基本介紹
- 中文名：中期天氣過程
- 外文名：Mid-term weather process
- 描述：與中期天氣預報相適應的天氣過程
- 套用：天氣預報
- 學科：氣象學
簡介,圖表工具,結構分析,高空環流形勢,500hpa環流場波譜分析,流場,地面低壓系統與降水,研究結論,
簡介
中期天氣過程的特點：
（1）時間尺度：一個中期天氣過程，往往包含若干短期天氣過程，包含若干天氣系統的生消、發展；
（2）空間尺度：中期天氣過程比短期更明顯地受制於大型環流的演變調整。
（3）非絕熱加熱：中期天氣過程既受大氣初始狀態的控制，又受外界能源的影響。內部過程：如雲（短波輻射、凝結潛熱、長波輻射等）；外部過程：下墊面（冰雪、海洋、植被等）。
圖表工具
1、各種氣候資料圖表：了解氣候背景。
（1）要素氣候圖：多年平均的各旬降水量圖、雨季始迄時間、多雨少雨時段分布、氣溫圖、冷空氣活動表等。
（2）環流氣候圖：旬或月的多年平均環流場、槽脊活動頻率圖、副高位置和強度資料等。用於了解槽脊易於在什麼位置發展等。
（3）物理量氣候圖：平均基本氣流分布圖、急流分布圖、低緯合成風資料等。
（4）影響系統氣候圖：颱風路徑頻率圖、颱風強度分布圖、颱風生成源地分布圖、氣旋活動頻率圖、西南渦活動頻率圖、冷高壓活動頻率圖等。
2、各種時間、空間平均圖（中期：超長波）：
（1）時間平均圖：500hPa旬平均、侯平均、3天滑動平均圖，以及它們的距平圖等。獲得超長波。
（2）空間平均圖：5點和9點平均。
3、各種濾波合成圖和高層天氣圖（超長波）：
（1）合成波高度圖：諧波分析（傅立葉級數展開），1、2、3波為超長波，4、5、6波為長波。
（2）高層圖：50hPa、25hPa、10hPa天氣圖。利用的是大氣本身隨高度增高產生的阻尼濾波作用。
4、各種環流指數和特徵量的時間演變曲線圖及時空剖面圖：西風環流指數曲線、低緯環流振動曲線等，急流時間剖面曲線、槽脊活動時間剖面曲線等。
結構分析
2004年進入夏季後，黑龍江省一直處在少水階段，6月底全省出現了一次降水，對大部分地區來說只是緩解了一點旱情，但對重旱區齊齊哈爾市和佳木斯市沒有任何作用。7月1日開始長達11d的降水對黑龍江省是轉折天氣，除個別縣外，全省都解除了旱象。在這次長時間的降水天氣的中期預報中，對時間和降水地區上都做了準確的預報，降水量級預報的也基本正確。由於前期降水少，當出現有利降水天氣的環流時，對產生降水的量級沒有足夠的信心。說明對大氣環流系統的演變規律了解的還不夠清楚，在這裡對這次降水的環流結構進行細緻的分析，目的是為了了解大氣環流的配置與降水天氣的內在關係，為今後的降水天氣中期過程預報打下堅實的基礎。本文對產生降水的大氣環流的水平、垂直分布，高空和低空系統的配置，及大氣環流分解波的能量轉換等進行了分析，充分認識了大氣環流的整體結構與降水間的關係。
高空環流形勢
6月28日~7月11日的高空環流形勢，在90°E~130°E的區域內經歷了高空冷空氣堆積加強、發展、減弱、消亡的一次波動過程。從500hpa~100hpa高空環流形勢演變情況看，高層具有一致性的槽、渦的發生、發展及減弱，說明該次系統為深厚系統，這是產生長達11d多水天氣的重要原因。
圖1 6月27日~7月11日100hpa高度場40°N、60°E~150°E時空剖面圖
首先分析一下產生這次中期降水過程的主體冷空氣的生消過程，圖1是6月27日~7月11日60N、60°E~150°E的100hpa時空剖面圖，圖上可以反應出主體冷空氣發源於140°E~150°E附近，隨著時間的推移，冷空氣中心在向西退，並且是強-弱-強的變化。結合逐日天氣圖，低壓由強到弱是由於冷空氣南下將能量帶走，由弱到強是極地冷空氣為低壓再次續補能量。再看40°N、60°E~150°E的200hpa及700hpa時空剖面圖（見圖2），200hpa圖上6月27日75°E附近有一個低渦系統逐漸向東移動，135°E~150°E也有一個低渦系統向西退，兩個低渦系統於7月1日在120E附近匯合，以後低值系統一直在這個區域活動，7月10日低渦東移至150°E。700hpa圖上6月30日~7月8日在110°E~130°E始終有一個低壓帶，7月9日，低壓系統西退。高低空疊加分析，前期低壓系統是隨著高度的降低而向東傾斜的，其環流配置構成一個穩定的、發展的系統，後期低壓系統是隨著高度的降低而向西傾斜的，其環流配置構成系統減弱消亡。從圖中還可以看到，低壓的東部是一個隨時間逐漸加強的高壓，它起著阻擋低壓東移作用的，因此也是產生東北地區持續降水的間接系統。
