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。     

1979—2019年持续性东北冷涡过程特征分析

利用1979年1月至2019年12月的ERA5资料,采用小波分析、突变M-K检验等统计方法,对1979—2019年持续时间在3 d及以上的东北冷涡过程特征进行分析。结果表明: 持续性东北冷涡过程的年平均发生次数为32.8次,最多41次,最少22次; 其中5—6月最多。年总频次存在17 a、9 a、5 a和3 a的变化周期。东北冷涡过程持续时间越长,出现的几率越小,持续时间最长的一次为13 d; 持续3 d的东北冷涡过程最多,持续9 d和10 d的过程出现频率接近十年一遇,出现10 d以上的冷涡过程6月最多。南涡出现的频次明显少于北涡和中涡,中涡最多; 北涡各月频次差异不明显,中涡、南涡5月和6月明显多于其他月份。在120°—130°E、45°—55°N的区域冷涡中心相对密集。夏、冬半年东北冷涡极端偏多月份东亚地区均为两脊一槽型。     

5-9月不同类型东北冷涡的统计特征及成因

利用NCEP （2.5°×2.5°）逐6 h再分析资料及中国气象局提供的MICAPS观测资料,对1989—2018年5—9月生成并维持的东北冷涡进行统计分析。结果表明,近30年东北冷涡出现频率逐年上升;年平均冷涡过程为7.4次,维持时间为3～5 d;5月冷涡出现频率最高,8、9月较低;5—7月平均每年受冷涡影响天数分别为9.9、8.8、7.0 d,受东北冷涡影响最长时间可达19 d以上。按照不同特性将其分为北、中、南涡及强、弱冷涡。北涡较少出现在7月,中涡很少出现在6月,南涡集中在5、6月。弱冷涡出现频率约为强冷涡的1.2倍。春末（5月）、秋初（9月）出现强北涡的频率较高,而夏季（6—8月）出现弱中涡的频率较高。北涡出现在春末秋初时,偏强的高空急流加强了对流层上层的辐散,与中下层环流场配合,使冷涡得以维持。此外,冷涡中心位势高度较低,配合有明显冷槽或冷核和强上升运动,干侵入有较强的促进作用,有利于冷涡的发展及加强;中涡出现在夏季时,高空急流及干侵入偏弱,冷涡中心附近各要素场不利于冷涡的加强。     

2009年中国东北夏季低温及其与前期海气系统变化的联系

依据中国东北地区拥有百年地面观测记录的长春和哈尔滨测站气温资料、NCEP/NCAR再分析资料和英国哈得来中心海表温度资料,揭示2009年东北地区发生的迄今已有15年没有出现的夏季低温事件成因.结果表明:发生东北夏季低温时的水平和垂直环流结构均为低值系统,东北冷涡异常活动是其最直接的影响因子;有利的年代际变化背景是,哈尔滨和长春6-8月平均气温年代际尺度(≥9 a)的振荡值1999-2008年约-O.8℃/10 a,显著低于全球变暖东北区域响应的线性增暖值0.2℃/10 a(1961-2000年),与长春和哈尔滨夏季气温呈正相关的前一年冬季太平洋极涡面积指数年代际振荡亦呈显著下降趋势.与1994-2008年东北夏季高温的500 hPa平均环流距平场显著不同,北极涛动呈强的负位相分布,东北亚、阿留申和北大西洋上空为显著负距平区;2009年前一年冬季与明显低温的1972年的前一年冬季北太平洋涛动均呈显著的负位相,春季仍持续,且2009年前一年冬季赤道中东太平洋SSTA为拉尼娜位相,2009年春季明显减弱;2009年6-7月夏季东北冷涡活动异常强与4-5月500 hPa北太平洋地区超长波扰动转为定常波扰动槽有关;SVD和谐波分析表明,北太平洋涛动的异常位相不仅是东北夏季气温变化的重要前期信号,还是大气中除了天气尺度的混沌分量外可提取的一种行星尺度稳定分量.     

非绝热加热对6月东北冷涡形成演变的影响及其可能机制

利用ERA-Interim再分析资料,基于等熵位涡理论,采用合成分析和动力诊断方法分析了6月东北冷涡演变过程的气候特征,探究非绝热加热对东北冷涡形成和演变的重要影响。结果表明:气候平均东北冷涡形成在中纬度对流层高层,其形成过程表现为等熵位涡"自上而下、自西向东"发展加强,其演变过程与大气非绝热加热的变化密切联系。在东北冷涡形成前,其上空的非绝热加热明显加强;而在东北冷涡形成后,局地对流层中下部非绝热加热迅速发展。可见,东亚中纬度地区的高空非绝热加热是东北冷涡形成和发展的重要因素,而东北地区对流层中部的非绝热加热则是东北冷涡减弱消亡的主要原因。     

