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user: 3. 低频天气图特征 3.1. 低频天气图的建立 四川省位于97˚21'E~108˚33'E和26˚03'N~34˚19'N之间，在长江的上游位置，居于中国西南，是青藏高原和长江中下游平原的过渡带之间，所有位势高低悬殊，导致川西地势高，川东地势低的特点十分明显，盆地西面海拔高度在3000 m以上，多为高原、山地等；盆地东面海拔较西部低，海拔在500~2000米之间，多为盆地、丘陵等。由于四川盆地地形的因素，低层的大气变化很复杂，所以本文选取500 hPa等压面对其进行分析研究。通过所选取的带通滤波器，滤波所用序列为U，滤波后的序列U n 中第n个数据为： U n = a 0 ( U ′ n − U ′ n − 2 ) − b 1 U n − 1 − b 2 U n − 2 ，     n = 1 ， 2 ， ⋯ ， N 其中： a 0 = 2 Δ Ω 4 + 2 Δ Ω + Ω 0 2 ， b 1 = 2 ( Ω 0 2 − 4 ) 4 + 2 Δ Ω + Ω 0 2 ， b 2 = 4 − 2 Δ Ω + Ω 0 2 4 + 2 Δ Ω + Ω 0 2 Δ Ω = 2 | sin ( ω 1 Δ t ) 1 + cos ( ω 1 Δ t ) − sin ( ω 2 Δ t ) 1 + cos ( ω 2 Δ t ) | Ω 0 = 4 sin ( ω 1 Δ t ) sin ( ω 2 Δ t ) ( 1 + cos ( ω 1 Δ t ) ) ( 1 + cos ( ω 2 Δ t ) ) Δ t = 1 ( d ) ，   ω 0 = 2π / m 2 ，   ω 1 = 2π / m 1 ，   ω 2 = ω 0 2 / ω 1 式中，N为时间， m 1 ， m 2 为滤波的开始时间和结束时间。 将2013~2017年5月1日到8月31日的500 hPa逐日u，v合成风场数据通过滤波器滤波，建立出逐日的低频天气图(如图2)。根据低频天气图中流场的分布特征，对低频天气系统的活动周期、低频天气系统的变化路径等参数进行研究，所谓低频系统及为低频气旋、低频反气旋等天气系统。 3.2. 低频天气系统活动周期 通过历史各例的统计分析，划分关键区的前提是不阻扰低频天气系统的区域性和完整性，为了更方便的分析低频天气系统的变化特征，在低频天气图的区域内划分出若干个区域。由于四川位于亚热带地区，按经纬度划将其划分为8个关键区(图3)，1区：亚热带高压及台风活跃区(0˚~25˚N，120˚~150˚E)：对水汽的输送起平衡的作用；2区：南海海域区域附近(0˚~25˚N，100˚~120˚E)：水汽的来源地；3区：阿拉伯海、孟加拉湾附近(0˚~25˚N，60˚~100˚E)：水汽的来源地；4区：东海至日本海附近(25˚~50˚N，120~150˚E)：夏季风对降水的影响；5区：蒙古至河套附近(25˚~50˚N，100˚~120˚E)：经向风、纬向风的作用；6区：青藏高原及以北地区(25˚~50˚N，60˚~100˚E)：高原系统对降水的影响；7区：贝湖及以东地区(50˚~70˚N，100˚~140˚)：低槽的影响；8区：贝湖以西地区(50˚~70˚N，60˚~100˚E)：脊的强弱。 通过分析低频天气图，发现低频系统的移动很慢，但其移动的周期在每个关键区中有较大的差异，然而，低频天气图方法的关键又是低频气旋与低频反气旋在各关键区中的周期变化来决定。 本文通过普查2013~2017年5月~8月逐日低频天气图，归纳整理各关键区低频系统的中心位置、移动路径、活动周期等。从而找出低频系统在各关键区内的30~50天内的振荡规律，有时，先生成低频气旋在生成低频反气旋，又生成低频气旋或只生成低频气旋或低频反气旋，或同时生成低频气旋与低频反 图2. 500 hPa低频天气图(2017年7月4日) (A:低频反气旋，C：低频气旋) 图3. 低频天气系统关键区 气旋等……，各关键区内的低频系统并不同步。