灾害性天气预报-寒潮

7.1寒潮概述7.1.1寒潮标准7.1.2寒潮的时空分布特征出现时间与变化趋势寒潮和强冷空气活动有明显的季节性变化。我国寒潮最早出现在9月下旬，最晚出现在5月份（张培忠，陈光明

1999），大多集中在11月～次年3月，其中10～11月和3月是寒潮和强冷空气活动最频繁的时段。这是因为春秋两季大气环流处于调整期，冷暖空气势均力敌，交替影响频繁，气温变化幅度大，容易形成寒潮。而冬季天气形势稳定，冷空气处于绝对优势，气温起伏变化小，不易形成寒潮。

分析1951—2001年51年的气象资料，发现20世纪50、60年代我国寒潮偏多，70年代为过渡，80、90年代偏少，即全国性的寒潮从20世纪50～90年代呈逐渐递减的趋势（马树庆，李锋，王琪等2009），这种变化与全球气候变暖有一定的关系。空间分布特征根据寒潮的影响范围，分为全国性寒潮和区域性寒潮。前者指：全国范围内取30个代表站，分为5个区域（图7.1所示），若有2～5个区域出现寒潮，且其中包含了华北和长江两个区的称为全国性寒潮。而区域性寒潮指：只影响北方2或3个区或只影响南方2个区。据1951—1980年资料统计，平均每年有全国类寒潮2.1次，区域性寒潮北方1.1次、南方1.3次（朱乾根，林锦瑞，寿绍文等2000）。

从国家气候中心根据1961—2005年气象资料统计分析得到的全国年寒潮频次图（图7.2）

上可以看出，1961—2005年间我国大部分地区都出现了寒潮，而出现频次较高的区域主要位于新疆北部、内蒙、东北三省、山东西北部、山西、陕西和江南、西南的部分区域。一年中寒潮出现最多的地区位于新疆北部、内蒙古北部、东北三省局部，可出现15次之多（图7.3）。

隐藏7.1.3冷空气源地产生寒潮的冷空气最初形成和聚集的地方称为冷空气源地。影响我国的冷空气源地主要有三个（图7.4）。⑴新地岛以西的北方寒冷洋面（约为60ºE以西，70ºN以北的区域）；⑵新地岛以东的北方寒冷洋面（约为60～100ºE，70ºN以北的区域）；⑶冰岛以南的洋面。来自新地岛以西的冷空气经过巴伦支海、俄罗斯欧洲地区进入我国（西北路径），是影响次数最多（约占50%）、达到寒潮强度最多的一路冷空气；来自新地岛以东洋面的冷空气多经喀拉海、泰米尔半岛、中西伯利亚进入我国（超极地路径），它出现的次数少（约占20%），但气温低，容易达寒潮强度；来自冰岛以南洋面的冷空气经俄罗斯欧洲南部或地中海、黑海、里海的北部进入我国（西路路径），冷空气出现的次数约占30%，由于此源地气温比其它源地高，一般达到寒潮强度的少，但在东移过程中与其它源地冷空气汇合后可达到寒潮强度。隐藏7.1.4寒潮关键区与寒潮路径据统计，影响我国的冷空气95%都要经过一个区域，并在那里积聚加强，该区域即为寒潮关键区，位于70～90ºE，43～65ºN（图7.4阴影）。

寒潮路径指冷空气主体的移动路线。冷空气从源地进入寒潮关键区有三条路径：Ⅰ-西北路径、Ⅱ-超极地路径、Ⅲ-西路路径（图7.4）。从关键区南下影响我国也有三条路径：西路、西北路、东路（图7.4）。西路指从关键区经新疆、青海、西藏高原东南侧南下，影响我国西北、西南及江南各地。西北路指从关键区经蒙古到达我国河套附近南下，直达长江中下游及江南地区。东路指从关键区经蒙古到华北北部，在冷空气主力继续东移的同时，低空的冷空气从渤海折向西南，经黄河下游向南到达两湖盆地。此路径南下冷空气常使华北、华东地区出现雨雪天气。

隐藏7.1.5寒潮天气7.2寒潮成因分析寒潮是高纬度大规模强冷空气南下活动形成的，其产生与一些天气系统的活动和环流调整密切相关，通过跟踪这些天气系统的发生发展和环流形势的演变，可以了解和掌握寒潮天气的形成原因和发展规律。本节将重点介绍与寒潮有关的主要天气系统和寒潮发生发展的形成过程。

