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500hPa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.     

初夏东北地区冷涡降水“累积效应”

采用1960~2012年5~6月中国东北地区实况降水资料,依据东北冷涡活动客观识别方法,研究东北冷涡活动对东北地区初夏降水的影响,结果表明:5~6月每次东北冷涡过程维持时间以3~7天为主,且具有频发特征,东北冷涡降水累计量占总降水量的62.5%,给出冷涡降水月强度指数,与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水EOF分解主要模态十分相近,前两个模态分别为全区一致和东北、西南降水相反分布,各占方差贡献的46.8%与42.7%。冷涡降水具有显著“累积效应”,该累计效应可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征,进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。     

东北冷涡的最新研究进展

本文系统性回顾2010年以来关于东北冷涡的气候特征、暴雨特征、强对流特征、冷涡的结构和发生发展机制、冷涡与平流层相互作用等方面的最新研究成果。这些研究的范围不仅包括直接受冷涡控制的东北地区,还包括冷涡外围地区,如华北、华中、华东、华南、西北和西南地区,这有利于加深对东北冷涡天气系统的全面认识,从而提高冷涡天气的预报水平。并且展望了东北冷涡未来研究的重点方向,即采用新理论方法和较高分辨率资料,不局限于研究其内部结构、发生发展机制,以及冷涡产生的中尺度对流系统结构、运动特征、发展和触发机制,还应探讨冷涡与其他天气系统相互作用的物理机制,特别是冷涡外围地区。另外,冷涡与平流层的相互作用也值得进一步关注。     

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。     

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。      

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。     

Classification of Northeast China Cold Vortex Activity Paths in Early Summer Based on K-means Clustering and Their Climate Impact

The classification of the Northeast China Cold Vortex(NCCV)activity paths is an important way to analyze its characteristics in detail.Based on the daily precipitation data of the northeastern China(NEC)region,and the atmospheric circulation field and temperature field data of ERA-Interim for every six hours,the NCCV processes during the early summer(June)seasons from 1979 to 2018 were objectively identified.Then,the NCCV processes were classified using a machine learning method(k-means)according to the characteristic parameters of the activity path information.The rationality of the classification results was verified from two aspects,as follows:(1)the atmospheric circulation configuration of the NCCV on various paths;and(2)its influences on the climate conditions in the NEC.The obtained results showed that the activity paths of the NCCV could be divided into four types according to such characteristics as the generation origin,movement direction,and movement velocity of the NCCV.These included the generation-eastward movement type in the east of the Mongolia Plateau(eastward movement type or type A);generation-southeast longdistance movement type in the upstream of the Lena River(southeast long-distance movement type or type B);generationeastward less-movement type near Lake Baikal(eastward less-movement type or type C);and the generation-southward less-movement type in eastern Siberia(southward less-movement type or type D).There were obvious differences observed in the atmospheric circulation configuration and the climate impact of the NCCV on the four above-mentioned types of paths,which indicated that the classification results were reasonable.     

东北冷涡及其气候影响

基于自动识别、追踪方法得到的近50年东北冷涡数据集, 本文研究了东北冷涡的年际变率及演变趋势, 并分析了其持续性活动对我国气候的影响及相关联的大尺度环流异常特征。结果表明, 东北冷涡具有很明显的年际变率, 且存在2.5年左右的主振荡周期, 但没有显著的长期变化趋势。东北局地在持续性冷涡控制下, 四季气温均明显偏低, 并在春季和夏季能造成局部降水偏多。在东北冷涡活跃的夏季, 长江流域往往降水显著偏多; 而在冬季东北冷涡频繁活动时, 我国大部分地区往往低温少雨, 这与强盛的东亚冬季风密切相关。研究结果表明, 冬季东北冷涡活动和东亚冬季风强度之间的相关系数达到99%的信度水平。在东北冷涡活跃的夏季, 东亚地区对流层维持着深厚的偶极型位势高度异常, 高空急流向南偏移并略加强, 低层西北太平洋反气旋异常和中纬度地区的东风异常有助于局地的水汽通量的辐合, 进而有利于降水的偏多。     

东北冷涡持续活动的分析研究

本文首先分析了东北冷涡的持续性活动特征，然后讨论了东亚大气10～20天低频振荡及瞬变扰动对东北冷涡持续活动的影响。结果表明，准双周振荡在我国东北地区十分活跃，从时间连续的低频天气图上发现，该地区附近周期性循环出现的低频气旋同东北冷涡的形成和发展关系密切，并且其传播路径也较有规律。另外，本文还通过→E矢量分析以及月平均准地转位涡的收支计算，研究了东亚大气瞬变扰动对形成时间平均冷涡的影响，得出，在时间平均东亚阻高／东北冷涡偶极子系统控制的区域附近有瞬变扰动动能向时间平均气流动能转换，同时这里也存在有明显的→E矢量辐合，导致平均西风减弱，而有利于经向环流的发展。时间平均气流的位涡平流不利于阻高／冷涡偶极子系统的存在，且使偶极子系统高、低压中心的经向距离拉大，而瞬变扰动的位涡输送则有利于冷涡高位涡值和阻高低位涡值在原地维持，阻止它们向下游传播。     

