乌拉尔阻塞高压的维持发展及其与2020/2021年冬季强寒潮活动的关系

2020年岁末至2021年初前后两次强寒潮侵入我国,引起大范围的强烈而持续的降温。本文对于其相应的环流特点及成因进行了分析研究,主要结论是:(1)从环流形势看,两次寒潮的发展过程,都是属于“横槽转竖”的类型。但是,自2020年的12月中旬至第二次寒潮结束,乌拉尔地区始终维持着宽广的高压脊(阻高),并未出现阻塞崩溃或不连续后退的现象。这与多数东亚地区寒潮爆发时的环流特点有差别。(2)乌拉尔阻塞高压及其脊前北风的加强和维持,使其前侧的斜压性大大加强。下游槽底的等高线日益密集,冷平流也不断发展,增强和向南推进。这些都推动了西伯利亚高压的加强和南扩。(3)在两次寒潮过程发生之前,源自0°E附近的低频静止波能量向东传播,有利于乌拉尔高压脊的维持、加强以及其下游低槽发展,为冷空气的向南爆发提供有利条件。

东海内陆架夏季台风与冬季寒潮沉积动力过程的差异——基于现场观测的认识

在全球变暖的背景下,台风活动在未来如何发展是关系到人类社会安全的重大问题之一。受器测记录时间长度的限制,我们对于台风长期的发展与演化机制的认识还不充分。从东海内陆架泥质区的沉积记录中提取台风信息,是了解几千年来影响我国的台风演变规律的有效手段。但是,其他极端事件,尤其是冬季寒潮,会影响台风沉积事件识别的准确性。台风与冬季寒潮大风沉积事件的辨识也是台风活动重建的难点之一。利用布放在东海内陆架泥质区的四脚架观测系统,分别获取了台风“天鹅”和冬季寒潮大风期间的海水温度、盐度、悬浮体浓度和海流等数据,并结合近海观测浮标的风速、风向和波浪等数据,探讨了台风与冬季寒潮沉积动力过程的差异。结果表明,台风与冬季寒潮在风向、有效波高和近底层流速变化上有一定的相似性,但是台风较高的强度更容易引起近底层沉积物的再悬浮;台风经过时,高浓度悬浮体主要来自海底沉积物的再悬浮,而冬季寒潮期间高浓度悬浮体与长江入海物质的输入有关。由于台风和冬季寒潮近底层海流流向的差异,在东海内陆架泥质区向海一侧边缘沉积记录中的砂层可能代表了台风事件沉积,是研究台风活动规律的良好研究材料。研究结果为从东海泥质区沉积记录中提取更准确的台风信息提供了科学参考。

南水北调中线工程2014—2022年冬季水温与冰盖观测分析

南水北调中线工程自2014年12月全线通水以来已运行8个冬季,为防止冰塞冬季输水流量控制为设计流量的30%~50%,严重制约了工程输水效益的发挥。因此,渠道水温和冰盖特性一直是冬季输水关注的重点问题之一。实测数据表明:①冬季输水流量总体逐年增大,最末段保持相对稳定,岗头闸流量约为50 m^(3)s,北拒马河闸约为25 m^(3)s;②冬季气温总体以暖冬居多。保定站最低气温-22.0℃,3日滑动气温极值-10.7℃,短期强寒潮可能是今后冰盖生成的关键驱动因子;③冬季水温沿程逐渐降低,渠首陶岔闸最低水温6.7℃,渠末北拒马河闸多数年份降至0℃附近。北拒马河闸水温最大降幅10日内由3.5℃降至0℃,期间渠段水温降幅亦达到极大值1.69℃100 km。④2016年冬季冰盖最长达280 km(最南端延伸至午河闸),次之为2015年冬季的73 km和2021年冬季的38 km,有两个冬季未生成冰盖。岗头闸-北拒马河闸近90 km是冰盖多发渠段,应引起关注。基于冰盖生成前实测数据,以初始水温和区间气温为输水条件,拟合给出了2 d、3 d和7 d等不同预报时效的简化水温模型和冰盖生成临界阈值。初步分析认为:冬季气温和输水流量是冰盖生成的两大关键驱动因子,流量越小气温越低越易生成冰盖,1月出现的短期强寒潮更易于导致冰盖生成。2016年冬季严重冰情是二者叠加的结果,2015年冬季冰盖主要是输水流量小诱发,而2021年冬季冰盖主要是短期强寒潮所致。

