1951—2015年乌鲁木齐市寒潮过程频数及强度气候特征

利用乌鲁木齐市气象站1951年1月1日至2015年12月31日的最低气温资料,以日最低气温及其降温幅度为指标,基于降温过程定义,结合《寒潮等级》（GB/T21987—2008）,整理出乌鲁木齐市近65 a来寒潮过程数据库,分析乌鲁木齐市寒潮过程的频数、持续日数和6项强度要素气候特征。结果表明：（1）近65 a来,乌鲁木齐市共出现265次寒潮过程,平均每年4.1次。春季4月寒潮过程最多,占18.3%。寒潮异常偏多年,秋季11月寒潮过程最多,异常偏少年,春季4月寒潮过程最多;（2）年以及秋、冬、春季的寒潮过程频数大多在1950年代最多,近5 a（2011—2015年）最少。秋季的寒潮过程频数百分率在下降,而春季从1950年代的28.4%增加到近5 a的50.0%;（3）寒潮过程持续日数平均为2.86 d,其中持续2-4 d的过程占78.9%。一般寒潮和强寒潮过程持续日数以2-4 d为主,而特强寒潮过程以1-3 d为主。在寒潮过程相对较多的春季,随寒潮等级从一般、强到特强,过程持续日数越来越短;（4）寒潮过程降温幅度平均值为-13.45℃,冬季12月的过程降温幅度最大。过程最大24 h、48 h和72 h降温幅度平均值分别为-8.64℃、-11.74℃和-13.67℃,24 h降温幅度以春季5月最为剧烈,48 h和72 h降温幅度均以秋季11月最剧烈;（5）寒潮过程最低气温平均值为-11.55℃,冬季1月过程最低气温平均值最低,而5月与9月的寒潮过程最低气温平均值均在0℃以上。寒潮过程日最低气温距平最大偏低幅度的平均值为-8.48℃,一般、强和特强寒潮过程的日气温距平偏低幅度最强的月份分别是5月、2月和12月。

寒潮过程中风浪对黄海海气热量通量和动量通量影响研究

采用2009—2013年CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)大气和海洋再分析资料对黄海海气间热量通量和动量通量的特征进行统计分析,并通过FVCOMSWAVE浪流耦合模式对典型寒潮过程中风浪的影响效果进行模拟研究与对比分析。统计结果显示,通量受海表大风、海气温差及海洋环流等因子影响,秋冬季节强烈,春夏季节相对较弱,在寒潮活跃的冷季该海域的海流处于弱流期,风浪对海面通量的作用明显增强。海温特征也显示冷季的不稳定性显著强于暖季,因此该海域冷季具有更强的海气热量通量。沿岸站点的比较显示,南部吕泗站面向更开阔的东海海域,其平均波高高出北部20%左右。这与沿海南部通量强于北部特征对应。数值模拟显示,在寒潮过程中,海气界面热量通量和动量通量输送比多年月平均状态显著增强,动量通量增大1~5倍,热量通量增大1~6倍。寒潮过程入海冷锋走向、强度、移动方向显著影响海面热量通量和动量通量大值区的分布。偏北路寒潮纬向型冷锋入海,其强度东部大于西部,造成通量大值区形成在黄海东北部,而偏西路寒潮经向型冷锋入海,其强度南部大于北部,造成通量大值区形成在黄海南部。同时偏北路径寒潮强度大于偏西路径,海气动量通量响应较偏西路径强约25%,热量通量强约50%。耦合风浪作用的模拟显示,海气间热量通量和动量通量明显增大,对不同强度风浪,浪高增加1.5倍,动量通量最大值增大约2倍,热量通量增大10~160 W/m2;浪高减弱至0.5倍,动量通量最大值则减弱约40%,热量通量减小10~55 W/m2。冷锋及其驱动的风浪强烈影响区域海气通量时空特征。

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500h Pa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850h Pa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1060h Pa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 h Pa,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(En WRF)、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,En WRF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。

