中图分类号: P445
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690(2015)08-1042-09
收稿日期: 2014-01-5
修回日期: 2014-07-25
网络出版日期: 2015-08-20
版权声明: 2015 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献,在以下情况下可以自由使用:学术研究、学术交流、科研教学等,但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介:刘 刚(1980-),男,吉林长春人,高级工程师,主要从事天气与气候研究。E-mail:loverdream1999lg@126.com
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摘要
采用美国国家环境预报中心(NCEP)500 hPa高度场逐日再分析资料,基于计算机客观识别方法,统计了1948~2012年5~8月东北冷涡活动过程。结果表明:共计发生东北冷涡过程956次,平均每年5~8月发生约14.7次;东北冷涡活动共4 129 d,5~8月平均分别为14 d、18 d、18 d和14 d,共64 d,占5~8月总天数的52%;5~8月东北冷涡过程以持续3~6 d为主,冷涡活动主要位于121°E~131°E,48°N~53°N区间;5~8月东北冷涡发生频次和活动天数均存在显著增长趋势。7~8月东北冷涡活动异常多年份,贝湖至鄂海阻高与东北冷涡多同时发生,异常少年份,贝湖至鄂海阻高亦不盛行,且阻高先发生冷涡后发生年份占多数。5~6月和7~8月东北冷涡典型特多年高度距平合成场与特少年的主要异常区分布呈反位相,且这种反位相特征在对流层中、高层(200 hPa、500 hPa)均呈近半球尺度的波列分布;5~6月和7~8月东北冷涡活动特少年和特多年差值高度场合成分布相近,均呈现显著的南北向"+、–"波列分布(置信度水平≥99%),正负波列分别位于西北太平洋区域和鄂霍次克海至白令海区域,该波列对应高度层风场中的相对位置为气旋和反气旋式环流。
关键词:
Abstract
Based on the NCEP/NCAR daily reanalysis data of 500 hPa geopotential height, objective identification method by computer is used to search the Northeast China cold vortex(NECV) activities ongoing process in summer(May to August) from 1948 to 2012 in this study. Results show that the NECV process occured 956 times in total, the average annual occurred about 14.7 times in May-August. And the NECV events of 4 129 days, wherein 14、18、18 and 14 days are occured in May to August, respectively, a total of 64 days 52% of the total number of days. The NECV process main sustained 3-6 days, maintaining position between the 121°E-131°E and 48°N-53°N. Simultaneously, the NECV occurrence frequency and active days significant increases. In July-August, the strong NECV year,Lake Baikal to the Sea of Okhotsk blocking high regularly simultaneoued with the NECV. On the contrary, in the weak NECV year, Lake Baikal to the Sea of Okhotsk blocking high was not prevailed,and in most year the NECV happenned after the blocking high.The Differences in geopotential height anomaly distribution between the strong NECV year and the weak NECV year appear anti-phase distributed, moreover this feature in the middle(500 hPa) and senior(200 hPa) convection showed a nearly hemispherical scale wave train distribution. However their composite differences in geopotential height were similarity , showed a significant meridional "+,-" wave train(exceed 99% confidence level),this wave train was located in the Pacific Northwest region and the Sea of Okhotsk to the Bering Sea region, corresponding to the senior convection cyclonic and anticyclonic circulation.
