三章 天气系统及其天气特征.docx
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三章天气系统及其天气特征
日照航海技术学校教案第次，共页，第页
基本内容
辅助手段和时间分配
第三章天气系统及其天气特征
第一节气团和锋
一、气团
（一）气团（AirMass）的概念
――同一时段内在水平方向上物理属性（主要指温度、湿度和大气稳定度）分布较均匀的大块空气。
水平范围可达几百到几千公里，垂直范围可达几公里到十几公里，内部天气特点也大致相同。
（二）气团的形成与变性
1、形成条件
――大范围物理性质比较均匀的下垫面
――适合的环流，指准静止大型高压系统中的下沉辐散气流
在适合的环流条件下，通过辐射、乱流、对流、蒸发、凝结、大范围垂直运动等物理过程，大范围空气与下垫面进行热量和水汽交换。
气团属性决定于下垫面性质。
2、变性
――气团在移行过程中物理属性和天气特征逐渐发生变化的过程。
变了性的气团又称为变性气团（ModifiedAirMass）。
气团变性的快慢和程度，取决于新、旧下垫面性质差异的大小、气团离开源地时间的长短、路程的远近和气团本身的性质。
（三）气团的分类和气团天气特征
1、地理分类
按源地的纬度和海、陆位置分：
1）冰洋气团
――形成于常年冰雪覆盖的极地地区，
当气团来自南极大陆或冰封洋面时，称为冰洋大陆气团（Ac）；
当气团来自未冰封洋面时，称为冰洋海洋气团（Am）。
天气特征：
寒冷、干燥，天气晴朗；
低层常有强逆温层，气层非常稳定。
2）极地气团（PolarAirMass）
――形成于中、高纬度地区的气团，
位于大陆上的称为极地大陆气团（Pc，PolarContinentalAirMass），
位于海洋上的称为极地海洋气团（Pm，PolarMarineAirMass）。
极地大陆气团的天气特征：
冬季与冰洋气团类似；
夏季，气团低层气温和湿度升高，逆温层消失，稳定度减小，常出现多云天气。
极地海洋气团的天气特征：
冬季，经常阴天或多云，有时会出现降水，当移到较冷的海洋或大陆时，还常有层云、雾或毛毛雨等稳定性天气出现。
夏季，极地海洋气团和极地大陆气团差别很小。
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辅助手段和时间分配
3）热带气团（TropicalAirMass）
――形成于副热带和热带地区的气团称为热带气团，
位于大陆上的称为热带大陆气团（Tc，TropicalcontinentalAirMass），
位于海洋上的称为热带海洋气团（Tm，TropicalMarineAirMass）。
热带大陆气团的天气特点：
炎热干燥，气温直减率大，气层不稳定，晴朗少云，长期控制一个地区时往往形成严重的干旱。
热带海洋气团的天气特点：
低层暖湿，层结不够稳定，但中层常存在下沉逆温层，阻碍了低层对流和乱流的发展，水汽不易上传，天气晴热。
4）赤道气团（EquatorialAirMass）
――形成于赤道洋面上的气团，
天气特点：
湿度大，气温高，天气闷热，气层不稳定，多对流和乱流活动，阵雨和雷暴频繁。
2、热力分类
1）冷气团（ColdAirMass）
――气团温度低于流经地区下垫面温度，或比所遇气团温度低。
――使所经之地变冷，而本身低层迅速增温，稳定度减小，对流易发展，变性快。
――具有不稳定的天气特点：
夏季，形成积云或积雨云，出现阵性大风、阵性降水或雷暴天气；
冬季，晴天多，夜间可形成辐射雾；
低层能见度一般较好；
气温、风等要素有明显日变化。
2）暖气团（WarmAirMass）
――气团温度高于流经地区下垫面温度，或比所遇气团温度高。
――使所经之地变暖，而本身逐渐冷却，稳定度增加，不利于对流发展，变性慢。
――具有稳定的天气特点：
常形成层云、层积云，下毛毛雨、小雨或小雪；