从而整理了各关键区低频气旋与低频反气旋的周期变化(表1)，由表可以看出关键区1、3、6的振荡周期较短，而关键区4、5、7、8的振荡周期较长，其中关键区1、3属于低纬关键区，关键区4、5、7、8属于中高纬关键区。 3.3. 低频天气系统变化路径 低频天气系统的变化方式大致分为了两种及移动型(图4)和振荡型(图5)，所谓移动型为低频活动周期内的低频天气系统在某一关键区产生，产生后向东西方向移动，或者向南北方向移动，最后移出产生时的关键区。振荡型路径则是指低频活动周期内的低频天气系统在关键区产生后就在原地振荡后自己消亡，始终没有移动出生成时的关键区。通过整理得到2013~2017年5~8月500 hPa低频天气图上各关键区低频天气系统的变化路径为：关键区1、关键区2、关键区3、关键区5、关键区6、关键区7生成的低频天气系统为移动型，关键区4、关键区8生成的低频系统为振荡型，其中关键区1、关键区2生成的低频系统为向西或东北方向移动；关键区3、关键区6生成的低频天气系统为向东北方向移动；关键区5、关键区7生成的低频天气系统为向东移动；关键区4、关键区8生成的低频天气系统大部分为原地振荡型。 3.4. 低频天气系统与强降水的配置 由于四川盆地地域较复杂，在该地区的降水分布以及降水强度有明显的区域性特征 [ 20 ] ，四川盆地降水主要集中在中部和东部地区，取2013年~2017年5月~8月逐日降水资料，设含有n个值的气象要素序列(这里为降水量)按升序排列后为X1，X2，…，Xm，…，Xn，则某个随机量值 ≤ Xm的几率可用下式来计算，即：P = (m − 0.31)/(n + 0.38)，其中：m为Xm的序号；ｎ为气象要素序列的个数；常值为经验 Table 1 Low-frequency synoptic oscillation period in key areas (unit: days 关键区 1区 2区 3区 4区 5区 6区 7区 8区 气旋C 12 15 12 19 22 10 26 18 反气旋A 13 16 9 18 21 12 19 20 表1. 各关键区低频天气图振荡周期(单位：天) 系数。第95个百分位值是P = 95%相应的Xm的值，定义四川强降水事件的阈值为第95 百分位的降水量。当某观测站的日降水量超出阈值时，规定该观测站产生了1次极端降水事件。通过计算，得到四川盆地第95 百分位的降水极端事件的阈值平均值为32.1 mm。盆地绝大部分的降水量都能达到20 mm，所以在实际业务中为了与天气预报更好的对应，将强降水阈值定为20 mm，此降水量为大雨级别。根据这个等级，制定四川地区夏季强降水过程的标准，当盆地地区内超过40个台站的日降水量 ≥ 20 mm，为一个强降水日。通过普查得到2013~2017年4月~8月四川盆地共出现强降水过程42次，其中2017年7月7日为一次强降水日，降水分布如图6。 分析500 hpa低频天气图，统计各关键区内低频气旋与反气旋生成的频数，得到当低频气旋在关键区1中活动时，强降水发生的次数为18次(18/42)，当低频反气旋在关键区1中活动时，强降水发生的次数为12次(12/42)；当低频气旋在关键区2中活动时，强降水发生的次数为13次(13/42)，当低频反气旋在关键区2中活动时，发生强降水的次数为16次(16/42)；当低频气旋在关键区3中活动时，强降水发生的次数为21次(21/42)，当低频反气旋在关键区3中活动时，强降水发生的次数为14次(14/42；当低频气旋在关键区4中活动时，强降水发生的次数为14次(14/42)，当低频反气旋在关键区4中活动时，发生强降水的次数为13次(13/42)；当低频气旋在关键区5中活动时，强降水发生的次数为11次(11/42)，当低频反气旋在关键区5中活动时，强降水发生的次数为6次(6/42)；当低频气旋在关键区6中活动时，强降水发生的次数为18次(18/42)，当低频反气旋在关键区6中活动时，强降水发生的次数为19次(19/42)；当低频气旋在关键区7中活动时，强降水发生的次数为13次(13/42)，当低频反气旋在关键区7中活动时，强降水发生的次数为19次(19/42)；当低频气旋在关键区8中活动时，强降水发生的次数为23次(23/42)，当低频反气旋在关键区8中活动时，强降水发生的次数为16次(16/42)。