Keywords:
东北冷涡(NECV)是东亚中高纬度大气环流中的重要组成部分,也是中国东北地区特有的重要天气系统[1]。并且与中高纬天气系统和中低纬天气系统关系密切。它出现在115°E~145°E,35°N~60°N区域范围内,一年四季都会出现,但主要集中在夏季[2],尤以6月份最多。东北冷涡出现后具有一定的准静止性并可以持续发展,其形成和滞留对大气环流起着重要的反馈作用。以往研究表明,东北冷涡同鄂霍次克海高压、北半球环状模和西北太平洋海温等中高纬系统存在着显著的关系[3~5]。
东北冷涡异常往往能够引起中国部分地区的天气异常,甚至能够引发极端事件。在以往对东北冷涡异常的研究[4~8]中,将定义东北冷涡的区域进行多年平均,再通过距平的方式挑选异常进行合成,进而研究东北冷涡在平均状态和异常状态下的大气环流特征。在初夏(6月),大气环流往往具有突变性,表现为东亚高空急流的突然向北推进及夏季风的开始爆发[9]。6月份的这种大气环流突变与东北冷涡差异性变化特征也存在密切关系,并在6月前后呈现不同的环流差异特征,布和朝鲁等[10]发现,初夏东北低压的出现与中高纬Rossby波活动密切相关。廉毅等[4]通过东北冷涡活动异常年典型个例分析,揭示了初夏东北冷涡活动显著异常与北半球环流低频变化之间的联系及其可能机理。沈柏竹等[11]对多个6月东北冷涡活动正常年和异常年的环流进行谐波分析,总结了沿45°N北半球超长波和长波活动的典型特征。刘宗秀等[1]分析了5月和6~8月典型东亚东北冷涡活动多寡年北半球大气环流差异特征,揭示了前冬北太平洋涛动(NPO)与夏季东北冷涡持续活动的关联,并指出东北冷涡持续活动是北半球中高纬大气环流异常持续与调整的重要表征。然而,这种对东北冷涡异常的判断大多基于逐日天气图人工时别的基础上,这种方法不仅耗时费力, 且具有很大的主观性[12]。
本文拟通过计算机自动判别,客观识别1948~2012年5~8月份东北冷涡活动特征,分析其年际变率和年代际变化特征。依据6月份大气环流的突变特征,对5~6月和7~8月东北冷涡持续性活动进行特征分类,分析7~8月东北冷涡异常活动下中高纬度阻塞高压活动变化情况,分析5~6月和7~8月东北冷涡持续活动下北半球大气环流异常特征。
本文所用资料如下:
1) 针对5~8月东北冷涡客观识别,采用美国国家环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)(以下简称NCEP/NCAR)提供的1948~2012年5~8月每日12时(世界时)500 hPa高度场、温度场再分析资料(水平分辨率为 2.5°×2.5°)。
2) 在进行大气环流分析时,采用1948~2012年5~8月不同层次(200 hPa,500 hPa,850 hPa,1 000 hPa)高度场、风场等逐月再分析资料(水平分辨率为 2.5°×2.5°)。
本文对东北冷涡的客观识别采用传统东北冷涡定义[13],即东北冷涡为符合下述条件的一次天气过程:① 在500 hPa天气图上至少能分析出一条闭合等高线,并有冷中心或明显冷槽配合的低压环流系统;② 冷涡出现在115°E~145°E,35°N~60°N范围内;③ 冷涡在上述区域内的生命史至少为3 d或3 d以上。
在此传统定义基础上,针对东北冷涡给出如下具体判别过程:
1) 选定冷涡研究区域,选取115°E~145°E,35°N~60°N区域范围。
2) 物理特征识别,① 高度场低值中心识别,依据所研究区域,确定低值中心高度值均不高于该点所有周边8个点,且在任意以5个经纬距离为半径区域内确定至多一个位势高度低值中心(包括5个经纬距离);② 冷中心或冷槽识别,在以位势高度低值中心点为中心,在经纬度15°×10°网格区域内存在任意纬向连续5个格点温度二阶导数大于等于0。
3) 时空特征识别,① 时间尺度识别,在规定区域,位势高度低值中心需连续存在3 d或3 d以上时间;② 空间位置识别,连续存在的低值中心日移动距离要小于等于10个经度或纬度距离。
按照上述东北冷涡定义,应用FORTRAN语言编译,对东北冷涡过程进行检索、筛选,追踪其形成、移动、消亡的运动轨迹,确定东北冷涡发生总频次、每一次冷涡过程持续时间、移动路径、中心强度等信息。给出1948~2012年5~8月东北冷涡发生频次与活动天数日历表(表1,1951~2008年数据略),与孙力[2]通过人工识别方法得出的夏季各月东北冷涡发生天数进行了相关分析,得出在6月、7月和8月相关系数分别为0.374、0.376和0.424,置信度水平均≥99.9%,验证了客观识别方法的合理性。为了说明东北冷涡客观识别的科学性,本文对逐年5~8月东北冷涡活动天数与同期500 hPa高度场进行了相关分析(图1),图中负相关区主要集中在118°E~160°E, 35°N~45°N区域内,该区域与东北冷涡客观识别区基本吻合,且在该区域置信度水平≥99.9%,进一步验证了自动识别东北冷涡活动的客观性和科学性。