会形成平流雾；
低层能见度较差。
（四）影响我国东部和近海的气团
影响我国东部和近海地区的气团多数为变性气团。
冬季：
变性极地大陆气团（冷气团，天气图上表现为冷高压）。
夏季，变性热带海洋气团（暖气团，天气图上表现为副高）。
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辅助手段和时间分配
二、锋
（一）锋（Front）的概念
1、定义
――两个性质不同的气团相遇时，两者之间形成的狭窄而又倾斜的过渡带，
――锋两侧，气温、湿度、风等气象要素差异很大，天气变化剧烈。
例：
气团内部水平温度梯度小，一般约为1C～2C/100km，而锋区内水平温度梯度大，量级达10C/100km。
2、结构
――随高度上升向冷空气一侧倾斜，
用锋面坡度表示锋面倾斜的程度，它的形成和维持是地转偏向力作用的结果。
冷锋的坡度最大，暖锋的坡度次之，准静止锋的坡度最小。
高空图上锋区的位置位于地面锋线的冷空气一侧，不同高度上各锋区相对位置越近，表明锋面坡度越大。
――宽度具有上宽下窄的特点，
地面图上分析锋线，
高空图上分析锋区，在高空图上锋区表现为一条窄长的等温线密集带。
（二）锋的分类
1、根据气团的地理类型分
――冰洋锋（冰洋气团与极地气团）；
――极锋（极地气团与热带气团）；
半永久性系统，平均位置在45～50N，最北可达70N或更北，最南可达30～25N或以南；锋上有锋面气旋频繁发生和发展。
对中高纬广大海域有重大影响。
――热带锋（热带气团与赤道气团，又叫赤道锋）。
注意：
上述主要气团之间的锋统称为主锋。
有时在冰洋气团和极地气团内部，尤其是后者，由于各部分变性程度不同，或有更冷的空气补充南下，可在冷空气与更冷空气之间又形成锋，这种锋被称为副锋。
2、根据锋伸展的不同高度分
――对流层锋（可垂直伸展到对流层中上层）；
――地面锋（仅存在于对流层低层）；
――高空锋（只出现在高空）。
3、根据冷、暖气团所占地位分
――冷锋（ColdFront，冷气团起主导作用，推动锋面向暖气团一侧移动）；
――暖锋（WarmFront，暖气团起主导作用，推动锋面向冷气团一侧移动）；
――准静止锋（Quasi-StationaryFront，冷、暖气团势均力敌，锋面移动缓慢）；
――锢囚锋（OccludedFront，冷锋赶上暖锋，迫使两锋面之间暖空气抬离地面，锢囚到高空，近地面层由冷锋后部冷气团与暖锋前冷气团构成的交界面），
冷式锢囚锋――锋后的冷气团比锋前的冷气团更冷；
暖式锢囚锋――锋前的冷气团比锋后的冷气团更冷；
中性锢囚锋――锋前后的冷气团无大差别。
（三）锋面天气模式
锋面天气的强弱主要决定于锋面坡度的大小、锋附近空气垂直运动状况、气团属性（尤其是暖气团的水汽含量）和稳定度等因素。
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基本内容
辅助手段和时间分配
1、锋附近的垂直运动
暖锋：
两侧冷暖空气均为上升运动；
冷锋：
冷空气一侧以下沉运动为主，
暖空气一侧多数整层均为上升运动（一型冷锋），
或上升运动只限于低层，高层为下沉运动（二型冷锋）。
2.锋面天气
1）暖锋天气――稳定性天气为主
a）云
暖锋坡度较小，锋上常产生广阔的层状云系，
云系顺序：
卷云（Ci）→卷层云（Cs）→高层云（As）→雨层云（Ns）
云系底部与锋面相接，越近地面锋线，云层越厚，云底高度越低。
b）降水
Ns、As内连续性降水，降水区位于锋前冷气团中，一般为300～400km。
c）能见度
地面锋线前50～100nmile的范围内（冷空气），可形成锋面雾，
低压槽中还常形成层云、碎层云、碎积云、层积云等低云。
d）气压
锋位于低压槽中，暖锋前常有明显的负3h变压。
e）风
风向：
北半球：
暖锋线多为西北－东南走向，锋前E～SE风，
锋后S～SW风，
