东北冷涡气候研究进展及展望

本文主要从东北冷涡气候研究角度,回顾和总结了东北冷涡在定义、主客观识别方法、气候特征、分类研究、影响因子、气候效应等方面的研究进展,并探讨了东北冷涡研究现状中存在的问题及未来可能的研究方向和发展趋势。识别与量化是东北冷涡气候研究的基础,客观识别结果的对比分析及其技术的完善是未来冷涡识别研究的重点。今后有针对性地开展不同类别东北冷涡的气候特征、异常成因及气候影响等,深入探究东北冷涡与影响因子相互作用的物理机制,科学客观的定量化预测,可为东北区域气候异常成因诊断和预测提供更精细、准确的科学依据。     

东北冷涡气候特征及其对内蒙古降水的影响

基于内蒙古116个气象观测站1981-2017年5-8月逐日降水资料及NECP逐月再分析资料,采用传统东北冷涡定义,对5-8月东北冷涡活动过程次数、日数进行客观识别,并分析了东北冷涡活动日数与内蒙古降水的关系.结果表明:(1)东北冷涡活动日数与500 hPa高度场在东北亚地区呈现出显著的"南负北正"偶极型相关分布,内蒙...     

夏季东北冷涡气候特征对吉林省大豆生育期的影响

基于NCEP/NCAR再分析资料,国家气候中心160站月平均气温和降水资料,以及吉林省大豆生育期资料,从对农作物生育期天气气候有重要影响的东北冷涡活动入手,统计1981-2018年夏季（5-9月）东北冷涡活动气候学特征,初步分析吉林省大豆近年来生育期情况及其对东北冷涡活动的响应。结果表明：东北冷涡是一个持续时间较长且较为频繁的系统,平均寿命5d左右,夏季（5-9月）冷涡活动占比三分之一以上,主要活动集中在120-125°E、45-50°N区域;冷涡活动6月最多、8月最少。中涡对东北地区环流影响最显著,有利于鄂霍次克海地区高度场增强,中高纬度环流经向特征明显,偏北冷空气向南输送;东北地区高度场以负距平为主,有利于北太平洋气流向东北地区输送。东北冷涡天数偏多时,吉林省大豆播种-开花期气温偏低、降水偏多、生育期间隔天数延长。从平均气温影响看,播种-出苗期榆树主要受北涡影响,延吉主要受中涡影响;出苗-开花期延吉同时受北涡和中涡影响;出苗-开花期的间隔日数,榆树和桦甸主要受北涡影响。此外,榆树和延吉的降水量在播种-出苗期间主要受中涡影响,出苗-开花期间主要受北涡影响。     

冬季东北冷涡的时空变化特征

基于1967-2017年美国环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析资料及英国气象局哈德来中心(Hadley Centre)的海温资料,通过计算冬季东北冷涡结构的特征指数并利用经验正交函数分解等方法,研究了冬季东北冷涡的时空变化特征及其与环流和海温变化的联系.结果表明:(1)冬季东北冷涡具有显著...     

适合人工增雨作业的东北冷涡天气气候特征分析

利用天气图资料普查1980～1999年中6～8月出现的86次冷涡天气过程及与冷涡配合的地面天气系统8种类型，归纳出冷空气的不同路径与不同类型的天气系统，分析得出适合人工增雨作业的不同降水形势场。     

东北冷涡客观识别方法的研究

利用1991-2000年NECP/NCAR逐日再分析资料,根据其概念模型的3个物理特征来客观识别东北冷涡。结果表明：在500 hPa上,冷涡中心是极小值点,并且北部有相邻两个格点纬向风向为偏东或静风;冷涡东部的相对厚度高于冷涡中心;冷涡东部的暖锋参数（TFP）高于冷涡中心。当判断连续2d内是否为同一冷涡时,采用方法：前一日识别出有冷涡,那么第二日在与前一日位置相差的经度为（-10?,15?）;纬度为（-7.5?,7.5?）内识别出冷涡时,则认为是同一冷涡。将利用客观方法识别的东北冷涡气候特征与前人主观研究成果进行对比发现,二者识别的东北冷涡主要分布区域（40?-55?N ,115?-145?E）、持续时间、活跃期基本一致。将客观识别与主观方法对本资料识别的冷涡进行比较,完全一致的达72%。误差原因为主客观方法标准不一致,导致有无闭合等值线产生的空识别、中心定位差异的空漏识别和起止时间的空漏识别,以上误差对气候统计不会造成明显影响,可视为正确识别。另外,10 a间,有19例漏报情况,为错误识别,仅占全部冷涡的1.4%,因此,这一客观识别方法是比较合理的,可以应用到冷涡的气候统计中。     

