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...     

东北冷涡中尺度天气的背景分析

通过大量的个例分析，统计得出东北冷涡造成中尺度天气系统和天气背景的条件，结论可供分析和预报东北冷涡中对流天气的可能性和落区时参考。     

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。     

东北冷涡不稳定能量分布特征及其与降水落区的关系

应用地面自动站1 h雨量资料和NCEP再分析资料,以一次典型的东北冷涡过程(2005年7月8~14日)为例,根据冷涡环流特征,将冷涡过程划分为发展期、成熟期、减弱期3个阶段。发现冷涡发展阶段降水主要由其南部西风锋区湿斜压不稳定产生,属于大范围混合型降水;而其他阶段降水主要由对流不稳定产生,以局地对流性降水为主。冷涡的不同发展阶段均可对应不稳定能量区,但其分布有较大差异,对流层低层的暖湿输送及辐合是不稳定能量积累的关键。发展阶段不稳定能量区分布于离冷涡中心较远的东南部;成熟期位于接近冷涡中心东南部;减弱期位于冷涡减弱形成的低压槽中。不同发展阶段不稳定能量与对流降水有不同的对应关系,冷涡发展期对流有效位能与较大的水汽通量是影响降水落区的主要因素;成熟期对流降水基本发生在对流有效位能区和925 hPa湿区的重叠区域;减弱期对流降水不但与对流有效位能、低层相对湿度有关,而且还取决于对流层低层辐合线。     

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。     

一次东北冷涡不同阶段强对流天气特征对比分析

利用NCAR/NCEP再分析（1?×1?）资料、区域自动站观测、FY-2D/2E卫星观测和GPS/MET水汽监测等资料,对2012年6月7-18日长春地区发生在同一东北冷涡系统不同演变阶段的3次强对流天气进行对比诊断分析。结果表明：在冷涡形成期,高低空急流耦合产生的次级环流上升支,触发锋前不稳定能量释放,导致中β尺度孤立深厚湿对流系统出现;在冷涡发展期,对流层高层干冷空气向对流层中下层侵入,形成高空露点锋,触发有组织的中α尺度对流系统;在冷涡消亡期,低涡减弱为高空槽并快速东移,其后部冷空气置于低层大范围暖湿空气之上,地面中尺度辐合触发不稳定能量释放,形成中β尺度对流系统。     

2000～2019年东北冷涡统计特征及其影响期间的降水分布

东北冷涡是影响我国东北地区天气和气候的重要环流系统。本文在前人研究工作基础上,构建了本文的东北冷涡识别与追踪方法。利用2000～2019年NCEP/NCAR再分析资料,对东北冷涡开展客观识别与追踪,进而分析东北冷涡的时空分布特征、持续时间、强度和尺度等,最后利用国家地面气象站小时降水观测数据,探讨了东北冷涡影响期间东北区域的暖季降水分布特征。东北区域内,东北冷涡频数和影响天数无明显长期变化趋势,但存在明显的年际变化和月际变化,东北冷涡更易发生在暖季;东北冷涡的持续时间主要集中在48～72小时,半径尺度范围主要分布在600～1200 km,冷季平均尺度大于暖季,冷季冷涡中心强度也强于暖季;东北冷涡中心活动高频区沿45°～55°N呈东—西走向带状分布;东北冷涡影响期间的暖季降水量占比基本在20%以上,不同强度降水档(0.1～5 mm h^-1,5～10 mm h^-1,10～20 mm h^-1和≥20 mm h^-1)中,占比空间分布不同,强降水局地性特征显著;东北冷涡影响期间的暴雨日降水量占比最大可超过70...     

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。     

东北冷涡中尺度云系降水机制研究 I: 观测分析

利用机载云粒子测量系统等仪器对2003年7月8日冷涡云系的积层混合云探测的资料,分析冷涡云系中的微物理结构、微物理过程和降水形成机制.结果表明:在4km以上高度,2-DC粒子浓度随高度快速增加,而粒子平均直径逐渐减小,粒子在下落过程中获得了增长.积层混合云中对流云在垂直方向上出现明显的分层的微物理结构:4.6km以上高度只存在针状冰晶;4.5～3.5 km高度,存在过冷水和冰相粒子.过冷水含量较高,冰相粒子除针状冰晶外,还有少量冰雪晶聚合体或霰粒子,其中在紧靠0℃层之上的3.5km高度,主要存在冰雪晶聚合体或霰粒子.在紧靠0℃层之下,粒子为椭球形,还有一些未完全融化的冰晶,再降低200 m高度,粒子完全是球形,这里完全是雨滴.降水粒子主要是雨水.云系液态水含量十分丰富,过冷水含量最大值可达3.3 g/m3,云体上部也达到2.0 g/m3.云垂直方向上微物理结构分析表明,云中冰晶除了通过冰核核化形成外,可能还存在冰晶的繁生过程.冰晶产生后通过聚并进一步长大,撞冻过冷水也是冰雪晶增长的方式之一.在云的暖区降水粒子为雨滴,其中至少有一部分是由冰相粒子(冰晶聚合体或霰粒子)融化形成.因此冷云过程参与了降水形成过程.     