1961—2014年云南冬季寒潮活动规律及其与大气环流异常的关系

利用云南122个气象站1961—2015年逐日最低气温和平均气温资料,分析了云南冬季寒潮的活动规律以及大气环流异常特征.结果表明:①1961—2014年(近50 a)云南冬季寒潮频次(强度)呈减少(减弱)趋势,1984年为寒潮频次(强度)由多(强)转少(弱)的一个转折点.云南冬季寒潮存在8 a左右的显著性变化周期;②云南冬季寒潮与气温、降水存在较好的协同变化.当冬季寒潮频次偏多(少)时,云南气温偏低(高),降水量偏多(少);③云南冬季寒潮频次年际变异与大气环流异常密切相关.在海平面气压场,冬季北极涛动为正(负)位相、西伯利亚高压偏强(弱)以及东亚冬季风偏强(弱)时,云南冬季寒潮频次偏多(少).在500 hPa高度场,当极涡偏强(弱)、贝加尔湖高压脊偏强(弱)、东亚大槽和南支槽偏强(弱)时,有利于云南冬季寒潮频次偏多(少);④副热带对流层上层的急流变化是影响云南寒潮频次变化的一个重要因子,其可能通过影响冷涌向南爆发的频次进而影响云南寒潮的发生频次.

气候变化背景下新疆北部2009/2010年冬季雪灾

利用新疆北部43个气象观测站资料,引用异常气候事件和极端气候事件的判别标准,定量分析了2009/2010年冬季新疆北部的异常气候特征,总结了这一阶段的降水、气温的极端事件特征。分析表明,新疆北部2009/2010年冬季降水量大,积雪厚,积雪时间长,气温变化幅度大,多种表征降水和积雪的气象要素突破历史极值;极端事件发生频次高、范围广,极端冷事件与暖事件并存。在全球气候变暖的大尺度背景下出现降雪如此大、积雪如此厚、灾害如此重的极端气候事件,在新疆实属罕见,这也凸显了极端气候事件的多元性和复杂性。

海表温度与低层气温对江苏沿海冬季近地层风场特征影响研究

统计分析与数值模拟的江苏省沿海地区冬季风场状况显示,近地层风场对海表温度与低层气温的季节性以及短时过程演变都有显著响应。风速场表现为风速自内陆向海上增加,等值线与海岸线走向一致,风速梯度在沿海岸线的近海最强。季节性特征为:夏季低风速频次多,冬季高风速频次多;随着高度的增加,相同等级的大风风速在冬季出现频次明显高于夏季。寒潮入侵时,江苏自北向南气温降温幅度递减,海温响应的演变趋势类似,但降温幅度小。具有冷锋与副冷锋的寒潮降温呈三个阶段:(1)先缓降后速降,(2)弱回升,(3)再次降温。大风伴随降温,风速的明显减弱滞后于气温的速降,随着气温回升风速增大,对应副冷锋的降温风速有二次滞后减弱。当近海SST数值增大后,海上风速极大值区强度减弱。同一纬度上,内陆地区风速增加,近海海域风速减小,大值中心仍处于江苏近海海上。当低层气温温差加大、冷锋强度增强时,气旋式风场的切变线后方的风向由偏西北转为偏北风,整体风场的响应强度增大,大值风速带主要位于江苏沿海中部。

近53年中国寒潮的变化特征及其可能原因

利用1951-2004年中国740站逐日温度资料，对中国寒潮频次的气候特征及其变化进行了分析，并在此基础上对中国寒潮频次减少的可能原因进行了讨论：冬季西伯利亚高压和东亚冬季风强度与中国寒潮频次呈显著的正相关。秋冬季节西伯利亚上空低层冷堆温度和中国寒潮频次呈显著的负相关。在气候变暖的大背景下，西伯利亚高压和冬季风强度的减弱使得冬季中国地表温度持续升高，而温度的这种变化与中国寒潮频次及其相伴随大风频次的减少均有密切的联系。西伯利亚高压和冬季风强度的减弱，西伯利亚上空低层冷堆温度和中国地表温度的显著升高是中国寒潮及其相伴随大风频次减少的可能原因。