持续性东北冷夏的变化规律及相关特征

用旋转主分量（RPC）方法，分析了近40年来我国夏季温度变化的规律。得到了表示东北冷夏变化的指标（NETI）。利用该指标对东北气温和500 hPa高度场，以及全球SST进行时滞相关分析发现，东北低温一般在当年5月开始，持续至第二年4月结束，构成一个“冷夏年”。而在前一年6月和后一年的6月有显著的暖夏，呈现着准两年韵律的特征。东北冷夏的这种变化规律与大气环流异常关系密切。周围地区500 hPa高度场在冷夏年当年4月至下一年4月高度偏低；而上一年6月及下一年6月却显著偏高，也呈现准两年韵律的特征。东北冷夏与赤道东太平洋，特别是秘鲁沿岸的SSTA有很强的相关。东北冷夏一般发生在El Ni?o年，秘鲁沿岸从当年2月开始到下一年2月为正海温异常，其中负海温异常至7月份达到显著性水准。     

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。     

夏季东北冷涡异常对淮河流域降水影响机制的数值模拟

利用NCEP/NCAR月平均再分析资料分析了1960-2009年夏季东北冷涡异常特征及其与同期淮河流域降水的关系,结果表明:当东北冷涡偏强时,淮河流域降水可能偏多;当东北冷涡偏弱时,淮河流域降水可能偏少。选取夏季东北冷涡典型异常强年(2003年)进行数值模拟,人为添加扰动热源后,高层出现东南差值气流,低层出现西北差值气流,这种环流形势不利于高层冷空气与低层西南暖湿气流在淮河流域交汇,不利于淮河流域降水的发生、发展,最终使得淮河流域降水减少。夏季东北冷涡通过热源异常影响淮河流域降水的可能机制为东北冷涡强(弱)年,东北冷涡持续性活动偏多(少),导致东北—朝鲜半岛—日本以东洋面热力状况异常冷(暖),使得35°N-50°N纬带的海陆热力差异更大(小),引起夏季风及其他环流系统异常,有(不)利于淮河流域降水发生、发展,从而导致淮河流域降水异常偏多(少)。     

初夏东北冷涡活动异常与北半球环流低频变化

本文在典型个例分析的基础上, 揭示了初夏东北冷涡活动显著异常与北半球环流低频变化之间的联系及其可能机理。主要结果为: (1) 初夏东北冷涡活动显著异常与上游乌拉尔山附近和下游日本附近的持续性异常环流相对应。冷涡异常多年, 在向下游频散Rossby波能量和瞬变涡动强迫过程的共同作用下, 乌拉尔山附近盛行阻塞型环流。它一方面使极地冷空气向东北地区移动, 另一方面通过Rossby波能量的传播, 使东北冷涡活动加强。冷涡异常少年的环流情况则基本相反。 (2) 谐波分析和低频振荡分析表明, 在冷涡异常多 (少) 年的5～6月, 东北地区正 (负) 涡度位相占优, 这与北太平洋超长波槽西退 (东进) 相对应。长波在北太平洋-北美-大西洋地区呈驻波型, 与Rossby波能量传播匹配, 亦有利于乌拉尔山附近的异常环流得以长时间维持。 (3) 5月份, 乌拉尔山附近的异常环流信号对初夏东北冷涡活动的显著异常具有前兆性意义。     

干侵入对一次东北冷涡过程的作用分析

以2006年7月20~24日一次东北冷涡过程为研究对象,利用NCEP/NCAR再分析资料、FY-2C卫星资料及常规气象观测资料,通过卫星水汽图像和大气动力场相结合的方法揭示东北冷涡过程中干侵入的特征及其对冷涡发生、发展的作用机制。结果表明,此次东北冷涡过程中干侵入特征明显,卫星水汽图像上的干侵入暗区与对流层高层的下沉运动、高值位涡、高空急流以及干冷区相对应;因干冷空气叠加在暖湿气流之上,在低层冷涡中心上空出现了对流不稳定层结,为冷涡的增强创造了有利的条件;同时,沿冷涡中心的经向垂直剖面中,高空急流入口区北侧产生的下沉运动对对流层高层低湿、高位涡的干冷空气起动力下传的作用;500 hPa绝对涡度的演变与同时刻水汽图像上干侵入区的走向、范围、强度变化相一致,由于干侵入使得冷涡中心绝对涡度增大,冷涡加强发展,因此干侵入是激发冷涡发生、发展的动力条件之一;而等熵面上各要素场的演变也能够反映出干侵入的活动特征及其对冷涡的作用。     

