大气环流中期变化和寒潮中期过程的研究

寒潮中期预报理论和方法研究课题经过4年工作, 对冬半年大气环流变化进行了多方面的研究, 全面揭示了寒潮中期演变过程的能量学机制, 开始建立了具有一定生命力的十天左右寒潮中期预报方案。 对于指数循环、中期周期变化,从能量学诊断、数值试验、非线性动力学等方面进行了研究。 研究了定常波的维持和瞬变波的增衰。 定常波与瞬变波的相互作用, 波与波相互作用对阻塞高压的形成和崩溃的影响, 以及对极涡分裂和重建的影响。 寒潮中期过程由倒Ω流型开始并持能量聚集于中纬度, 通过斜压作用、波与波相互作用等, 最后导致东亚寒潮爆发。     

1951—2006年期间我国寒潮活动特征分析

利用中央气象台1951—2006年共56年冬半年(9月至次年5月)的冷空气天气过程资料、NCEP/NCAR逐日再分析海平面气压、500 hPa高度场和850 hPa气温等资料,统计分析了我国寒潮若干气候特征和寒潮中期过程的物理量场特征,并引入聚类方法划分寒潮典型物理过程。结果表明:(1)1951—2006年期间我国寒潮强冷空气逐年的活动频次呈明显下降趋势。功率谱周期分析表明,我国强冷空气活动有多年代际的变化周期。秋、冬、春季节是寒潮易发时节。(2)对我国寒潮天气过程特征物理量统计得到了一些表征寒潮天气特征量的阈值。寒潮冷高压强度有较明显的季节性变化特征,其源地大多可追溯到亚欧大陆北端极地,寒潮冷高压受山脉阻挡,在西伯利亚增强后最常以西北路径爆发南下,是我国寒潮最常见的路径。(3)乌拉尔山阻塞形势的崩溃与寒潮爆发密切相关;西风环流指数在寒潮爆发前6日前后至爆发后2日前后出现明显下降;在寒潮初始阶段,北半球高纬度以2波为主要特征,在寒潮爆发前,高纬度2波或3波为优势波的概率较大;北半球中纬度在寒潮中期过程主要为3波能量变化;北半球极涡面积迅速增大,与东亚"倒Ω流型"的建立紧密相关,是极地冷空气南下酝酿堆积的重要标志。     

“96·2”广西寒潮中期分析和预报

1寒潮酝酿到爆发阶段的波谱特征“96·2”寒潮爆发前7～9天中纬度（40°N）以超长波1波为优势波，前4～6天为3波占优势，前1～3天转为长波5波占优势，同时，5波振幅持续增幅，长波增幅引起环流形势调整，这是寒潮爆发前出现的脉冲波（或称爆发波）。17～19日寒潮爆发时，能量迅速释放，长波优势又转为超长波优势（3波发展），完成了一次优势波的转换过程。对应到逐日降温情况来看，17～19日广西区各地降温幅度最大，这是长波能量释放的结果。2数值预报产品泽用2．1数值预报产品提供的中期预报信息综合分析ECMWF2月13日96小时资料，得到一…     

镇江市寒潮特征分析及中、短期预报模型

对镇江地区1980-2010年寒潮天气过程及相关物理量统计分析结果表明:寒潮强度与范围成正比,强寒潮和特强寒潮只发生在镇江市4个基本观测站均达到寒潮标准的情况下。寒潮酝酿阶段500 h Pa超长波以波1、波2为主要波型,暴发阶段波3为主要波型。冷空气影响镇江前,500 h Pa纬向平均有效位能有2次能量积聚过程,纬向平均动能在25-45°N内加强,西风指数在35-55°N内出现≥30 m·s~(-1)的峰值。寒潮强度越强,冷空气影响前1~3天500 h Pa寒潮关键区温度和位势高度越低。冷空气影响前后,镇江站最低气温、最低地温、平均气压和850h Pa温度的降(增)幅均随时效增长而增大。利用超长波、纬向平均有效位能、纬向平均动能及西风指数的中期变化结果,通过权重法建立寒潮中期预报模型;利用"CMA最新寒潮等级方法"的判别标准,确定寒潮发生具体日期;根据500 h Pa寒潮关键区温度、位势高度,镇江850 h Pa温度、日最低气温、地表温度的短期变化情况,建立寒潮短期强度等级预报模型。建立的寒潮中、短期预报模型,对2011-2016年镇江出现的15次寒潮过程全部报出,并报准5次强寒潮中的4次寒潮强度等级。     