长江口杭州湾海域冬半年海洋热动能对寒潮过程响应模拟研究

应用大气与海洋再分析资料和FVCOM-SWAVE区域海洋耦合模式,对2004—2009年长江口杭州湾冷季(11—3月)海洋热动能—主要为海流能和温差能进行特征分析,以及对北路及西路入海寒潮过程影响下的海洋热动能变化进行模拟研究。结果显示:该海域海流能主要受沿岸流和黑潮流系影响,此两流系强弱变化与南北季风的强弱变化,以及入海径流丰枯期的变化相关。2月海面温度SST低,且南北向水平温度梯度大,显示北方高纬冷海温的势力强盛。北路偏北寒潮大风在大陆近岸造成向南余流增强和余水位向岸增高。西路寒潮的偏西大风造成离岸向东的余流,在外海受地转力作用转为偏南流动,造成湾内负值余水位。海水表层温度的降低往往滞后于寒潮降温1—2 d。近海SST低于底层,其降温幅度大于底层,此种特征可持续3—5 d。外海站点寒潮影响造成的上下层海温迅速混合所需时间大约1—2 d,温度降幅小于近岸。增加波浪模式的耦合,增强了水位对寒潮的响应强度,显著改善模式产品质量。对3个SST海温槽脊系统的海流能与温差能比较显示,寒潮剧烈天气过程的影响,驱动自北向南的冷水团质量输送,造成海区热动能表现为短期迅速地显著增长。

寒潮过程中风浪对黄海海气热量通量和动量通量影响研究（英文）

使用大气和海洋再分析资料对黄海海气间热量通量和动量通量的特征进行统计分析,并通过FVCOM-SWAVE浪流耦合模式对典型寒潮过程中风浪的影响效果进行模拟研究与对比分析。统计结果显示,通量受海表大风、海气温差及海洋环流等因子影响,秋冬季节强烈,春夏季节相对较弱,在寒潮活跃的冷季该海域的海流处于弱流期,风浪对海面通量的作用明显增强。海温特征也显示冷季的不稳定性显著强于暖季,因此该海域冷季具有更强的海气热量通量。沿岸站点的比较显示,南部吕泗站面向更开阔的东海海域,其平均波高高出北部20%左右。这与沿海南部通量强于北部特征对应。数值模拟显示,在寒潮过程中,海气界面热量通量和动量通量输送比多年月平均状态显著增强,动量通量增大1~5倍,热量通量增大1~6倍。寒潮过程入海冷锋走向、强度、移动方向显著影响海面热量通量和动量通量大值区的分布。偏北路寒潮纬向型冷锋入海,其强度东部大于西部,造成通量大值区形成在黄海东北部,而偏西路寒潮经向型冷锋入海,其强度南部大于北部,造成通量大值区形成在黄海南部。同时偏北路径寒潮强度大于偏西路径,海气动量通量响应较偏西路径强约25%,热量通量强约50%。耦合风浪作用的模拟显示,海气间热量通量和动量通量明显增大,对不同强度风浪,浪高增加1.5倍,动量通量最大值增大约2倍,热量通量增大10~160 W/m^2;浪高减弱至0.5倍,动量通量最大值则减弱约40%,热量通量减小10~55 W/m^2。冷锋及其驱动的风浪强烈影响区域海气通量时空特征。