锋过境时，风向作顺时针变化。
南半球：
暖锋线多为西南－东北走向，锋前E～NE风，
锋后吹N～NW风，
锋过境时，风向作逆时针变化。
风力：
一般锋前风力大于锋后。
2）冷锋天气
（1）第一型冷锋
――锋面坡度小，移动较慢（又称缓行冷锋），以稳定性天气为主
a）云
范围较广的层状云系，云序：
雨层云（Ns）→高层云（As）→卷层云（Cs）→卷云（Ci）
b）降水
As、Ns产生连续性降水，降水区在锋线附近和锋后，平均为150～200km。
c）雾
锋后有时能产生锋面雾。
（2）第二型冷锋
――地面锋线位于高空槽线附近或槽后，锋面坡度最大，移动快（又称为急行冷锋）。
多出现不稳定性天气。
a）云
夏季：
地面锋线附近形成强烈的积雨云（Cb）；
冬半年：
锋线前方云序为
卷云（Ci）→卷层云（Cs）→高层云（As）→雨层云（Ns）
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辅助手段和时间分配
b）降水
夏季：
锋线附近出现雷暴、阵性降水甚至冰雹、飑线等不稳定性天气；
冬季：
地面锋线附近及锋前连续性降水区不宽，甚至无降水。
冬春季节又有“干冷锋”之称。
（3）气压
锋前气压略降，锋后出现正3h变压中心。
（4）风
风向：
北半球冷锋走向为东北－西南向，锋前吹S～SW风，
锋后吹N～NW风，
锋线过境时，风向作顺时针变化；
南半球冷锋走向为东南－西北向，锋前吹N～NW风，
锋后吹S～SW风，
锋线过境时，风向作逆时针变化。
风力：
锋后风速常大于锋前风速，强冷锋在海上可造成7～8级甚至更大的风。
3）准静止锋天气
――往往由冷锋演变而成，但锋面坡度最小，以稳定性天气为主。
a）云
从低纬到高纬锋上大范围的层状云系，云序：
雨层云（Ns）→高层云（As）→卷层云（Cs）→卷云（Ci）
云区范围最广。
b）降水
连续性降水，降水范围最广，降水强度较弱，持续时间最长。
c）风
北半球，准静止锋的北侧（高纬）一般吹NE～E风，南侧（低纬）吹SW风。
4）锢囚锋天气
a）暖式锢囚锋
常由具有层状云系的两条锋合并而成，锢囚锋上的云系也是层状云系，并分布在锢囚点的两侧。
若暖空气的湿度大，则锢囚点上形成厚密的雨层云。
锢囚点下，一般出现层状云。
b）冷式锢囚锋
后部锋上积状云，前部锋上层状云，则锢囚后，积状云与层状云相连。
锢囚点以下的锋段一般出现积状云。
c）锢囚锋天气比单独的冷、暖锋天气要复杂：
云层增厚，降水增强，降水区扩大，锋线两侧均有降水。
锢囚锋出现预示天气总的发展趋势是好转。
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辅助手段和时间分配
第二节锋面气旋
一、气旋（Cyclone）概述
1、有关概念
1）定义
――气压场：
低气压
――风场：
大型水平空气涡旋
北半球逆时针方向旋转
南半球顺时针方向旋转。
2）范围的表示方法：
最外围一条闭合等压线的直径长度表示，一般为1000km左右。
3）强度表示方法
中心气压值：
越低，气旋越强；随时间降低，气旋发展或加深（Deepening）；
随时间升高，气旋减弱或填塞（Filling）
中心最大风速：
越大，气旋越强。
2、分类
――按地理区域分：
温带气旋和热带气旋。
――按热力结构分：
锋面气旋和无锋面气旋。
锋面气旋是温带最常见的气旋，无锋面气旋包括热带气旋和热低压等。
二、锋面气旋的生命史
1、波动阶段（初生阶段）
1）一条闭合等压线，低压中心气压比四周低2～3hpa；
2）极锋出现波动，形成冷、暖锋，锋面降水开始出现；
3）锋面气旋沿暖区气流方向移动，速度最快，24h可移动十几个经距。
2、成熟阶段（青年气旋）
1）数条闭合等压线，低压中心气压比四周低10～20hPa；
2）冷、暖锋进一步发展，锋面降水增强，雨区扩大，出现大风；
