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。     

我国南方持续性低温与东亚冬季风“北弱南强”模态的关系

本文研究了南方持续性低温事件的环流特征,并讨论了它与冬季风南北反相模态的关系。南方持续性低温过程与寒潮过程不同。与寒潮过程相比,南方低温事件持续时间较长,发生频率较低。寒潮过程中,中高纬度环流以波列状槽脊形势为主。而南方低温事件中,中高纬度以大型斜脊斜槽为主要影响系统。大型斜脊斜槽导致冷空气主要以西方路径为主,中纬度为平直气流所控制。东亚大槽向北收缩,日本南部地区为正高度距平控制,它对冷空气东移起了阻挡作用,使得南方地区长期处于冷空气控制,造成极端低温主要出现在黄河以南地区。同时,活跃的南支扰动也显著影响南方持续性低温的发生。东亚冬季风通常被视为一个整体。近年来的研究指出,除了南北一致变化模态,冬季风还存在南北反相变化模态。在南方持续性低温事件中,地表风场距平表现出南北变化反相的特征,即北方为偏南风距平控制,南方为偏北风距平控制。这与冬季风分布的南北反相变化的特征相一致。这种类型与北风相联系的南方降温并不是由高纬度强冷空气南下造成的。个例分析的结果也验证了上述结果。     

2008年初湖北省低温雨雪冰冻天气温度平流配置分析

利用NCEP／NCAR再分析资料,对2008年1月11日-2月1日湖北省低温雨雪冰冻过程进行温度平流空间分布诊断分析。结果表明：低温雨雪冰冻期间,湖北省近地层不断有弱冷空气补充和渗透;中层暖平流、低层冷垫和南方沿冷垫向上爬升的暖空气是湖北省降雪最基本的条件,而湖北省东部出现强降雪的另一个更重要的原因就是低层偏东回流带来的暖平流;当冷空气充斥湖北省上空整层大气时,则预示雨雪将减弱停止。     

一次寒潮中期过程的能量学分析

本文利用波数域能量方程,诊断分析1986年2月下旬—3月初在福建出现的一次强寒潮中期天气过程,揭示了过程的能量学特征;并分析不同纬带间长波、超长波的相互作用与寒潮中期过程的关系,为预报南方寒潮提供一些线索和依据。     

1996年冬季一次南方低温事件的低频特征分析及诊断

加强大气季节内振荡研究是发展延伸期预报能力的关键之一。研究表明低温形成与冬季风和冷空气的季节内振荡有密切联系。因此,本文利用192站日最低温度观测资料和ERA-Interim再分析环流资料,讨论了偏东路径南下冷空气造成的南方低温事件中准双周振荡特征及低频环流特征,并进行热力学诊断,希望提高对中高纬度地区持续性低温事件中低频信号的认识。结果显示:我国南方地区最低温度存在显著的10~20 d振荡周期,低温事件伴随低频振荡的加强而发生。1996年2月17~24日低温过程前后的低频环流场分析表明,西伯利亚及东亚上空的异常高/低压是影响我国大部分地区冬季温度的关键区,系统沿西北-东南向低频波列向下游移动,东移特征在中纬度带最明显,异常偏北风引导高纬冷空气向南推进是低温事件爆发的根本原因。垂直结构上,内陆以正压性为主,东亚沿岸表现出斜压性。热力学诊断发现温度局地变化主要受平流项和非绝热项作用,冷平流是维持低温过程的关键。     

大风和寒潮物理成因及短期预报方法的一些探索

本文通过分析和总结,指出:大风多数是高空系统造成地面强辐合或强辐散时出现的;寒潮降温则是近地层冷平流、当天与次日云量和降水等因素综合作用形成的。由此推导出大风和寒潮强度的预报公式以及介绍了它在预报中实际应用的一些问题。     

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。     

“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…     

1993年3月中旬四川盆地寒潮低温天气成因分析

通过对５００ｈＰａ大气环流形势演变以及九点平滑滤波后长波特征和短波活动的分析，认为造成此次寒潮的冷空气主力来自东路回流。雅库茨克一带近东──西向高压坝的建立和稳定，东亚横槽的加强、西伸和南压，８５０ｈＰａ华北冷高压及其前部偏东北风强风轴的南压西进是预报这是寒潮的关键。伴随寒潮而发生的持续的低温天气是在原有冷空气的基础上又有新的冷空气入侵补充的结果。南支长波槽在孟湾一带的建立和稳定以及短波扰动不断地分裂东移亦是此次寒潮低温发生的重要原因。文中还讨论了ＥＣＭＦ产品的运用，提出了寒潮低温的预报着眼点。     