1951—2016年中亚努尔苏丹与乌鲁木齐寒潮过程频数变化及其主要影响因子对比分析

利用1951—2016年努尔苏丹和乌鲁木齐的逐日最低气温资料,以当年7月到翌年6月为统计年,对比分析了中亚地区的努尔苏丹与乌鲁木齐的寒潮、强寒潮和超强寒潮过程频数气候变化特征,并初步分析了冬季北极涛动(AO)、北大西洋涛动(NAO)与中亚两个城市同期寒潮活动关系。结果显示:努尔苏丹的年平均寒潮过程频数(15.7次·a^(-1))是乌鲁木齐(4.1次·a^(-1))的3.88倍,强寒潮和超强寒潮过程频数分别是乌鲁木齐的5.91倍和7.55倍;努尔苏丹的超强寒潮过程频数月分布呈单峰型,1月最多,乌鲁木齐的呈双峰型,峰值分别出现在11月和4月。努尔苏丹的寒潮过程持续日数普遍比乌鲁木齐短。65 a来,努尔苏丹与乌鲁木齐的春季寒潮过程频数之间的相关关系显著。努尔苏丹和乌鲁木齐的年寒潮过程频数的线性递减率分别为-0.111次·(10a)-1和-0.445次·(10a)-1;两城市秋、冬、春季寒潮、强寒潮和超强寒潮过程频数线性趋势大多以递减为主,但是努尔苏丹冬季和乌鲁木齐春季的超强寒潮过程频数均呈递增趋势。努尔苏丹的年超强寒潮过程频数在近5 a最多。努尔苏丹的年寒潮过程频数序列有31 a、20 a左右的显著周期,乌鲁木齐的年寒潮过程频数序列有39 a、8 a左右显著周期。北大西洋涛动(NAO)与努尔苏丹和乌鲁木齐寒潮过程的关联程度比北极涛动(AO)与它们之间的关联程度更为密切;努尔苏丹的寒潮过程频数受NAO以及AO的影响程度更深。

BCC第二代气候预测模式系统对2015年一次寒潮过程的预报能力评估

利用BCC第二代气候预测模式系统(BCC_CSM2)的回报试验结果,评估了BCC_CSM2对2015年1月27—31日一次强寒潮过程的次季节预报能力,结果表明:(1)此次寒潮过程主要由新地岛以西的短波槽不断东移发展而形成的,模式能够提前10 d较好地预报过程期间降温以及高空环流形势,相关系数、距平符号一致率以及均方根误差都定量表明模式在10 d左右具有较好的预报能力,但是对降温程度的预报能力随起报时间的延长逐渐降低;(2)为了探讨随起报时间延长模式预报能力降低的原因,从位势倾向方程出发,分析相对涡度平流和温度平流随高度变化发现,在模式提前10 d之内的预报时段内,模式预报的相对涡度平流和温度平流随高度变化与再分析资料的诊断结果基本一致,能够合理预测短波槽的东移和槽脊的强度变化,当预报超过10 d后,模式中相对涡度平流的配置不利于短波槽的东移,模式预报的低层出现暖平流,并随高度增加而减小,不利于槽的加深,使模式预报的环流形势产生偏差,导致模式预报能力降低。

1954—2016年阿勒泰市春季寒潮过程频数及强度气候特征

利用阿勒泰基准气候站日最低气温资料,资料长度为1954—2016年的春季(每年2月26日—5月31日),以日最低气温及其降温幅度为指标,整理出阿勒泰市63 a寒潮过程数据库,分析阿勒泰市近63 a来寒潮过程的频数以及强度相关6个指标的气候特征,结果表明:(1)1954—2016年春季(3—5月)阿勒泰市共发生寒潮天气过程226次,平均每年发生3.6次;3月平均每年出现1.8次,4月1.1次,5月0.7次;共有17 a为寒潮发生异常偏少年份,16 a为异常偏多年份;3月上旬和3月中旬为春季寒潮过程发生最多的时段。(2)春季寒潮频数以每0.1次/10 a的速率在递减;月际尺度上,3月和5月发生寒潮过程频数在递减,4月递增;年代际变化1950年代最多,2010—2016年最少。(3)春季寒潮过程持续日数在1～7 d,其中持续2 d的寒潮过程最多,占春季寒潮过程的49%;持续时间在1～3 d的寒潮过程占92%。(4)春季寒潮降温过程平均降温幅度为-12.7℃,降温幅度平均值最大在3月;最大24、48 h和72 h降温幅度平均值分别为-8.9、-12.5℃和-14.3℃。(5)春季寒潮降温过程最低气温平均值为-11.8℃;寒潮降温过程最低气温平均距平值为-7.6℃。