3）锋面气旋仍沿暖区气流方向移动，速度较快，24h移动10个经距。
3、锢囚阶段（锢囚气旋）
1）气旋发展最强，中心气压降到最低，比四周低20hPa以上；
2）出现锢囚锋，降水强度及范围均增大，风力最强，大风范围进一步扩大；
3）锋面气旋沿暖区气流方向移动，移速大大减慢。
4）随着锢囚锋的发展，气旋在低层逐渐成为冷性涡旋，冷涡旋厚度越来越大。
4、消亡阶段
气旋与锋面脱离，成为冷性涡旋，在摩擦的作用下，慢慢填塞消亡。
三、锋面气旋的再生和气旋族
1、再生
――副冷锋加入后再生。
――冬季气旋入海后再生。
――两个锢囚气旋合并加强。
2、气旋族
――在同一锋系上出现的气旋序列，称为气旋族。
欧洲气旋族最常见，单个气旋则较少，气旋族内平均有4个气旋。
我国境内，江淮流域梅雨季节，有气旋族，族内2～3个气旋。
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辅助手段和时间分配
四、温带气旋的爆发性发展――“气象炸弹”
――气旋在24小时内气压下降量不低于24hPa，即气旋加深率≥1hPa/h。
将加深率≥1BG的气旋，称为爆发性气旋或气象炸弹。
气旋易爆发性发展的地区：
西北太平洋；西北大西洋；东北太平洋。
频数最多的季节：
冬季。
五、锋面气旋的天气模式及风浪分布特征
1、天气模式
以成熟阶段的锋面气旋为例介绍天气模式。
1）船舶沿AB线自东向西从气旋中心低纬一侧通过：
北半球中心南侧
南半球中心北侧
a）气旋前部（东部）的暖锋天气
云：
CiCsAsNs。
降水：
锋线前约300～400km范围内连续性降水；
若暖空气不稳定时，还会出现积雨云（Cb）、阵性大风和雷阵雨。
雾：
锋前50～100nmile范围内常有锋面雾（春季江淮气旋暖锋前有平流雾）。
气压：
越接近暖锋，气压明显降低。
风速：
增大。
风向：
北半球E～SE风，
南半球E～NE风。
b）暖锋后、冷锋前的暖区天气
云：
易出现层云（St）、层积云（Sc）。
降水：
无雨或毛毛雨。
雾：
可出现大片平流雾。
气压：
基本停止下降。
风速：
一般不大；但在一定气压场配置下，会出现偏南大风（北半球）。
风向：
北半球转为S～SW风，
南半球转为N～NW。
c）气旋后部（西部）的冷锋天气
云：
一型冷锋NsAsCsCi；二型冷锋Cb
降水：
一型冷锋连续性降水，有时有锋面雾；二型冷锋阵性降水。
气压：
冷锋过境后，气压迅速回升。
风速：
一般迅速增大，海上常可达7～8级。
风向：
北半球转为N～NW风，
南半球转为S～SW风。
当船舶远离冷锋后，天气转晴，风力逐渐减小。
2）船舶沿CD线自东向西从气旋中心高纬一侧通过：
北半球中心北侧
南半球中心南侧
遇到的是锋面附近冷气团里的天气。
当CD线靠近气旋中心时，
云层很厚：
CiCsAsNs。
降水较强：
连续性降水。
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风向：
北半球SEENENNW逆时针改变
南半球NEESESSW顺时针改变。
2、风浪分布特征
西北太平洋气旋区中风和浪南侧较北侧显著，低压中心西南侧更突出，在低压中心南南西方300～600nmile处，出现波高7m的狂浪中心。
六、活动规律
1、源地
――东亚
――北美中部和东部海岸地区
――太平洋中部、东北太平洋
――大西洋中部
冬季：
气旋活动最频繁、发展最强烈，强度大，位置偏南，北美中部和东部的气旋比亚洲多得多。
2、路径
锋面气旋的移动受西风带基本气流的引导，总体上自西向东移动。
北半球：
NE方向；南半球：
SE方向。
东亚：
并入阿留申低压；
北美：
并入冰岛低压；
40N、160～170W东北太平洋上：
绝大多数向东北方向迅速移动，至北美的太平洋沿岸和阿拉斯加湾；
北大西洋中部：
主要移向北欧。
3、移速
初生和发展阶段移速快，锢囚和消亡阶段慢。