通过客观识别,得出在65 a统计结果中,5~8月东北冷涡共发生956次,平均每年发生约14.7次,约3.7次/月,东北冷涡活动天数共4 129 d,5~8月各月平均活动天数分别为14 d、18 d、18 d和14 d,即每年5~8月东北冷涡活动天数为64 d,占5~8月总天数的52%,表明东北冷涡不仅为东北亚地区重要的天气系统,在其间活动的频率达到略强于50%,亦说明东北冷涡频发对该区的气候影响具有重要意义。
表1 1948~2012年5~8月东北冷涡发生频次和活动天数
Table 1 The NECV occurrence frequency and calendar of active days in summer(May to August)in 1948-2012
发生频次(次) | 活动天数(d) | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
年份 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 5~8月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 5~8月 |
1948 | 2 | 3 | 5 | 1 | 11 | 9 | 16 | 15 | 5 | 45 |
1949 | 4 | 4 | 1 | 2 | 11 | 18 | 22 | 3 | 7 | 50 |
1950 | 3 | 3 | 1 | 2 | 9 | 10 | 14 | 5 | 7 | 36 |
︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ | ︙ |
2009 | 1 | 5 | 3 | 3 | 12 | 5 | 24 | 24 | 10 | 63 |
2010 | 5 | 6 | 4 | 3 | 18 | 21 | 26 | 23 | 11 | 81 |
2011 | 4 | 3 | 4 | 4 | 15 | 13 | 14 | 20 | 20 | 67 |
2012 | 3 | 5 | 6 | 1 | 15 | 21 | 27 | 22 | 7 | 77 |
合计 | 221 | 261 | 265 | 209 | 956 | 895 | 1178 | 1145 | 11 | 4129 |
平均 | 3.4 | 4.0 | 4.1 | 3.2 | 14.7 | 14 | 18 | 18 | 14 | 64 |
图1 1948~2012年5~8月东北冷涡活动天数与同期500 hPa高度平均场相关性
Fig.1 Correlation of the NECV active days with the same period 500 hPa mean geopotential height in summer in 1948-2012
图2给出1948~2012年逐年5~8月东北冷涡发生频次和活动天数变化及其长期线性趋势。由图可知,东北冷涡具有明显年际变率特征。从发生频次变化趋势可以看出,1980年冷涡发生最多,达24次,而1950年、1952年和1978年均仅有9次东北冷涡发生;从活动天数可以看出,1980年为最多,达94 d,即5~8月份平均每月有冷涡活动23 d,而在1950年和1978年东北冷涡活动天数分别为36 d和37 d。通过东北冷涡发生频次和活动天数年际变化可以得出,二者的演变具有很好的一致性,相关系数达到0.81,说明冷涡的平均维持期比较稳定。此外,在1948~2012年逐年5~8月东北冷涡发生频次和活动天数均存在显著增长趋势,置信度水平分别≥99%和≥99.9%。
图2 1948~2012年逐年5~8月东北冷涡发生频次(a)和活动天数(b)年际变化及其长期线性趋势
Fig.2 The NECV frequency of occurrence(a) and active days(b) interannual variability trend and long-term linear trend in summer in 1948-2012