2005年3月一次寒潮天气过程的诊断分析

利用NECP1°×1°的6小时分析资料和常规观测等资料,对2005年3月10~13日一次全国性寒潮天气过程的环流背景、影响天气系统及成因进行了分析。结果表明:这次寒潮及寒潮天气主要成因是(1)西欧上空500hPa强暖平流致使在西伯利亚地区形成阻塞高压,建立横槽,横槽北侧的东北气流引导超极地冷空气和西路冷空气合并加强;形成了异常强的冷高压、锋区、冷温度中心和冷温度平流。(2)两个短波槽东移侵入阻塞高压,使得横槽两次建立和转为竖槽,导致强冷空气大举南侵。(3)寒潮带来大范围强降温、700hPa西南急流与冷空气交汇、1000hPa以上层气温在0℃以下的垂直分布,为南方大到暴雪提供了动力、水汽和凝结的温度条件。     

寒潮、大风天气的研究重点

根据近期召开的寒潮、大风预报科研协作会议的讨论,关于我国寒潮、大风的研究,将整编寒潮年鉴,进行关于寒潮、大风的短期、中期与长期预报方法的探讨,诸如不稳定小槽的发展、高空稳定性高压脊和阻塞高压问题、横槽型寒潮、寒潮的数值预报、单站寒潮预报方法,以及低温的中、长期预报方法与霜冻的中、短期预报方法等重点内容。     

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。     

湖南省历史罕见的一次低温雨雪冰冻灾害天气分析

在欧亚大陆中高纬度稳定维持阻塞形势的环流背景下,2008年1月10日-2月2 日中同南方地区连续经历了4次历史罕见的大范围低温雨雪冰冻天气过程.应用多种常规、非常规观测资料及NCEP再分析资料,在对该过程的大尺度环流及水汽输送特征进行诊断分析的基础上,细致分析了受灾最为严重的湖南省冰冻分布地域特征、多种气象因子及特殊地形对冰冻强度的影响,并对造成降水性质差异及强冰冻的成因进行了探讨.结果表明:中高纬阻塞高压、西太平洋副高及南支槽是造成此次持续性雨雪天气的主要影响系统,持续而强盛的水汽输送对雨雪冰冻的强度和范围起重要作用;冰冻形成与增长是多种气象因子综合影响的结果.地面日平均温度、700 hPa风向风速、逆温强度及冷垫厚度对冰冻强度预报有很好的指示意义.当冰冻形成条件具备后,融化层及冷垫越深厚、地面日平均气温越低则冰冻发展越显著.若700 hPa维持强盛的西南急流、850 hPa持续偏东北风时,最有助于逆温加强,冷垫增厚.强冰冻的预报着眼点应关注700 hPa附近的剧烈增温、增湿及850 hPa以下的强降温;近地面层丰富的过冷水滴和叠置于深厚冷气层之上的暖性"逆温层"的建立和维持是大范围强冰冻天气产生的一个重要原因;此外,湖南特殊的地理位置及复杂的地形地貌特征对冰冻的持续和发展有较大影响.     

2011年4月2日卢氏县寒潮天气成因分析

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,对2011年3月31日-4月2日卢氏县出现的寒潮天气过程进行分析,结果表明：本次寒潮属小槽东移发展型。500hPa图上,新地岛附近的冷中心低于-40℃,温度槽落后于高度槽,南、北槽同位相合并加强使不稳定小槽发展成东亚大槽;位于河套的暖倒槽和江淮气旋的形成,有利于寒潮冷锋加速南下;强盛的冷平流和地面前期暖倒槽,为强降温提供了有利的温度条件。单站气象要素对寒潮反映较好,不论是气压、气温及其距平的变化,还是过程前气温回升,都是寒潮预报的重要指标。EC850hPa温度场的预报,对判断能否产生寒潮天气有很好的指示作用。850hPa强冷平流,是产生寒潮天气的主要原因。     