2000-2017年东北冷涡活动气候特征及分析

本文利用美国国家环境预报中心(NCEP)提供的2000-2017年5-8月FNL全球再分析资料,结合东北冷涡的定义,对东北冷涡过程气候特征进行统计分析,结果表明:2000-2017年5-8月共有211个东北冷涡过程,其发生频次和冷涡日数均具有明显的年际变化;东北冷涡活动主要集中于44-53°N,122-129°E之间,黑龙江省西北部与内蒙古东部交界的大兴安岭南麓地区以及黑龙江省南部与吉林交界处为东北冷涡活动的密集区,冷涡中心位置呈现明显的季节变化;东北冷涡以单中心为主,多中心冷涡数量随中心个数的增加而显著减少,高频区出现在黑龙江省中南部。     

适合人工增雨作业的东北冷涡天气气候特征分析

利用天气图资料普查1980～1999年中6～8月出现的86次冷涡天气过程及与冷涡配合的地面天气系统8种类型 ,归纳出冷空气的不同路径与不同类型的天气系统 ,分析得出适合人工增雨作业的不同降水形势场     

东北冷涡的特征、影响及其可能机制的研究

对东北冷涡的天气气候特征及其影响和可能机制进行了回顾与综述。关于东北冷涡的研究主要经历了三个阶段:天气学分析阶段、诊断分析和数值模拟阶段以及东北冷涡的气候效应研究阶段。为了研究东北冷涡的变化及其对我国天气气候的影响,定量表征东北冷涡是一项重要的基础性工作。提出可以利用计算机自动识别东北冷涡过程的持续时间、中心强度(高度场、温度场)及活动区域等特征参数,并由此建立冷涡综合指数,以便更加客观、全面地表征东北冷涡,有利于在实际工作中应用。     

东北冷涡诱发的一次连续强风暴环境条件分析

东北冷涡是对流层发生在东北亚区域深厚的冷性低压系统,它的活动异常往往会给夏季降水预测带来很大的不确定性。为改进降水预测技术,使用1961—2021年中国2400多站降水数据和NCEP/NCAR再分析环流数据等资料,采用机器自动识别、相关分析和回归重构等方法,分析了东北冷涡气候特征及其对海河流域夏季降水的影响。主要结果如下：（1）东北冷涡发生时间和地理位置具有明显的气候特征。东北冷涡一年四季均可出现,夏季冷涡天数最多。月份上,5—9月冷涡过程明显偏多,其中6月过程和天数最多。夏季,冷涡中心位置在6月最偏南,7月最偏西,8月最偏东北。（2）海河流域夏季降水与全年或夏季的东北冷涡天数整体上不存在明显相关,但与夏季西涡（＜120°E）天数存在显著的正相关,与夏季东涡（≥120°E）天数存在显著的负相关。夏季西涡活动多,有利于海河流域夏季降水偏多;夏季东涡活动多,可能会造成海河流域夏季降水偏少。（3）东北冷涡可通过动力环流异常和水汽输送异常影响海河流域夏季降水。西涡出现时,会造成200 hPa层西风急流在海河流域上空显著增强,500 hPa层海河流域处于“东高西低”环流型槽前的上升区,850 hPa层东亚地区出现偏南风异常,增强了向海河流域的水汽输送。东涡出现时,200 hPa层西风急流在海河流域上空无明显异常,500 hPa层海河流域处于 “东低西高”环流型高压脊前的辐散区,850 hPa东亚地区无明显水汽输送异常。     

中国夏季东北冷涡强度的定量化分析

本文利用NCEP/NCAR发布的1981~2010年全球日平均再分析位势高度场资料对东北冷涡进行检索并提取其平均态, 在此基础上定义东北冷涡的偏离指数, 并探讨其对东北冷涡强度特征的描述。结果表明: (1) 东北冷涡500 hPa闭合中心位势高度的概率分布近似为高斯分布, 以其期望值提取的东北冷涡平均态具有东北冷涡的共性, 表现出明显的大气斜压性及有利于系统维持和发展的温压配置关系特征; (2) 基于东北冷涡平均态定义的东北冷涡偏离指数不仅能够表征东北冷涡偏离平均态的程度, 还包含了低压面积的信息, 即能够直观地显示东北冷涡的强弱特征。     

东北冷涡研究概述

简述了东北冷涡的形势特征、气候特征、天气特征与强对流特征;回顾、综述了东北冷涡形成、发展、维持、消退期的研究成果,特别是东北冷涡强对流特征的研究进展;讨论了东北冷涡强降水、强天气等预报业务的难点及其研究方面存在的问题。认为：需要依靠现代雷达、卫星等观测设备和数值模拟手段,加强东北冷涡暴雨及强天气机制研究,提高东北冷涡天气的预报水平。     

东北冷涡的时空分布特征及其与东亚大型环流系统之间的关系

文章用３５年（１９５６－１９９０）资料，对东北冷涡的时空分布特征，及其与东亚大型环流系统之间的关系做了研究，发现东北冷涡的出现不仅在时间上有相对的集中期，在地理分布上有着明显的密集性，并且东亚地区阻塞高压的异常发展及位置变化、西太平洋副高的强度及位置变化等对东北冷涡的形成和发展均具有至关重要的影响。      