图3给出了1948~2012年东北冷涡累计发生频次与活动天数随东北冷涡过程维持天数之间的变化关系。由图可知,东北冷涡发生频次与活动天数随冷涡过程维持时间的增长迅速减少,冷涡维持时间以生命期3~6 d的过程居多,有745次(3 309 d),占总次数的77.9%(总天数77%)。东北冷涡持续9 d及9 d以上的过程较少,共发生有37次(383 d),占总频次3.9%(总天数8.9%)。维持天数在3 d的东北冷涡过程最为明显,充分体现了东北冷涡的天气尺度环流系统特征。
图3 1948~2012年逐年5~8月东北冷涡发生频次(a)和活动天数(b)随东北冷涡过程维持时间的变化
Fig.3 The change of the NECV occurrence frequency (a) and active days(b) with the NECV process maintaining time in summer in 1948-2012
图4给出1948~2012年5~8月各经度和纬度位置上东北冷涡活动天数分布情况,东北冷涡活动天数在各经度上(图4a)集中区位于121°E~131°E区间,占总活动天数的51.5%,且在123°E和128°E位置东北冷涡活动天数(发生频次)达到峰值。在各纬度上(图4b)分布集中区位于48°N~53°N区间,占总天数的40.2%,且在38°N、43°N、48°N~49°N、53°N位置东北冷涡活动天数(发生频次)达到阶段性极值,在53°N位置达到最大值,累计发生频次和活动天数分别为78个和337 d,即在该纬度位置上,平均每年的5~8月存在1.2次和5.2 d东北冷涡活动。
图4 1948~2012年5~8月东北冷涡累计发生天数随经度(a)和纬度(b)的变化
Fig.4 The change of the NECV cumulative occurrence frequency with the longitude(a) andthe latitude(b) in summer(MJJA) in 1948-2012
本文对5~6月、7~8月和5~8月各年代东北冷涡平均发生频次和活动天数进行了统计(表2)。得出,在3个时间尺度上冷涡发生频次和活动天数各年代分布较为一致,基本为20世纪80年代以前东北冷涡发生频次和活动天数小于80年代以后。80年代以前发生频次和活动天数呈现逐渐增长趋势,80年代之后频次和天数维持在相对高值位置且呈较稳定状态。反映出20世纪80年代前后东北冷涡的不同年代际变化特征,同时也反映了东北冷涡在20世纪80年代发生气候突变后呈现的平稳状态特征。
表2 1948~2012年各年代东北冷涡发生频次(次)和活动天数(d)平均值
Table 2 The average number of the NECV occurrence frequency and active days in each decade in 1948-2012
年代 | 5~8月 | 5~6月 | 7~8月 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
发生 频次 | 活动 天数 | 发生 频次 | 活动 天数 | 发生 频次 | 活动 天数 | |
1948~1950 | 14.7 | 63.5 | 7.4 | 31.5 | 7.3 | 31.4 |
1951~1960 | 10.3 | 43.7 | 6.3 | 29.3 | 4.0 | 13.7 |
1961~1970 | 12.7 | 55.4 | 6.6 | 27.7 | 6.1 | 27.7 |
1971~1980 | 14.7 | 62.6 | 6.8 | 28.3 | 7.9 | 33.7 |
1981~1990 | 16.4 | 65.2 | 8.7 | 33.8 | 7.5 | 30.3 |
1991~2000 | 15.2 | 64.8 | 7.5 | 30.4 | 7.7 | 33.7 |
2001~2010 | 14.7 | 68.4 | 7.3 | 35.5 | 7.5 | 32.1 |
2011~2012 | 15.8 | 69.0 | 7.7 | 32.6 | 8.1 | 35.4 |
1948~2012 | 15.0 | 72.0 | 7.5 | 37.5 | 7.5 | 34.5 |
东北冷涡持续活动是北半球大气环流异常持续或调整的重要表征。为进一步分析东北冷涡持续活动特征,通过对东北冷涡活动天数标准差计算对其进行特征分类。分析不同类型东北冷涡大气环流差异特征。