寒潮的波谱分型和预报

根据1971—1981年11个冬半年北半球500毫巴20—80°N纬圈谐波分析资料,以振幅和位相作为表征大型环流的基本参数, 对影响我国的57次寒潮中期过程进行归纳分型。结果表明, 将近一半的寒潮酝酿阶段是以2波占显著优势, 约四分之一是以l波占优势。寒潮的爆发主要出现在3波或4波剧烈增幅的形势下。 2波转3波或4波是最主要的寒潮波谱型,其次是1波转2波或3波。通过业务实例看出,充分利用数值预报资料,结合寒潮过程的波谱概念模式,可以在较为客观的基础上有效地提高寒潮中期预报的准确率。     

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。     

(四)中期天气过程预报(续)

寒潮是我国冬半年一种主要的灾害性天气,寒潮爆发时天气出现急剧变化,气象服务工作中迫切需要准确的寒潮中期预报。寒潮天气过程的一个重要特征,是它与大型环流的急剧变化有关,特别是同西风指数及长波、超长波的变化有密切联系。因此,要做好寒潮中期预报,很关键的一步就是要掌握好与指数循环相联系的大型环流变化过程,尤其是要做好长波、超长波突变的预报。关于这方面的问题,在第三讲中已有所讨论。这里,仅就寒潮中期过程及预报方法,作进一步的讨论。     

不同纬度大气谐波的相互作用和寒潮天气

通过利用500毫巴波谱资料及超长波、长波合成波资料,分析了1980年3月21—27日我国江南地区一次寒潮天气的波谱演变过程。结果表明:这是一次北半球中高纬波数为3的超长波的急速增幅过程,而3波的发展主要是极区1波向南活动的影响。在寒潮后期连阴雨持续期间,中纬度以2波占优势;同时在低纬地区维持5波流型,形成高原南支西风波槽稳定的背景。 中高纬和极区超长波变化 分析这次大尺度环流过程,可以看出超长波的相互作用不仅发生在同一纬度带内,而且与不同纬度带间波动能量的侧向交换有密切关系,这种作用造成这次超长波形势的转换和调整,引起寒潮的爆发。下面将重点讨论1980年3月中、下旬超长波的波谱演变过     

球谐函数展开在寒潮中期预报上的应用

寒潮天气过程的中期预报首先要着眼于大尺度环流系统的演变。本文对一九七六年十二月一次属于绕极涡旋断裂、横糟转向类型的寒潮过程,应用富氏谐波、球面谐波函数展开的方法,研究了北半球100毫巴上超长波各分波振幅的时变特征,和超长波的调整过程。并就100毫巴超长波活动与500毫巴的环流调整相此较,得到了一些有意义的结果。可供实际寒潮中期预报业务参考。     

1981年2月平流层爆发性增暖的能量分析

平流层重要变化之一是冬季出现爆发性增暖,这种现象几乎每年都有发生,只是强度不同。本文用“寒潮中期预报理论和方法研究”课题组对波域能量方程的计算方法和结果,用纬向平均地转风、温度、波数域能量方程的一些项,分析了这些物理量对1981年2月中旬一次弱平流层爆发性增暖形成、维持所起的作用,发现2波动能的猛增对增暖有启动作用,1波的动能有维持增暖的作用;对1波和2波动能贡献最大的是BWZ项,次为L1项。     

强厄尔尼诺事件下2016年1月中国南方超级寒潮的动力学机制:瞬变波对大气长波异常的调制

本文采用Plumb三维波活动通量和局地Eliassen-Palm通量诊断方法,利用欧洲中期天气预报中心的逐日再分析资料ERA-Interim,分析了超强厄尔尼诺背景下2016年1月下旬中国南方超级寒潮的动力学机制：瞬变波对大气长波异常的调制。前期2015年12月的北大西洋海表热通量正异常,有助于后期大西洋阻塞形势的维持。大气长波能量沿大圆路径从大西洋阻高经乌拉尔地区向东亚中低纬度传播并在此辐合,导致了乌拉尔阻高和华北横槽的经向结构,更多强冷空气聚集在异常偏南的纬向槽线附近。寒潮爆发前夕,2支瞬变波列活跃在亚欧大陆。北支瞬变波列调制了北方的大气长波,使横槽转竖;南支瞬变波列协同调控了南方的大气长波,使南支印缅槽减弱;两者共同作用,促使冷平流大举南下,直达华南沿海,南方寒潮发生。     

