地岛以西的北方寒冷洋面（约为60ºE以西，70ºN以北的区域）；⑵新地岛以东的北方寒冷洋面（约为60～100ºE，70ºN以北的区域）；⑶冰岛以南的洋面。来自新地岛以西的冷空气经过巴伦支海、俄罗斯欧洲地区进入我国（西北路径），是影响次数最多（约占50%）、达到寒潮强度最多的一路冷空气；来自新地岛以东洋面的冷空气多经喀拉海、泰米尔半岛、中西伯利亚进入我国（超极地路径），它出现的次数少（约占20%），但气温低，容易达寒潮强度；来自冰岛以南洋面的冷空气经俄罗斯欧洲南部或地中海、黑海、里海的北部进入我国（西路路径），冷空气出现的次数约占30%，由于此源地气温比其它源地高，一般达到寒潮强度的少，但在东移过程中与其它源地冷空气汇合后可达到寒潮强度。隐藏7.1.4寒潮关键区与寒潮路径据统计，影响我国的冷空气95%都要经过一个区域，并在那里积聚加强，该区域即为寒潮关键区，位于70～90ºE，43～65ºN（图7.4阴影）。寒潮路径指冷空气主体的移动路线。冷空气从源地进入寒潮关键区有三条路径：Ⅰ-西北路径、Ⅱ-超极地路径、Ⅲ-西路路径（图7.4）。从关键区南下影响我国也有三条路径：西路、西北路、东路（图7.4）。西路指从关键区经新疆、青海、西藏高原东南侧南下，影响我国西北、西南及江南各地。西北路指从关键区经蒙古到达我国河套附近南下，直达长江中下游及江南地区。东路指从关键区经蒙古到华北北部，在冷空气主力继续东移的同时，低空的冷空气从渤海折向西南，经黄河下游向南到达两湖盆地。此路径南下冷空气常使华北、华东地区出现雨雪天气。隐藏7.1.5寒潮天气寒潮天气包括与剧烈降温伴随出现的大风、雨雪、冻雨、扬沙、霜冻等。剧烈降温由强冷平流作用形成；霜冻因强冷空气影响使地面气温降至零度以下产生；大风由强大冷高压前较强的气压梯度（或气压差加大）与高空风的动量下传作用形成，并时常伴有沙尘天气。当冷空气影响时有暖湿气流和上升运动配合就会出现雨雪天气；而当中层（700hPa附近）存在一定厚度的暖层（即温度≥0℃），暖层以下有气温≤0℃的冷层时，有可能出现冻雨。7.2寒潮成因分析寒潮是高纬度大规模强冷空气南下活动形成的，其产生与一些天气系统的活动和环流调整密切相关，通过跟踪这些天气系统的发生发展和环流形势的演变，可以了解和掌握寒潮天气的形成原因和发展规律。本节将重点介绍与寒潮有关的主要天气系统和寒潮发生发展的形成过程。寒潮动画演示7.2.1寒潮天气系统和环流特点寒潮天气系统指能够指示寒潮发生的天气系统，主要有极涡、极地高压、长波槽、地面强冷高压与其前部的冷锋等。详情进入7.2.1.1极涡影响我国的冷空气都源自北冰洋及其附近地区，由于冬季极夜强烈的辐射冷却使那里形成了极寒冷的空气团，在500hPa上表现为一个绕极区的气旋式涡旋，称为极涡。极涡象征着极寒冷的空气，其位置和活动范围的变化，对我国的寒潮天气过程有很好的指示意义。当北半球500hPa上仅有一个绕极轴分布的极涡中心时，短时间内我国不会出现寒潮；若极涡断裂为两个中心，主极涡位于亚洲北部（60°N以南）时，往往有寒潮发生；若极涡分裂为三个以上的中心，且贝加尔湖存在极涡中心，冷空气在该地聚集到一定程度南下时，我国可出现寒潮天气过程。7.2.1.2极地高压极地高压是一个深厚的暖性高压，指500hPa上在高纬（70°N以北）地区维持3d以上，且有暖中心配合的闭合反气旋环流。当极地高压向南衰退与西风带上发展的长波脊叠加时，我国将爆发寒潮天气。7.2.1.3地面高压与冷锋形成寒潮时，地面图上一定有强冷高压，冷高压主体越庞大、中心强度越强，造成的寒潮就越强。冷高压的前缘有一条冷锋，与高空图上的强锋区相对应，冷锋的移动与其前部气压系统和引导冷空气南下的高空气流有关。隐藏7.2.2出现寒潮的中期环流特点7.2.3寒潮天气的类型寒潮天气发生、发展、形成的过程由两大部分组成：一是冷空气的酝酿聚积，二是冷空气爆发南下。教科书中把寒潮形成的短期天气形势归纳为三种主要的类型：①小槽发展型；②低槽东移型；③横槽型，横槽型中又包含着横槽转竖、横槽旋转南下和低层变形场作用三种。上述三种类型寒潮的形成过程在《天气学原理和方法》（第三版）中都有详细描述，此处不再重复。