通过计算,得出5~6月、7~8月东北冷涡活动天数标准差分别为7.8 d和10 d,由于东北冷涡不同活动天数对应年份数近似服从正态分布(图略)。以5~6月份为例(7~8月份相近),大于等于0.4倍和小于等于负0.4倍标准差的年数各占总年数12.3%和16.9%,在正负1倍标准差之间的年份占总年份24.6%,本文将0.4倍和1倍标准差作为东北冷涡持续活动特征分类阈值点,将东北冷涡分为特多类、偏多类、正常类、偏少类和特少类等5类(表3)。
从表3可知,5~6月和7~8月各类东北冷涡分布存在明显不连续性。在5~6月和7~8月属同类东北冷涡的年份很少,其中同属正常类有4个年份,即在5~6月16个正常类年中仅有1953年、1962年、1965年和2009年在7~8月仍属正常类;同属偏少类和偏多类的分别仅有1个年份和3个年份;尤其对特少和特多类,在5~6月和7~8月无一年属同类型,即在5~6月为东北冷涡特少年,在7~8月则为东北冷涡非特少年,在5~6月为东北冷涡特多年,在7~8月东北冷涡为非特多年。此种类型分布说明在5~6月和7~8月东北冷涡活动呈现不同特征及差异,为东北冷涡的趋势预测提供一定依据,也进一步说明按照5~6月和7~8月时间尺度分析东北冷涡的合理性及进行相应大气环流特征分析的必要性。
表3 5~6月和7~8月东北冷涡特征分类汇总
Table 3 The features subtotals of the NECV in May-June and July-August
特少类 | 偏少类 | 正常类 | 偏多类 | 特多类 | |||||
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5~6月 | 7~8月 | 5~6月 | 7~8月 | 5~6月 | 7~8月 | 5~6月 | 7~8月 | 5~6月 | 7~8月 |
1952年 | 1948年 | 1948年 | 1954年 | 1951年 | 1952年 | 1957年 | 1957年 | 1949年 | 1959年 |
1958年 | 1949年 | 1950年 | 1960年 | 1953年 | 1953年 | 1964年 | 1961年 | 1974年 | 1963年 |
1961年 | 1950年 | 1954年 | 1964年 | 1956年 | 1958年 | 1966年 | 1970年 | 1975年 | 1968年 |
1963年 | 1951年 | 1955年 | 1966年 | 1959年 | 1962年 | 1971年 | 1971年 | 1984年 | 1980年 |
1970年 | 1955年 | 1969年 | 1967年 | 1960年 | 1965年 | 1973年 | 1972年 | 1988年 | 1982年 |
1985年 | 1956年 | 1977年 | 1976年 | 1962年 | 1969年 | 1979年 | 1974年 | 1992年 | 1986年 |
1987年 | 1975年 | 1978年 | 1985年 | 1965年 | 1973年 | 1980年 | 1981年 | 1995年 | 1987年 |
2003年 | 1978年 | 1981年 | 1990年 | 1967年 | 1977年 | 1986年 | 1988年 | 1996年 | 1991年 |
1979年 | 1982年 | 1992年 | 1968年 | 1983年 | 1990年 | 1996年 | 2008年 | 1993年 | |
1984年 | 1983年 | 2000年 | 1972年 | 1998年 | 1991年 | 2001年 | 2010年 | 1997年 | |
1989年 | 1994年 | 1976年 | 1999年 | 1993年 | 2002年 | 2012年 | 2003年 | ||
1994年 | 1998年 | 1989年 | 2004年 | 1999年 | 2005年 | ||||
1995年 | 2002年 | 1997年 | 2006年 | 2000年 | 2007年 | ||||
2004年 | 2005年 | 2008年 | 2001年 | 2011年 | |||||
2006年 | 2007年 | 2009年 | |||||||
2011年 | 2009年 | 2010年 | |||||||
2012年 | |||||||||
8 | 13 | 16 | 10 | 16 | 17 | 14 | 14 | 11 | 11 |
