巴彦淖尔市一次寒潮天气动力机制分析

使用常规气象观测资料,采用天气学原理和天气动力学诊断分析方法,从寒潮环流背景和动力机制,对2012年11月2-4日发生在内蒙古巴彦淖尔市一次寒潮天气过程进行了分析.结果表明:①乌拉尔山高压脊强烈发展东移,脊前偏北急流带南移、南下低涡与转竖低槽合并,冷空气向南爆发,造成了此次寒潮天气过程.②850 hPa冷平流区向南扩展的速度比地面气温24h负变温区向南扩展速度超前12 h左右,强盛的冷平流是造成气温骤降的主要原因.③300 hPa偏北急流轴左侧风速有气旋性切变,右侧有反气旋性切变,加大地面气压场的气压梯度,产生“梯度风”.高空槽前暖平流、槽后冷平流,暖区上升、冷区下沉,形成对流运动.低层由冷区指向暖区的水平运动和暖区上升运动构成垂直方向上次级环流,次级环流的下沉支处于高空急流轴入口区左侧下方,使高空急流动量传递到地面,低层水平运动(冷区指向暖区)加大了地面风速.     

冬季风爆发前西伯利亚高压的演变

本文是一次个例的诊断分析,应用FGGE-Ⅲ_b资料分析了1979年11月12—17日的东亚寒潮过程,着重讨论冷空气爆发前,位于两伯利亚的冷堆的增强过程,运用准拉格朗日坐标系的热量方程和涡度方程诊断了500hPa冷中心的温度变化和地面冷高压上空涡度演变的物理过程,分析结果说明,冷堆的增强与高空槽后急流中心前方出口附近的侧向环流有密切关系,开始时500hPa冷中心就位于此侧向环流的上升支附近,绝热冷却是冷堆加强的主要因子,即动力因子是主要的,冷高压上空的涡度变化与相对的涡度平流关系密切,它也与高空急流的相对位置有关,在地面高压加强的后期,散度项和平流项对于温度变化的贡献相反,但它们的垂直分布都有利于下沉运动加剧.因此,在分析预报中要密切注意忽流的动态. 本文的分析结果将有助于进一步理解冷空气增强的物理机制,也为寒潮过程的分析预报提供一定的参考.     

一次台风变性并入东北冷涡过程的动力诊断分析

台风北移变性并入东北冷涡是造成东北地区夏季大范围暴雨的主要形式之一, 但其中的热动力结构变化特征及其物理机制尚不清晰。本文利用美国国家环境预报中心(NCEP)的再分析资料对一次台风变性并入东北冷涡过程进行动力诊断分析, 分析结果显示:冷涡冷空气的不断侵入以及台风移动形成的相对冷平流使得台风暖心结构消亡, 其低层低压辐合和高层高压辐散结构消失, 变性并入东北冷涡后气旋整层偏冷, 低层出现冷中心。台风变性并入东北冷涡过程中, 冷涡中心附近高空急流南侧的反气旋切变抑制气旋直接往高空发展, 而急流轴左侧的热动力分布特征有利于垂直涡度的发展, 变性后的气旋环流向冷涡的移近有利于急流轴维持倾斜, 从而促进气旋向高空冷涡倾斜发展。同时, 冷空气在气旋低层附近堆积导致等假相当位温线发生倾斜, 造成垂直涡度在气旋中层倾斜发展。台风变性并入东北冷涡后, 高空冷涡槽底的正垂直涡度平流促进气旋由中层直接向高层发展, 而高空冷涡槽底急流促进正垂直涡度平流的维持。气旋高空环流的发展反过来削弱了东北冷涡的高层环流, 导致高空冷涡中心出现北撤。     