春季移速快，夏季慢。
七、我国近海和日本近海的锋面气旋
东亚锋面气旋源地：
――45～55N之间，北方气旋（蒙古气旋、东北气旋、黄河气旋和黄海气旋等）；
――25～35N之间，南方气旋（江淮气旋和东海气旋等）。
东亚锋面气旋路径：
――自西向东；
――自西南向东北；
――先自西北向东南，尔后再折向东北。
（一）我国近海的锋面气旋
1、黄河气旋
1）多发季节：
夏季。
2）影响地区：
黄河下游、辽东半岛、渤海、黄海北部和中部海面。
3）发展路径：
沿北北东方向经渤海进入东北地区常能得到发展。
4）天气特点：
出现较强的大风，风力可达8级以上；
水汽充沛时，气旋中心附近可出现大到暴雨或雷阵雨（通常降水较少）。
2、江淮气旋
1）多发季节：
春季和初夏，尤以6月份最活跃（江淮梅雨季节）
由江淮静止锋上的波动发展而成。
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2）影响地区：
长江中下游、淮河流域和湘赣地区、黄海。
3）天气特点：
大范围云系和降水，降水区位于700hPa切变线和地面静止锋之间。
恶劣能见度：
冷锋后和暖锋前碎雨云和锋面雾，
春季气旋东部常有平流雾或平流低云、甚至毛毛雨。
气旋四周产生大风：
暖锋前偏东大风，暖区偏南大风，冷锋后偏北大风。
3、东海气旋
1）多发季节：
春季，其次为冬季。
2）影响地区：
东海和黄海南部海域。
3）发展路径：
向东北方向移动，到达日本南部后常会强烈发展。
4）天气特点：
水汽丰富，多阴雨天气，降水区主要分布在气旋中心附近。
气旋后部常突然出现偏北大风，风力以靠近气旋中心的苏南、浙江和福建北部沿海为最强，有时可达7～8级。
台湾海峡冷锋过境时风力更大。
（二）日本近海的锋面气旋
1、台湾坊主（东海气旋）
它在开始形成时，中心气压往往并不低，边向东北方向移动边发展，到达日本南部海面则迅速加深，中心气压在24h内下降10～20hpa，并伴有10级以上大风；以后气旋移速加快，可达40～60km/h，大风范围不断扩大，天气变化激烈；当其到达千岛群岛及勘察加半岛以东洋面时，中心气压可降至960～940hpa，最终在阿留申一带锢囚消亡。
2、日本海低压
日本海低压在春季较多。
产生于黄海、东海的低压移至日本海后迅速加深，可引起全日本吹强劲的西南风，海况恶劣，但天气一般较好（北海道除外）。
3、双低压
当发生于黄海的低压进入日本海并迅速发展时，同时发生于东海的低压朝日本南部沿岸移动，这种形势称为双低压。
两个低压在三陆沿岸逐渐接近，并在北海道以东加深，常可达台风的强度。
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第三节冷高压
一、反气旋（Anticyclone）概述
（一）反气旋的概念
1、定义――流场上：
大型水平空气涡旋，北半球顺时针方向旋转，
南半球逆时针方向旋转。
气压场上：
高压。
2、强度表示――中心气压值的高低，中心气压值越高，表示反气旋越强，反之，则弱。
――反气旋中的最大风速，最大风速越大，表示反气旋越强。
反气旋中的强风一般出现在边缘。
当反气旋的中心气压值随时间升高，称反气旋加强；
若中心气压值随时间降低，则称反气旋减弱。
3、水平范围表示――以最外围一条闭合等压线的直径长度来表示。
4、总体天气特点――在近地面层，反气旋区中的风从中心向外辐散，垂直方向上盛行下沉运动，反气旋中心部分控制的地区一般为晴朗少云的好天气。
（二）反气旋的分类
1、地理分类――极地反气旋、温带反气旋和副热带反气旋。
2、热力分类――冷性反气旋（中高纬大陆近地面层冷高）
和暖性反气旋（副高、阻塞高压）。
二、冷高压（ColdHigh）
（一）冷高压的结构
1、形成条件――地面强辐射冷却和高空冷平流共同作用
2、结构：