以下简要介绍这三种寒潮类型发生发展过程中形势演变的主要特点和预报关注点，以及它们的共性与差异。详情进入7.2.3.1小槽发展型也称为脊前不稳定小槽东移发展型。其主要特点为：500hPa上最初在新地岛附近或西欧出现一小槽，该槽在东移过程中逐渐发展，随着乌拉尔山长波脊在50～80ºE（有时在约90ºE）建立，脊前的西北气流和冷平流将大大加强，促使位于其前部的小槽在东移过程中明显发展，最后取代东亚大槽。此发展过程分为三个阶段：乌拉尔山高压脊形成、不稳定小槽东移到西伯利亚地区发展、低槽东移加深到达东亚大槽平均位置。这三个阶段不一定顺次出现，有时第一、二阶段同时出现，有时二、三阶段同时出现。要点：⑴乌拉尔山有长波脊建立；⑵小槽在东移过程中明显发展；⑶更替东亚大槽。图7.6为1971年12月13—19日小槽发展型寒潮个例（中国人民解放军空军司令部1975）中500hPa小槽和地面冷锋动态图，从系统的演变中可以看出小槽发展、东移、引导冷空气南下，引发寒潮的全过程。7.2.3.2低槽东移型低槽东移型的主要特点为：冷空气的源地和路径偏西，所引导冷空气源自欧洲。欧亚大陆基本气流为纬向气流，在纬向的基本气流上有振幅较大的槽、脊自西向东移动，低槽在移入蒙古之前一般不发展，到达贝加尔湖后受温压场结构的变化及地形的影响而发展；同时槽后中亚地区上空高压脊发展，脊前偏北气流加强，环流经向度加大促使槽后冷空气爆发南下。有时在低槽东移过程中，北方有新鲜冷空气南下与之汇合；多数地面有气旋发展。要点：⑴有振幅较大的低槽，其在进入蒙古前以东移为主，不发展；⑵低槽到达贝加尔湖后受温压场变化及地形的影响而发展；⑶中亚地区上空有高压脊发展，促使冷空气爆发南下。图7.7为1971年11月9—15日低槽东移型寒潮500hPa低槽和地面冷锋动态图。从影响系统的演变中可以看出低槽东移、进入蒙古发展、引导冷空气南下，引发寒潮的全过程。7.2.3.3横槽型横槽型中包含横槽转竖、横槽旋转南下、低层变形场作用三种形式（后两种在《天气学原理和方法（第三版）》中有详细的描述）。下面仅对最为常见的横槽转竖型予以介绍。横槽转竖型的特点是：高空图上乌拉尔山地区有阻塞高压或乌拉尔山高压脊北部向东发展（脊线呈NE-SW走向），切断正常的西风环流，使亚洲高纬地区出现北高南低的形势。脊前东北气流或者阻塞高压底前部的东北气流与西风气流之间在亚洲东部形成横槽，横槽以南为平直西风环流。东北气流引导贝加尔湖北部的较强冷空气向西南输送，在横槽后部堆积，有时与从欧洲移过来的冷空气合并加强。当乌拉尔山高压脊或阻塞高压发生变化，导致其前部偏东气流转为西北或偏北气流时，横槽趋于转竖，其南部的环流由纬向转为经向，经向环流发展将引导横槽后部强冷空气大举南下引发寒潮。该型冷空气源地偏东，取超极地路径，冷空气在贝加尔湖地区积聚，从关键区侵入我国的路径视横槽位置偏西还是偏东才能具体确定，但多取西北路径。横槽建立后天气形势相对稳定，横槽和锋区缓慢南压，通常为1～2个纬距/d，该型寒潮的爆发取决于横槽何时转竖。促使横槽转竖的条件有：⑴冷中心、负变高区移到槽前，横槽后转为暖平流并有明显正变高；⑵横槽后部东北风转为北风或西北风，风速加大；⑶阻塞高压崩溃或不连续后退；⑷长波调整。7.2.3.4各型寒潮的共性无论哪一类寒潮，其出现一定具备强冷空气的堆积和有引导强冷空南下的环流条件。这个过程在高空图上显示为一个低槽与一个强锋区自北向南移动，地面对应着一个强冷高压和冷锋。冷空气的堆积，在高空图上表现为冷中心的加强。12月～次年2月，在500hPa上若有≤-40℃的冷中心（或冷槽），700hPa上≤-36℃，而对应地面图上的冷高压中心强度达1060hPa以上，标志着冷空气的堆积达到了可产生寒潮的强度；而10～11月和3～5月，当500hPa上冷中心强度≤-40℃，700hPa上介于-28～-32℃之间，地面冷高压中心达1047hPa以上时，标志着冷空气堆积完成，达到可产生寒潮的强度。无论哪一类寒潮，所到之处都会引起当地气温骤降、气压升高或大风天气。7.2.3.5各型寒潮的差异冷空气的源地不同（来自不同的洋面）、进入我国的路径不同（西路、西北路、东路等）、冷空气南下的方式不同（冷高压主体南下、分裂南下、