中尺度对流系统引发的致灾雷电过程分析

本文对2007年3月3日-5日华北区域爆发的强寒潮,从大尺度环流形势特征、天气过程特点及特强降温的成因进行了分析,得出了强寒潮天气爆发预报着眼点。此次寒潮天气是由于西路冷空气和极地冷空气在贝加尔湖附近地区合并加强;横槽转竖,偏北气流引导冷空气南下,并且又有补充冷空气南下造成的。欧亚500hPa中纬度大“Ω”流型为寒潮天气的产生提供了有利的环流背景。该大“Ω”流型与常见寒潮倒“Ω”流型的槽脊位置在东北亚地区接近反位相。且波长更长。     

BCC第二代气候预测模式系统对2015年一次寒潮过程的预报能力评估

利用BCC第二代气候预测模式系统(BCC_CSM2)的回报试验结果,评估了BCC_CSM2对2015年1月27—31日一次强寒潮过程的次季节预报能力,结果表明:(1)此次寒潮过程主要由新地岛以西的短波槽不断东移发展而形成的,模式能够提前10 d较好地预报过程期间降温以及高空环流形势,相关系数、距平符号一致率以及均方根误差都定量表明模式在10 d左右具有较好的预报能力,但是对降温程度的预报能力随起报时间的延长逐渐降低;(2)为了探讨随起报时间延长模式预报能力降低的原因,从位势倾向方程出发,分析相对涡度平流和温度平流随高度变化发现,在模式提前10 d之内的预报时段内,模式预报的相对涡度平流和温度平流随高度变化与再分析资料的诊断结果基本一致,能够合理预测短波槽的东移和槽脊的强度变化,当预报超过10 d后,模式中相对涡度平流的配置不利于短波槽的东移,模式预报的低层出现暖平流,并随高度增加而减小,不利于槽的加深,使模式预报的环流形势产生偏差,导致模式预报能力降低。     

2008年12月2—6日寒潮天气过程分析

利用常规天气观测资料、美国NCEP/NCAR 1°×1°网格点逐6h再分析资料,采用天气学原理和天气动力学诊断分析方法,对2008年12月2-6日寒潮天气过程进行分析和总结.结果表明:此次寒潮天气过程出现在欧洲脊强烈发展并缓慢东移、北半球中高纬环流形势由纬向型向经向型转换过程中.西脊前强偏北风带南移、横槽涡度西部大于东部、横槽前东南方的负变高和横槽后部的暖平流正变高等促使横槽转竖;南掉极涡与转竖低槽合并后,低槽明显向南加深,冷空气势力显著加强并开始向南爆发;自西脊西北部入侵小槽压迫高脊向东南方向移动并逐渐崩溃,脊前偏北气流逆转为西北气流,引导冷空气大举向南爆发,造成了此次寒潮天气过程.强盛的冷平流是造成气温骤降的主要原因.强风的形成除与冷平流侵入有关外,还与高空动量下传的增加密切相关.山东半岛降雨和强降雪的环流成因和物理量特征存在明显差异,降雨为冷暖空气交汇所致;强降雪则是冷平流、海陆分布差异和地形抬升共同影响的结果.T639、ECMWF和日本等3种数值模式均对这次亚欧中高纬大气环流的演变和调整均做出了较准确的预报,尤以ECMWF模式预报性能最好.     

一次寒潮过程中冷堆增强的动力原因分析

利用ECMWF的0.75°×0.75°再分析资料对2016年2月14日的寒潮冷堆增强过程进行了分析,结果发现,寒潮冷堆增强过程中等熵面位涡守恒,315 K等熵面上寒潮冷堆表现为6 PVU的高位涡中心,垂直方向上寒潮冷堆区域高位涡下传到低层形成高位涡柱,冷堆的运动对应高位涡柱的运动。分析500 hPa寒潮冷堆变化发现,寒潮冷堆中存在上升运动使空气绝热冷却,导致寒潮冷堆的增强。从动力学角度分析冷堆空气抬升冷却的原因,寒潮冷堆主要位于两支高空急流核的左前方,受到两支高空急流次级环流上升支的共同影响,上升运动导致的绝热冷却使寒潮冷堆增强。此外在冷堆移动过程中,由于冷堆与低压中心相对位置发生变化,冷堆温度最低处绝对涡度增加,根据位涡守恒原理,气柱拉伸,冷堆的冷空气变得更加深厚,寒潮冷堆增强。     