1）准静止型冷高压――温、压场分布近于对称，中心轴线基本上垂直，强度随高度迅速减弱，一般到对流层中层就不明显了，这种冷高压在源地较常见，移动缓慢或基本不动；
2）移动性冷高压――温、压场分布不对称，这种冷高压中心轴线向西南方倾斜（北半球），高压强度随高度逐渐减弱，到3～4km高度上多半变为高压脊。
锋面气旋冷锋后面的高压即属此类移动性的冷高压。
（二）冷高压的天气分布
1）冷高压前部（东部）
冷高压入侵时，它所造成的最恶劣天气主要出现在冷高压前缘的冷锋附近。
冷锋过境前，偏南风，风力较弱，天气相对较温暖，无雨或少雨。
冷锋过境后，气温明显下降，常伴有雨、雪，气压升高，偏北风增大，渤海、黄海吹西北风，东海吹北到东北风，南海吹北风。
冬半年，强大的冷高压南下侵入我国时，常使气温剧烈下降，风力猛增，出现寒潮天气，寒潮大风在海上一般为6～8级，最大可达10～11级，能激起很高的海浪。
夏季，冷高压弱得多，但当暖空气比较潮湿时，有时会出现雷雨、大风甚至冰雹等天气。
冬初和春末，冷锋移到江南或华南沿海时，由于势力减弱或受地形阻挡常变为准静止锋，造成持续时间较长的阴雨天气。
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辅助手段和时间分配
2）冷高压中部（内部）
冷锋区过后，转受冷高压内部控制，气压升高，盛行下沉气流，以晴冷、少云天气为主，风力微弱。
低层能见度变坏，在内陆、港口和沿海夜间和清晨易出现辐射雾。
3）冷高压后部（西部）
气压逐渐下降，偏南风，风力不大，气温回升，湿度增大，天气性质类似暖锋。
春季在入海变性冷高压后部，还常出现平流雾、毛毛雨或层云。
冷高压移到海上时，海上出现的低云云量要比陆地上多，尤其是对流云大为增加，产生的降水也多为阵性的。
（三）冷高压的活动规律
1、冷高压活动的气候特征
东亚地区大约每3～5天有一次，秋季活动频数最高，冬春季次之，夏季最少。
夏季冷高压强度弱，一般在40N以北活动。
冬半年冷高压强度很强，活动范围可深入到华东沿海。
冬季一次强冷高压活动过程平均为7天左右。
2、冷高压的移动和变化（北半球）
冷高压的移动主要受其上空3～5km高度的气流的引导，移向和高空气流相一致，并趋向冷舌移动，因此总体上冷高压都是自西向东或自西北向东南移动，到海上移行一段距离后再改向东移动。
实际工作中一般用700hPa气流来预报地面冷高压的移动。
冷高压的移动有多种形式：
整个高压一起移动，或高压中心基本不动，只是向某个方向或两个方向上伸出高压脊，伸出的高压脊也可以发展成一个脱离母体的单独的高压中心。
冷高压在东移和南下过程中，由于变性常会使高压中心产生分裂，它们在我国消失者不多，多数经我国东移入海，在海上变性为暖性高压，最后并入副热带高压中。
3、冷空气的源地和路径
1）源地：
据统计，影响我国的强冷空气主要来自3个源地：
①新地岛以西的北方寒冷洋面，来自这个地区的冷空气最多，达到寒潮强度的也最多；
②新地岛以东的北方寒冷洋面，来自这个地区的冷空气频数不高，但气温低，达到寒潮强度的次数也较多；
③冰岛以南洋面，来自这个地区的冷空气次数较多，但强度一般较弱，达到寒潮强度的较少。
上述三个源地的冷空气在侵入我国以前，95％都要经过西伯利亚中部（70～90E，43～65N）地区，并在那里积累加强，这个地区称为寒潮关键区。
2）路径：
（冷空气主体的移动路线）
通常有4条
西北路（中路）：
频率最高，冷空气强度强，吹西北风，受该路冷空气影响，长江以北以偏北大风和降温为主，江南有雨雪；
东路：
频率不高，但强度强，此路冷空气常使渤海、黄海、黄河下游及长江下游出现东北大风；
西路：
频率较高，一般强度不大，吹偏西风；
日照航海技术学校教案第次，共页，第页
基本内容
辅助手段和时间分配
东路加西路：
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