在阻塞形势下,往往会出现反气旋性涡旋和气旋性涡旋长时间同时并存的情况,因此,根据中高纬阻塞高压的活动特征[6],本文在研究东北冷涡持续活动同时,分析其与阻塞高压的对应关系。表4给出7~8月东北冷涡特多和特少年乌拉尔山至鄂霍次克海(西阻、中阻和东阻)阻塞高压的分布特征。总体来看,东北冷涡特多年,中高纬度阻塞高压活动无明显异常,偏多偏少年份近各占一半;东北冷涡特少年,中高纬度阻塞高压有10个年份为偏少。具体来说,在11个东北冷涡活动特多年中,中阻和东阻活动偏多年份相对较多,为6个年份和7个年份,西阻活动偏少年份占多数,为7年。13个东北冷涡特少年中,西阻和东阻活动偏少,均为11个年份。可见,东北冷涡活动异常少年份西阻和东阻亦不盛行。
7月和8月阻塞高压与东北冷涡活动存在显著正相关[6]。为了进一步说明东北冷涡与阻塞高压之间的活动特征,本文统计了7~8月东北冷涡持续活动与贝加尔湖至鄂霍次克海阻塞高压(中阻和东阻)活动的对应关系。得出11个冷涡活动特多年中,有8个年份东北冷涡和阻塞高压同时发生,2个年份为先发生阻塞高压后发生东北冷涡;13个冷涡活动特少年中,有9个年份为先发生阻塞高压后发生东北冷涡,3个年份为二者同时发生。
表4 7~8月东北冷涡多寡年阻塞高压分布情况
Table 4 The positive and the negative of the NECV year distribution of blocking high in July-August
东北冷涡类型 | 阻塞高压 活动天数 | 阻塞高压所属类型年份 | ||
---|---|---|---|---|
乌山阻高 | 贝湖阻高 | 鄂海阻高 | ||
特多年(11个年份) | 偏多 | 4 | 6 | 7 |
偏少 | 7 | 5 | 4 | |
特少年(13个年份) | 偏多 | 2 | 7 | 2 |
偏少 | 11 | 6 | 11 |
按照分类,对5~6月和7~8月不同类型东北冷涡年不同层次(1 000 hPa,850 hPa,500 hPa,200 hPa)高度场进行距平合成(气候态取1981~2010年平均场),得出特多年、特少年和正常年各高度层大气环流异常特征。为进一步深入分析不同类年东北冷涡活动差异,对东北冷涡持续活动多寡年进行同期环流合成差值分析,并进行显著性检验,确定关键区。
图5分别给出5~6月东北冷涡活动特多和特少年不同层(仅给出200 hPa和850 hPa图例)高度距平合成场。东北冷涡活动特多年距平合成场差异主要在中高纬地区(图5),呈典型纬向分布特征,自欧洲经东亚中高纬度至北太平洋地区各高度层均表现为"–、+、–、+、–"波列,中、高层(500 hPa,200 hPa)波列更加明显。其中,欧洲地区表现为西负、东正的纬向"–、+"波列,从低层至高层波列均存在,该波列的稳定存在有利于高纬冷空气沿高压前部南下影响东亚中高纬地区。贝加尔湖以东至鄂霍次克海区域为广阔正距平区,并与北太平洋区呈现的负距平区形成西北东南向"+、–"波列,该波列在高低各层呈正压稳定状态。东亚中高纬贝加尔湖以西区域为负距平区,且由高层向低层中心位置不断南移,呈斜压结构,该负距平区位于上述东西位置正距平之间,表明东北冷涡活动特多年处于东西双阻形势环流背景,东北冷涡东移受阻,配合南下冷空气,使涡旋长期稳定存在,又由于东北冷涡自身斜压结构,使东北冷涡存在天数明显增多,对该区及下游区域(含中国东北地区)天气和气候产生影响。
东北冷涡特少年距平合成场差异区主要位于东亚中高纬度和北太平洋区域,与东北冷涡特多年该区域距平场分布呈反位相,从贝加尔湖沿鄂霍次克海至白令海峡呈纬向带状负距平区,与北太平洋及以西区域呈现的纬向带状正距平区形成南北向"–、+"波列特征。由于缺少东阻阻挡及西北低值涡旋补充,使东北冷涡难以长时间维持和发展。
图6给出7~8月东北冷涡活动特多和特少年不同高度(仅给出850 hPa和200 hPa图例)距平合成场。与5~6月相比,7~8月环流形势特征差异明显,特多年在东北冷涡识别区域经向位置各高度环流形势呈西北东南向波列分布特征。从东欧经日本至西太平洋呈"–、+、–"波列特征,尤其在中、高层(500 hPa,200 hPa)波列特征更为明显。贝加尔湖以东至鄂霍次克海区域为正距平区,该区域位于东北冷涡识别区正北方向,东北冷涡过程会受到贝加尔湖阻塞形势影响使冷涡位置偏南,与7~8月东北冷涡发生频次反映出的冷涡集中区位置偏南特征相一致(图略)。低层(1 000 hPa,850 hPa)除东亚中高纬区域与5~6月份同类年较相似外,无明显差异特征,欧洲区异常环流纬向波列已不存在。
图5 5~6月东北冷涡活动特多年(a、b)和特少年(c、d)同期合成距平场
