湛江极端低温事件特征及个例对比分析

利用广东湛江1951—2018年逐日气温资料、NCEP再分析资料和NOAA重建海温资料,分析近67年湛江冬季极端低温事件的特征,对比分析1967年1月、1975年12月和2016年1月三次极端低温事件过程的天气要素和环流特征,从ENSO和北极涛动（AO）方面探讨形成极端低温的原因。研究表明:1951—2017年平均最低气温和极端最低气温均呈增暖趋势,且极端最低气温比平均最低气温增暖更快。湛江冬季极端最低气温受东亚冬季风南北一致型模态影响,东亚冬季风一致偏强时湛江极端最低气温偏低,其关键环流系统为乌拉尔山及其以东地区的高压脊、贝加尔湖以南地区的低压槽和西伯利亚高压。进一步分析表明,三次冷空气过程受ENSO和AO的影响不同,其中1967年冷空气受东部型拉尼娜和AO负位相共同影响,1975年冷空气主要受中部型拉尼娜影响,2016年冷空气则主要受AO负位相影响。三次过程均以偏西路冷空气活动为主,都表现出对流层中层东亚地区位势高度偏低、对流层低层异常北风和西伯利亚高压偏强的特征。但高空环流形势不同,1967年冷空气过程为高压脊发展型,预报关键是槽后脊的发展时间;1975和2016年冷空气过程环流形势均为横槽转竖型,预报关键是阻塞高压崩溃、横槽转竖时间。地面受冷空气影响时间与925 hPa温度平流有较好的对应关系,但由平流降温造成的过程最低气温与850 hPa冷平流强度对应,过程最低气温往往发生在850 hPa冷平流最强的次日,另外还要关注辐射降温作用对最低气温的影响。      

2007年淮河强降水时期低频环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料以及中国气象台站降水资料,研究了2007年夏季淮河流域强降水的低频振荡及其环流特征。结果表明,2007年夏季淮河流域强降水低频振荡的主要周期是10 25天。淮河流域降水强弱与对应低频周期存在联系,降水主要发生在低频周期的正位相时期,而在负位相时期结束或明显减弱。降水的低频变化一方面与副热带高压和南亚高压的低频变化有关,另一方面还受到中高纬度冷空气低频变化的影响。在低频周期的峰值位相,对流层高层出现的低频反气旋使南亚高压偏东,脊线偏北,并有利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的上升运动。中高纬地区出现大片正位势涡度,冷空气的低频活动显著偏强,南下侵入到中国淮河流域的冷空气较多,形成有利于淮河流域强降水的环流场。相反,在低频周期的谷值位相,对流层高层出现的低频气旋使南亚高压偏西,脊线偏南,不利于西太平洋副热带高压向更西、更北的方向发展,整个对流层垂直方向上有低频的下沉运动。高纬度冷空气的低频活动偏弱,南下侵入到中国淮河流域的冷空气也较少,最终形成不利于淮河流域强降水的环流场。     

2011～2012年冬季欧亚大陆低温严寒事件与平流层北极涛动异常下传的影响

利用NCEP-NCAR 再分析资料分析了2011～2012 年冬季发生在欧亚大陆的一次异常低温严寒事件的大气环流演变过程以及可能的成因。这次低温事件,主要出现在2012 年1 月下旬至2 月上旬,持续大约3 周左右,非常强的低温异常覆盖了几乎整个欧洲以及东亚的西伯利亚、蒙古国和我国东北、华北等地。这次低温事件的演变与对流层北极涛动(AO)由正位相转变为负位相的时间相匹配,意味着AO 可能发挥重要作用。进一步分析表明,前期行星波的异常上传导致平流层发生爆发性增温现象,极夜急流减弱,AO 位相首先在平流层由正变负;在2～3 周左右的时间内,平流层AO 异常信号逐渐下传,使得对流层AO 也转为负位相;随后,乌拉尔山阻塞高压异常发展,极区的冷空气不断向南爆发,先后在东亚和欧洲造成剧烈的降温,导致低温严寒事件。因此,考虑平流层环流的异常可能有助于提高欧亚大陆冬季低温严寒事件的预测能力。     