圖2 6月27日~7月11日200hpa 、700hpa高度場時空剖面圖
將這11d的500hpa的高空環流做一張合成圖（見圖3），圖上可以清楚的分析到內蒙古自治區西部、黑龍江省、吉林省及遼寧省在一個低壓控制區域內，低值中心位於黑龍江省的西南部，東北三省均處於槽前的輻合區，這是發生降水的典型環流形勢，因此這段時間為多水時段。
從500hpa逐日高度場的分析，在6月29日20時的環流圖上，在70°N~80°N、110°E處已經形成了一個具有閉合等值線的極地冷空氣中心，從冷空氣中心向貝加爾湖的西部地區伸出一個槽。6月30日08時槽東移到貝加爾湖，且在東移的時候開始向南延伸，此時黑龍江省上空的環流還是一個高壓脊，它起著阻擋槽東移而迫使其南壓並加強的阻塞系統。
7月1日08時高空槽移到黑龍江省、吉林省西側的內蒙區域。這時，從形勢場上低渦和槽的強度都已經具備了產生降水的條件，該槽在黑龍江省和吉林省經過，歷時3d，並在黑龍江省產生了一次中雨天氣過程。
7月1日20時極地冷空氣中心發生了西退，中心位置在70N、90E，冷空氣的範圍也在擴大，這是影響後期天氣的很重要的環流系統。7月3日從這個冷空氣中心分離出來的小股冷空氣移到貝加爾湖南側，以後東移過程中不斷加強，7月4日20時到達內蒙古自治區西部，以後這股冷空氣基本上是在東北地區盤旋，直到11日消亡為止，與地面低壓配合分別造成5~7日、8~11日東北地區二次降水，黑龍江省為兩次中雨天氣過程。
500hpa環流場波譜分析
對這次較長時期多水的500hpa環流場通過傅氏展開進行波譜分析，首先從各波的時間序列分析，可以看到低緯度地區，用30°N代表（圖4a），超長波1-3波由強減弱後，黑龍江省出現降水，當再次加強的時候降水即將結束；中緯度地區，用45°N代表（圖4b），4波或8波在急劇加強後再釋放的過程中，黑龍江省出現降水，其中4波在1~3日和8~11日的降水過程中有很明顯的能量釋放，8波在5~7日的降水過程有明顯的能量釋放，另外7-11日間還有這樣一個特徵，在4波減弱的同時，6波出現加強，它與降水也存在著很密切的關係。高緯度地區，用55°N-60°N代表（圖4c），當2波強度減弱進入弱示狀態的時候，黑龍江省產生降水。
圖 4 30N 振幅(a) 45N 振幅(b) 55 ~ 60N 振幅(c)
觀察逐日逐波的高度場環流圖，很清楚的看出，影響黑龍江省產生降水的系統分別為：1~3日是4波槽，5~6日是8波槽，7~11日是6波槽。
由上面的分析可以看到，這次降水天氣的開始是超長波減弱（即能量釋放）後，中緯度長波系統加強再減弱時產生的，並且三次過程的影響波並不相同。
在45°N經向動能譜的分布圖（圖5a）上還可以看到，6月30日和7月8日分別有一個4波動能集中區，4~5日有一個8波動能集中區，它們分別是三次降水天氣的開始期。10日有一個6波動能集中區，而它是第三次降水結束的標誌。
圖5 經向動能譜
再看45°N緯向動能譜的分布（圖5b），6月26日有一個1波動能集中區，6月30日~7月3日轉換為3波~2波的動能集中區，5~9日又轉換為6波~4波的動能集中區，由此說明了三次降水過程的緯向動能是從超長波向長波輸送的。
綜合經向和緯向的動能譜，可以得出，這次降水是由緯向超長波動能向長波輸送，經向4、8波動能能量釋放而產生的降水天氣過程。
圖5c為11d北半球角動量合成輸送譜，6月30日前2波角動量有一個負中心，能量是向南輸送；7月1日~6日3~9波角動量均是正的，能量是向北輸送的，其中3波、5波、9波分別在1、3、5日有一個能量中心。7月7日~9日4波角動量有一個負中心，能量是向南輸送的。再從北半球角動量總和輸送譜的分布圖上看，6月30日之前角動量為負，能量是向南輸送的，2~5日角動量為正，能量是向北輸送的，6~9日角動量為負，能量是向南輸送的。這期間的能量輸送轉換變化，也說明了整個過程是由高緯度超長波能量向低緯度輸送而激髮長波能量堆積並釋放的結果。說明降水天氣的產生不是哪一個波單獨完成的，而是多個波相互能量傳遞，共同合作的結果。