寒潮动画演示7.2.1寒潮天气系统和环流特点寒潮天气系统指能够指示寒潮发生的天气系统，主要有极涡、极地高压、长波槽、地面强冷高压与其前部的冷锋等。极涡影响我国的冷空气都源自北冰洋及其附近地区，由于冬季极夜强烈的辐射冷却使那里形成了极寒冷的空气团，在500hPa上表现为一个绕极区的气旋式涡旋，称为极涡。极涡象征着极寒冷的空气，其位置和活动范围的变化，对我国的寒潮天气过程有很好的指示意义。当北半球500hPa上仅有一个绕极轴分布的极涡中心时，短时间内我国不会出现寒潮；若极涡断裂为两个中心，主极涡位于亚洲北部（60°N以南）时，往往有寒潮发生；若极涡分裂为三个以上的中心，且贝加尔湖存在极涡中心，冷空气在该地聚集到一定程度南下时，我国可出现寒潮天气过程。极地高压极地高压是一个深厚的暖性高压，指500hPa上在高纬（70°N以北）地区维持3d以上，且有暖中心配合的闭合反气旋环流。当极地高压向南衰退与西风带上发展的长波脊叠加时，我国将爆发寒潮天气。地面高压与冷锋形成寒潮时，地面图上一定有强冷高压，冷高压主体越庞大、中心强度越强，造成的寒潮就越强。冷高压的前缘有一条冷锋，与高空图上的强锋区相对应，冷锋的移动与其前部气压系统和引导冷空气南下的高空气流有关。隐藏7.2.2出现寒潮的中期环流特点形成寒潮的冷空气是在一定的大尺度环流背景下移动、发展并加强的。据统计70%寒潮爆发的中期环流特征为倒“Ω”型。即太平洋东部阿拉斯加暖高压脊与大西洋暖高压脊向极地发展（有时打通），挟持一个极涡形成大倒“Ω”流型（图7.5）；当大倒“Ω”流型向亚洲收缩，形成东亚地区倒“Ω”流型时，极涡底部有一支强锋区，锋区上有槽发展或横槽缓慢南压，酝酿强冷空气；当低槽发展或横槽南压（转竖）引导强冷空气侵入我国，即产生寒潮。

隐藏7.2.3寒潮天气的类型寒潮天气发生、发展、形成的过程由两大部分组成：一是冷空气的酝酿聚积，二是冷空气爆发南下。教科书中把寒潮形成的短期天气形势归纳为三种主要的类型：①小槽发展型；②低槽东移型；③横槽型，横槽型中又包含着横槽转竖、横槽旋转南下和低层变形场作用三种。上述三种类型寒潮的形成过程在《天气学原理和方法》（第三版）中都有详细描述，此处不再重复。以下简要介绍这三种寒潮类型发生发展过程中形势演变的主要特点和预报关注点，以及它们的共性与差异。小槽发展型也称为脊前不稳定小槽东移发展型。其主要特点为：500hPa上最初在新地岛附近或西欧出现一小槽，该槽在东移过程中逐渐发展，随着乌拉尔山长波脊在50～80ºE（有时在约90ºE）建立，脊前的西北气流和冷平流将大大加强，促使位于其前部的小槽在东移过程中明显发展，最后取代东亚大槽。此发展过程分为三个阶段：乌拉尔山高压脊形成、不稳定小槽东移到西伯利亚地区发展、低槽东移加深到达东亚大槽平均位置。这三个阶段不一定顺次出现，有时第一、二阶段同时出现，有时二、三阶段同时出现。要点：⑴乌拉尔山有长波脊建立；⑵小槽在东移过程中明显发展；⑶更替东亚大槽。图7.6为1971年12月13—19日小槽发展型寒潮个例（中国人民解放军空军司令部1975）中500hPa小槽和地面冷锋动态图，从系统的演变中可以看出小槽发展、东移、引导冷空气南下，引发寒潮的全过程。低槽东移型低槽东移型的主要特点为：冷空气的源地和路径偏西，所引导冷空气源自欧洲。欧亚大陆基本气流为纬向气流，在纬向的基本气流上有振幅较大的槽、脊自西向东移动，低槽在移入蒙古之前一般不发展，到达贝加尔湖后受温压场结构的变化及地形的影响而发展；同时槽后中亚地区上空高压脊发展，脊前偏北气流加强，环流经向度加大促使槽后冷空气爆发南下。有时在低槽东移过程中，北方有新鲜冷空气南下与之汇合；多数地面有气旋发展。要点：⑴有振幅较大的低槽，其在进入蒙古前以东移为主，不发展；⑵低槽到达贝加尔湖后受温压场变化及地形的影响而发展；⑶中亚地区上空有高压脊发展，促使冷空气爆发南下。图7.7为1971年11月9—15日低槽东移型寒潮500hPa低槽和地面冷锋动态图。从影响系统的演变中可以看出低槽东移、进入蒙古发展、引导冷空气南下，引发寒潮的全过程。

横槽型横槽型中包含横槽转竖、横槽旋转南下、低层变形场作用三种形式（后两种在《天气学原理和方法（第三版）》中有详细的描述）。下面仅对最为常见的横槽转竖型予以介绍。

横槽转竖型的特点是：高空图上乌拉尔山地区有阻塞高压或乌拉尔山高压脊北部向东发展（脊线呈NE-SW走向），切断正常的西风环流，使亚洲高纬地区出现北高南低的形势。脊前东北气流或者阻塞高压底前部的东北气流与西风气流之间在亚洲东部形成横槽，横槽以南为平直西风环流。东北气流引导贝加尔湖北部的较强冷空气向西南输送，在横槽后部堆积，有时与从欧洲移过来的冷空气合并加强。当乌拉尔山高压脊或阻塞高压发生变化，导致其前部偏东气流转为西北或偏北气流时，横槽趋于转竖，其南部的环流由纬向转为经向，经向环流发展将引导横槽后部强冷空气大举南下引发寒潮。