数值模式对2016年1月世纪寒潮过程的预报能力检验

对比检验了ECMWF和T639对2016年1月23—24日强寒潮天气过程的中期预报能力,表明ECMWF和T639 216h时效500hPa高度场的预报能刻画出西高东低的环流形势,ECMWF预报比实况偏晚,高低压中心比实况偏弱,T639预报比实况偏快,低压中心值比实况偏强,96h时效的高度场预报均基本接近实况。ECMWF 168h时效850hPa冷中心强度、气温梯度与实况相等,冷中心比实况偏东5个经度,T639 144h时效气温梯度比实况偏小,冷中心比实况偏东5个经度,48h时效的预报均与实况非常接近,等温线重合度很高。ECMWF 192h时效的海平面气压场冷高压中心位置及中心强度与实况一致,只是1060hPa及以上的区域比实况偏小。T639 192h时效的海平面气压场冷高压中心比实况偏南7个纬度,中心强度比实况偏强2.5 hPa,等压线走向及梯度与实况类似。24h内短期时效对比检验T639、ECMWF、山东WRF确定性预报（EnWRF）、WRF集合不同分位数的最低气温、最大风力和降水预报可知,WRF集合最小值预报最低气温评分最高,WRF集合较大值对大风力的预报准确率最高,Japan模式对降水落区预报较好,EnWRF很好地预报了较强降水区域,T639和ECMWF细网格对2mm降雪量预报效果较好。     

500毫巴亚洲L流型与南方寒潮

对于大气环流形势与寒潮的关系,不少气象工作者作过深入研究,得出了很多重要结论。如“寒潮中期天气过程以两大洋脊发展为开端,以东亚大槽重建为告终。”“影响全国最严重的寒潮,大多数是在500mb倒Ω型下发生的”等。这些结论,对实际工作有很好的指导意义。 本文对南方寒潮进行了普查分析,得到:大多数强的南方寒潮是在500毫巴亚洲L流型下发生的。以广西为例,73.3％的广西全区性强寒潮发生于亚洲L流型。在南方寒潮集中出现(占96.5％)的12月-2月,出现亚洲L流型后3-6天,广西出现寒潮的机率为66.6％。因此,研究亚洲L流型与南方寒潮的关系,对于做好南方寒潮预报是有意义的。     

晚秋寒潮的预报

晚秋寒潮对农业生产危害很大,而强寒潮伴随的偏北大风和低温天气影响尤为严重。如一九六八年十一月七～九日的强寒潮天气过程,24小时降温16.4℃,48小时降温20.7℃,出现了-8.4℃的低温,冻坏了绝大部分蔬菜,致使市场紧张,损失很大。因而,探讨晚秋寒潮的气候规律,总结预报方法是非常必要的。     

能谱分析在暴雨中期预报中的应用

本文分析了我省暴雨天气发生前期５００ｈＰａ扰动动能、角动量输送谱的演变特征，指出暴雨天气发生前扰动动能在长波（４～６波）有一高能中心形成，而角动量输送在中纬度有强烈的辐合中心，并建立了暴雨天气的中期能谱预报模型。     

天津地区一次回流降雪过程结构特征及发生机理分析

本文利用常规气象观测资料、美国国家环境预报中心再分析资料(NCEP)、天津铁塔、风廓线雷达及微波辐射计探测资料,对2014年2月6—7日渤海西岸天津滨海国际机场一次回流降雪过程的结构特征和发生机理进行了分析,重点讨论了此次回流降雪过程中两个降雪阶段边界层东风的性质和作用及上升运动的形成机制。结果表明:天津地区此次回流降雪过程可分为两个阶段,第一阶段降雪为2014年2月6日15:06—19:00,第二阶段降雪为7日凌晨00:25—15:46。2月6日降雪是发生在回流形势建立初期的弱降雪过程,低层的弱东风将海面上充沛的水汽输送至天津地区,同时配合偏东气流中的中尺度扰动,在2.0 km以下形成浅薄的辐合上升运动。2月7日降雪是中层的西来槽和低层冷空气共同作用的结果,以偏东路径南下的冷空气本来是较干的,由于经过渤海湾,使贴近海面(约600 m以下)的大气湿度明显增加,因此影响天津地区的偏东风为湿冷的,并在边界层内形成了一个明显的冷垫,当500 h Pa高空槽移至天津地区时与边界层偏东风形成的冷垫相遇,暖湿空气沿冷垫爬升促进了上升运动的发展,同时槽前的西南气流也起到输送水汽的作用。     

内蒙古寒潮客观预报方法研究

通过一次典型强寒潮天气过程的动力诊断分析 ,提出了有价值的寒潮预报着眼点 ,并应用 T10 6数值预报产品对预报因子作了定量分析 ,在此基础上建立了基于 T10 6数值预报产品的 PP预报方程。在 1999年 11月 2 4、2 5日的试报中 ,10℃降温 TS达到 0 .70 ,业务应用中预报效果很好。