The Coordinated Influence of Indian Ocean Sea Surface Temperature and Arctic Sea Ice on Anomalous Northeast China Cold Vortex Activities with Different Paths during Late Summer

The Northeast China cold vortex(NCCV) during late summer(from July to August) is identified and classified into three types in terms of its movement path using machine learning. The relationships of the three types of NCCV intensity with atmospheric circulations in late summer, the sea surface temperature(SST), and Arctic sea ice concentration(SIC) in the preceding months, are analyzed. The sensitivity tests by the Community Atmosphere Model version 5.3(CAM5.3) are used to verify the statistical...     

干空气入侵对东北冷涡降水发展的影响

针对干空气入侵对东北冷涡降水发展的影响,应用WRF中尺度数值模式对2011年7月一次东北冷涡过程进行数值模拟研究。结果表明:干空气入侵对东北冷涡降水云系发展产生以下两方面的作用:一方面,密度较高的高层干冷空气下沉迫使干侵入前沿暖湿气流抬升,从而促进了东北冷涡降水发展;另一方面,下沉冷空气流向前推进"挤压"可导致冷空气前沿界面较为陡峭、层结不稳定,有助于云系垂直发展,降水主要集中于云系中部。     

Study on the Evolution of a Northeast China Cold Vortex during the Spring of 2010

Based on the final analysis data with horizontal resolution of 1°× 1°（four times a day） from the National Centers for Environmental Prediction（NCEP）, a typical Northeast China cold vortex（NCCV） during the spring of 2010 was examined with the quasi-Lagrange- form eddy flux circulation（EFC） budget equation. Results indicated that the mechanisms that account for the development, maintenance, and attenuation of the cyclone varied with levels and stages. Displacement of the cyclone and transports by background environmental circulations dominated the variation of the cyclone in the middle and upper levels, whereas displacement and divergence associated with the cyclone dominated the evolution of the NCCV in the middle and lower levels. Moreover, interactions between the NCCV and other subsynoptic weather systems were important for the development of the cyclone, and the pattern of background environmental circulations was also important for the evolution of the NCCV, since the cyclone enhanced（weakened） as it moved from areas of low（high） vorticity to high（low） ones.     

春季西亚地表热力异常与初夏东北冷涡活动年代际变化的联系

基于1979~2015年中国月平均站点温度资料,计算了初夏东北冷涡指数,分析了初夏东北冷涡活动的年代际变化特征。在此基础上,进一步探讨了东北初夏冷涡活动与春季西亚地表热力异常之间的可能联系,并初步讨论了前期西亚地表热力异常影响东北初夏冷涡活动的可能过程。结果表明:（1）1979~2015年间,初夏东北冷涡强度表现出明显的年代际变化特征,2000年前,冷涡活动总体偏强,之后总体减弱。（2）春季西亚地表热力状况在2000年前后也发生了明显的年代际转变:2000年前总体偏冷,之后明显偏暖。（3）春季西亚地区的地表热力异常与东北冷涡活动的在年代际尺度上联系密切。西亚地表异常偏冷,东北冷涡活动偏强;而西亚地表异常偏暖对应了偏弱的冷涡活动。初步分析发现,西亚地表热力因子可能通过影响大气环流分布并通过遥相关型影响我国初夏东北地区冷涡,当然相关的机理还有待深入分析。     

1998年松嫩流域东北冷涡大暴雨过程的诊断分析

利用1998年6～8月松嫩流域95个测站的逐日降水和NCEP/NCAR逐日再分析资料，通过诊断分析方法，对1998年松嫩流域东北冷涡大暴雨的形成过程及其大气环流背景，暴雨过程的降水性质与水汽输送特征，大气低频振荡与持续性降水的关系，以及东北冷涡暴雨随季节变化的特征等问题进行了探讨。结果表明，1998年松嫩流域较长的冷涡雨季中所发生的多次东北冷涡暴雨过程是很有代表性的，它们是大气环流由春末夏初到盛夏过渡不同进程中的产物，因而具有不同的环流背景和降水性质，且在洪涝灾害的形成中起着不同的作用，特别是亚洲季风水汽输送以及东亚大气30～50d和10～20d低频振荡对降水的持续性和阶段性变化均有至关重要的影响。