该型冷空气源地偏东，取超极地路径，冷空气在贝加尔湖地区积聚，从关键区侵入我国的路径视横槽位置偏西还是偏东才能具体确定，但多取西北路径。横槽建立后天气形势相对稳定，横槽和锋区缓慢南压，通常为1～2个纬距/d，该型寒潮的爆发取决于横槽何时转竖。促使横槽转竖的条件有：⑴冷中心、负变高区移到槽前，横槽后转为暖平流并有明显正变高；⑵横槽后部东北风转为北风或西北风，风速加大；⑶阻塞高压崩溃或不连续后退；⑷长波调整。各型寒潮的共性无论哪一类寒潮，其出现一定具备强冷空气的堆积和有引导强冷空南下的环流条件。这个过程在高空图上显示为一个低槽与一个强锋区自北向南移动，地面对应着一个强冷高压和冷锋。冷空气的堆积，在高空图上表现为冷中心的加强。12月～次年2月，在500hPa上若有≤-40℃的冷中心（或冷槽），700hPa上≤-36℃，而对应地面图上的冷高压中心强度达1060hPa以上，标志着冷空气的堆积达到了可产生寒潮的强度；而10～11月和3～5月，当500hPa上冷中心强度≤-40℃，700hPa上介于-28～-32℃之间，地面冷高压中心达1047hPa以上时，标志着冷空气堆积完成，达到可产生寒潮的强度。

无论哪一类寒潮，所到之处都会引起当地气温骤降、气压升高或大风天气。各型寒潮的差异隐藏7.2.4寒潮过程举例在预报实践中发现，每一次寒潮天气的形成过程都不相同，单纯的小槽发展型、低槽东移型并不常见。事实上在一次寒潮天气的形成过程中，天气形势的演变往往是错综复杂的，从整个发展过程来看天气形势的演变不具唯一性，很难归纳到上述三类型中的某一类，即不完全符合某一特定的类型特征，而是一种类型中伴随着另一种类型的特征。因此寒潮形成的天气形势不是单一的、典型的某一类型，而是两种或几种类型的组合及互相转化，特别是有两股或以上冷空气汇合所形成的寒潮。下面选择2000年以后出现的两次影响较大的寒潮天气过程进行分析，重点分析这些寒潮天气的主要成因和天气形势的演变过程，了解寒潮形成的多样性和复杂性，为预报员提供更多关于寒潮的认识和预报关注点。

例1：2001年4月8—10日寒潮过程

2001年4月8—10日，我国山西、陕西、河南等地出现大范围寒潮天气过程。下面主要分析500hPa和地面图上此次冷空气酝酿过程和寒潮爆发的天气形势特点。

⑴冷空气聚积

4月3日20:00，500hPa高空图（图略）上在里海以北56ºE附近有一低槽，冷温槽与之重合，-36℃的冷中心位于槽上，因槽后没有冷平流，槽前等高线亦无疏散，故低槽以东移为主；同时次地面图上，在里海西北方出现中心强度为1020hPa的高压。5日20:00（图7.8a），

低槽东移至83ºE，此时在高纬（60ºN以北，81ºE）附近新生一低槽，称其为北槽，北槽后有冷中心为-43℃的冷温槽相随，槽后有明显的冷平流输送，预示北槽发展。由于北槽发展导致原东移低槽迅速减弱，北槽后部西北气流引导新地岛以东洋面的冷空气南下，补充到原东移低槽所携带的冷空气中，使之得到加强。于是6日20:00（图7.8b）

在巴尔喀什湖的北方（约75ºE，55ºN处）出现了-40℃的冷中心，地面冷高压中心也增大至1035hPa（图7.8c）。

至此北槽成为引发寒潮的主槽。与此同时有较强暖平流向乌拉尔山西部的高压脊中输送，乌拉尔山高压脊发展东移，脊前西西伯利亚一带环流经向度加大，使冷空气在关键区进一步加强，7日20:00,700hPa锋区强度达到32℃/10纬距，地面冷高压中心加强为1047hPa（图7.8d），表明冷空气酝酿成熟，达到可出现寒潮标准，并开始影响新疆地区。

⑵冷空气爆发

7日20:00（图7.8e）之后乌拉尔山高压脊东移且逐渐转为NNE-SSW向，其前部的主槽

也呈NE-SW走向，此后该槽缓慢向东南方向移动，其后部冷空气继续加强，8日05:00地面冷高压中心已加强为1055hPa。8日20:00（图7.8f）

主槽移至贝加尔湖西到我国新疆一线，主槽南段转为东北风与西北风构成的横槽。此时新地岛以东80ºE、70ºN附近新出现一小槽，该槽携带冷空气沿高纬快速东移，槽后西北气流引导北方寒冷空气沿乌拉尔山高压脊前南下（图7.8g），

同时也使主槽南段槽后东北风转为西北风，预示横槽将转竖；而8～9日横槽后也出现24h正变高区，风场和变高两者的共同作用使主槽南段在9日夜间开始转竖，其后冷空气于10～11日影响我国西部以外的大部地区（图7.8h～7.8j）。11日20:00（图略）主槽整体移到125ºE，东亚大槽建立，寒潮过程结束。

