天气学原理和方法--第6章--赵勇--整理模板

第六章寒潮天气过程

第一节

1、寒潮天气过程是一种大规模的冷空气活动过程。寒潮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。

2、中央气象台的寒潮标准规定，以过程降温与温度负距平相结合来划定冷空气活动强度。过程降温是指冷空气影响过程的始末，日平均气温的最高值与及最低值之差。而温度负距平是指冷空气影响过程中最低日平均气温与该日所在旬的多年旬平均气温之差。

3、过程降温(℃)温度负距平绝对值(℃)冷空气强度等级

≥10 ≥5 寒潮

8—9 4 强冷空气

5—7 ≦3 一般冷空气

4、寒潮出现的时间，最早开始于9月下旬，结束最晚是第2年5月。春季的3月和秋天10—11月是寒潮和强冷空气活动最频繁的季节，也是寒潮和强冷空气对生产活动可能造成危害最重的时期。

5、影响我国的冷空气的源地：第一个是在新地岛以西的洋面上，冷空气经巴伦支海、苏联欧洲地区进入我国。它出现的次数最多，达到寒潮强度也最多。第二个是在新地岛以东的洋面上，冷空气大多数经喀拉海、太梅尔半岛、苏联地区进入我国。它的出现次数虽少，但是气温低，可达到寒潮强度。第三个是在冰岛以南的洋而上，冷空气经苏联欧洲南部或地中海、黑海、里海进入我国。它出现的次数较多，但是温度不很低，一般达不到寒潮强度。

6、西伯利亚中部(70。—90。E，43。—65。N)地区称为寒潮关键区。冷空气从关键区入侵我国有四条路径：①西北路(中路)②西路③东路④东路加西路。

第二节

1、极涡的移动路径主要有三种类型：①经向性运动②纬向性移动③转游性运动。

2、根据极涡中心的分布特点，按100百帕的环流分为四种类型：①绕极型，②偏心型，③偶极型，④多极型。这四种极涡型在冬半年各月分布的频率并不相同，绕极型在10月份占绝对优势，频率占50％，11—12月偶极型频率占40—50％，到1—2月偶极型频率接近60％，其平均持续也最久可达11.8天。

3、中央气象局科学研究所普查了1962—1971年的历史天气图，发现所有中等以上强度的大范围持续低温都是出现在北半球对流层中、上部。

4、极地高压的定义为：①500百帕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；②暖性高压主体在70。N以北；④高压维持在3天以上。

5、极地高压是一个深厚的暖性高压，由于极高形成，使极圈的温度场变成南冷北暖。

6、寒潮地面高压大多数属于热力不对称的系统，高压的前部有强冷乎流；后部则为暖平流，中心区温度平流趋近于零，它是热力和动力共同作用形成的。

7、冷锋的移动方向与寒潮地面高压的路径有密切关系，与锋前的气压系统和地形也有关；与引导冷空气南下寒潮冷锋后的垂直于锋的高空气流分量有关，这种气流常称为引导气流。引导气流的经向度又取决于与冷空气活动有关的高空槽（常称为引导槽）和该槽后的脊。引导槽后的脊也发展，引导槽加深，锋后气流经向度加大，有利于寒潮冷锋南下。

第三节

1、根据80年代我国的研究认为寒潮中期过程有三大类，其中主要的一类是倒?流型，另一类是极涡偏心型，还有一类是大型槽脊东移型。绍10年统计，全国性寒潮70—80％属于倒?流型，这种流型的演变特点可分为三个阶段：①初始阶段②酝酿阶段③爆发阶段。

2、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，一般周期2—3周。

3、东亚倒?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健系统。追溯它的发展过程可分为以下三种类型：①补充型②叠加型③结合型。

