天气学第六章(丁-寒潮天气过程)

第六章寒潮天气过程第一节:概述第二节:寒潮天气系统第三节:寒潮天气过程第四节:寒潮天气过程成因第五节:寒潮天气预报本章重点:寒潮的含义,我国寒潮的特点,寒潮冷空气源地和路经,寒潮天气系统和我国寒潮天气过程特点(小槽发展型低槽东移型横槽型)本章难点：•寒潮天气系统的结构特征•寒潮过程成因分析寒潮天气是在冬半年里高纬度特定的环流形势下发生的一种大范围剧烈降温现象，冷空气所经之处，将相继出现降温、大风、雨雪或冰冻天气，受影响的范围广。大雪、冰冻、雨凇等使交通堵塞，电信中断；沿海地区大风造成风暴潮及海上翻船事故；强降温对农作物、瓜果及热带作物的冻害最为严重。寒潮对工农业生产和百姓日常生活的影响都很大，它是一种灾害性天气。§6.1概述一、定义和标准寒潮的含义：寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程。其天气的主要特点是剧烈降温和大风，有时还伴有雨、雪、雨凇或霜冻。出现时间：9月~次年5月，春季的3月和秋季9~11月寒潮和强冷空气最为频繁例:●2001年1月，新疆东北部和内蒙北部草原出现四十年不遇的大风、降温、暴雪天气。中央气象台的寒潮标准：过程降温:冷空气影响某地从开始至结束时,日平均气温的最高值与日平均气温最低值之差温度负距平:冷空气影响期间最低日平均气温与冷空气影响日所在旬（多年）平均气温之差单站寒潮标准：过程降温（摄氏度）温度负距平绝对值冷空气强度等级≥10≥5寒潮8-94冷空气5-7≦3一般冷空气中国气象科学研究院寒潮年鉴把冷空气过程分为全国性寒潮、区域性寒潮、强冷空气、一般冷空气四个等级。全国(区域)寒潮标准：全国取30个测站，划分为5区，见图1具体标准:某一个区3/5的站达到相应的冷空气活动标准（或寒潮标准）就称为该区有冷空气活动（或有寒潮）。全国类：2-5个区达到相同等级（包括华北和长江2个区）北方类：只影响北方2-3个区南方类：只影响南方2个区二、源地和路径1源地①新地岛以西洋面上。冷空气经巴伦支海、前苏联欧洲地区进入我国。它出现次数最多，达到寒潮强度的也最多。新地岛冰岛喀拉海鄂霍茨克海②新地岛以东洋面上。冷空气大多数经喀拉海、太梅尔半岛、前苏联地区进入我国。它出现次数虽少，但气温低，可达寒潮强度。新地岛冰岛喀拉海鄂霍茨克海③冰岛以南洋面上。冷空气经前苏联欧洲南部或地中海、黑海、里海进入我国。它出现次数较多，但温度不很低，一般达不到寒潮强度，但如果与其它源地的冷空气汇合后也可达到寒潮强度。新地岛冰岛喀拉海鄂霍茨克海2寒潮关键区：据中央气象台统计资料，95%的冷空气都要经过西伯利亚中部（70°-90°E,43°-65°N）地区，并在那里积累加强，这个地区就称为寒潮关键区巴伦支海新地岛冰岛喀拉海鄂霍茨克海3路径（从关键区向东）•西北路天气：在长江以北以偏北大风和降温为主，到江南以后，则因南支锋区波动活跃可能发展伴有雨雪天气•东路天气：渤海、黄海、黄河下游及长江下游出现东北大风，华北、华东出现回流天气，气温较低，并有连阴雨雪天气。•西路：降温幅度不大，不过当南支锋区波动与北支锋区波动同位相而叠加时，亦可造成明显的降温。•东路加西路东路冷空气从河套下游南下，西路冷空气从青海东南下，两股冷空气常在黄土高原东侧，黄河、长江之间汇合，汇合时造成大范围的雨雪天气，接着两股冷空气合并南下，出现大风和明显降温。§6.2寒潮天气系统极涡极地高压寒潮地面高压寒潮冷锋一、极涡1定义：北半球冬季极区对流层中上层500hPa上的绕极区气旋式涡旋，称为极涡。它是大规模极寒冷空气的象征，地面为浅薄冷高压，700hPa转为低压环流。2极涡的活动范围和维持时间极涡中心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、太梅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。极涡活动平均持续天数超过5天。