东北冷涡加强减弱过程的涡度收支和支能诊断

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。     

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。     

东北冷涡的位涡动力诊断模型及应用

对一次较典型的东北冷涡过程，利用自然坐标系下的Ertel位涡守恒原理，分析曲率位涡和切变位涡之间的转换及分布特征，得出了涡旋加强或减弱的位涡动力诊断模型，并通过实例计算提出了预报东北冷涡过程的一种方法。     

东北冷涡加强和减弱的短期预报方程

在数值预报产品诊断分析的基础上，计算东北冷涡强度的加强和减弱与物理量，温压场同时刻的相关关系，采用逐步判别方法，制作未来２４小时，４８小时冷涡强度变化的完全预报方程。检验结果表明，该方程对东北冷涡短期强度变化有较强的预报能力，可为客观预报提供依据。     

东北冷涡的Q^→矢量诊断分析

应用准地转Ｑ矢量论，将８０年以来出现的９次东北冷涡进行了诊断分析，逐个计算了不同时次和层次的Ｑ矢量散度，旋度并分析了它们与冷涡强度演变的时空配置关系。结果表明，Ｑ矢量散度和旋度对东北冷涡的加强和减弱有着指示意义。     

东北冷涡发展减弱的温度条件诊断分析

对２０例低涡的温压场进行了分析，并计算了其中９例的７００ｈＰａ温度平流、温度及其平流的空间分布。经比较发现，冷涡减弱与强烈发展阶段的不同点是，发展的低涡前期在７００ｈＰａ涡中心附近有一对冷暖平流中心，而将要减弱的涡没有这种特征；有利于涡发展的冷、暖平流强度分别为－１２×１０－５～－１６×１０－５℃／ｓ。低涡强烈发展时要经历强冷空气向东南方向爆发，建立一支强锋区，即斜压带，它纵向穿过涡中心；温度场空间变化反映发展的涡中心位于３００ｈＰａ以下的锋区上；涡随高层暖平流大幅度加强而快速发展。     

东北冷涡的矢量诊断分析

应用准地转Ｑ矢量理论，将８０年代以来出现的９次东北冷涡进行了诊断分析。逐个计算了不同时次和层次的Ｑ矢量散度、旋度并分析了它们与冷涡强度演变的时空配置关系。结果表明，Ｑ矢量散度和旋度对东北冷涡的加强和减弱有着指示意义。     

一次引发强降水的东北冷涡的演变机理及能量特征研究

采用NCEP CFS 0.5°×0.5°的再分析资料,中国气象局常规地面观测资料和FY 2E卫星TBB资料对2013年7月上旬的一次引发强降水过程的东北冷涡典型个例进行了深入分析和诊断,研究表明:（1）本例冷涡的发展期是其降水和对流活动的最活跃时期,其对应的最小TBB在-60℃以下,最强6 h降水可达124 mm,南海、黄海和日本海是冷涡降水的主要水汽源地。（2）本例东北冷涡是一个深厚的斜压涡旋系统,其最强斜压区和动能大值区主要位于涡旋外围;冷涡的冷心结构主要位于对流层中高层和对流层低层。（3）涡度收支表明,与对流活动密切相关的垂直涡度平流是本次冷涡产生的主导因子;涡度垂直输送和辐合作用是冷涡快速发展的主导因子;而辐散作用则最终导致了冷涡的消亡。（4）能量收支表明,旋转风动能制造是冷涡生成过程中动能的主要产生方式,而冷涡发展期,旋转风动能输送是冷涡动能维持的主导因子。     

东北冷涡过程的能量学分析

对一次较典型的东北冷涡过程作了能量学分析。结果表明，冷涡涡动动能的主要收入来自涡动位能的转换（Ａｅ→Ｋｅ）。在冷涡发展期，由外边界强气流入侵所产生的动能输入也十分重要。涡动动能的支出主要是转换为纬向气流的动能，即Ｋｅ→Ｋｚ，其次是消耗项和成熟期以后的边界动能输出。冷涡过程涡动动能变化的绝对值以中、高空为大，但相对变率却远小于低空。Ａｅ→Ｋｅ主要发生在７００—３００ｈＰａ中空，高空则为Ｋｅ→Ａｅ的转换     

一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析

对2005年7月25～29日引发较大范围持续性暴雨的东北低涡的结构、涡度和水汽收支进行了分析研究,结果表明:1)东北低涡是一个较深厚的冷性涡旋.初期,气旋性涡度出现在对流层中层,然后向中低层及高层伸展.而低涡加强阶段,气旋性涡度在对流层高层增加得最快,并逐渐向中低层传播,诱发地面气旋的发展;由于高低空锋生的相互作用,在低涡南部形成了深厚的近乎垂直的低层略前倾的"弓形"锋区.2)对涡度收支的计算表明,水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展、加强起到最主要的作用.但在不同阶段,这两项的作用和大小各不相同.3) 对流层高层位涡大值区在低涡东部向下传播,有利于低涡的发展加强,与低涡暴雨的落区位置较为接近.此外对卫星云顶亮度温度(TBB)的分析,发现低涡暴雨典型的涡旋云带中对流活动旺盛的地区与局地暴雨的位置对应.4) 低涡暴雨的水汽初期主要来自北部,随着低纬地区西南季风的增强,沿副高西侧从低纬到中高纬建立起一条较强的水汽输送带,东北地区水汽收支以南北向的辐合为主.5)将2005年和1998年夏季6～8月的东北低涡暴雨个例的天气形势配置进行逐月比较,发现持续的较大范围的低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、西太平洋副热带高压的位置及夏季风和低纬系统的水汽输送有密切的关系.     

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。     

Quadrant-Averaged Structure and Evolution Mechanisms of a Northeast Cold Vortex during Its Mature Stage

A Northeast China cold vortex(NCCV) that maintained from 0200 UTC 3 July to 0500 UTC 3 July 2013 and caused several heavy rainfall events was analyzed in detail to reveal its quadrant-averaged structure and main maintaining mechanisms during its mature stage. Results indicated the vortex’s intensity, divergence, ascending motions, precipitable water(PW), and thermal structures were all characterized by significant unevenness, and their main pattern changed gradually during the mature stage. Mechanisms accounting for the maintenance of the NCCV were also characterized by remarkable unevenness. Within different quadrants, dominant factors for the vortex’s evolution may have differed from each other significantly. The NCCV-averaged vorticity budget revealed that the vertical advection of vorticity, which is closely related to convective activities, was the most favorable factor for maintaining the NCCV, whereas the tilting effect, which is closely related to the vertical shear of the horizontal wind(horizontal vorticity), was the most detrimental factor.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。