一次东北冷涡过程的数值模拟与降水分析

本文利用WRF模式对2007年7月8日至12日的东北冷涡过程进行模拟。通过分析天气尺度背景场可知, 在对流层中高层出现干侵入过程, 干空气主要来源于我国内蒙古西部和东北冷涡的西北部, 随着东北冷涡一起呈涡旋状运动, 在对流层中层的干侵入更加明显; 东北冷涡的东部为水汽通量辐合区, 说明此处水汽丰沛, 该处的暖湿空气与干冷空气相汇, 有利于降水的生成。通过分析中尺度对流系统的地面和对流层中下层的风场结构可知, 中尺度对流系统易发生在东北冷涡东南侧和东北侧的气旋性曲率最大处, 此处的对流层低层易形成强辐合区, 而风场的水平辐合运动激发出垂直上升运动, 在对流不稳定区配合着强上升运动, 有利于对流系统发展而产生降水, 因此在低压系统东南侧及东北侧的 “气旋曲度” 区易形成降水。从对流涡度矢量的垂直分量可知, 在东北冷涡中的东南侧和东北侧, 对流涡度矢量的垂直分量对于中尺度系统的发生位置和降水区域有很好的指示作用。     

东北冷涡特征及其关键区的计算机识别

根据东北冷涡的定义及其在等压面上高度的变化特征，利用计算机在等压面网格点高度上自动识别东北冷涡的中心经纬度、中心高度和半径，确定东北冷涡的位置、强度和面积。还给出了在任意形状关键区中自动识别是否存在冷涡的方法。业务应用的实践证明，该方法对东北冷涡特征的识别准确，简便可靠，对观测错误具有较强的识别、处理能力。     

东北冷涡发展过程的位涡收支分析

从位涡收支的角度对一次东北冷涡发展过程进行了诊断分析,研究了位涡趋势方程中各趋势项对冷涡发展的贡献。结果表明,在对流层低层东北冷涡的发展过程中,非绝热加热率、水平平流位涡以及非平流的位涡趋势对低层位涡的增强做正贡献,有利于低层冷涡的发展,也充分说明了非绝热加热对低层冷涡的发展所起的重要作用;而垂直平流位涡刚好相反,对低层位涡的增强做负贡献,不利于低层冷涡的发展。从垂直结构看,水平平流位涡主要是在对流层低层和高层对位涡发展有正贡献;而垂直平流位涡是在中层促使位涡增强;非平流引起的位涡变化主要是在低层;由平流和非平流引起的总位涡趋势增大,促使冷涡加强发展。     

东北冷涡加强减弱过程的涡度收支和动能诊断

对东北冷涡加强和减弱阶段的涡度和动能的收支进行诊断分析。结果表明：无论在加强还是减弱阶段,冷涡区域范围整层的涡度变化均很明显;涡度平衡方程中,散度项、水平平流项及余项均是主要项,正涡度的增长和减弱对冷涡加强和减弱有重要贡献;动能收支方程中的各项也有明显差异,且在对流层中上层均有较强的能量交换过程。     

5—6月东北冷涡持续活动及强度特征

利用1960—2012年5—6月NCEP/NCAR逐日再分析资料,基于冷涡经典定义,采取客观识别方法检索东北冷涡活动过程,根据东北冷涡活动时空变化特征给出东北冷涡持续活动过程标准, 通过冷涡强度指数进行定量化分析,该指数对冷涡持续活动过程具有较好表征意义。冷涡活动强对应5月乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖阻塞高压和6月鄂霍次克海阻塞高压活动频繁。通过强弱指数年合成,得到6月强指数年冷涡系统较深厚,集中于对流层中高层,冷心结构明显,具有一定大气斜压特征; 高层存在冷中心,低层有冷空气活动,中高层西风带呈明显的上游分流和下游汇合特征,分汇流之间呈东北高、西南低的偶极子阻塞形势;弱指数年冷涡系统较浅薄,主要集中在对流层中低层,冷心结构不明显,不存在阻塞形势。     

东北冷涡降水集中期的客观识别研究

基于区域关键天气过程客观化识别和监测的需求及东北雨季应包括冷涡降水的事实,采用东北三省及内蒙古东四盟共147站逐日降水量资料,通过对东北区域多年平均5点平滑处理的逐日降水量序列的综合分析及对历年逐日滑动平均雨量的对比试验,确定了判别东北冷涡降水集中期开始日期的阈值及持续时间,进而研制了东北冷涡降水集中期开始日期的客观识别方法。基于该方法的客观识别,得到1981-2010年气候平均态的东北冷涡降水集中期的开始日期为每年的5月26日。同时,定义盛夏降水集中期开始日的前一日为冷涡降水集中期的结束日期,发现冷涡降水集中期的结束日期为6月25日。在此基础上,采用NCEP/NCAR逐日再分析的风场、位势高度场资料,通过对东北冷涡降水集中期前、中和后期各层大气环流场及各系统的逐日变化特征的对比分析,验证了该客观识别方法的合理性。