3极涡的移动路径①经向性运动②纬向性运动③转游性运动4极涡的分类（依据100hPa环流）①绕极型（极点附近）②偏心型（不对称单波,中心在北纬80度以南）③偶极型（亚洲北部，加拿大）④多极型（三个或三个以上）极涡对我国寒潮天气的指示意义只有极涡分裂变形，在亚洲高纬维持强大的极涡时，有利于我国寒潮冷空气的形成二、极地高压1定义：①500hPa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70°N以北；④高压维持三天以上。2极地高压的形成由中高纬度的阻塞高压进入极地而形成，与中、高纬阻塞形势的建立过程类似极地高压的天气意义由于中高纬阻高形成并加强，进入极地并维持而使极涡分裂变形，有利于寒潮冷空气形成，而中高纬阻高进入极地是由于极地高压向南衰退，与西风带长波脊叠加造成（正变高叠加使脊加强，利于阻高形成）三、寒潮地面高压含义：寒潮全过程中冷锋后地面高压，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，中心区温度平流趋于零，少数高压始终为冷性.高压中心强度可表示冷空气强弱，中心移动路径可作为冷空气的移动路径注意：寒潮地面高压与阻塞高压的区别四、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，它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。移动路径引导气流和引导槽§6.3寒潮天气过程一、寒潮中期天气过程3~7天为中期2~3天为短中期24~36h为短期1．含义：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。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，在这些不同尺度系统的相互作用中表现出阶段性特点，构成中期过程。中期过程是寒潮爆发前的大的环流背景。2．中期天气过程的分类a.倒“Ω”流型(为主)b.极涡偏心型c.大型槽脊东移型3倒Ω流型演变特征(三个阶段)a.初始阶段：两个大洋北部脊向极地发展，极涡一分为二，分别移到东、西两半球，（或极涡偏于东半球），则东半球为两个大洋脊挟持一个大极涡，形成大倒Ω流型b.酝酿阶段：大倒Ω流型向亚洲地区收缩，形成东亚地区倒Ω流型，亚洲极涡加强并南压，极涡底部锋区加强，锋区上常有长波发展或横槽缓慢南压，形成强冷空气酝酿形势。c.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。最后东亚大槽加深重建，过程结束。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2-3周。二．两个大洋中暖脊在中期天气过程中的作用东亚倒Ω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。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。1．乌拉尔山高压脊的发展过程分为三类：⑴补充型⑵叠加型（黑海地区高压脊移来）⑶结合型大西洋暖脊的正变高区叠加补充型极地高压西移结合型2鄂霍次克海高压脊的发展可分两类：⑴阿拉斯加高压脊西退到鄂霍次克海发展而成⑵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、鄂霍茨克海与该地区的弱脊合并而成三．寒潮的短中期天气过程分为三大类：小槽发展型低槽东移型横槽型（一）小槽发展型寒潮（脊前不稳定小槽东移发展型）两支槽构成阶梯，形成疏散状等高线本次过程实质是通过不稳定小槽小脊发展，把从大西洋到东西伯利亚的大倒Ω流型演变为东亚倒Ω流型的过程，引导新地岛以西冷空气南下，取西北路径经西伯利亚、蒙古入侵我国预报中注意：涡度平流，热成风涡度平流、温度平流对槽脊发展的贡献，并注意地形的影响以及等高线的形状、上下游效应和长波调整(二)低槽东移型寒潮含义：欧洲小槽东移过程中，有来自北方的新鲜冷空气并入，使小槽发展，导致寒潮过程赶槽：在一个低槽的上游又有另外一个移速更快的槽追赶而来，这个槽称为赶槽。(1)低槽东移过程中，有新鲜冷空气或贝加尔北部残留的冷空气合并使冷空气强度加强.