寒潮中期预报方案

近四年来,寒潮中期预报理论和方法研究课题组,根据半球大气环流变化特征,分析了寒潮中期天气过程的大量事实; 以大气环流动力学观点,着重研究了寒潮中期物理过程和冬半年大气环流的中期变化机制, 并提出了时效为15天左右的寒潮中期预报综合方案。这个方案包括:物理-统计法、天气-统计法、数值预报产品和寒潮过程模型相结合的方法。前者为10—15天的主要预报方法,后者为3—5天的主要预报方法,天气-统计法是6—10天的主要预报方法。     

寒潮中期预报研究进展

寒潮中期预报,是有关国民经济建设的重要课题。近两年来,本课题组主要从事了三个方面的工作:(1)寒潮中期过程和大气环流中期变化的机制研究;(2)寒潮中期数值预报和大气环流中期变化的数值试验;(3)寒潮(低温)中期预报方法的研究。主要力量集中在机制研究上,其他两个方面分散进行。现将这三个方面工作进行初步总结。 1.中期过程的物理机制研究天气实践已积累了不少关于寒潮中期天气过程     

四川盆地中期寒潮预报概念模型及自动预报系统研究

从影响气温变化的物理过程入手，针对中期寒潮天气的预报对象，分析与其物理过程有关的天气学因子的变化规律，建立四川盆地中期寒潮预报的概念模型，利用数值预报产品，建立冬半年寒潮自动预报系统，该系统不仅能准确预报寒潮或强冷空气侵袭盆地的开始时间，还能较准确地提供过程降温幅度预报。     

南方强寒潮低温的分析和预报

本文分析了35年来影响南方的强寒潮低温过程, 指出: 南方强寒潮是在北半球中纬度波教为2的背景下产生, 冷空气由偏东路径南侵,形成边界层内浅薄冷垫,扰动在冷垫上发展,在中层水汽通量最大区发生大雪,冰雪覆盖后的持续降雪造成了低温天气。文中讨论了强寒潮低温和一般寒潮的区别, 指出偏东强锋区的建立和维持对低温形成的作用, 它的建立与中纬度3波的关系最密切。 文章还讨论了数值预报产品的应用, 并由此制定了PPM中期预报方案, 在实(?)预报应用中效果较好。     

1978年10月份寒潮前后的正压能量转换与季节过渡

以1978年10月下旬东亚寒潮为例,研究寒潮前后一段时期的波谱域正压能量转换关系的变化。发现这次寒潮前后正压能量关系发生了突变。具体表现在:(1)盛行波动由长波转变为超长波;(2)正压能量转换关系由以长波段为主转变为以超长波为主;(3)2波,从作为其他波的动能源来看,发生了根本变化。这些突变具有季节性变化的特点。     

谐波分析在中期MOS预报中的应用

一、前言中期天气预报的对象是如连阴雨、寒潮等中期时空尺度的天气过程,这些过程与行星尺度环流系统或一群天气尺度系统变化密切相关。大气长波的发展与消亡是中期天气演变的最基本过程,而超长波的活动则构成了中期环流形势演变的背景。随着中期数值预报的进展,其输出产品给中期MOS预报提供了预报信息。目前,欧州中     

一次寒潮天气综合诊断

对 1999年 4月 2 1～ 2 6日出现在我国西北地区的一次区域性强寒潮过程 ,从天气事实、天气成因及动力诊断等方面进行了分析探讨。结果表明 ,环流经纬向型的调整是寒潮酝酿和爆发的直接原因。上游美洲大槽加深造成的下传波能为寒潮酝酿提供了能量基础 ,西风急流的南北大幅摆动使高度槽加深和高空锋区增强 ,这二者是寒潮生成的间接原因。冷气团中存在的上升运动 ,使冷空气影响的范围和强度增大。另外 ,伴随寒潮出现的强降温、大风、沙尘暴等其他天气现象与前期西北区上空大气普遍增温密切相关     

寒潮中期预报的试验研究

对寒潮这种大范围灾害性天气,目前尚无成熟的5—10天的中期预报方法。我们的工作是试图从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、行星锋区和急流的变化及其相互作用上寻找发生寒潮的环流形势,并制定对这种形势的中期预报方法。     

寒潮的气候演变特征和中短期预报方法

利用１９５４￣１９９３年气象资料,在分析商丘市寒潮暴发前和暴发时的不流动态演变的基础上,建立了中期寒潮预报动态模式,并利用ＥＣ格点资料制作１￣６天的寒潮过程预报。