此次寒潮冷空气最初的源地为欧洲西部，冷空气东移过程中有两次来自新地岛以东洋面的冷空气补充，使之加强达到能够产生寒潮的强度。从关键区移出的冷空气从西路影响我国（图7.9）。

本例前期冷空气酝酿堆积阶段，环流形势的演变具有小槽发展型的特征，即5日20:00在高纬（81ºE，60ºN以北）附近新生一低槽，东移过程中加深发展，且乌拉尔山高脊发展引导高纬冷空气南下聚集。但到爆发阶段呈现出横槽转竖的特征，因此如前所述，在同一次寒潮过程中环流发展演变的特点可能包含几种类型的特征，而无法简单地归为某一种类型。

例2：2005年3月10—13日寒潮过程

2005年3月10—13日，我国大部地区出现寒潮天气，西北地区大部、华北、东北地区南部、黄淮、江淮、江南、汉水流域、华南北部等地区伴随着5～6级偏北大风，上述大部地区48h最低温度下降8～12℃，淮河以南出现了大到暴雪。下面分析此次寒潮的发生发展形成过程。

⑴冷空气的积聚

3月4—5日500hPa上（图7.10a），极涡位于60ºN以北、新地岛以东到150ºE的宽广区域内，

极涡底部为平直纬向环流，其上不断有来自欧洲的小槽东移。6日08:00（图7.10b），

欧洲小槽东移至新地岛以南，由于温度槽落后于高度槽，槽后有明显的冷平流，槽前有较强的暖平流，预示着小槽和槽前的脊将要发展加强。6日20:00（图7.10c），

小槽略向东移，槽前高压脊东移至80ºE并向极地发展，受其影响西西伯利亚地区环流经向度加强。由于上游槽脊东移且经向度加大，促使极涡向东移动并向南发展，极涡后部偏北气流引导极地冷空气南下，并于7日20:00（图7.10d）

在极涡底部（黑龙江北侧）形成一切断低压。此时地面图上有两个冷高压，一个位于咸海、里海的北部，中心强度1022.5hPa，与欧洲东移小槽引导冷空气相对应；另一个位于贝加尔湖的北部，中心强度1040hPa，与南伸的极涡相配合（图7.10e）。

欧洲小槽继续东移，槽后部咸海、里海以北地区有明显的暖平流向北输送，使槽后脊向北发展。由于脊的北部移速较快，高压脊呈NE-SW向发展。8日20:00（图7.10f）

脊线呈NNE-SSW走向，位于西西伯利亚地区，其前部欧洲小槽迅速减弱，脊前西北气流开始转向为东北气流，此时在切断低压的西侧有弱的横槽出现。9日20:00（图7.10g）

脊前东北气流与切断低压底后部的西北气流构成一横槽，位于贝加尔湖以东，有-44℃冷中心配合。欧洲低槽携带的冷空气与贝湖东部横槽后部的冷空气合并加强，在地面图上显示为一个合并加强的冷高压（图7.10h），

开始影响我国东北。高空横槽形成后缓慢南压并略向西伸展，极地南下的冷空气在横槽后部堆积加强，10日08:00，500、700、850hPa各层冷中心强度已达-44、-30和-24℃，850、700hPa上位于35～42ºN的锋区，强度也达32℃/10纬距和28℃/10纬距。地面冷高压中心增强为1050.0hPa（图7.10i），并影响我国东北、华北北部。至此冷空气已达可产生寒潮的强度，标志着冷空气的堆积过程完成。

⑵冷空气的爆发

10日08:00，500hPa横槽后部有明显的暖平流输送，且横槽西段出现10～16hPa的正变高区（图7.10j中阴影）；

同时横槽西部的脊中也有较强暖平流输送，使其向北发展，有助于脊前西北气流发展从而取代东北气流，以上征兆均预示着横槽将要转竖。此时锋区呈东西向位于40°N附近。10日20:00—11日横槽转竖（图7.10k），

槽后脊前的偏北风垂直于锋区，风向与等温线成90°夹角，有极强的冷平流向南输送，地面冷高压也加强为1060hPa且中心南移（图7.10m），24h内冷锋由华北快速压至华南，引导强冷空气迅速南下，引发大范围寒潮。

⑶寒潮伴随的天气

由于700hPa上长江流域有明显的辐合线，辐合线南侧有西南急流（图7.10n），具备了充足的水汽条件和动力条件，而强冷空气南下使江淮、江南大部分地区上空的温度≤0℃（图7.10n），因此造成这一带的暴雪天气。

10-11日我国上空风速明显加强，图7.10p为2005年3月10日08:00地面3h变压、20:00500hPa风场和地面大风区（阴影），可以看出大风区北方地面3h变压中心达+4hPa，大风区上游500hPa风速达30m/s以上，高空风的动量下传加上强锋区南下导致许多地区陆续出现大风。

⑷过程特点

此次冷空气源地有两个，欧洲西部和新地岛以东；欧洲东移槽携带的冷空气与极涡后部超极地路径南下的冷空气在贝加尔湖以北地区汇合加强（图7.11）。由于横槽位置偏东，冷空气从东路南下影响我国。