(2)低槽东移到乌拉尔山以东时，从黑海到里海有明显的暖平流，脊前西北气流加强，促使新鲜冷空气从新地岛加速南下与原低槽中的冷空气合并.(3)蒙古气旋、东北低压强烈发展又向东北移去，有利冷空气主力向东偏北移。黄河气旋及江淮气旋发展将导致冷空气南下而爆发寒潮1970年11月9日08时500hPa图此槽快速东南移动，配合-44冷中心，能否与东移的冷空气合并成为寒潮的关键两股冷空气合并，槽后脊的发展及槽的加深，使得冷空气南下低槽东移型寒潮要注意两股冷空气合并，本个例中，冷空气在12日合并加强，寒潮地面高压也大大加强。而冷空气的合并要注意喀拉海的槽移速快，冷中心强度达到-44度，它的加入使西来的冷空气大大加强（三）横槽转竖型寒潮含义：东亚倒Ω流型建立时，极涡向西伸出一个东-西走向槽，槽前后是偏北风（340°-20°）与偏西风（300°—250°）的切变.冷空气向南爆发的三种情况：横槽转竖低层变形场锋生横槽旋转南下横槽转竖原因：i.横槽两侧温压场结构发生变化.ii.横槽前方形成“阶梯槽”.iii.阻高的崩溃.阻高建立，冷空气在横槽北部堆积温度场振幅大于高度场，横槽后有暖平流，槽前有疏散等高线和冷平流，将转竖预报着眼点i.温压场结构方面ii.风场转变方面iii.阻高是否崩溃或不连续后退方面iv.长波调整方面低层变形场作用西槽横槽旋转南下500hPa上为东亚倒Ω流型，极地高压经太梅尔半岛将极涡推至贝加尔湖附近，但横槽只是绕极涡中心旋转，使得冷空气只影响我国北方，当有南支槽接应时，则会影响我国南方。8日到10日，高空槽旋转为东北-西南向，而地面冷高压中心大幅度南压，地面冷锋向东南方向旋转四、各类寒潮天气过程的特点比较1．共同点：①冷空气积聚是寒潮爆发的必要条件②地面图上有冷高压活动，冷高压前沿有一条寒潮冷锋，冷锋过后一般要引起温度剧降、气压急升及偏北大风③冷高压南下形式不同：a.完整的冷高压有规律地向东移来b.冷高压分裂南下c.冷高压补充南下d.冷空气扩散南下④促使寒潮爆发的流场不同2．不同点：①冷空气源地不同②路径不同：分为西北、北方、西方和东北路径§6.4寒潮天气过程成因分析一．寒潮中期过程的能量研究Saltzman波数域能量方程，近似地写成如下形式：)()()()()()()()()()()()()()()()()()()()(1111nCnGnSnRtnPoCoGnBFPnRtoPnDnCnLnMtnKoDoCnFnMtoKnnnnn=1,2…,为波数K:动能“o”指纬向平均P:位能C:有效位能向动能的转换率（即斜压转换）D:摩擦耗散G:非绝热制造率M(n):n波动能向平均动能的转换率F(n):n波对平均动能的净边界通量L(n):其它波向n波的动能输送率,波与波相互作用S(n):其它波向n波的有效位能输送率，波与波相互作用R(n):为n波有效位能向平均有效位能的转换率BFP(n):为n波对平均有效位能的净边界通量寒潮过程各阶段能量变化特征：㈠开始阶段：1.两个大洋脊发展，特征波是2波或3波。2.极涡分裂为二，逐步向中纬度移动，东半球形成大倒Ω流型，中纬度P(o)K(o)增加。㈡酝酿阶段：大倒Ω流型调整收缩为东亚倒Ω流型，特征波为3波或4波。（三）爆发阶段：冬季的稳定形势形成三槽（北半球）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?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P(o)K(o)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，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。二．寒潮的冷空气堆增强原因分析1．现象：冷中心在南移过程中不断增强。2．原因：冷空气堆中存在上升运动，空气绝热膨胀冷却。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性切变涡度以及相应的正涡度平流所引起。§6.5寒潮的预报一、寒潮的