天气学(寒潮)_PKU

第三章寒潮和反气旋冷高压——斜压扰动的另一半寒潮天气和寒潮过程寒潮三度空间结构（锋面除外）寒潮路径和类型阻塞高压和切断低压上游效应和长波频散（尺度更大）实例1998年3月16~24日强风雪寒潮过程地面寒潮高压1067hPa源地：西伯利亚路径：西北，西方，极地演变过程：酝酿阶段，停滞阶段，爆发阶段高压的移速变化和分裂（新生）冷锋的走向和移速变化实例16日00时地面气压场及间隔12h的地面冷高压中心、强度（14日00时到19日12时）（：冷高压主体，O：分裂出来的高压中心，数字：高压中心数值，单位：hPa；粗线：冷锋）寒潮的爆发分裂南下寒潮过程特点地面强大的寒潮高压——蒙古高压高压中心最强可达1080hPa寒潮天气（灾害）17日到20日24小时变温（由弱到强，再由强到弱）过程降温：15℃~20℃；最低气温：21日~22日，长江中下游沿江地区的极端最低气温降至–1℃~–2℃，江南及华南北部地区也在4℃以下。寒潮大风：长江以北和江南中北部地区先后出现5~7级偏北风。平原、河谷和江湖海面风力达7~9级。降雪：华北南部、东北中南部和长江中下游沿江地区产生显著降雪等天气。牧区的黑灾和白灾100E110E120E30N40N-12-10-8-6-6-4-4-4-4-2-2-2-2-2-20000002222222244444466666666100E110E120E30N40N-10-10-10-8-8-8-8-6-6-6-6-4-4-4-4-2-2-2-2-2-20000000022222222222444446666100E110E120E30N40N-16-14-12-10-8-6-4-4-4-4-4-2-2-2-20000000002222222222224444444417日1218日0017日00100E110E120E30N40N-18-16-14-12-10-8-8-8-6-6-6-4-4-4-4-2-2-2-2000000022222222222444446666618日12100E110E120E30N40N-16-14-12-10-8-6-4-4-4-4-4-2-2-2-2-2-200000000022222222222224444446666819日00100E110E120E30N40N-16-16-14-14-12-12-12-12-12-10-10-10-8-8-6-6-4-4-2-2-2-20000000000222244444466619日12100E110E120E30N40N-14-12-12-10-10-10-8-8-8-8-6-6-6-6-6-6-4-4-4-4-4-4-4-4-4-2-2-2-200002222222444466100E110E120E30N40N-16-16-14-14-14-12-12-12-12-12-12-10-10-10-10-10-10-8-8-8-8-6-6-6-6-4-4-4-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2-2000000002222224420日0020日12图6.17日00时—20日12时的2降温区(a)95E100E105E110E115E120E125E30N35N40N45N627005490190457620834301002630055301236159010300001353025100041732062520035000052250160195914023351867493935050(b)95E100E105E110E115E120E125E30N35N40N45N16001001253841870402361997809102107917705014721303367243413621160076174216192523691161116028262282523701571172502910870213140190025152151520115028000165568772951346192138146153208191579041454468200125288016110526563212416431200591551314439642342132296759802244423500159465712242810981821172061571831191326053301617411297201103315210675208175141166007181130101779046000105551201737016756881271169595100100200200200200（a）1998-03-18（b）1998-03-19（间隔50，单位0.1mm，0000z~2400z）1998年3月18~19日24h降水量18~19日，华北南部、东北中南部到黄淮流域降中到大雪，局部地区大到暴雪。寒潮的高空环流（500hPa)短波槽发展成东亚大槽横槽转变为竖槽阻塞高压建立和崩溃16日00时500hPa形势及15日12时~19日12时500hPa阻塞高压、低涡中心及槽线（细实线：等高线；虚线：等温线.