近64 a阿勒泰市春季不同等级寒潮过程气候特征

根据1954—2017年阿勒泰市春季寒潮过程数据,分析阿勒泰市春季一般、强和特强3个等级的寒潮过程气候特征。结果表明:(1)1954—2017年阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程频数分别为110、76和40次,特强寒潮过程占16.5%。(2)阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程平均持续时间分别为2.0、2.3和2.3 d,均以持续1~3 d的过程为主、持续2 d的最多。(3)64 a来,阿勒泰市春季各级寒潮过程频数均呈线性减少趋势,变化不显著。3月和5月各级寒潮过程频数均减少,但4月特强寒潮过程频数显著增多。春季特强寒潮在20世纪60年代和21世纪前10 a最多。(4)阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程降温幅度平均值分别为-10.8、-13.0、-17.3℃,特强寒潮过程降温幅度在3月最强。(5)阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程24 h最大降温幅度平均值分别为-7.8、-9.0、-12.0℃,48 h最大降温幅度平均值分别为-10.7、-12.4、-16.7℃,72 h最大降温幅度平均值分别为-12.3、-13.9、-19.1℃。特强寒潮过程最大24、48和72 h降温幅度均在3月上旬最强,三类降温幅度旬平均值分别为-13.0、-17.8、-20.3℃。(6)阿勒泰市春季一般、强和特强寒潮过程最低气温平均值分别为-7.8、-12.8、-20.3℃,过程中最低气温距平平均值分别为-5.7、-7.9、-10.5℃;3个等级的寒潮过程最低气温距平为负值占该级寒潮过程频数的百分率分别为80.0%、97.4%和97.5%。

利用有限区域模式对1979年1月东亚平均环流和寒潮过程的初步模拟试验

利用不同分辨率的有限区域数值模式，由ＦＧＧＥＩＩｂ分析场提供模式的初始条件和随时间变化的侧边界条件，通过长时间连续积分对东亚地区５６２５～６３７５°Ｎ、６１３７５～１３８７５°Ｅ范围内，１９７９年１月的平均环流和寒潮过程进行了模拟和试验研究。文中首先考察了在研究时段内长时间积分后，模式的计算性能及其稳定性。结果表明，由于强加于模式的侧边界条件的作用，可以使得误差增长控制在一定范围之内。在此基础上进一步分析了误差的时空分布特征及其成因。通过对２４小时变高、２４小时变温负中心值和逐日温压场的分析，发现模式对中长期天气过程有较好的模拟效果，因而具有区域气候模拟的潜力。

徐州市11月下旬两次寒潮过程对比分析

通过对2011年11月18～20日和11月29日～12月1日2次临近寒潮过程的对比分析,探讨其不同天气形成的主要原因。结果表明,2次寒潮过程在环流背景、影响系统和冷空气源地、移动等方面存在着相同与不同之处。其主要差异在于第1次寒潮过程属小槽发展型,南支系统活跃程度较弱;第2次属低槽东移型,南支系统活跃,低层有低涡配合,地面有气旋发展。