4、寒潮中期预报的关键系统应是两个大洋上的暖性高压脊。

5、根据多年的实践和研究，目前，比较普遍把我国的寒潮的中短期的天气形势归纳为三个大类型，即小槽发展型、横槽型和低槽东移型。

6、小槽发展型实质是通过不稳定的小槽小脊发展，把从大西洋到东西伯利亚的大倒?流型，演变为东亚倒?流型的过程，这个过程约

5—6天。从预报角度看，当大?流型出现之后，要注意分析小脊小槽的温压场结构是否能获发展，有时小脊的发展比小槽更显著，所以也有预报员把这种演变过程称为里海中亚长脊—脊前不稳定小槽发展。该类寒潮的强冷空气取西北—东南路径侵袭我国。

7、东亚倒?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。冷空气向南爆发的过程主要有以下三种不同情况：①横槽转竖②低层变形场作用③横槽旋转南下。

8、横槽转竖前常有以下几点特征：

①温压场结构方面如果横槽的温压场配置使槽线或槽后有冷平流或无乎流，则横槽稳定。如果冷舌或冷中心超前于横槽(注意有时可能在500百帕上表现不明显，而在700百帕或860百帕上更要清楚些)，负变高也移到槽前，横槽后面转为暖平流并有明显正变高，变高梯度指向东南或南，则横槽转竖或南压。

②风场转变方面如横槽后面的东北风逆转为北风或西北风，横槽将转竖，偏西北风愈大对横槽转竖或南压愈有利。

③阻塞高压是否崩溃或不连续后退方面如阻塞高压崩溃则横槽转竖或南压；在阻塞高压不连续后退的过程之中，横槽也会转竖或南压。

④长波调整方面如上下游的长波调整可使横糟转竖或南压。

9、各类寒潮天气过程的不同点

⑴冷空气源地不同：有的来白欧亚大陆北面的寒冷海样(白海、巴伦支海、喀拉海、新西伯利亚海)；有的来自欧亚太陆。

⑵路径不同：冷空气从国外移到我国来时，路径可分为四条①西北路径，冷空气自新地岛以西的白海、巴伦支海经西部西伯利亚、蒙古进入我国；②北方路径，冷空气自新地岛以东喀拉海或新西伯利亚海进入亚洲北部，自北向南经蒙古进入我国；⑥西方路径，冷空气在50。N以南欧亚太陆自西而东经我国新疆、蒙古影响我国东部；④东北路径，冷空气自鄂霍次克海或西伯利亚东部向西南影响我国东北。以上前三条路径较常见，而最后一条路径次数较少，强度一般也不大。

⑶冷高压南下形式不同：①完整的冷高压有规律地向东移动来。⑨冷高压分裂南下。冬半年冷高压经常是以其母体中心留在蒙古，而从中分裂出一个高压南下，再东移入海。⑧冷高压补充南下。有时从高压母体中分裂南下了一个高压中心后，不久还可从高压母体中再分裂出一个高压中心南下，高压前有明显的副冷锋，后一个分裂南下的冷高压就称为补充南下的冷高压。④冷空气扩散南下。冷空气逐渐向南扩展南下，因它与前面冷空气的性质差异不大，故无明显副冷锋。当冷空气活动不强时很容易出现这种情况。

(4)促使寒潮爆发的流场不同：小槽发展型的寒潮爆发时的流场，多数是在乌拉尔山地区有反气旋或高压脊发展，脊前有一不稳定小槽不断地发展东移，最后变为东亚大槽，槽后西北气流引导寒潮爆发。“横槽转竖型”主要是乌拉尔山附近的阻塞高压崩溃或不连续后退过程中，横槽转竖，引导寒潮爆发。“低槽东移型”是由于暖脊东移至中亚发展，而冷槽过了阿尔泰山、萨彦岭仍加深东移，引导冷空气侵入我国。以上三种类型寒潮天气过程都与北半球长波调整，东亚大

槽破坏重建联系在一起的。“变形场锋生型”与“低槽旋转型”则是在欧亚大陆环流形势维持稳定少变的前提下，前者是借一个个小槽快速东移使锋区缓慢南下，导致冷空气向南爆发低空变形场锋生又使冷空气加速南下。旋转的低槽与南支槽同位相地叠加，引起我国上空经向环流加强，引导北方强冷空气深入南方，造成全国性寒潮。

