东北冷涡气候特征及其对海河流域夏季降水的影响

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

桃仙机场冷涡雷暴气候特征

分析桃仙机场冷涡雷暴气候特征，归纳出冷涡雷暴的移动路径、天气形势特征、发展演变规律及预报思路。     

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.     

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。     

东北冷涡影响下江淮地区一次飑线过程的模拟分析

利用四维变分同化分析系统模拟和雷达拼图资料分析了2012年5月16日东北冷涡影响下的弱飑线过程。结果表明:较强的地面辐合线是该次过程在较弱稳定条件下被触发的重要原因,也是系统前期快速发展的重要原因;东北冷涡影响下中层不断输送干冷空气到江淮地区,飑线内对流部分由降水拖曳导致的下沉气流遇到夹卷进入下沉气流内的环境干空气,使得其中雨滴蒸发造成空气冷却,下沉到地面形成冷池;冷池形成之后,垂直风切变方向不垂直于系统,且切变值较弱,造成水平涡度不平衡,是该飑线发展相对较弱的主要原因,此外不稳定条件和湿度条件较差也可能是系统没有发展为强飑线的原因。该次飑线过程的重要特点是较强的地面辐合线;较干的环境条件,意味着凝结潜热释放较少,而系统中的垂直运动更多取决于冷池和垂直风切变之间的水平涡度平衡。     

东北冷涡的多普勒雷达资料特征分析

多普勒雷达探测东北冷涡具有一定的径向速度特征;应用蓝金(Rankine)模式进行数值模拟,结果表明,其模拟的多普勒速度分布特征与多普勒雷达实际探测冷涡的特征极其相似;根据多普勒径向速度特征确定冷涡中心,进而应用不同时刻资料确定冷涡的移动路径,对实际业务有很好的应用价值。     

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。     

高空切断冷涡研究进展

高空切断冷涡是中高纬度地区大气环流的重要组成部分,高空切断冷涡的出现往往会产生对流不稳定,导致各种高影响天气的发生发展。中国最常见的切断冷涡是东北冷涡,其发生发展不仅能影响我国东北地区的天气气候异常,也对中东部地区具有重要的影响。因此,有必要关注高空切断冷涡的形成机理和预测理论与方法。基于此,对近些年来国内外有关高空切断冷涡的形成机理和预测方法取得的主要研究进展进行了回顾,简述了切断冷涡的定义、天气气候学特征、不同天气气候系统和大气外强迫因子对切断冷涡的影响,最后指出了目前研究中仍然存在的不足和需要进一步深入研究的关键科学问题。     

基于“配料法”的东北冷涡暴雨预报研究

利用1961—2014年中国东北地区200个气象站逐日降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料,研究了东北冷涡暴雨的气候特征,分析了低空急流、切变对冷涡暴雨的影响;诊断分析了可表征冷涡暴雨过程中水汽条件、动力条件、热力不稳定条件的比湿、水汽通量、水汽通量散度、散度、垂直速度、K指数等物理参数,研究了东北冷涡暴雨发生时上述各物理参数需要达到的阈值指标,利用研究的物理参数阈值指标以及低空急流和切变等配料因子构建了东北冷涡暴雨的\"配料法\"预报模型,结合ECMWF模式和T639模式数值预报产品将\"配料法\"暴雨预报模型进行了业务化应用试验及效果评估。结果表明,东北冷涡有66%会产生暴雨,冷涡暴雨多发生在7—8月;低空急流和切变对冷涡暴雨有触发作用,91.2%的冷涡暴雨发生时对流层低层存在急流或切变;基于\"配料法\"的冷涡暴雨预报TS评分比ECMWF模式和T639模式暴雨预报评分提高了7.4%和11.1%,且明显减少了暴雨的漏报率。     