7.3寒潮预报寒潮预报包括冷空气强度、冷空气爆发南下、冷空气主体移动路径（寒潮路径）、降温幅度（寒潮强度）及寒潮天气预报几个部分。因此寒潮预报首先考虑有无冷空气的聚积、是否达到了比较寒冷的程度，否则即使南下也难以形成寒潮；其次判别达到一定强度的冷空气有无爆发南下的条件，即有利的环流形势；之后根据环流形势推断主力冷空气的移动方向即寒潮路径；然后根据南下冷空气的强度与所预报地区在冷空气影响前气温回升的情况估计降温幅度；最后综合多种因素分析能否产生大风、霜冻、雨雪等各种寒潮天气。7.3.1预报思路及预报关注点第一步：冷空气强度识别

判断冷空气是否达到了可以产生寒潮的强度，应综合考虑高空各层的温度与锋区强度及地面冷高压强度。

第一步：冷空气强度识别

判断冷空气是否达到了可以产生寒潮的强度，应综合考虑高空各层的温度与锋区强度及地面冷高压强度。一般情况下，隆冬季节12～2月份，500hPa在西伯利亚或蒙古一带有≤-40℃的冷中心或冷槽，相应700hPa上冷中心≤-36℃（朱乾根，林锦瑞，寿绍文等2000），且700hPa锋区强度达20-32℃/10纬距，对应地面的冷高压中心强度≥1060hPa，意味着冷空气已经达到可以出现寒潮的强度。而非隆冬季节高空冷中心、地面冷高压强度会弱些，如2001年4月8—10日的寒潮，500hPa、700hPa冷中心分别为-41℃、-24℃，对应地面的冷高压中心强度仅为1047hPa，就产生了寒潮。

第二步：冷空气爆发南下

当冷空气已经达到可以出现寒潮的强度，能否出现寒潮，主要取决于中高纬度环流经向度能否加大，即有无可能使高纬堆积加强的强冷空气迅速南下。因此预报冷空气爆发，需判断引导冷空气的低槽能否发展或槽后高压脊能否发展；若为横槽则需判断横槽能否转竖；总之要考虑环流经向度能否加大。

根据天气学原理和业务实践，若温度槽落后于高度槽、高度槽前等高线呈疏散，低槽将发展；此外乌拉尔山高压脊建立、南北支槽同位相叠加、中亚地区高压脊迅速发展等，都是环流经向度加大的预报关注点。对于横槽，若冷平流和正的涡度进入横槽后部的阻塞高压，阻高崩溃，横槽将转竖；当横槽西段的冷平流大于东段、24h正变高正变温中心侵入横槽西段、暖平流和负涡度输送进横槽、冷中心冷槽移到横槽南部、槽后东北风转为西北风等均可使横槽转竖引导冷空气爆发南下。

第三步：寒潮路径与强度

寒潮路径即冷空气主体移动路线，指高空冷中心、地面冷高压中心、冷锋（或锋后24h正变压、负变温中心）的移动路径。

寒潮路径的预报可依据①地面冷高压中心的动态或地面24h正变压中心的动态，结合高空环流形势进行外推；②冷锋走向可反映短时间内冷空气移动方向；③700hPa和850hPa冷平流区的动向是寒潮路径短期预报依据之一；④地面冷高压的长轴方向也能指示寒潮的侵袭方向，如冷高压的长轴方向为东西向，冷空气主要向东移动。

另外可以应用引导气流规则，即冷高压移动方向随其上空500hPa、700hPa的气流方向，按500hPa风速的0.5～0.7倍或700hPa风速的0.8～1.0倍估计。例如地面冷高压上空700hPa为西北风，则可预报地面高压向东南方向移动。但在实际工作中应用引导气流规则时，要注意引导气流本身的变化和地形的影响，若遇山脉阻挡移动路径会有较大变化，此外引导气流规则仅适用于浅薄系统。

同一路径南下的冷空气对于不同地区而言，寒潮影响的路径是不同的，各地应根据本地与南下冷空气的相对位置确定寒潮路径，不能生搬硬套。

寒潮强度预报：

某地的寒潮强度与入侵冷空气的强度、冷空气路径、引导气流的强度、冷空气入侵前的气温状况及地形等因素有关。冷高压中心强度越强、高空锋区和冷平流越强、地面冷锋后24h正变压和负变温越强、冷空气入侵前气温回升越高，出现的寒潮强度就越强。

寒潮强度预报关注点：①地面图上冷高压的中心强度、冷高压主体庞大与否、等压线的密集程度；②高空图上冷中心的强度、高空锋区强度、冷平流强度；③地面图上锋后变压中心强度及降温程度；④所预报区域在冷锋影响前近地层是否为暖中心或气温有明显回升。