河西走廊东部寒潮时空变化特征及典型个例分析

利用1986—2015年河西走廊东部5个气象站逐日气温、大气环流特征量和2016年5月常规天气图和物理量场，分析了河西走廊东部寒潮时空分布及其与大气环流特征量的关系和2016年5月3次寒潮天气过程天气成因。研究表明：河西走廊东部寒潮频次由北向南减少，中部最少；寒潮频次年际差异较大，总体呈下降趋势；寒潮主要出现在1—5月和10—12月，频次站次4月最多，6月最少，春季寒潮频次最多；寒潮最早出现在9月1日（永昌）、最晚出现在6月7日（乌鞘岭）。月寒潮频次与月亚洲、北半球的极涡面积和强度、北极涛动、亚洲经向环流和冷空气指数呈显著正相关，与北半球极涡中心纬向位置和强度、东亚大槽强度、西藏高原1和2指数呈负显著相关，前一月亚洲、北半球极涡面积和强度、北半球极涡中心强度、北极涛动指数对月寒潮预报预测具有良好的指示意义。使用多元回归建立寒潮月频次预报方程，通过了=0.1显著性水平检验。2016年5月3次寒潮天气均与极涡中心偏强有关，前期升温明显、高空强盛冷平流强盛、地面冷高压强烈是造成三次寒潮天气的主要原因，500 hPa横槽转向南压造成的降温幅度比小槽东移更大、影响范围更广。     

北半球中高纬度低频振荡对2012/2013年冬季中国东北极端低温事件的影响

利用NCEP/DOE的逐日再分析资料和国家气象信息中心的常规观测站温度资料,首先分析了2012/2013年冬季中国东北区域极端低温事件过程中区域平均温度的低频振荡变化特征,然后分析了北半球中高纬度对流低层和中层低频环流系统配置的变化及其与东北地区强冷空气活动过程的联系,最后进一步研究了中高纬度低频环流系统的传播特征及其对温度变化的影响。主要结果有:（1）2012/2013年冬季东北区域平均温度存在很强的30～60 d的周期振荡特征,同时伴随较强的10～30 d低频振荡,后者与实际降温过程对应关系更好;（2）对10～30 d的低频振荡而言,在东北地区低频温度变化降低最大的位相7（位相3升高最大）,500 hPa上,我国东部地区正好处于贝加尔湖地区的低频高压（低压）环流和日本海的低频低压（高压）环流型之间的低频偏北（偏南）的较强引导气流中;同时在850 hPa上,我国东部从东北到南海都是较强的偏北（偏南）低频风控制,这使得东亚冬季风环流系统加强（被抑制）,东北区域则经历一次大幅度的低频温度降低（升高）过程,这些高低空低频环流系统的配置和演变导致了2012/2013年冬季一次次强（或较强）的冷空气沿偏东偏北的路径影响我国东北地区,并导致极端低温事件的出现;（3）沿着乌拉尔山-贝加尔湖-我国东北地区-西北太平洋传播的500 hPa低频波列,是驱动2012/2013年冬季东亚冬季风低频振荡和我国东北地区极端低温事件的环流系统。     

欧亚遥相关型位相变化对我国寒潮路径的影响

利用1965—2015年冬半年NCEP/NCAR再分析资料以及中国地面气候资料日值数据集,借助FMM算法对影响我国的寒潮路径进行聚类分析,得到四类主要移动路径;并通过统计分析探讨欧亚遥相关型（EU）活跃位相与我国寒潮发生频次的关系及对路径选择的影响。结果表明：EU处于正位相活跃年时,寒潮活动增多,经向环流增强,冷空气干冷,第二类北路型寒潮频次和强寒潮事件相对增多;EU处于负位相活跃年时,纬向环流增强,冷空气湿润,第三类西北型寒潮频次相对增多,与第四类西路型寒潮的强寒潮事件增加。     

