東北冷渦持續(xù)活動及與歐亞阻高配置對我國東北地區(qū)降水影響研究.pdf

1、東北冷渦是東亞中高緯度地區(qū)活躍的高空切斷冷渦，一次冷渦過程多為3-5d，可謂天尺度系統(tǒng)。但是，東北冷渦過程頻發(fā)與否對東北亞地區(qū)，乃至我國東部氣候異常往往產(chǎn)生重要影響。因此，21世紀(jì)初葉，我國學(xué)者開始研究并且明確提出東北冷渦“氣候效應(yīng)”這個科學(xué)問題，豐富了東北冷渦理論研究的內(nèi)涵。以往有關(guān)北半球中高緯度阻塞形勢的理論研究，大都以阻塞高壓為主。本文利用1948-2012年 NCEP/NCAR全球再分析逐日資料和國家氣象信息中心提供的1960-

2、2012年全國氣象觀測站日降水資料，著重從東北冷渦活動異常為主體出發(fā)，首先，研究如何采用機器自動識別的數(shù)量化方法，揭示其活動的天氣與氣候尺度特征，以此為基礎(chǔ)進一步豐富其活動的“氣候效應(yīng)”，并開展基于冷渦因子的東北地區(qū)月降水預(yù)測應(yīng)用研究。其次，運用同樣方法給出亞洲阻塞高壓活動的數(shù)量化檢測結(jié)果；研究東北冷渦和阻塞高壓活動的配置，尤其是重點探討中高緯阻塞流型(以烏拉爾山-鄂霍次克海雙阻型為主)與東北冷渦二者之間的相互作用及其形成、發(fā)展和消亡的

3、過程機理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴給出1948-2012年5-8月東北冷渦活動天氣過程，分析其統(tǒng)計學(xué)特征，得出冷渦活動以3-6d為主，主要位于121o-131oE，48o-53oN區(qū)間；東北冷渦發(fā)生頻次和活動天數(shù)均存在顯著增長趨勢。5-6月和7-8月東北冷渦活動特多年高度距平合成場與特少年的主要異常區(qū)呈反位相分布，且這種反位相特征在對流層中、高層(200 hPa、500 hPa)均呈近半球尺度的波列分布特征；5-6月和7-8月

4、冷渦活動特少年與特多年差值合成場分布相近，均呈現(xiàn)顯著的南北向"＋、－"波列分布，正負(fù)波列分別位于西北太平洋區(qū)域和鄂霍次克海至白令海區(qū)域，該波列對應(yīng)高度層風(fēng)場中的相對位置為氣旋和反氣旋式環(huán)流。7-8月東北冷渦活動異常多年份，貝湖至鄂海阻高與東北冷渦多同時發(fā)生，異常少年份，貝湖至鄂海阻高亦不盛行，以阻高先發(fā)生冷渦后發(fā)生年份占多數(shù)。⑵基于東北冷渦活動時間持續(xù)性探討冷渦持續(xù)活動標(biāo)準(zhǔn)，通過強度指數(shù)進行定量描述，該指數(shù)對冷渦持續(xù)活動過程具有較好表征

5、意義。冷渦活動強，5月烏拉爾山至貝加爾湖阻塞形勢顯著，6月的鄂霍次克海阻塞形勢顯著，7月中高緯阻塞流型不顯著，8月份烏拉爾山-鄂霍次克海雙阻活動明顯。尤其在6月份，強指數(shù)年冷渦系統(tǒng)較深厚，集中于對流層中高層，冷心結(jié)構(gòu)明顯，具有一定大氣斜壓特征；高層存在冷中心，低層配有溫度槽，在中高層，西風(fēng)帶呈現(xiàn)明顯的上游分流和下游匯合特征，分匯流之間呈現(xiàn)出東北高、西南低的偶極子阻塞形勢；6月弱指數(shù)年冷渦系統(tǒng)較淺薄，主要集中在對流層中低層，冷心結(jié)構(gòu)不明顯

6、，不存在阻塞形勢。⑶基于冷渦活動地理分布特征，通過環(huán)流持續(xù)異常對冷渦的持續(xù)性進行了一種新的定義方法—廣義“冷渦”，通過定量化描述，給出廣義“冷渦”強度指數(shù)，得出東北冷渦活動具有顯著年際和年代際周期振蕩特征，廣義“冷渦”強度指數(shù)較好刻畫冷渦天氣過程頻發(fā)性及其大氣環(huán)流特征，與東北地區(qū)初夏(5-6月)和盛夏(7-8月)冷渦降水分布具有較好對應(yīng)關(guān)系。廣義“冷渦”活動強(弱)年，歐亞中高緯環(huán)流特征有(不)利于東北冷渦形成、發(fā)展和維持，7-8月，東

7、亞區(qū)域(不)易形成有利于南方水汽向北輸送的環(huán)流形勢。初夏(不)盛行烏拉爾山阻塞形勢，盛夏(不)盛行鄂霍次克海阻塞形勢；副熱帶高壓面積偏小(大)，向北推進時間偏晚(早)，有(不)利于東北冷渦的維持。⑷初夏(5-6月)東北冷渦降水累計量占同時段總降水量62.5％，冷渦降水與同期月降水量年際變化具有很好一致性；東北地區(qū)初夏降水與東北冷渦降水EOF分解主要模態(tài)十分相似，均呈相似的四種空間分布型，即“全區(qū)一致偏多”、以東北平原為界限的“東北多西南

8、少”、“東北少西南多”以及“全區(qū)一致偏少”。說明東北地區(qū)初夏冷渦“累積效應(yīng)”產(chǎn)生的降水極大影響甚至決定整個初夏東北地區(qū)降水多寡及空間分布特征，可總體反映初夏東北地區(qū)降水異常分布特征。從而進一步揭示東北冷渦活動的氣候?qū)W特征。⑸基于多視角刻畫的冷渦活動因子序列，結(jié)合5-8月東北地區(qū)月降水，一方面開展東北地區(qū)2012-2014年共計3年的月降水預(yù)測應(yīng)用研究，另一方面將冷渦因子序列納入FODAS降水預(yù)測系統(tǒng)中，進行2003-2012年共計10年

9、的降水回報預(yù)測檢驗。降水預(yù)測應(yīng)用結(jié)果能夠客觀反映實況降水的時空分布和降水多寡分布特征，得到較好的預(yù)測效果。FODAS系統(tǒng)降水回報效果良好，預(yù)測結(jié)果均能進行穩(wěn)定的正訂正，絕大多數(shù)指數(shù)訂正結(jié)果高于系統(tǒng)自身系統(tǒng)訂正值。通過預(yù)測應(yīng)用研究，較好體現(xiàn)表征冷渦不同特點的冷渦指數(shù)在東北地區(qū)降水預(yù)測中的不同特征，同時為東北地區(qū)降水預(yù)測提供定量化指數(shù)產(chǎn)品，為進一步開展東北地區(qū)月降水預(yù)測工作提供一定理論和技術(shù)支撐。⑹冷渦活動受上下游阻塞系統(tǒng)的影響顯著，阻塞高