根据寒潮标准，寒潮的预报主要考虑最低气温降温幅度在24、48和72h是否达到8℃、10℃和12℃以上。根据热流量方程，导致某地温度变化的因子有4个，变压和气压平流引起的温度变化在实际预报中可以忽略，垂直运动对局地气温变化的影响，由于近地层垂直速度近似为0，也可不考虑，因此某地温度变化主要取决于温度平流和非绝热因子。非绝热因子考虑辐射、水汽凝结、蒸发和地面感热对气温的影响，气温的非绝热变化主要表现为气温的日变化和气团变性。一般在强冷空气侵袭时，都伴随着很强的冷平流，气温的大幅度下降主要由平流降温引起。根据各地对寒潮的分析总结，寒潮出现时850hPa冷平流可达-28～-40×10-5℃s-1，最强可达-60×10-5℃s-1（陈豫英，陈楠，邵建等2009，许爱华，乔林，詹丰兴等2006）。因此在寒潮预报中，冷平流强度或高空锋区强度是考虑降温幅度最重要的参考依据。此外若冷空气影响前，气温较高或气温有明显上升，也有助于冷空气影响后降温幅度增大。据陈豫英等对宁夏2008年12月份两次寒潮过程的分析发现（陈豫英，陈楠，邵建等2009），12月2日即冷空气影响的前一天宁夏受蒙古热低压控制，日平均气温较历史同期偏高8.4℃，2日白天最高气温较1日升高2.5℃，当晚冷锋过境，气温持续下降，24h降温达10℃。12月20日寒潮过程的前3d，宁夏处于地面倒槽中，气温持续较高，日平均气温较历史同期偏高4℃左右，20日上午6h增温9.2℃，14:00冷锋过境，6h气温下降了11℃。如果日平均气温较历史同期偏低或连续3d地面24h变温为负，即使有较强冷空气入侵也不易达到寒潮。

目前可以通过数值预报提前知道未来24、48和72h850hPa的温度变化，可以将850hPa的温度降幅近似用于地面气温的降幅，但是不能照搬，因为影响地面气温的因素很多，如下垫面性质、云量、降水、风向、基础温度等，应根据当地的经验综合考虑来估算最低气温的降幅。另外最低温度的预报可以通过数值预报产品的统计释用得到。因此应用数值预报产品有助于寒潮的预报。

不同地区应根据实际情况，通过总结已发生的寒潮个例，从中探索降温幅度的预报经验和预报指标。

第四步：寒潮天气预报

如前所述，寒潮出现时，除了剧烈降温，还伴随着大风、沙尘、雨雪、冻雨、霜冻等天气现象，春秋季节有时还会出现雷暴。关于大风、沙尘、雨雪等天气的预报在本书的其他章节已有详细介绍，本章不再赘述。冻雨、霜冻等寒潮天气的预报将在本章7.4中作简要介绍。

当前，随着计算机技术的快速发展，数值预报已广泛应用于天气预报业务，并且由于其所具有的预报时效长、预报能力强等优点，已成为目前预报员日常工作中必不可少的技术支撑。在灾害性天气预报、重大气象保障和精细化天气预报中都发挥着关键的、举足轻重的作用。在此需要指出的是，由于寒潮天气的出现有一个发展过程，应用数值预报预报寒潮比预报其他天气更有优势。因为从数值预报产品可以清晰并且连续地看到从冷空气加强到爆发南下的全过程，可以跟踪冷空气主力的移动路径，并根据不同要素的配合预报与寒潮相伴的天气（大风、降水等），比运用天气图实况资料做预报有更多的提前量。此外，数值预报还可以提供物理量场的预报，如温度平流等，帮助预报员定量判断是否出现寒潮。因此预报员在预报寒潮天气时一定要参考数值预报结果、充分发挥数值预报的作用。隐藏7.3.2寒潮预报举例前面给出了寒潮预报的思路和预报关注点，下面以2009年10月30日—11月1日，我国出现的大范围寒潮天气为例，进一步说明寒潮预报中冷空气强度的识别、冷空气爆发南下和影响区域的预报。冷空气强度的识别如前所述，只有当冷空气酝酿、堆积达到一定强度时，其爆发南下才会引发寒潮。根据以往的分析总结，非隆冬季节当高空500hPa、700hPa、850hPa冷中心分别≤-40℃、-24℃、-18℃，地面冷高压强度达1047hPa以上，700hPa锋区强度达20～32℃/10纬距时，可以作为冷空气达到产生寒潮的参照标准。2009年10月23日500hPa高空图上（图7.12a），

西伯利亚为倒Ω流型，极涡中心位于（100ºE，68ºN），有-43℃冷中心与之配合，极涡底部至中纬度地区为平直纬向环流。24—25日极涡原地旋转，其西侧有一横槽随之缓慢南压，冷中心加强。27日（图7.12b）

极涡中心移到（97ºE，60ºN），其西侧的横槽转竖后北段减弱东移，南段位于咸海东部；此时500hPa、700hPa、850hPa与极涡对应的冷中心强度分别达-46、-31和-21℃，700hPa极涡南侧锋区强度24～28℃/10纬距，位于45～55ºN。地面图上冷高压位于贝加尔湖西部，中心达1027.5hPa（图7.12c），

表明冷空气还未达到形成寒潮的强度。继续关注天气形势的演变，由于乌拉尔山以西有暖平流的输送，28日起乌拉尔山高压脊在东移中发展，促使咸海东部低槽发展（图7.12d）；