1954~2017a阿勒泰市春季各级别寒潮过程强度评估

利用阿勒泰基准气候站日最低气温资料,资料长度从1954年到2017年的春季,以日最低气温及其降温幅度为指标,计算寒潮过程单要素强度评估指标包括:寒潮降温幅度,最大24 h降温幅度,最大48 h降温幅度,最大72 h降温幅度,过程最低气温,过程最低气温距平;以寒潮综合强度指数IY评估各次寒潮天气过程,结果表明:1) 以寒潮天气过程降温幅度标准化指数IA为指标,强度从大到小排列前十位的过程一般寒潮和强寒潮过程各月分布比较均匀,特强寒潮过程全部现在3月。2) 以寒潮天气过程最大24 h、48 h和72 h降温幅度标准化指数I24 h、I48 h和I72 h为指标,强度从大到小排列前十位的寒潮过程中一般寒潮过程出现在3月的分别有2次、1次和4次,出现在4月的均为3次,出现在5月的分别有5次、6次和3次;强寒潮过程出现在3月的分别有6次、6次和5次,出现在4月的分别有2次、2次和3.5次,出现在5月的分别有2次、2次和1.5次;特强寒潮过程全部出现在3月。3) 以寒潮天气过程最低气温标准化指数ITD为指标,强度从大到小排列前十位的各级别寒潮过程全部出现在3月。以寒潮天气过程最低气温距平标准化指数IJP为指标,强度从大到小排列前十位的寒潮过程中一般寒潮过程中4次出现在4月,6次出现在5月;强寒潮和特强寒潮过程均有9次出现在3月,1次出现在4月。4) 以各级别寒潮过程强度综合评估指标IY为指标,强度从大到小排列前十位的一般寒潮过程3月只出现了1次,4次出现在4月,5次出现在5月;排列前十位的强寒潮过程中8次出现在3月,2次出现在4月;排列前十位的特强寒潮过程中9次出现在3月,1次出现在4月。5) 春季一般寒潮和强寒潮过程强度均为强度呈减弱的趋势,但不显著;而特强寒潮过程为强度减弱且显著。

“99·4”特强寒潮过程的分析

对“99·4”罕见的寒潮天气过程进行了初步分析，重点分析了500hPa的u、v风场及其廓线。北风带的东移南扩是造成寒潮过程的关键。南疆的风沙天气延长了低温的持续时间。

1961—2016年呼伦贝尔市寒潮过程频数及强度气候特征

利用呼伦贝尔市16个气象站1961—2016年寒潮天气资料,分析56年寒潮过程的频数、持续日数、降温幅度以及寒潮天气类型特征,结果表明:(1)56年呼伦贝尔市出现区域寒潮过程327次,平均每年5.8次,寒潮、强寒潮和特强寒潮分别出现204、70、53次。(2)全年及秋、冬、春季寒潮过程频数的年代际分布特征具有一致性;各季寒潮过程频数占年总数百分率的年代际分布差异明显。(3)呼伦贝尔市区域寒潮过程持续日数2~5 d不等,其中持续3 d的过程最多,占79.5%。(4)呼伦贝尔市区域寒潮每次出现6~8个站次的过程最多、9~11个站次过程次之、14~16个站次过程最少。(5)寒潮过程最大降温幅度出现在48 h,其中降温幅度超过20.0℃的寒潮过程主要发生在冬季,其次发生在秋季和春季;从发生月份来看,主要发生在11、12、3月。(6)寒潮过程出现时最低气温在-35.1^-40.0℃区间过程最多,为75次,占寒潮过程总数的22.9%;其次-20.1^-30.0℃区间寒潮过程为73次,占寒潮过程总数的22.3%;-40.1℃以下的寒潮过程54次,占寒潮过程总数的16.5%;-10.0℃以上的寒潮过程较少,仅9次,占寒潮过程总数的2.8%。(7)呼伦贝尔市区域寒潮有4种天气类型,其中降雪型寒潮过程最多,出现频率占55.7%,其次是风雪型寒潮,出现频率33.6%,降温型寒潮和大风型寒潮较少。