第四节

1、乌拉尔山地区高压脊发展是寒潮中短期过程的关键系统。而五天以上的寒溯中期过程的关键系统则应是北大西洋和北太平洋的高压脊。寒潮的中期过程是以两个大洋脊的发展为开始，而以东亚大槽重建为结束。

2、在寒潮分析和预报时，应特别注意300百帕槽后偏北急流中急流中心(或称急流核)的存在及其活动对冷空气堆强度变化的作用。

第五节

1、寒潮预报应包括：寒潮的强冷空气堆积预报；寒潮的爆发预报；寒潮的路径与强度预报和寒潮天气预报等四个问题。

2、强冷空气在西伯利亚、蒙古堆积是寒潮爆发的必要条件。一般根据各层天气图上冷中心(或冷舌)及地面图上冷高压的配合情况，可以判断有无强冷空气堆积。

3、要预报初始时表现为弱小的冷空气以后是否会堆积成为强冷空气，可以从下述四个方面着手：

(1)与冷舌相配合的小槽是否属于不稳定小槽。

(2)冷空气在东移过程中有无来自不同方向的新冷空气补充或合并加

强。

(3)高空的极涡是否分裂南下到亚洲北部。

(4)冷舌中，有无产生绝热上升冷却的环流条件，若有正涡度平流，幅散有利上升产生绝热冷却，冷舌增强。

3、从三大类不同的寒潮天气过程可以概括地说明寒潮爆发时有两种不同环流系统：一种是不稳定的短波槽脊在移动过程中获得发展，变为长波，经向环流加强，引导冷空气南下。另一种是中高纬上空已经有稳定的准静止长波系统，由于上游有“赶槽”侵入稳定的长波系统内，使准静止长波遭受破坏，或与南支槽叠加使经向度加大，促使冷空气南下。

4、寒潮的爆发预报

⑴槽脊的发展预报

⑵脊的崩溃问题

⑶预报寒期爆发的其他经验

⑷超长波与东亚寒潮

⑸西风指数与寒潮

⑹长波脊前偏北急流带与寒沏爆发

⑺锋生与南方寒潮

⑴槽脊的发展预报

①地球温度平流和相对涡度平流对槽脊发展的影响。

位势倾向方程指出：南北走向的槽脊，地球涡度平流仅有使槽(脊)向西移动的作用；而对东西走向的横槽(脊)，槽(脊)前后南北向气流

符号相同，对槽脊的移动无明显作用；而在槽(脊)线上为偏北气流时，有正的地球涡度平流使槽加深(脊减弱)；反之，在槽(脊)线上为偏南气流时槽将减弱(脊加强)。对于短波而言相对涡度平流比地球涡度平流大得多，所以相对涡度平流对短波的发生、发展的作用也比地球涡度平流大得多。

在准地转假设条件下，相对祸度平流用下式表示：

在槽中，槽线前后若等高线沿气流方向疏散，即：

，则槽线上有正涡度平流，槽将加深；反之，若槽线前后等高线沿气流方向呈汇合，则槽线上有负涡度平流，槽将减弱。脊中

脊线前后等高线沿气流方向呈疏散，即，

则脊线上有负涡度平流，脊将加强；反之，若脊线前后等高线沿气流方向汇合，脊线上有正涡度平流，脊将减弱。

②冷、暖平流随高度变化对槽、脊发展的影响。

位势倾向方程指出，暖平流随高度减弱时，等压面高度将升高；冷平流随高度减弱，等压面高度将下降，在500百帕等压面上的低槽中，若下层有冷平流，冷平流随高度减弱，有利低槽加深；反之若冷平流随高度增强则有利低槽减弱。在高压脊中，若下层有暖平流，而且暖平流随高度减弱，则有利高压脊发展，反之，若高压脊中有冷平流随高度减弱，或暖平流随高度增强都将使高压脊减弱。