东北冷涡分类及其对内蒙古东部降水的影响

利用1981-2022年6-8月内蒙古119个国家气象观测站逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了东北冷涡年际、年代际变化特征及东北冷涡分类对内蒙古东部降水的影响。结果表明:东北冷涡发生频次在1992年之前,较气候态显著偏多,之后呈现显著偏少,直到2003年以后有增多的趋势,近十年发生频次偏多。将东北冷涡分为10类,中涡东北移是致使东部降水偏多最异常的冷涡类型,中涡东移是次异常的冷涡类型。东亚地区呈现“北高南低”环流型,内蒙古东部位于负位势高度距平区,中心位于东部偏南地区,乌山和鄂海阻高偏强,副高偏强,内蒙古东部地区被气旋式水汽通量控制,配合低纬的越赤道气流共同作用引导的西太平洋水汽输送到东部地区,这种环流配置是致使东部降水异常偏多的主要成因。     

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。     

一次初春东北冷涡的结构特征及其降水成因

利用ERA-Interim逐日再分析资料及中国753站逐日降水资料,对2008年3月23—28日的东北冷涡天气过程进行诊断分析,并探讨了冷涡降水的主要影响因子。结果表明：1)与夏季冷涡过程不同,此次初春冷涡过程高层环流场由经向环流向纬向环流转变;冷涡发展初期,经向环流的建立使得冷涡向南移动,而成熟阶段冷涡后部的低槽引导冷空气向冷涡输送,导致了冷涡环流的维持。2)亚欧大陆上空强阻塞形势的发展是初春东北冷涡形成的关键因子;乌拉尔山和鄂霍次克海阻塞高压分别受到前期北大西洋和热带太平洋海温异常的调控,为冷涡向南发展维持提供了有利的环流背景,并影响了高低空急流的配置,有利于冷涡降水的形成。3)涡度场和温度场的高低空配置使得东北冷涡发展成深厚的环流系统,干侵入对冷涡的形成和维持同样有重要作用。冷涡环流的发展为东北地区降水提供了有利的水汽和垂直运动条件,冷暖平流交汇引起的锋面过程则促进大范围降水的形成。     

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。     

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。     

东北冷涡活动的季节内振荡特征及其影响

东北冷涡是造成我国东北地区低温冷害、持续性阴雨和突发性强对流的重要天气系统.利用1979～2009年NCEP/NCAR逐日再分析资料和中国气象科学研究院提供的中国区域高分辨率格点降水资料,定义了一个客观描述东北冷涡活动的指数 (NECVI),并基于该指数分析了东北冷涡活动的低频特征及其与相关环流和降水的关系.结果表明,东北冷涡活动具有显著的10～30天振荡周期.与东北冷涡活动相关的大气环流的10～30天振荡和我国东部夏季降水异常具有明显的锁相关系,对雨带的位置起着重要的调制作用,在东北冷涡及其相关低频环流由西北向东南的移动过程中,我国东部也经历一次由北至南的降水过程.本文还进一步讨论了东北冷涡的低频活动与中高纬大气环流遥相关型的关系.与东北冷涡相联系的低频环流是夏季低频欧亚 (EU) 型遥相关波列的一部分,低频欧亚型 (EU型) 与东亚/太平型 (EAP型) 遥相关波列在东亚地区交汇,并通过波列之间的相互作用影响东北冷涡低频系统的移向和移速,进而影响中国东部降水的位置与维持时间.因而前期EU型和EAP型低频波列的发展情况可能预示着后期中国东部各个区域降水的演变.本文研究结果将为提高我国东部强降水的1～2周延伸期天气预报提供参考.     

东北冷涡过程对江淮梅雨期降水的影响机制

利用1954--2003年中国740站逐日降水资料以及NCEP／NCAR再分析资料,对东北冷涡影响江淮梅雨的机制进行了研究。结果发现,东北冷涡出现以后,随着它的东移南压与西伸的副热带高压之间相互作用,使我国江淮地区南侧对流层中上层的气压梯度力加强,气压梯度力做功使得动能增大,随后动能向下输送,导致江淮以南地区的西南低空急流形成;低空急流引导的北上暖湿气流与东北冷涡引导的南下干冷空气相互作用,有利于梅雨锋的形成和维持,激发江淮地区低层对流不稳定增加,上升运动出现,从而导致江淮梅雨期降水活跃。     

东北冷涡减弱阶段强对流天气特征及触发机制分析

利用常规观测资料、NCEP（0.25°×0.25°）再分析资料及多普勒天气雷达等资料,对2016年6月17－19日吉林省强对流天气过程进行诊断分析。结果表明：(1)此次强对流天气主要发生在冷涡减弱阶段,低空急流的移动和扰动、地面中尺度系统起到关键作用。根据东北冷涡强度的演变将此次过程分为两个阶段,第一阶段（17日11时至18日17时）冷涡缓慢减弱,强降水伴随相对密集的冰雹和雷暴大风出现在中西部地区,热力条件强于第二阶段;第二阶段（18日17时至19日23时）冷涡减弱为高空槽,强降水伴随相对较弱的对流出现在中南部地区,水汽条件优于第一阶段。(2)SI指数、CAPE值、θse的高、低层差值等在第一阶段均出现了明显高于（或低于）第二阶段的峰值（或谷值）,而第二阶段的湿层厚度远高于第一阶段,湿区范围也随之扩大。（3）两个阶段的主要触发条件均为低空急流和地面辐合线,第一阶段辐合线和露点锋双重触发条件产生了直径较大的冰雹,密集降雹引发地面气温骤降和气压骤升,诱发阵风锋再次触发强对流;第二阶段地形抬升为降水的增幅提供了有利条件。