乌山高脊的发展东移还推动极涡东移，29日在极涡西侧再形成一横槽，位于贝加尔湖以北，有-46℃的冷中心配合。30日20:00，500、700、850hPa与横槽对应的冷中心分别达-47、-34和-27℃，700hPa锋区强度28℃/10纬距，已南压到40～50ºN；随着极涡旋转，其后部偏北气流引导新地岛以东冷空气南下补充到贝加尔湖西部的冷高压中，使该冷高压加强，30日20:00地面冷高压中心加强到1047hPa，且高压主体庞大（图7.12e）。至此高空和地面特征均符合形成寒潮的标准，标志着冷空气堆积完成，达到可产生寒潮的强度。

在此次过程中，冷空气和高空锋区28日夜间就开始影响东北和内蒙东北部，此时地面高压强度还不是很强，但已使这一区域部分站在29—30日达到寒潮。说明前述冷空气堆积完成的参考标准不是绝对的，因地而异。因此各地应根据本地的实际情况，在对寒潮过程作大量的统计分析基础上，总结修正上述标准，确定适合本地的参照标准。

另此次过程前，EC连续数天预报30日地面气压场上高压中心达1044hPa，与实况相比，强度预报比实况偏小，但高压位置预报正确。对冷空气达到可产生寒潮强度的预报有一定的指示性。冷空气爆发南下的预报

30日20:00高空和地面特征均符合形成寒潮的标准，能否产生寒潮呢？要看环流形势的演变是否有利引导强冷空气爆发南下。30日20:00从500hPa高空图（图7.12f）上可以看出，有较强暖平流向巴尔喀什湖的高压脊输送，预示短期内巴尔喀什湖（简称巴湖，下同）高压脊在东移中会明显发展，脊前西北气流将取代贝加尔湖北侧横槽后部的东北气流，促使横槽转竖；同时该横槽后部也出现了中心为+12hPa的24h变高区和+4℃的24h变温区，同样预示该槽趋于转竖。据以上两点，可以预报横槽即将转竖，且横槽转竖后有与咸海东移低槽迭加的趋势，这将使我国中东部地区环流经向度加大，脊前槽后的强西北气流促使锋区（冷空气）快速南压，引导强冷平流影响我国。正是由于高空图上中亚地区环流经向度加强，导致冷空气大举南下，才爆发了寒潮。

EC数值预报提前4d就准确预报了30、31日和11月1日500hPa的高度场形势，与实况相符，对预报有很好的指示意义。

同时，EC数值预报还连续预报：地面冷高压主体11月1日南下影响我国大部地区，准确预报了冷空气大举南下的时间。另外850hPa温度预报显示：31日锋区位于40～50ºN，11月1日明显南下影响40ºN以南地区，也与实况吻合。此外对于风场：各层风向预报正确，风速预报500hPa比实况要大，700hPa相当，850hPa偏小。

可以看出，这次寒潮爆发完全可以信赖EC的数值预报产品，提前做出准确的预报。影响区域预报从30日20:00实况（图7.12f）看出，暖平流向巴湖高压脊输送，预示短期内高压脊将发展，该脊线前期东移速度约10经距/日，考虑到脊发展会使移速略有减缓，因此外推31日20:00巴湖高压脊线将位于85ºE附近，脊前西北气流将影响90ºE以东地区。该区域高空锋区多呈东西向位于40～50ºN之间，脊前偏北风与锋区等温线几乎成90º夹角，将有明显的冷平流向我国除新疆、西藏以外的广大地区输送，随着高压脊进一步东移，冷空气影响的范围更偏东。事实上30日之后两槽合并东移，31日低槽位置偏东（图7.12g），

引导冷空气南下的位置也偏东（图7.12h）。EC数值预报也指示：31日到11月1日冷平流影响的区域为除新疆、西藏西部以外的我国广大地区。但是由于各地在冷空气影响前状况不同，因此冷空气影响的面虽大，但不一定都能达到寒潮。

隐藏7.3.3应用数值产品预报寒潮目前，数值预报广泛应用于日常天气预报，是现代天气预报的基础，应用数值预报可以及早看到冷空气的演变，即冷空气酝酿、堆积和爆发南下的过程，因而可提前作出预报，尽早采取预防措施，对于保障交通、电力、供暖、农业等行业和维护正常的人民生活秩序意义重大。下面应用EC数值预报产品，对2008年12月3—5日发生在河南、安徽、山东等地的寒潮过程进行预报。

因为EC数值预报产品仅提供500hPa高度、地面气压和850hPa温度及850hPa、700hPa、500hPa的相对湿度和风向风速，故依据上述几个要素的预报结果进行寒潮过程的分析预报。

11月30日，预报员可以看到29日20:00EC的预报，地面气压场上：11月30日20:00在咸、里海北部有一高压，该高压在东移过程中逐渐加强，于12月1日20:00移至乌拉尔山以东，中心强度达1044hPa；2日20:00高压主体明显向东南方向移动，中心强度增至1052hPa，前缘冷锋位于中蒙边界的东段到河西走廊一线（图7.13a）；3日20:00，高压继续东南移强度维持不变，前缘冷锋已经影响华北、河南一带（图7.13b）