③从低槽与其他系统的关系来研究低槽的发展，可以从以下几个方面着手：

a.低槽发展与否，与槽后的高压脊发展密切相关，所以有许多气象台把预报寒潮爆发的着眼点放在与冷空气相联系低槽后部的高压脊。当脊的后部有强的暖平流或是有不同方向的暖平流加压区相叠加于脊附近，都会位高压脊发展。脊前偏北气流加大，影响低槽的温压场发生变化，槽后冷平流加强，有利于低槽发展。

b.低槽发展与否跟南、北两支波动是否同位相地叠加有关。与寒潮冷空气相伴随的低槽，一般是北支波动中的一个低槽。当北支槽在东移过程中，若有南支波动同位相地叠加，则将使低槽加深。根论我国预报员经验，南支西风若于青藏高原至孟加拉湾为一个高压脊，东南沿海为一南支低槽，则有利于寒潮向南爆发并造成大风和降温天气。相反若南支西风波动位相与北支正好相反，孟加拉湾为低槽，东南沿海为高压铁脊，黄河以南为西南气流控制，则这种形势就不利于冷空气南下。若西南气流强盛则造成大范围连续阴雨、雪天气。

c.影响低槽发展的上下游效应：上(下)游效应是指上(下)游的形势或天气系统发生变化后对下(上)游天气系统的影响。所以预报一个低槽是否发展还应考虑上下游效应。

另外，还有一种情况是两个低涡打转，当前面一个低涡已移到东北地区或日本海附近，后面一个冷低涡还在贝加尔湖的西北方。两个低涡相对作反时针旋转，前者东移北缩，后者南下并带来一次冷空气。这种情况下的冷空气一般只能影响华北、东北，如没有南支波动同位相地叠加，很少能影响长江以南地区。

⑵脊的崩溃问题

当寒冷空气堆积不甚明显时，作寒潮预报应着重考虑有无不稳定槽、脊的发展。梢脊发展后就会引起寒冷空气堆积和加强并向南侵袭。但当寒冷空气在北方堆积得已很明显，而相应的环流形势是稳定长波系统(即大槽、大脊或阻塞系统)时，则预报寒潮的着眼点主要应放在长波槽的移动及长波脊的破坏与东移上。当乌拉尔山的长波脊受上游“赶槽”东移影响，使得长波脊后部的暖平流区东移并由冷平流区代替，也就是说，乌拉尔山的长波脊前及其下游的槽后出现暖平流，而乌拉尔山长波脊的后部转为冷平流，于是乌拉尔山长波脊减弱东移。它的下游长波槽也东移，我国广大地区将处于脊前西北气流的控制之下，原来堆积在槽后脊前的寒冷空气就会随着长波糟的东移，或南压或向南爆发。

⑶预报寒潮爆发的其他经验

a、高低空配合：多数寒潮爆发与北半球长波调整相联系，所以寒潮爆发预报主要应抓500百帕等压面图上环流形势的预报。但是有时仅仅着眼于500百帕环流形势预报也会使预报失败或预报时效过短。b．在贝加尔湖的锢囚气旋填塞之后，如果在蒙古有气旋发生发展，但不久又趋于减弱，而如在东海或日本海又有气旋强烈发展起来，那末这就成为寒期迅速南侵的预兆。

c．东北低压或江淮气旋的发展有利于冷空气加强南下。但要注意低压发展的地理位置和它的发展阶段。只有在我国东北境内发展的低压才能促使冷空气南下。但是东北低压若过分发展或者路径偏于黑龙江北部则东北低压的发展还可能引导冷空气主力向东，反而不利它的南

侵。如果气旋在蒙古已充分发展，移入东北地区将变为衰老气旋，这对冷空气南下也不起引导作用。

d．西北地区及长江流域一带，如果地面有倒槽强烈发展，往往是冷空气侵入这些地方的前兆。江南地区出现大幅度的气温正距平回暖效应，是南方寒潮形成前兆。

e．700百帕图上有西南低涡东移，并引起了江淮气旋发生且有所发展时，北方也将有冷空气南侵，而且能影响长江以南地区，这常是春季寒潮的征兆。

⑷超长波与东亚寒沏

据中央台统计60。N纬圈的超长波活动与东亚寒潮有如下关系：较强的2波持续发展有利于冷空气积蓄，在2波由准静止转为移动的过程常有寒潮发生；大型环流2波振幅衰减即能量衰减即能量输出，3波或4波获得显著发展时，寒潮爆发。