中国冬季两类极端低温事件特征及其大气环流成因分析

近年来,中国冬季极端低温事件逐渐增多,其天气表征和成因存在很大差异。本文将极端低温事件分成大范围持续性低温事件(EPECE)和普通寒潮事件(CWE)两类,对其特征和大气环流成因进行了分析。结果表明:CWE平均维持3～5天,过程期间降温迅速并很快升温、降水出现在过程前期;而EPECE平均维持超过15天,降温幅度更大、降温范围更广、降水主要在过程后期。进一步分析环流成因发现,在EPECE中,事件开始前11(-11)天时对流层波动出现异常信号并上传,平流层极涡中心偏东,-9天时出现异常向东扩展的反气旋式Rossby波破碎(AWB)又将能量下传至对流层,阻塞高压异常向东扩展至90°E,阻塞强度最大超过24,阻塞频率最大超出气候态50%,西伯利亚高压的强度增强到1053 hPa。上述异常维持至过程发生后7(+7)天,从而使得冷空气爆发时降温剧烈、持续时间长。而CWE中前兆信号出现相对较晚,-3天时平流层极涡中心位于极点附近,伴随第0天出现AWB,乌拉尔山地区阻高异常局限在60°E附近,阻塞强度最大超过20,阻塞频率最大超出气候态45%,西伯利亚高压强度达到1050 hPa。+3天后,各环流系统的异常几乎消失,因而降温虽然剧烈但维持时间较短。     

一次寒潮天气过程的中期环流形势分析

对１９９８年３月１９－２６日一次强冷空气造成的寒潮天气过程的中期环流形势,乌拉尔山以东阻塞高压的形成,国强和崩溃的高空形势以及面气压场特征进了分析。结果表明,这次寒潮天气是典型的欧亚环流发展和东亚大槽建立的过程,表现为由纬向环流转变为经向环流的环流形势调整,且以冷空气积聚,冷却和大举南下的为背景条件。     

德阳2004年"4.22"寒潮雷雨天气过程分析

寒潮是一种大规模冷空气活动过程,寒潮的爆发过程也就是大气长波的调整过程.本文通过实时资料和数值预报产品,从中、短期预报的角度出发,对德阳市2004"4.22"寒潮、雷雨天气过程的成因进行分析.主要着眼于过程前期欧亚中高纬地区的环流演变特征,并且重点关注南支槽的活动对降水的开始期及降水范围的影响.此次寒潮、雷雨天气过程是在前期(5～6天)盆地持续异常升温,欧亚500hPa为两槽一脊的典型环流背景下,北方冷空气取东北路径以回流方式侵入盆地而产生的.值得注意的是EC、T213数值预报产品和德阳SVM客观预报方法对这次过程的开始期及降温幅度预报有很好的指示作用.     

2008年12月两次寒潮天气对比分析

利用常规天气资料和数值预报产品,应用天气分析和诊断分析方法,并结合宁夏寒潮预报系统的预报结果,对2008年12月2-4日和12月20-21日宁夏出现的两次典型寒潮天气过程进行对比分析,结果表明:两次过程均是在前期强烈升温的基础上,有强冷空气在西西伯利亚及贝加尔湖堆积并向南侵袭造成的;两次过程亚洲中高纬环流形势均表现为"一脊一槽"型,动力机制均为高空旋转低压槽与强锋区,促使寒潮爆发的流场均为"低槽旋转型";冷空气爆发后,宁夏上空均由强盛的冷平流控制,地面冷高压均进入关键区并达到寒潮强度;但由于寒潮发生的环流背景、影响系统及冷空气的强度、发展、移动路径不同,因此两次过程的降温幅度和对宁夏造成的影响也不同.在此基础上,总结出宁夏冬季寒潮天气的预报着眼点.     