与地面高压相对应，EC预报1日20:00在850hPa温度场上，贝加尔湖到巴尔喀什湖一线有密集的锋区，其后有-36℃的冷中心；2日20:00（图7.14a），850hPa锋区东移南压至中蒙边界东段到河西走廊一带，在河套以西35°～45°N区域达28℃/10纬度，0℃线位于40°N附近（110°～120°E），0℃线以南我国中东大部地区处于暖脊中；3日20:00，850hPa0℃线南压到山东、河南西北部，淮河以北地区转为北风且风向与等温线近于垂直（图7.14b），表明我国华北及中东部地区将由前期的暖平流影响（图7.14a）转为较强冷平流（图7.14b）影响，预示着气温的明显下降；

EC预报4日20:00地面冷锋已达华南（图7.16），850hPa0℃线南压到长江流域，河南、山东、苏皖北部均处于-4～-13℃的强冷空气控制下（图7.15）

上述大部地区24h气温下降已达8℃以上，局部达10℃以上。而从11月29日20:00EC预报的500hPa高度场上，可以看到：12月1—4日，随着贝加尔湖北部低压中心的东南移，低压西侧的横槽与其西南侧的低槽合并后随之旋转南下，引导槽后冷空气南下，使地面高压加强；3日夜间—4日500hPa低槽转为南北向影响我国110°E以东地区，贝加尔湖以南到长江以北的区域从纬向环流转为经向环流，经向度明显加大，槽后北风风速加大。从EC预报的地面高压、500hPa环流形势和850hPa温度场的演变，可以发现：12月1—4日地面气压场上从咸、里海北部移出且逐渐向东南移的高压迅速加强至1052hPa，与之相对应850hPa温度场上出现了28℃/10纬度的锋区，锋区以北冷中心强度达-32～-36℃，表明冷空气处于不断酝酿、加强的过程中；同时500hPa环流形势的演变表明，3—4日随着中亚地区环流经向度明显加强，可以使高纬冷空气快速南下，符合冷空气爆发南下产生寒潮的环流特征，只是地面冷高压中心的强度为1052hPa，尚未达到隆冬季节出现寒潮的标准—1060hPa。

上述条件下是否能出现寒潮呢？为此，对EC11月25、26、27日连续3d上述各预报量与实况进行对比分析，检验预报误差，对其进行订正。通过比较，发现500hPa高度场的预报与实况基本一致（图7.18a、b）；

850hPa温度场的预报在110°E以东与实况基本一致（图7.18c、d）；

各层风向、风速的预报与实况也相差不大；地面气压预报的高压位置与实况略有差别，但中心强度明显偏低，连续数天偏低6～9hPa。上述检验说明EC的预报结果多数是正确的，是可以相信和依赖的。对地面气压进行订正，即给高压中心增加6～9hPa，这样EC预报的地面高压中心强度达到1058～1061hPa，满足了寒潮产生的预报指标。事实上，此次寒潮出现前地面高压中心强度达1060hPa。

冷空气影响的区域很大，但不是其影响到的区域都会出现寒潮。因此在大尺度形势场上满足寒潮出现的基本条件后，哪些地方能出现寒潮，关键是判断该地24或48h最低气温能否下降8℃或10℃以上，且最低气温≤4℃。以河南为例说明，虽然影响最低气温的因素有天空状况、风向风速、温度平流等等，但是根据以往的寒潮技术总结（陈豫英，陈楠，邵建等2009年，许爱华，乔林，詹丰兴等2006），造成寒潮的主要原因是强冷平流作用。根据EC的预报，2日20:00，地面图上河南处于暖低压带中，850hPa温度场上处于暖脊控制中，温度高达6～8℃且有暖平流输送，因此3日早晨的最低气温不会太低；而4日20:00，地面图上，河南处于冷高压中，风力不大；在高空强NW气流控制下，天气晴朗，有利于夜间辐射降温。与此同时850hPa0℃线已到达长江流域，河南处于强冷平流影响下，全省处于-4～-9℃；因此4日夜间辐射降温与平流降温的共同作用，将导致5日最低气温大幅下降。对于河南区域，4日20:00与2日20:00相比，48h内850hPa降温幅度达到了10～17℃，据此预报5日河南地区最低气温与3日相比将下降10℃以上，且最低气温≤4℃，即3—5日河南将出现寒潮天气。另外，从3日20:00地面预报图上可以看到：河南处于西高东低的气压场中，10个经度内气压差约12hPa，加上850hPa冷平流和700hPa、850hPa强西北气流的动量下传作用，可以预报与寒潮相伴的还有大风天气。而高空风场显示冷空气影响时河南时，高空均受西北气流控制，所以不考虑降水天气。

此次过程的实况：3日全省最低气温4～8℃（山区略低）；5日全省最低气温-2～-10℃,48h最低气温降幅均在10℃以上。

根据天气图资料预报此次寒潮：1日地面图上，巴尔喀什湖以北出现了中心强度1050hPa的冷高压，2日08:00地面高压中心强度增至1055hPa，同时次500、700和850hPa温度场上与地面高压对应的冷中心分别到达了-40℃、-36℃、-32