⑸西风指数与寒潮

分别对高、中、低纬度的西风指数进行分析得出，约在寒潮爆发前十天与东亚倒?流型相对应的东亚基本气流的西风指数具有以下三个特点：①60—700N有≥4米／秒的东风；②低纬度强西风减弱或消失，中纬度出现强西风区；③有最大值，同时也具备了正压不稳定的必要条件，西风急流先北跃后南退，呈大幅度摆动。以上三条如果只具备其中之一，则是一般冷空气。

⑹长波脊前偏北急流带与寒潮爆发

⑺锋生与南方寒潮

尽管南方寒潮冷锋形成有上述三种不同形式（南下锋生，补充南下，江南锋生），但其共同点都是在低层(850百帕或700百帕)要建立一个北风的强风带，寒潮前的回暖也是相当重要的作用。强北风带的建立主要有以下两种形式：

a．850百帕图上我国北方的高压脊南伸或一个正变高从我国西北向东南移，强北风带出现在脊前正变高区的前方，或在我国东部有倒槽或低压发展，建立“西高东低”天气形势。

b．500百帕图上，中亚或新疆有高压脊发展，与它们相联系在250—400N地区有小槽发展，槽前的下层等压面上有低压发展，槽后偏北气流引导低层高压南下，使400N以南地区低层(850百帕或700百帕)构成“西高东低”形势。强北风带就出现于850百帕等压面图上正、负变高区之间。

应当指出，新疆暖脊的脊前若形成一支西北急流，常常引导冷空气从1100E以东地区南下，造成350N以南广大地区的回流天气，是南方阴雨、大雷的有利形势，尤其当有南支槽配合，一方面南支槽槽前偏南气流输送暖湿空气，使锋前地区回暖，有利于加大降温幅度，另一方面南支槽造成降水，有利于锋后低温持续，有利冷锋锋区增强。总之，江南锋生或南下锋生过程都应着眼于低层辐合流场的建立和锋区两侧温度的非平流变化和平流变化。

5、寒潮的强度和路径预报

寒潮爆发南下时将具有的强度及将影响的地区（包括南下时所取的路径)，是寒潮预报的直要内容。

⑴寒潮强度的含义

实际工作中常从以下三个方面来说明寒潮的强度：

a．地面图上冷高压的强度。它包括冷高压的中心数值高低、范围大小及等压线密集的程度，但以中心数值高低为主。

b．高空图上冷中心的数值，高空锋区强度；冷区范围和冷平流强度。c．地面图上冷锋强度(温度水平梯度大小)；冷钱后降温程度；冷锋后变压中心强度，锋面附近其他气象要素和天气现象也可以间接说明寒潮强度，如锋后偏北风愈强，一般则意味寒潮愈强。

⑵寒潮路径的含义

寒潮路径一殷是以地面图上冷高压中心、高空图上冷中心(如改为厚度中心，则更好些)、地面图上冲锋、冷锋后24小时正变压、负变温的移动路径等来表示。日常工作中经常使用的是地面冷高压，24小时正变压和高空24小时负变温这三项中心的移动路径。

所以寒潮强度与路径的预报实质上是地面图上寒潮冷高压的强度与移动预报，高空图上引导寒潮南下的槽的强度与移动预报，寒潮冷锋的强度与移动的预报。

6、冬季，寒潮天气最突出的表现是大风和温度剧降。春秋季的寒潮一般带来大风和降温天气由它引起的终霜、初霜和霜冻对农业生产威肋很大。春季寒潮在北方常带来扬沙和沙暴。在长江流域以南常常伴有雨雪，有时还会出现雷暴与冰雹等灾害性天气。