注:a.c 850 hPa,b.d 200 hPa
Fig.5 Composite the same period geopotential height(850hPa(a)(c);200hPa(b)(d)) in May-June
图6 7~8月东北冷涡活动特多年(a、b)和特少年(c、d)同期合成距平场
注:a.c 850 hPa, b.d 200 hPa
Fig.6 Composite the same period geopotential height(850hPa(a)(c);200hPa(b)(d)) in July-August
与5~6月相比,7~8月东北冷涡活动特少年在欧亚中高纬度呈反位相,尤其在中、高层(500 hPa,200 hPa)。而7~8月特多年呈现的纬向带状负距平区在特少年表现为正距平分布,且东欧地区和西太平洋区呈"–、+"波列,该分布不利于东北冷涡的形成、发展及维持。同时7~8月特少年东亚中高纬度地区仅在低层(1 000 hPa,850 hPa)为负距平区亦不利于东北冷涡长时间维持和发展。
图7给出5~6月东北冷涡活动特少年与特多年不同高度场和风场(1 000 hPa,850 hPa,500 hPa,200 hPa)合成差值图,从图7(a) ~ (d)可知,各层高度场呈一致分布特征,贝加尔湖至鄂霍次克海区域呈显著负距平区。在中国黄海至西太平洋中纬度区域为纬向带状正距平区,正距平中心位于160oE附近。该正距平区与上述负距平区呈稳定南北向"+、–"波列,该波列在不同高度层置信度水平均≥95%。说明该区域差异环流特征是可靠的。从图7(e)~(h)可知,中国中东部地区为一致偏南气流,低层(1 000 hPa,850 hPa)风速较大,该南风急流一直向北与中国东北地区的西北气流一同并入位于中国东北经日本海至西北太平洋一带区域的西风急流带中。该急流带与上述南北向正负距平中心过渡带位置一致,该急流带南北位置为反气旋和气旋环流,与上述正负距平中心所处位置也具有很好的一致性。
通过对7~8月东北冷涡特少年和特多年不同层高度场和风场合成差值分析(图略)可知,5~6月的负距平区已不存在,且该区域无明显差异特征。而西北太平洋区域不同高度层上7~8月与5~6月呈现相似分布特征,亦为稳定南北向"+、–"波列分布,该波列在不同高度层置信度水平均≥95%。差异在于西北太平洋呈现的正距平中心在中、高层(500 hPa、200 hPa)位于140°E附近。7~8月东北冷涡多寡年风场差异特征与5~6月相似。
图7 5~6月东北冷涡活动特少年与特多年同期高度场(a~d)和风场(f~h)合成差值
注:曲线表示为高度合成差值,彩色阴影表示通过95%及以上显著性检验的区域;a、e 1 000 hPa,b、f 850 hPa,c、g 500 hPa,d、h 200 hPa
Fig.7 Differences in geopotential height(a-d) and wind field(f-h) in May-June
依据东北冷涡定义,检索1948~2012年5~8月东北冷涡活动过程,分析其时空变化特征及与阻塞高压的联系并探讨东北冷涡持续活动下北半球大气环流特征,得出如下结论:
1) 5~8月东北冷涡持续活动具有明显时间尺度变化特征,65 a统计中,5~8月各月东北冷涡活动平均天数分别为14 d、18 d、18 d和14 d,5月和8月平均天数相等,反映5月份东北冷涡活动频繁特征,可将5~8月列为冷涡活动主要期间进行研究是十分必要的。
2) 5~8月东北冷涡活动具有明显空间分布特征,经圈活动集中区位于121°E~131°E,占总活动天数的51.5%;纬圈活动集中区位于48°N~53°N,占总活动天数40.2%。
3) 东北冷涡活动异常与中高纬阻塞高压活动关系密切,东北冷涡特多年份较盛行贝加尔湖阻塞和鄂霍次克海阻塞,冷涡多与阻高同时发生,东北冷涡特少年份乌拉尔山阻塞和鄂霍次克海阻塞活动很弱,较盛行贝加尔湖阻塞,冷涡发生多滞后于阻塞高压。
4) 对东北冷涡活动进行特征分类,将其分为特多、偏多、正常、偏少、特少等5种类型。得出东北冷涡活动天数在5~6月和7~8月存在明显不连续性,尤其在特多年和特少年类型中,无一年同属于同一种类型。5~6月份和7~8月份东北冷涡活动不同类型年北半球大气环流差异明显,同时东北冷涡多寡年之间存在显著环流差异特征。
The authors have declared that no competing interests exist.