寒潮冷堆增强的动力原因

本文利用动力学诊断方法分析了1979年11月一次东亚寒潮过程,证明500毫巴冷中心在南移过程中不断增强是由于寒潮冷空气堆中存在上升运动使空气绝热膨胀冷却所致。文中还从动力学观点解释了寒潮过程中垂直反环流的成因。指出对流层高层(300毫巴)急流核上游(入口区)和下游(出口区)存在相反的铅直环流,上游为正环流,下游为反环流。急流核两侧存在强大的正负切变涡度平流是使急流核上,下游存在性质相反的铅直环流的原因。文中近似计算了这次寒潮过程中槽后偏北急流核两侧空气的12小时二维轨迹,证明槽后偏北急流核左侧强大的正切变涡度中心及其相应的下游正涡度平流引起了寒潮冷空气堆上空质量辐散。因此在寒潮分析和预报时应注意围绕西风槽的急流分布的不均匀性,特别是300毫巴槽后偏北急流中急流核的存在及其活动对预报寒潮冷空气堆的增强是十分重要的。     

冬季大范围持续性极端低温事件与欧亚大陆大型斜脊斜槽系统研究进展

本文总结了近年来关于我国冬季大范围持续性极端低温事件（EPECE）及其对应的欧亚大陆大型斜脊斜槽系统的研究成果。EPECE和普通寒潮是冬季影响我国的两类不同时间尺度大型冷空气活动,对它们的异同点进行梳理和深入理解是非常必要的。最新研究进展可概括为如下:（1）基于极端低温站点的范围和极端低温过程的持续性特点,客观界定了我国冬季EPECE。近年来的研究表明,欧亚大陆大型斜脊斜槽系统是冬季EPECE形成和维持的主要关键环流系统。同时,鉴于大型斜脊斜槽系统的重要应用意义,建立了客观识别方法。（2）从前兆信号、环流演变、阻塞高压和反气旋式波破碎活动的角度,揭示了EPECE和普通寒潮事件之间的关键区别。全国类EPECE的发生具有一周之前的前兆信号,而普通寒潮并不存在这么早的前兆信号。EPECE以从乌拉尔山到东北亚的广阔区域的阻塞高压活动为关键特征,而普通寒潮则主要以区域性阻塞高压为其主要特征。这两类事件对应的阻塞高压活动的差异可由天气尺度波破碎活动的差异加以解释。（3）最新的研究解释了大型斜脊斜槽系统形成和维持的动力学机理。基本流场对位涡扰动的正压作用是大型斜脊斜槽系统的形成和维持最重要的动力学机制。基本流场通过变形场作功和线性平流使大型扰动维持和向下游发展。与阻塞高压不同,非线性作用并非大型斜脊斜槽系统维持的主要原因。     

一次全国性寒潮暴雪天气过程分析

应用MICAPS资料,从大气环流形势演变、物理量诊断分析两个方面,对2003年2月7～11日出现的一次全国性寒潮暴雪天气过程进行了分析.结果表明,这次寒潮暴雪天气是典型的欧亚环流发展和东亚大槽建立的过程,主要表现为由纬向环流转变为经向环流的环流形势调整,且以冷空气堆积、加强并大举南下为背景条件.由此揭示此类天气系统的特点,为类似天气的预报提供思路和启示.     

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。     

台风“榴莲”陆上维持及暴雨增幅的大尺度环流特征

利用"CMA-STI热带气旋最佳路径集"、NCEP/NCAR再分析资料及地面加密观测资料,分析了2001年0103号台风"榴莲"陆上维持及暴雨增幅的大尺度环流特征。结果表明,"榴莲"登陆后正好位于低压带中,中纬度西风槽加强南伸,构成典型的"北槽南涡",阻碍西太平洋副热带高压西伸,使得"榴莲"陆上长时间维持。西风槽后的西北气流将中纬度冷空气输送至低纬,在"榴莲"环流北部外围与东南风暖湿气流汇合,有利于强降水发生。此外,索马里和100°E越赤道气流增强显著,加强西南季风,从阿拉伯海东部,经孟加拉湾和中南半岛中南部,直至南海北部到广西大部形成一条完整的水汽输送带,充沛的水汽直达"榴莲"东北侧,有利于该时段暴雨增幅。低纬夏季风10～20天低频振荡处于极端活跃位相时,低纬低频西风偏北及低频水汽向北输送至广西南部,有利于低层辐合并提供充足水汽,对"榴莲"暴雨增幅有重要作用。     