小麦越冬期低温寒潮天气分析及其影响

分析了连云港市小麦越冬期间(12月中旬～翌年2月中旬)2次区域性寒潮天气过程。结果表明,2次寒潮过程都属于横槽转竖型,2次寒潮冷空气的强度和爆发速度不同,导致其降温程度也不同;2次寒潮发生前都出现了地面升温现象;欧洲中心数值预报对寒潮初始时间的预报具有很好的指导意义。

江坪河放空洞有压洞口段衬砌混凝土冬季温控方案分析

冬季衬砌混凝土施工面临的寒潮等问题,容易导致混凝土产生裂缝。基于有限元分析软件ANSYS,对江坪河放空洞有压段洞口段衬砌厚度为1.0 m的混凝土的拆模时间、围岩特性以及在遭遇寒潮时保温与否等6种不同的方案的进行了分析,并提出相应的温控方案和温控标准供设计与施工参考。

2011～2012年冬季欧亚大陆低温严寒事件与平流层北极涛动异常下传的影响

利用NCEP-NCAR再分析资料分析了2011～2012年冬季发生在欧亚大陆的一次异常低温严寒事件的大气环流演变过程以及可能的成因。这次低温事件,主要出现在2012年1月下旬至2月上旬,持续大约3周左右,非常强的低温异常覆盖了几乎整个欧洲以及东亚的西伯利亚、蒙古国和我国东北、华北等地。这次低温事件的演变与对流层北极涛动(AO)由正位相转变为负位相的时间相匹配,意味着AO可能发挥重要作用。进一步分析表明,前期行星波的异常上传导致平流层发生爆发性增温现象,极夜急流减弱,AO位相首先在平流层由正变负;在2～3周左右的时间内,平流层AO异常信号逐渐下传,使得对流层AO也转为负位相;随后,乌拉尔山阻塞高压异常发展,极区的冷空气不断向南爆发,先后在东亚和欧洲造成剧烈的降温,导致低温严寒事件。因此,考虑平流层环流的异常可能有助于提高欧亚大陆冬季低温严寒事件的预测能力。

云南冬半年极端低温事件与大气环流的关系

利用一种简化的识别方法,对1961-2019年云南冬半年区域性极端低温事件进行了判别和分析,结果表明:近59年来,云南区域性极端低温事件发生频次、累积强度和累积影响站次均呈现下降趋势,但近10年中,极端低温事件的发生频次、累积影响的站点数有所增长.云南区域性极端低温事件持续天数集中在1~4 d之间,冬半年的11月和3月发生概率较高;云南东部地区发生频率高,怒江以西的狭窄区域发生频率较低;进入20世纪80年代中以后,云南无三个季节均发生极端低温事件的年份;深秋时段极端低温事件出现的频率减少较快,近10年中没有发生.从环流特征分析来看,不同季节影响云南极端低温事件的大气环流有所不同:深秋高层300 hPa在北美大陆有Rossby波东传,500 hPa东亚地区气压场"西高东低",850 hPa东北风引导冷平流南下引起云南深秋极端低温事件活跃;冬季的极端低温事件是由300 hPa北大西洋亚速尔群岛上空Rossby波东传,500 hPa东亚地区气压场"北高南低",850 hPa中纬度东风引导冷平流东进影响;初春,300 hPa东北太平洋Rossby波东传经由斯堪的纳维亚半岛上空至东亚,500 hPa东亚地区气压场"北高南低",850 hPa东风与北风共同引导冷平流南下与南支槽在云南相遇,造成春季极寒天气.

河北省寒潮的气候特征与冬季增暖

利用1962～2008年河北省142站逐日气温资料,对河北省寒潮天气的时空分布及变化进行了统计分析。结果表明:河北省寒潮天气年际、月际变化大,在气候变暖的大背景下,寒潮出现次数总的趋势是减少的;寒潮区域分布表现为由西北高原山地向东南平原递减的规律;降温幅度与地理特征关系明显,北部地区降温幅度比南部地区大,而南部的低洼地区及沙地等地区降温幅度也比较大;极端最低气温分布为内陆低、沿海高,高纬低、低纬高,南北差别大;寒潮减少与冬季增暖的趋势有明显相关性,河北省冬半年平均气温呈波动性上升趋势,而平均最低气温上升最为明显。