夏季东北冷涡持续性活动及其大气环流异常特征的分析

本文首先分析了夏季东北冷涡持续性活动特征及其对东北地区天气气候的影响,然后利用NCEP/NCAR 1958～1997年月平均再分析资料,探讨了东北冷涡持续性活动与大气环流异常之间的联系.结果表明,东北冷涡持续性活动是导致东北地区夏季低温的一个十分关键的因子,同时对降水也有重要影响.冷涡活跃年夏季,500 hPa高度场会出现以东北地区为中心的南北向和东西向分布的正-负-正距平波列,即与东亚阻高势力偏强而西太平洋副高位置偏南等大尺度环流背景相联系.在对流层中上层,高空西风急流有明显的分支现象,特别是亚洲中纬西风急流位置偏南.而在对流层中下层,东北地区和华北大部以及朝鲜半岛和日本北部等地由明显的气旋式距平环流所控制,并且源自东北及其以西地区的北风距平可一直推进至长江流域并转变为西北风距平,并与那里的西南风距平汇合而形成有利于该地区梅雨偏多时的环流形势,与此同时,长江中下游地区和四川盆地等容易出现垂直速度负距平、涡度正距平和散度负距平分布,而华北和华南大部上述物理量一般为相反的距平分布,从而对应少雨形势,并且中国北方地区(长江以北)对应负温度距平.当夏季东北冷涡活动偏弱时,一般会出现与上述相反的结果.即东北冷涡持续性活动不但对东北地区,而且与中国其它某些地区的天气气候可能也存在着一定的对应关系.     

东北冷涡下辽宁省短时强降水统计与合成分析

利用2000—2014年6—8月常规资料、FNL资料和辽宁省逐时降水资料,将东北冷涡分为北涡、中间涡和南涡,统计每类冷涡短时强降水特征,并进行动态合成分析。结果表明:短时强降水共755次,冷涡下227次,冷涡强降水多发生在1~3 h内。6月短时强降水主要由中间涡引起,7、8月中间涡与北涡共同影响,有一定周期变化;而南涡没有在辽宁产生强降水。北涡水汽输送充沛,中间涡水汽条件较差,切变辐合场与水汽输送的结合是有利于强降水的重要因子。降水基本处于斜压区内,冷涡中心降水处在斜压区北侧和高空急流左前方,高空槽前或槽后的降水处在斜压区南侧和急流中心右后方,降水区附近多有高空急流形成的次级环流配合。槽后降水区干侵入活动明显,冷涡中心降水主要通过高位涡诱发气旋性环流而触发上升运动。     

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。     

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。     

2008年5月东北冷涡持续性活动的异常特征分析

利用美国NCEP/NCAR的再分析资料和中国辽宁地区逐日降水资料,对2008年5月东北冷涡异常活动进行分析。结果表明：2008年5月东北冷涡活动较比历年明显偏多;500 hPa月平均高度场在50°—180°E范围内为典型的“Ω”阻塞高压环流形势,乌拉尔山与贝加尔湖之间的高压脊明显偏强;高度脊加强或维持时,在高度脊后西南方有暖平流输送,高度脊减弱阶段,在高度脊后西北方向有强冷平流输送;东北冷涡频繁活动时,贝加尔湖到中国东北地区高度场表现为强负距平,副热带高压与东北冷涡的位置密切相关,中国大陆东部副热带高压较比历年弱且位置偏东时,出现中涡的几率增大。     

降雹与不降雹冷涡过程的对比分析

该文通过对１９９６年６月１３日山东大范围冷涡降雹过程与同年６月２０日不降雹冷涡的对比分析指出：降雹与不降雹冷涡，除了冷涡北侧的高空形势有明显差异外，主要表现在低层的风场、温度场和层结稳定度有显著区别。当高空冷涡进入华北上空时，若北侧有高压脊向东北方向伸展，沿脊前有东北气流侵入冷涡后部。同时，低层在４０°Ｎ附近有明显的东西向锋区配合锋生变形场逼近鲁西北一带的潜在不稳定区，该冷涡会造成山东大范围降雹。而当高空冷涡发展为较对称的深厚气旋时，处于冷涡南侧的山东地区则不会出现强对流天气。     