新疆一次超极地寒潮天气分析

利用常规天气资料、美国NCEP/NCAR 1°×1°网格点逐6h再分析资料,运用天气学原理,对2012年1月16～21日新疆冬季一次超极地路径寒潮天气过程进行分析和总结。结果表明：本次过程是一次极地冷空气向南爆发影响新疆的寒潮天气,属于乌拉尔山脊类里咸海长脊型;寒潮发生在极涡偏在东北半球,超长波为三波的大背景下。过程期间欧亚范围维持两槽一脊的经向环流,欧洲与西伯利亚地区均为深厚的低压系统,里咸海长脊与乌拉尔山脊同位相叠加形成经向度超过35个纬距的暖性闭合高压,即乌拉尔山阻塞高压。随着乌拉尔山阻高不断向东南方向衰退,脊前强的北风带推动西西伯利亚横槽转竖南压引导极地冷空气向南爆发造成新疆大范围的寒潮天气。寒潮天气入侵新疆前后海平面气压中心强度分别为1047.5hPa和1071hPa。强的冷平流是气温骤降的主要原因。中高层偏西急流与近地面风场辐合形成的垂直环流为降雪提供必要的动力条件。降雪过程中,南北疆中低层增湿明显。北疆降雪水汽来源于咸海和巴湖,寒潮爆发后降雪成因归结于强的冷平流在动力作用下的冷凝降雪。数值预报性能检验来看,500hPa高度场预报ECWMF较T639精准且稳定性高,气压场和850hPa温度场预报T639优于ECWMF。     

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。     

延伸期天气过程预报的一种新方法——低频天气图

本文主要介绍低频天气图延伸期预报方法。低频天气图是一种不同于统计学预报方法、数值预报方法和天气学预报方法的延伸期天气过程预报的新方法,可以用于延伸期(10～30 天)天气过程预报。低频天气图的技术要点是大气低频系统(低频气旋和低频反气旋)及其相应的低频气流。低频天气图的天气学意义是能反映造成天气过程的天气系统的生消、维持和移动及其大气环流演变过程。其优越性在于其特性:时间上的周期性(30～50 天)、持续性和空间上的连续性、相似性以及地域上的准定常性,预报天气系统相对容易且时效长。2008～2012 年在上海市气候中心业务应用的结果表明,可以提前15～45 天预报上海地区的强降水过程。     

2015/2016年冬季北极涛动异常活动及其对我国气温的影响

2015/2016年冬季,北极涛动(AO)季内变化特征明显。2015年12月,AO处在正位相,而到了2016年1月AO突然由正位相转为强负位相,导致极区冷空气南下,北半球和我国气温由暖转冷。AO由正位相转为负位相主要与北大西洋强风暴活动有关。2015年12月末,北大西洋上空有一气旋式强风暴出现,强风暴东侧西南气流将北大西洋上空大量的暖湿空气带向北极,导致北极气温迅速升高。北极气温迅速升高使得极区的位势高度场由偏低转为偏高,是导致AO由12月的正位相转为1月负位相的主要原因。     

南召县11月份48h寒潮预报指标

１　４８ｈ寒潮标准４８ｈ日平均气温下降值≥１０．０℃且最低气温≤４．０℃。２　预报指标１９５９～１９９６年３７年中南召县１１月份达到４８ｈ寒潮标准的有８次。根据这８次寒潮出现时的１４时本站压、温、湿曲线图特征及地面天气图上冷空气路径和冷锋位置,确定如下预报指标：①１４时地面天气图上,冷空气从河套或其以东南下,冷锋位于大连、济南到合作一线。②１４时本站压、温、湿曲线图上,≥２天连续维持高温、高湿、低压型。Ｐ１４线从最低点上升、ｔ１４或ｅ１４线从最高点下降的第一天为起报日。同时满足以上两条标准,预报…