青海海东地区一次寒潮天气过程分析

利用Micaps平台提供的实况资料,从天气学角度对2010年12月13—15日青海省海东地区寒潮天气过程的环流背景,影响系统进行了分析,结果表明:阻塞高压强烈发展,脊前横槽建立是此次寒潮天气爆发的主要环流背景,横槽后偏北气流引导极地冷空气南下在蒙古西部堆积,形成强大的冷高压,横槽逐渐南压,引导冷空气南下,促成了此次青海海东地区寒潮天气。     

青海东部一次区域性寒潮天气的成因分析

利用Micaps常规气象资料,从天气学角度对2015年4月1日青海省东部区域性寒潮天气过程的环流背景,影响系统及成因进行了分析。结果表明:此次寒潮天气过程主要是由乌拉尔山阻塞高压前部偏北气流引导极地冷空气南下在乌拉尔山东南部一带堆积,形成强大的冷高压;巴湖低涡分裂小槽东移南压,引导冷空气南下,在青海东部与南支槽叠加,促成了青海东部此次中到重度寒潮天气;乌拉尔山东南部地面冷高压分裂冷空气扩散南下,北路冷空气东灌进入青海东部河谷地区,与西路冷空气在青海东部地区锢囚,利于冷空气在青海东部维持;中低层强冷平流也是产生寒潮天气的触发机制;夜间辐射冷却加剧青海东部地面降温;新疆北部至河西走廊西部的中高层高空急流强盛,青海东部位于急流出口区右侧,利于高空动量下传,导致地面风速加大,另外地面冷锋后部气流下沉加压,也是导致地面出现大风的原因之一。     

青藏高原对1979年5月一次西风槽切断过程影响的天气动力分析

本文以1979年5月19—24日西风带长波槽从西边经过高原的例子,作了天气动力分析、各物理量的计算,还探讨了地形对西风槽切断的物理过程。分析结果指出:当西风槽在高原西边时,高原对西风气流的分支作用很明显,可以影响到300mb以上的西风急流。其对西风槽的切断作用主要归纳为如下几点: 1.高原西坡迎风面的爬坡作用促使槽减弱。 2.高原南北两侧强西风气流中的涡度平流比高原上空的快,高原上空的槽移动也较慢。 3.由于切变涡度转变为曲率涡度,在高原北侧边缘产生反气旋性环流,使槽进一步减弱加速东移,而在高原南侧边缘产生气旋性环流,使槽加深移速减慢。     

500毫巴欧亚地区急流带的演变和寒潮的爆发问题

500毫巴强风带实际上是急流带的反映。我们从急流带的演变着眼,来研究寒潮的酝酿和爆发过程,即从偏西急流的破坏到偏北急流的建立,再由偏北急流的破坏到寒潮的爆发。在整个演变过程中,我们把着眼点放到急流,特别是偏北急流的建立和破坏方面来。这对寒潮预报特别是对关键性、灾害性寒潮预报是有很大帮助的。其优点在于: 1.急流带的强弱可以从风速的大小、风向的转变来识别。在实践中我们把风速大于20米/秒的站的个数多少和急流的正北程度来作为急流强弱的鉴别特征。如果5个站以上风速大于20米/秒,风向接近正北或东北,我们称为偏北急流带,这种急流带越强、伸到的纬度越低,寒潮强度越强。这种急流带的强弱在天气图上容易看出,便于掌握。     