冬季中国东北极端低温事件环流背景特征分析

利用1961~2014年CN05.2逐日温度数据,对冬季东北极端低温事件进行了定义,并按其发生时冷空气对中国东部(105°E以东)的影响范围,将其分为第一类和第二类极端低温事件,其中前者局限在东北,而后者则扩展至中国东部大部分地区。分析表明,在年代际时间尺度上,第一类极端低温事件强度减弱,而第二类的则增加;对持续天数而言,第二类极端低温事件的在减少,而第一类在1990年代以前也持续减少,但是1990年代之后急剧增加;2月份总的极端低温事件发生天数最多,其在1990年代以前要远大于12月和1月份,且在1990年代以前总体在减少,以后则增加;850 hPa风场分析显示,第二类极端低温事件中来自贝加尔湖的西北路径冷空气比第一类的要强,而来自鄂霍次克海的东北路径冷空气则相反;在300 hPa的E-P通量散度场上,这两类极端低温事件中东北都处于波动能量辐散中心,第二类极端低温事件发生时罗斯贝波波动能量传播比第一类时的要弱,第一类发生时则纬向传播比较明显,而且波动中心值都比较大;在位势高度距平场的谐波分析中,长波槽同位相扰动叠加在超长波槽上更易导致极端低温事件的发生。

1978-2017年秋季北极海冰对中国大陆地区冬季极端低温事件的影响

利用1978-2017年英国Hadley中心的海冰密集度资料、中国地面站点观测资料及欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析资料,结合天气系统定量化表征指数,分析北极放大效应背景下前期秋季海冰变化对冬季中国大陆地区极端低温发生的影响及可能的机制.结果表明,在极地放大效应的背景下,当前期秋季巴伦支海-喀拉海和拉普捷夫海北部-东西伯利亚海东部-楚科奇海海域的海冰偏少时,中国大陆地区极端低温形势加剧,华南地区极端低温频次显著增多,北方地区低温强度明显增强.相对于海冰高值年,海冰低值年西伯利亚冷高压控制范围扩张且强度增强,西伯利亚高压指数由-0.48增至0.50;850 hPa风场上中国以北区域的偏北风增强,东亚冬季风综合指数由-0.56增至0.72;乌拉尔山地区阻塞形势更明显,瞬时阻塞比高值年高6 d.动力诊断分析显示, 500 hPa等压面上乌拉尔山阻塞关键区和北大西洋区存在相对涡度的显著负异常、中高纬度经向温度梯度异常高值中心和Rossby波作用通量扰动异常,能够解释在极地放大效应背景下,北极海冰减少时,有利于乌拉尔山阻塞高压的建立、发展以及与极地高压的合并,使得入侵中国大陆地区的极地冷空气增强,极端低温事件增多、增强.

华南冬季强降水及高、低纬两支波列的协同影响

采用1979~2015年ERA-Interim再分析资料和中国756个站点的逐日降水观测资料,利用百分位法定义了华南冬季强降水事件,通过K-均值聚类方法分析发现中国冬季强降水的中心主要集中在5个地区:长江中下游地区、华南中西部、华南东南部、淮河流域以及中国西南部。为了揭示华南南部大范围强降水的成因,对比分析了由西南地区自西向东移动至东南沿海的东移型强降水事件与西南地区局地型强降水事件。结果表明,南支槽槽前的暖湿气流与冷空气活动的强弱对峙是触发以及维持这两类强降水的关键。在局地型强降水中,活跃的冷空气活动抑制了南支槽的发展和东扩,强降水局限于西南地区;对于东移型强降水,由于冷空气活动偏弱,南支槽槽前西南暖湿气流东扩,降水落区随之东移。高纬度波列与南亚急流波列的协同作用是影响冷、暖气流相对强弱的关键环流系统。当高纬度波列与南亚急流波列同步发展时,冷、暖空气均较强形成强烈对峙,强降水主要局限在西南地区;当高纬度波列活动超前于南亚急流波列,冷空气活动与南支槽的加深错开,强降水可持续并东移,影响较大范围。