；粗实线：槽线；O：原阻高中；o：重建的阻高中心；：低位势中心）乌拉尔山寒潮的三维结构东亚地形：乌拉尔山，蒙古高原，萨彦岭，天山，阿尔泰山，祁连山，河西走廊，西藏高原，河套，秦岭寒潮的三维结构寒潮冷空气堆的空间形状（298K等位温面）冷空气在蒙古高原堆积，受天山，祁连山阻挡寒潮的三维结构冷空气爆发，从河西走廊翻越秦岭，沿西藏高原东侧南下，直抵长江中下游锋面实例98年3月18日12时垂直剖面上的位温分布和278K等位温面垂直环流冷空气下沉暖空气上升下滑锋！寒潮的三维结构垂直环流：寒潮冷空气下沉，冷锋前暖空气上升寒潮的三维结构垂直环流：寒潮冷空气下沉，冷锋前暖空气上升寒潮过程冷空气三维运动轨迹等熵面熵的流线在绝热过程中就是轨迹。冷空气下沉辐散，成扇形铺开南侧反气旋式曲率增加；东北侧靠近地面气旋处因辐合转为气旋式弯曲。高空槽强烈发展（中纬度西风带长波）扇形铺开状850hPa流场与温度场冷空气下沉，低空辐散，反气旋式涡度增加，冷空气在低层呈伞形铺开。寒潮发展过程第一类：小槽发展类高压脊前小槽发展成长波槽（东亚大槽）具有疏散槽的特点，后脊强，前脊弱。——槽后有明显的冷平流第二类：横槽转向类阻塞高压东南方切断低压中向西伸的东西向横槽，发展成为南北向的长波槽第三类：高空槽东移发展类三类都是高空斜压扰动的不稳定发展。地面：寒潮过程表现为槽后地面高压很强，气旋过程表现为槽前地面低压很强。高空：寒潮过程的特点是，扰动表现为上游脊很强（甚至是阻塞高压），下游脊较弱。气旋过程的特点是，扰动表现为下游脊很强，上游脊较弱。强烈的冷空气南下通常发生在阻塞形势下！（阻塞高压的下游）非疏散槽正涡度中心位于槽线上，槽线上涡度梯度为零，涡度平流亦为零。正涡度平流位于槽前。疏散槽的涡度分布曲率涡度中心位于槽线上，切变涡度中心位于槽后，正涡度中心位于槽后，槽线上有正涡度平流疏散槽的温度平流强冷平流使地面高压发展，高空槽加深；暖平流式地面低压发展，下游高空脊发展。16T00：00横槽北侧偏东气流46ms-1阻塞高压外围的高空急流与寒潮过程的关联（300hPa流场）寒潮过程中高空槽的发展伴随急流从槽后向槽前发展（与气旋类似）阻高北侧急流南下17T00：0032ms-152ms-1副热带急流极锋急流槽前急流加强68ms-119T00：00阻塞高压的西退高低空重叠的高压切断低压和横槽高、低空气压系统的配置300hPa流线与850hPa气压系统（彩色）初期：高空阻塞高压和低空寒潮冷高压大致重叠；爆发后：冷高压位于高空寄前、槽后阻塞高压崩溃寒潮临将爆发前夕地面锋区和高空急流增强阻塞高压重建、后退•冷空气南下1中纬度西风带扰动的切断和阻塞寒潮过程高空环流有阻塞高压；气旋过程有高空槽演变为涡旋。寒潮过程高纬度冷空气南下到低纬度；气旋过程暖空气北上，冷空气南下。强烈的冷空气南下，暖空气北上，形成切断低压和阻塞高压；高空西风带由纬向环流变为经向环流。圆盘实验北半球环流的形式从波动转变为涡旋（阻塞高压和切断低压）；从纬向环流和经向环流；高、低纬度之间的冷、暖空气强烈的交换；西风环流指数（西风的平均强度）循环—高、低指数循环。切断过程和阻塞过程南下的冷空气被暖空气切断；北上的暖空气被冷空气切断；阻塞高压必与气旋强烈发展相联系。切断低压（极地低涡南下）与寒潮有关，也与气旋有关。阻塞形势：西风带被闭合涡旋所阻塞，西风带分支；上游西风带中的波动移动缓慢，大尺度环流形势稳定少变。阻塞高压与寒潮的关系上游（乌拉尔山）阻塞高压崩溃，下游（东亚）寒潮爆发。——“环流调整”气旋模式中未提及阻塞高压！地面寒潮高压和高空阻塞高压的结构浅薄的寒潮高压：近地面东半部冷性，西半部暖性；上空是槽或冷性低压。深厚的阻塞高压：高空是暖性高压，近地面，西半部是高压，东半部是低压。地面气旋强烈发展，导致高空脊发展。地面气旋和反气旋前后发展。冷气团对流层顶低，暖气团对流层顶高。冷气团平流层温度高于暖气团寒潮高压东半部冷气团，西半部暖气团高压反气旋式流场，锋面不能维持，冷、暖气团之间温度逐渐过渡北半球环流形势（500hPa高度场）3个切断低压：北美东部，大西洋中部，欧洲东部，4个强长波脊：北美东部，大西洋西部，大西洋东部到西欧，西西伯利亚。极涡巴伦支海白令海切断低压的结构深厚的冷性气旋式涡旋，高空强低涡，低空弱低压（非定论）东北冷涡剖面图：温度，位温，风速，对流层顶2北半球环流形势（海平面气压场和500hPa高度场）东半球纬向环流，西半球径向环流（北京连续5天降雪）深厚低压：阿流申、大西洋、北美、巴伦支海深厚高压：北美西部、西欧、西大西洋、浅薄低压（地面高压）：巴尔喀什湖，寒潮的三维结构（高空阻塞高压、低层寒潮高压和锋面的配置）水平剖面：850hPa高度和温度场，300hPa流线；垂直剖面：位温；等值面：负涡度区寒潮爆发前锋面陡峭，冷气团位于寒潮高压前半部，阻塞高压深厚的负涡度系统（暖性高压随高度增强），高空横槽和平直的锋区急流。寒潮爆发前夕，阻塞高压崩溃时，轴线向东倾斜寒潮的三维结构（高空阻塞高压、低层寒潮高压和锋面的配置）水平剖面：850hPa高度和温度场，300hPa流线；垂直剖面：位温；等值面：负涡度区寒潮爆发后锋面坡度变缓，冷气团位于寒潮高压前半部，阻塞高压崩溃，高压轴线向西倾斜，高空横槽转竖。东亚反气旋反气旋频率气候分布进入蒙古以前的路径：西北路径最多北方路径最强西方路径偏弱超极地路径（东方）进入中国以后的路径：出海后转为向东移动