辽宁11.24强寒潮过程分析

1999年11月24日辽宁省出现近46 a最强寒潮过程,利用常规气象观测资料及NCEP再分析资料,对此次寒潮过程的成因进行分析。结果表明:1999年11月24日辽宁各地24 h最低气温普遍下降10℃以上,鞍山和铁岭等部分地区24 h最低气温下降22℃,降温幅度大且覆盖范围广,是辽宁地区罕见的强寒潮。此次寒潮过程冷空气主要源自新地岛以东的极地,寒潮酝酿阶段差动涡度平流、差动温度平流有利于寒潮地面高压强烈发展并向东偏南方向移动,横槽南压是引导冷空气爆发的环流形势。对1999年的"11·24"寒潮成因初步分析发现:西北路、超极地和西路3路冷空气的共同影响有利于冷空气大量堆积;中低层冷空气、锋区、地面高压强度均强于其他寒潮过程;前期暖气团和后期超强冷空气共同作用,强升温后骤然降温导致最强寒潮出现。     

一次强冷空气活动过程的诊断分析

利用常规观测资料和MICAPS分析的2°×2°的12 h的物理量场资料,对2006年4月10—13日的一次大范围的寒潮天气的冷空气活动过程诊断分析。结果表明这次强冷空气发展的主要原因是：横槽的维持加强使两股冷空气合并堆积并加强;高空锋生及锋区后部强烈的上升运动,使空气绝热膨胀冷却,冷空气的强度不断加强;横槽前后高空冷暖平流和涡度平流的合适配置使得横槽转竖,转竖的大槽引导强冷空气南下。     

由台风低压倒槽引发的山东暴雨过程研究

2004年8月26-28日发生在山东省的大到暴雨过程主要是由"艾莉"台风减弱的低压和西风带冷空气远距离相互作用造成的,台风倒槽的发展与低空东南气流的加强及台风低压外围热量和动量的向北输送密切相关.采用双向三重嵌套网格非静力模式MM5对这一过程进行了数值模拟,研究了台风倒槽的中尺度结构特征,并通过涡度收支探讨了台风倒槽及中尺度低涡发生发展的物理过程.结果表明,强降水是在台风倒槽顶部强风中心与弱风中心之间的强辐合作用下触发的,台风倒槽的增强和中尺度低涡的形成是低空急流及其动力作用的结果,降水的非绝热加热也起着重要作用.涡度方程的收支诊断表明,对流层低层的散度项、对流层中层的水平平流项和铅直输送项是正涡度的主要贡献者,在同一等压面上散度项和水平平流项的作用是相反的.对流层中层铅直输送项的贡献为正,扭转项为负贡献,涡度变化的总趋势是它们相互作用的净结果.等压面上相对涡度的变化趋势并不是均匀的,中尺度低涡的东南象限相对涡度局地变化较强,这是强降水发生在此的重要原因.低层正涡度的增加是由水平辐合引起的,而高层正涡度的增加是涡度由低层向高层垂直输送的结果.因此台风倒槽的发展和中尺度低涡的形成主要是由于低层的涡度制造,另一方面来自中低层涡度的垂直输送.     

热带气旋的温带变性过程对中纬度下游环流的影响

用WRF模式对变性台风(TC)马勒卡进行模拟,研究了在台风的变性过程(ET)的作用下中纬度下游环流特别是中纬度急流的发展,对台风的强度及其相对上游槽位置的敏感性。结果表明:TC与中纬度系统的相互作用会使得中纬度急流处的斜压不稳定性增大,急流增强。下游环流的发展对TC强度及TC与西风带上游槽的相对位置非常敏感。若TC增强,TC溢出流作用于中纬度急流,使之不稳定性增强,强度也增强,从而导致中纬度下游急流的强度、范围都增强,下游槽脊更显著。若台风减弱则反之。类似的,若TC靠近上游槽,其对中纬度急流的作用得到进一步加强和提前,急流的不稳定性增加,强度增强,下游的急流和槽脊也得到增强。若TC远离上游槽,则反之。     

近年来影响我国东部洪涝的高原东移涡环流场特征分析

利用NECP再分析资料,对1998—2004年间5次影响我国东部地区严重暴雨的高原东移涡过程的对流层中上层环流场特征进行了分析,指出了影响高原低涡东移出高原的四种天气系统类型:北槽南涡型、切变线、切变流场及西风槽前部;揭示了高原低涡东移出高原与500 hPa上的冷空气、副热带高压位置、200 hPa上的南亚高压及西风急流之间的关系;获取了高原低涡东移出高原的强信号,为高原东移涡暴雨预报提供了科学依据。     