新疆一次超极地寒潮天气分析

利用常规天气资料、美国NCEP/NCAR 1°×1°网格点逐6 h再分析资料,运用天气学原理,对2012年1月16—21日新疆一次超极地路径寒潮天气过程进行分析和总结。结果表明:本次过程是一次极地冷空气向南爆发影响新疆的寒潮天气,属于乌拉尔山脊类里咸海长脊型;寒潮发生在极涡偏在东北半球,超长波为三波的大背景下。过程期间欧亚范围维持两槽一脊的经向环流,欧洲与西伯利亚地区均为深厚的低压系统,里咸海长脊与乌拉尔山脊同位相叠加形成经向度超过35个纬距的暖性闭合高压,即乌拉尔山阻塞高压。随着乌拉尔山阻高不断向东南方向衰退,脊前强的北风带推动西西伯利亚横槽转竖南压,引导极地冷空气向南爆发,造成新疆大范围的寒潮天气。冷空气入侵新疆前后海平面气压中心强度分别为1 047.5 hPa和1 071 hPa。强的冷平流是气温骤降的主要原因。中高层偏西急流与近地面风场辐合形成的垂直环流为降雪提供必要的动力条件。降雪过程中,南北疆中低层增湿明显。北疆降雪水汽来源于咸海和巴尔喀什湖,寒潮爆发后降雪成因归结于强的冷平流在动力作用下的冷凝降雪。数值预报性能检验来看,500 hPa高度场预报ECWMF较T639精准且稳定性高,气压场和850 hPa温度场预报T639优于ECWMF。

寒潮考验下得州和上海不同表现的启示

电力的平稳有序运行是城市管理有效、能源供需平衡等方面的重要体现。全球日益变暖,原有气候模式被打破,极端天气事件频发。今年2月,能源资源禀赋极佳的美国得克萨斯州(简称:得州)遭遇极寒天气,冰雪灾害剧烈扰动工业生产和居民生活,并于20日进入重大灾难状态。反观在今年年初同样经历了25年来最冷寒潮考验的上海,全市电网负荷连创历史新高,首次出现冬峰超越夏峰的情况,电力运行保持了平稳有序的基本面。深度剖析了得州与上海纬度相近,且得州此次面临的系统性问题,提出上海电网负荷首次于冬季创高峰的各方面影响因素,分析总结这一轮寒潮中双方的经验教训,最终提出了上海市进一步提升应对极端状态能力的几点建议,以期为保障上海电力系统安全提供借鉴。

三门峡市冬春交季一次强灾害性天气诊断分析

本文利用常规高空、地面观测资料、欧洲数值预报资料、多普勒雷达反射率因子产品以及日本传真图等,诊断分析2017年2月20-21日三门峡市大风、寒潮、暴雪等强灾害性天气过程,得出三门峡市冬春交季强灾害性天气预报的有利天气形势,以及在雷达反射率因子等产品上的指示特征。结果表明,700h Pa上偏南急流和850h Pa上偏东急流天气形势配置,是三门峡市这次产生暴雪的关键;春季在贝湖附近有1048h Pa以上的冷高压中心,是三门峡市出现寒潮的一个重要指标;对于大风、寒潮、暴雪等强灾害性天气过程,欧洲数值预报可靠;日本降水预报的准确性在这次暴雪天气中得以充分体现。

近48a宁夏寒潮的变化特征及可能影响的成因初步分析

利用1961—2008年宁夏日温度及逐月北半球500 hPa环流特征量、北极涛动指数(AOI)和NCAR/NCEP再分析资料,对宁夏寒潮频次变化的气候特征进行了分析,并对影响其变化的可能原因进行了讨论,结果表明:宁夏寒潮活动各地差异较大,主要出现在春季;近48年,春秋季寒潮频次呈弱增加趋势,冬季呈弱减少趋势;寒潮频次与AOI、气温呈负相关,与西伯利亚高压、东亚冬季风强度及入侵中国的冷空气活动频次呈正相关,相关关系在秋冬季明显,春季不明显;在气候变暖的大背景下,从20世纪80年代末开始,随着AOI从负位相转为正位相,冬季西伯利亚高压和东亚冬季风强度的减弱使得宁夏地表温度持续升高,是宁夏冬季寒潮频次减少的可能原因;春季也有类似的变化,不同的是:20世纪80年代中期以前,西伯利亚高压对寒潮活动作用更显著,之后,随气温持续增暖,冷空气活动对寒潮频次的影响更明显;秋季,西伯利亚高压和冷空气活动对寒潮的影响更直接明显。研究还发现,进入21世纪后,随着全球持续增暖,北极涛动对西伯利亚高压和东亚冬季风的影响有所减弱。因此,北极涛动、西伯利亚高压、冷空气活动频次、东亚冬季风、气温这几者之间的相互反馈作用是宁夏寒潮频次变化的可能原因。