流場
對200hpa~925hpa分別做11d的流線合成圖，不難看出300hpa~500hpa之間在黑龍江省的西部有一個明顯的氣流輻合中心，而700hpa以下氣流輻合中心則逐漸向南推移，925hpa的氣流輻合中心在吉林省。再從流線的走向看，700hpa以上，圍繞黑龍江的輻合中心的氣流來向是西部和北部，其氣體的性質屬於乾冷性的，而850hpa以下該輻合區的氣流來源則是南方海上，其氣體的性質則屬於暖濕性的。綜合各層流場分析，這次連續降水其流場空間分布是在黑龍江省和吉林省有一個從地面到300hpa一致的氣流輻合區，並以高層冷空氣注入，低層暖空氣注入為特徵，在高低層冷暖空氣的共同合作下，產生了長達11d的降水。
從1~11日、1~3日、5~7日、8~11日925hpa流場合成圖上，反應了三次過程渦旋輻合中心分別在黑龍江省西南部、黑龍江省與吉林省交界處和吉林省，都有海上氣流向渦旋中心輸送，這是對產生降水天氣很重要的水汽條件，降水中心在渦旋輻合區。從平均流場也可以反應出渦旋輻合中心在吉林省西北部，黑龍江省在輻合中心外圍，所以黑龍江省的主要降水區在中南部地區。
地面低壓系統與降水
6月29日隨著高空貝加爾湖槽的出現，地面也隨之生成了蒙古低壓，該低壓沿著高空引導氣流東移至內蒙古自治區西部、吉林省、黑龍江省，同時在這些地區產生了降水天氣。黑龍江省的降水時間為1~3日。過程降水量大於25mm的地區基本上是在松花江沿岸，其中綏化市、哈爾濱市、鶴崗市、佳木斯市西部降水量在30~92mm，黑龍江省的其它地區雨量不大。
7號颱風“蒲公英”於6月30日在福建省登入變性轉為大陸低壓，之後沿著我國東部沿海地區北上。7月4日北移到黃海海面，這給該低壓增加了一次補充水汽的機會。7月5日在朝鮮半島登入，並與滯留在東北地區的高空渦相會合，隨後北上，致使遼寧省、吉林省、黑龍江省、內蒙古自治區東部等地出現第二次降水天氣。黑龍江省的降水時間為5~7日。在低壓途經的齊齊哈爾市東部、大慶市、綏化市、哈爾濱市、伊春市產生了30~53mm的降水。黑龍江省的其它地區過程降水量大多都在10~30mm。
7月7日在長江口附近產生一個弱低壓，並迅速北上至華北地區後東移到黃海，該低壓同樣受到了東北地區高空槽的牽制，並在海上補充水汽之後向東北方向移動，8日20時到達吉林省和朝鮮交界處，繼而轉向，向西北方向移動。9日08時~10日20時在黑龍江省與吉林省交界處盤旋後減弱東移，造成8~11日黑龍江省的第三次降水過程。這次低壓移動途經的哈爾濱市東部、雞西市、牡丹江市、佳木斯市西部及齊齊哈爾市南部、大慶市、綏化市降水量在30~76mm，黑龍江省的其它地區降水量不大。
從7月1~11日，在三次低壓影響下，黑龍江省大部分地區解除了旱情，過程總降水量大興安嶺地區、黑河市、佳木斯市東部在40mm以下，齊齊哈爾市在40~75mm，其它大部分地區在60~160mm。這是入夏以來第一次全省大範圍、長時間的降水，毫無疑問是一場喜雨。
研究結論
通過對7月1~11日黑龍江省多水期的大氣環流演變的分析，了解產生這次長時間降水的環流系統首先是高空有極地冷空氣在貝加爾湖北部地區堆積，而後南下；第二低渦系統深厚，200hpa~500hpa在黑龍江省附近是一致的低值系統，並是斜壓穩定的；第三有南方暖濕空氣與之配合；第四當超長波系統進入弱勢狀態時，4波和8波加強再減弱時是降水天氣的明顯信號。
數值預報產品已經很豐富，也比較準確，只要對大氣環流演變規律與天氣之間的關係有所了解，就可以通過數值預報產品做形勢場趨勢分析，同時還可以對其各緯圈分解波，分析其各個單波的變化，以達到提高中期天氣預報水平，尤其是多水期的中期預報。因為本次天氣過程降水時間長，但降水強度僅為中等，在很多物理量場上反應出來的都不夠典型，因此象這樣的天氣能在大氣環流結構上分析透澈，分析出環流與降水間的內在聯繫，就可以在實際預報中增強多水時段的預報信心。更重要的是在少水期能準確預報出多水時段，對抗旱、實施人工增雨作業都將是很有意義的工作。