2013年7月2—4日东北冷涡暴雨天气分析

使用NCEP 1°×1°再分析资料和地面降水量资料,对2013年7月2—4日东北冷涡引发的黑龙江省暴雨天气进行了分析。结果表明：1）在东北冷涡影响期间,黑龙江省逐小时雨量大都小于10 mm,但持续时间长,累积雨量大,中西部地区出现大范围暴雨天气。2）东北冷涡发展期,强上升运动与下沉运动的耦合,为暴雨提供了很好动力条件。3）从黄海、日本海到黑龙江省的低空急流为暴雨提供了充足水汽和能量,强降雨区水汽通量达到8 g·s-1·cm-1·hPa-1,水汽辐合强于2×10-5g·s-1·cm-2·hPa-1,850 hPa的θse高于332 K。4）湿位涡变化显示,冷涡影响期间,降雨区上空有对流不稳定条件,有利于强降雨发生。正MPV1位涡舌从对流层高层下伸、东移与暴雨落区东移相吻合;东北冷涡发展期的大气斜压性强,降雨强。维持期、减弱期大气斜压性弱,降雨弱。对流层低层MPV2小于-0.2 PVU区域易出现强降雨。     

河南省气候变化对大豆生育期的影响研究

利用河南省林州市和泛区农业气象观测站1993—2013年及正阳县农业气象观测站1993—2008年的大豆生育期观测资料和同期气象观测资料,通过数理统计、标准化处理和通径分析等方法分析河南省气候变化对大豆生长发育的影响。研究表明:河南省大豆播种期有逐渐提前的趋势,全生育期日数和各生育期间隔日数有增加的趋势;从北到南,播种期、出苗期和开花期逐渐提前,成熟期有所延长;大豆生育期日数有延长的趋势,南部的趋势比北部的明显。从北到南,各生育期同期降水量增多的趋势逐渐明显,日照时数减少的趋势逐渐减弱,平均气温增长的趋势逐渐减弱。河南省北部地区日照时数和平均气温的变化对大豆生育期有较大的影响,中部地区降水量和平均气温的变化对大豆生育期有较大的影响,南部地区平均气温是主要影响因子。     

2020年江苏省梅雨异常及暴雨日气候特征分析

利用ERA5再分析资料和江苏省自动站降水数据等,结合江苏地区入、出梅标准,分析了2020年江苏省梅雨的时空分布异常特征,从梅雨特征量和大尺度环流因子等特征,揭示了梅雨异常的关键因子,并对暴雨日的大尺度环流特征进行合成分析,得到影响梅汛期暴雨的关键环流因子。结果表明:(1)2020年江苏省梅雨时空分布显著异常,入梅早、出梅晚,梅期达51 d,比常年平均多出一倍;沿江以南和沿淮东部地区梅雨总量为常年平均的2.5倍;梅汛期共15个暴雨日,强降水持续时间长,区域范围大,整体雨强大。(2)梅雨特征量较好的反映了江苏省梅雨的入出梅时间,当特征量显著增强北抬对梅雨期的开始有较好指示意义,当特征量再次北抬,则梅雨季结束,各特征量均呈现一致的时间变化特征。特征量在梅雨期间的异常波动均与暴雨过程相对应,2020年梅雨特征量的多个异常高值中心反映了梅雨期暴雨过程频繁、降水极端性强的特征。(3)梅雨期间大尺度环流形势异常,西太平洋副热带高压呈显著正异常,强度偏强,脊点偏西,引导其西北侧的西南暖湿气流向江淮地区输送,同时北方位势高度偏低,东北冷涡强度略偏强,浅槽活动频繁,携弱冷空气南下与暖湿气流交汇,形成稳定维持的梅雨锋,是超强梅雨形成的主要环流因子(4)印度洋和孟加拉湾、西北太平洋是江苏省梅汛期暴雨的重要水汽源地,通过强烈的西南风,将暖湿气流向长江下游地区输送,配合上空的强烈辐合抬升运动,导致该地区水汽积聚并稳定维持,有利于出现梅汛期暴雨天气。