8、寒潮天气预报的着眼点：a、寒潮的强度 b. 冷空气的路径及其对本地天气的影响 c.寒潮大风预报 d.寒潮降温预报e.霜与霜冻预报

f.寒露风及其预报

g.雨凇的预报

⑴寒潮的强度

一般情况是；寒潮强度越大，则风越大，降温越猛。

⑵冷空气的路径及其对本地天气的影响

对于每一个地区而言，其影响路径可以概括为四条，如路径不同，则带来的天气就有差异。

⑶寒潮大风预报

寒潮天气过程所伴随的天气主要是降水、大风和降温，而大风的破坏作用又居首位，其次才是降温。一般将平均风速达到6级(10．8—13.8米／秒)以上的风，称为大风。

①大风预报的物理基础

a.风与气压场的关系

b.摩擦作用对风的影响在陆地上因摩擦力较大，于是风向与等压线交角可达300—450，风速甚至只有地转风的一半。在海上因摩擦力较小，实际风接近地转风，约为地转风的三分之二，交角也只有150左右。根据经验，在同样气压梯度下，海面上风力可比陆地上大2—4级，江面和湖面上一般也比陆地大1—2级。

c.温度层结对风的影响摩擦层厚度约1500米左右。在摩擦层中，因摩擦随高度减小，所以风向作顺时针转变，而风速随高度增加。也就是说地面以上的风基本上按著名的埃克星螺线规律随高度变化。

d.气压场对风的影响

e.热力环流对风的影响

f.地形对风的影响

②冷锋后偏北大风的预报

冷锋后偏北大风预报从形势预报入手主要着眼于冷空气活动路径的高空和地面形势分型，结合冷空气活动强度表征的动力和热力学预报指标。也有的采用天气分型应用数理统计方法建立MOS预报方程或完全预报方程。

⑷寒潮降温预报

①温度平流对气温局地变化的影响

②垂直运动对气温局地变化的影响垂直运动对局地气温变化的影响，主要是通过垂直运动的方向、强度和大气的稳定度来实现的。当大气层结稳定即γd-γ＞0(未饱和空气)或γd＞γ(饱和空气)时，如有上升运动(ω＞0)，当地气温就将下降；而有下沉运动(ω＜0)就会引起局地气温上升。

③非绝热因子对气温局地变化的影响

⑸霜与霜冻预报

①当近地面的温度下降到0℃以下时，空气中的水汽在地面物体上凝结成白色的冰晶叫做霜，亦称为白霜。霜冻则是指地面(或叶面)的温度突然下降到农作物生长温度以下时，农作物遭受冻害的现象。各种农作物遭受冻害的温度指标是不同的，但大多数农作物当地面(或叶面)最低温度降到0℃以下时就要遭受冻害，所以中央气象台就把地面最低温度降到零度以下(包括零度)作为出现霜冻的标浓。出现霜冻时地面可以有白色的结晶物—即白霜，也可能没有白霜，无白霜出现

的霜冻亦称为黑霜。

②霜冻按其形成的原因可分为三种：平流霜冻、辐射霜冻、平流—辐射霜冻。

⑹寒露风及其预报

⑺雨凇的预报

①根据中央气象台分析雨凇发生时大范围天气形势主要特征是：亚洲中纬度500百帕大多数情况下为横槽，西风较强，西风带多小波动，小槽使冷空气分股南下。同时南支西风带孟加拉湾低槽较探，槽前有强劲的西南气流。高低空的冷、暖空气在我国上空交汇。地面气温一般在0—-5℃(其中以0—1℃出现雨凇的机率为最高)。地面风向多为N-NE。700百帕强劲西南风带来暖湿空气在江南700百帕图上温度可达4—6℃，长江以北700百帕暖空气温度略低，在0—4℃之间。中空的暖湿空气在低层冷空气垫上滑行，是出现雨凇天气非常有利的条件。

②雨凇发生时天气形势的三种类型，即先冷后暖的北方型，先暖后冷的南方型，先冷后暖转先暖后冷的全国型。