2014年春季内蒙古2次大风降雪寒潮过程分析

对于环流特征相似的寒潮过程,其爆发的方式、产生的天气和影响的区域基本相似,但个别寒潮过程却存在较大的差异,造成预报上的误判。针对此类特例,基于常规气象观测资料,自动站观测资料和NCEP逐6 h 1°×1°再分析资料,应用天气学分析和诊断方法,对2014年4月24日（过程1）和5月1日（过程2）2次寒潮天气过程的环流、系统和爆发的动力、热力学机制等进行对比分析。结果表明：2次过程北半球中高纬500 h Pa环流形势均具有两脊一槽的环流特征。寒潮区域升温明显,前期平均温度分别比历史同期偏高1.0-7.3℃和0.1-10.7℃,500 h Pa冷槽和强锋区均在新疆北部堆积、爆发南侵;2次过程在爆发方式和成因上存在着较大的差异,过程1中促使寒潮爆发流场为横槽转竖,槽前疏散结构和正涡度平流使低槽切断出低涡并东南移,冷平流中心移至槽前,横槽转竖寒潮爆发。过程2为低槽东移,冷槽移过阿尔泰山和蒙古高原加深东移,冷空气入侵内蒙古,寒潮爆发。虽然2次过程均造成了全区范围的强降温,但由于上述影响方式和成因的不同,使得大风、沙尘暴和降水呈现出不同的影响特点。寒潮过程中大风和沙尘暴的分布除与冷平流有关外,还与高空动量下传的地点和时间密切相关,对于寒潮过程中的降水而言,低层的温度层结及其水汽输送特点,决定了不同地区的相态变化和降水的量级。通过关注环流相似寒潮过程中的爆发方式和动力过程,对于正确预报寒潮天气造成的不同地区的降温、大风、沙尘和降水具有很好的借鉴意义。

江苏寒潮天气过程风险预评估方法研究

利用江苏省1961—2020年70个国家级及1300多个区域自动气象站同时段的日最低气温重构数据,选取最低气温48 h最大降温幅度、累计降温幅度、过程日极端最低气温和寒潮过程持续天数共4个要素作为寒潮灾害气象致灾因子,综合信息熵权法和专家打分法确定各致灾因子权重,构建寒潮过程致灾危险性评估模型,形成致灾危险性指数长时间序列,采用百分位法确定危险等级。基于智能网格气温预报数据,计算寒潮过程预估致灾危险性指数,在此基础上结合承灾体暴露度及脆弱性信息,构建寒潮过程风险预评估模型,对高分辨率人口、国内生产总值(Gross Domestic Product,GDP)和小麦等承灾体进行风险预估,同时考虑前期气温对小麦生长的影响,修正了小麦脆弱性指标。结果表明:(1)江苏省历年寒潮过程发生频次总体呈现20世纪后40年多、21世纪前20年少的态势,北部地区发生频次显著多于南部地区;寒潮过程的气象致灾因子强度大体上具有西部强于东部、北部强于南部的分布特征;(2)通过对2022年11月28日—12月3日江苏全省性寒潮天气过程的个例分析,可以得出与实际灾情基本相符的寒潮天气过程的致灾危险性预评估和风险预估结果。

2022年10月2—4日七台河市一次寒潮天气过程个例分析

为更好地研究七台河市寒潮天气过程的环流形势,为预报服务提供参考,选取秋季一场较强寒潮过程和降温前期形势进行分析,该过程具有典型的环流背景,包括东亚倒Ω流型的建立、乌山阻塞高压的建立与崩溃、横槽转竖等特征,得出寒潮暴发的天气学成因。

吉林省寒潮天气时空特点及其过程评估

利用吉林省1961—2015年50站逐日最低气温资料,选用小波分析、距平累积和气候倾向率等方法分析了吉林省寒潮发生的时空分布特征。利用灰色关联度、百分位数、正态分布等方法建立了春季、秋季和冬季寒潮过程指数、过程评估等级指标、气候重现期指标。结果表明:近55a吉林省寒潮总体呈持续稳定减少趋势,且具有显著周期性,寒潮主要出现在冬季,其中2月最多,9月最少,空间分布呈东南部多、中西部少的特点。在此基础上分别将春季、秋季和冬季寒潮过程划分为特强、强、偏强和一般4个等级,并给出相应的等级指标,同时给出7个等级的气候重现期指标。