1971-2011年辽宁寒潮时空分布特征

利用1971-2011年辽宁省58个常规观测站日最低气温资料,分析辽宁寒潮时空分布特征。结果表明：1971-2011年辽宁寒潮年平均频次空间分布存在两个大值中心,一个位于辽宁东北部地区,另一个位于辽西建平地区;11月大范围强寒潮出现最多。近41 a辽宁区域性寒潮在20世纪70年代出现最多,呈不显著的下降趋势;寒潮在10月中旬至翌年5月上旬均可出现,12月上旬至翌年2月下旬是寒潮集中出现时段,出现最多的是1月;区域性寒潮出现次数存在20、13、8a和4a的变化周期。影响辽宁区域性寒潮的主要天气形势有小槽发展型、横槽型和低槽东移型。寒潮物理量预报指标主要有：寒潮前至少有一日升温过程;500 hPa冷中心温度≤-40 ℃;地面冷高压主体中心气压为1050 hPa以上,分裂小高压中心气压为1030 hPa以上;500 hPa和850 hPa急流普遍为24 m.s-1和12 m.s-1以上;850 hPa辽宁附近等温线密集程度≥5条/10纬度;风向与等温线夹角基本大于60°。     

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。     

冷空气对高原低涡移出青藏高原的影响

在对1998—2004年冷空气影响高原低涡移出青藏高原 (以下简称高原) 观测事实分析的基础上, 利用NCEP再分析资料对2002年8月12—14日托勒低涡移出高原的位涡进行诊断分析, 并通过数值试验揭示了托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征和影响机理。结果表明:这次托勒低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡处在斜压不稳定增强情况下移出高原的。在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱, 从而使高原低涡移出高原的速度减慢, 低涡强度减弱, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 低涡24 h内西退, 在高原边缘徘徊。     

中国东北地区冬季冷空气活动特征研究

利用1961—2017年东北地区164个气象站逐日气温、最低温度资料,按照《冷空气过程监测指标》行业标准,建立东北地区中等强度冷空气、强冷空气和寒潮历史数据集,采用气象统计学方法分析了东北冬季气温、中等强度冷空气、强冷空气和寒潮年际、年代际变化特征。结果表明:东北地区冬季气温呈显著上升趋势,趋势系数为0.45,通过了α=0.01的显著性检验,1960s最低,2010s达到最大值;东北地区冬季气温突变时间为1981年,突变前气温负距平为主,突变后气温波动变化明显;东北地区冬季冷空气过程以寒潮为主,冷空气出现日数、发生强度以12月最多、最强;冷空气趋势变化不显著,其中1961—1970强度最强,2001—2010年最弱;东北地区冬季气温突变后冷空气日数减少,强度减弱。     

北疆冬季持续性低温事件特征及大气环流异常分析

利用新疆天山山区及其以北地区（北疆）45个气象站1961-2010年冬季逐日最低气温资料,提出了45站低温日标准和区域性持续性低温事件的定义,并分析了持续性低温事件的时空分布和变化特征,研究了低温事件的年代际变化环流差异特征、大尺度环流背景、冷空气影响路径及强度特征。结果表明：(1) 低温日阈值呈东北向西南升高的分布趋势,低温日阈值最小值分布于准噶尔盆地和新疆北部阿勒泰地区,阈值为-34～-30℃,而西部伊犁地区和天山山区低温日阈值为-24～-20℃;(2) 1961-2010年出现35次大范围持续性低温事件,1月和2月发生频次均为0.29次/年,12月为0.14次/年;低温事件持续时间为5~25 d,其中超过10 d有16次,5~9 d有19次。持续性低温事件发生频率呈年际和年代际显著减少趋势,但强度无显著变化趋势;(3) 北半球大范围环流异常造成新疆持续低温事件,以经向环流异常为主,根据冷空气影响路径可分为4类：西西伯利亚横槽、中西伯利亚低槽东灌、北风带和西北风带、北脊南槽（涡）,这4类冷空气影响路径表现为500 hPa冷空气从极地或西伯利亚以超极地、西北和偏东路径进入新疆后,-32℃冷空气南压位于北疆地区,海平面气压场同时表现为蒙古高压盘踞欧亚大陆,高压中心达1045 hPa以上且位于阿勒泰山地区,1035 hPa冷高压控制北疆地区,这种环流配置造成新疆持续性低温事件。     

东北冷涡积层混合云系形成条件的个例分析

利用2003年7月7—8日NCEP/NCAR资料和地面高空常规探测资料,利用客观分析的方法,研究了东北冷涡积层混合云系形成的环境条件。结果表明：这一冷涡天气系统是由北部和南部两个低压系统组成,而且均比较深厚,有明显低温区配合。东北地区的降水主要受南部的低压系统影响。该系统有气旋性环流配合,在气旋中心区、气流辐合区和气旋东南侧西南气流中均存在相对湿度高于80%的湿度区。湿度区中含有湿度高于90%的区域,积层混合云系产生在这个区域内,而且降水区与系统的不稳定区和动力场辐合区配合一致。研究表明,东北冷涡天气系统中积层混合云系是在冷涡系统东南部的西南气流中形成的,水汽输送条件较好,而且有高湿不稳定区配合,对研究其生成和发展有指示意义。