东亚寒潮活动对下游爆发性气旋生成的影响

本文研究了东亚寒潮过程与下游爆发性气旋之间的关系。通过对一个强寒潮过程及随后在西北太平洋上爆发性气旋生成的个例分析发现,寒潮过程相伴随的大环流调整给下游气旋猛烈发展提供了极好的背景条件。当超长波槽与长波槽耦合加深时,槽前气旋迅速发展。大槽的加深使高空急流不断加速,大风区向低层扩展。出口区的次级环流也随着急流的加强而加强,它促使北侧低层气旋发展。对93次爆发性气旋作统计分析进一步证实了上述结论。绝大多数过程皆伴有上游的强冷高压活动。高压中心越强相应的爆发气旋也越强,甚至可以发生连续的爆发。绝大多数爆发性气旋发生在超长波槽前,强高空急流出口区的向极侧。     

学术交流

寒潮中期预报的试验研究北京大学气象专业在东北、华北、西北寒潮大风中期预报协作碰头会上,以“寒潮中期预报的试验研究”为题介绍了一种寒潮中期预报的客观定量方法。目的是为了说明用比较容易取得的北半球500毫巴天气图为资料,通过分析整个北半球环流形势的调整和具有行星尺度的大型天气系统如极涡、超长波和急流变化的相互作用,可以找到寒潮形势建立的关键,从而建立客观定量的中期预报方法,在十天以前作出寒潮预报。     

冬季北大西洋风暴轴异常对我国寒潮活动的可能影响

基于1961~2011年国家气象信息中心整编的566站逐日平均温度资料以及NCEP/NCAR(美国环境预报中心和国家大气研究中心)的逐日再分析资料等,利用奇异值分解(SVD)等方法,首先分析了年际尺度上冬季北大西洋风暴轴与同期我国寒潮频次的联系。发现,北大西洋风暴轴位置异常与我国寒潮频次变化存在显著的相关关系,即当在40°W以西风暴轴较气候平均位置偏北(偏南)和在40°W以东风暴轴较气候平均位置偏东北(偏西南)时,同期我国大部分地区的寒潮频次异常偏少(偏多),而其强度异常与我国寒潮频次变化的年际关系并不显著。进一步的分析结果表明,风暴轴位置的改变会引起天气尺度瞬变涡动的传播出现异常,而这种传播异常既可以直接影响我国寒潮活动,也可以通过其反馈作用影响大气环流来间接影响我国的寒潮活动。具体的可能影响过程如下:当风暴轴偏东北(偏西南)时,其离亚洲西风急流的位置较远(较近),不利(有利)于将北大西洋上强的瞬变涡动通过亚洲西风急流波导直接传播到我国地区;此时,北大西洋西风急流偏北(偏南),相应地北大西洋涛动(NAO)出现正(负)位相异常,而传播到下游的瞬变涡动通过动力反馈作用,可使得高纬西风加速(减速),极涡加深收缩(减弱扩张),冷空气禁锢在极地不易(容易)南下,而中纬西风则减速(加速),经向环流加强(减弱),从而引起西伯利亚低层冷堆温度增高(降低);最后,所有上述环流异常形势以及瞬变波的异常传播可最终导致我国的寒潮活动频次减少(增多)。     

临近寒潮相互影响关系及高层位涡的预报作用

利用ERA-Interm 1°×1°逐6 h再分析资料,对2017年1—2月发生的两次寒潮事件(简称过程A和过程B)的天气环流形势和位势涡度进行对比分析。结果表明:(1)过程A爆发后的冷空气促进过程B的形成;(2)等熵面上的位势涡度可用来追踪并判断寒潮的变化特征;(3)通过350~200 hPa处的位涡值特征可提前6 h预测寒潮开始爆发的时间和强度;(4)上游和下游系统对判断寒潮爆发的特征同样有着重要作用。