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东北冷涡持续活动时期的北半球500hPa环流特征分析 [J].,https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2002.03.07 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
Abstract The composition, frequency cumulation and correlation analysis of 500 hPa anomaly field arc respectively studied over the Northern Hemisphere in more and fewer years of the cold vortex activities on the northeastern of East Asia (NCVAEA) in May and summer (JJA). The results indicate that persistent activities are not only closely related lo anomalous general circulation over the Northern Hemisphere in the preceding, current and later periods, hut also are an important part of the anomalous area. The fields in the same period with action of NCVAEA have marked different. The departure field at the same lime (JJA) has an opposite phase in comparison with the main abnormal areas in the last winter (DJF); in other words, there is a tcleconncction on half-year scale between (hem. The 500 hPa departure field is similar to North Pacific Oscillation (NPO). If the field has a positivc-of-phase compared with the last winter (DJF), the weak persistence would be predicted. Conversely, the strong JJA cold vortex would be predicted. The key regions tested are located from middle-high latitudes over East Asia lo the Aleutian Islands and corresponding subtropical areas, the Qinghai-Xizang Plateau close to Pakistan, the Chad Basin of North Africa and the Sahara etc. It follows from this that the NCVAHA persistent activities over middle-high latitudes of East Asia are important characteristics of'lhe Northern Hemisphere general circulation in May and summer (JJA).
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东北冷涡持续活动的分析研究 [J].,https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.1997.03.06 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
本文首先分析了东北冷涡的持续 性活动特征,然后讨论了东亚大气10~20天低频振荡及瞬变扰动对东北冷涡持续活动的影响。结果表明,准双周振荡在我国东北地区十分活跃,从时间连续的低 频天气图上发现,该地区附近周期性循环出现的低频气旋同东北冷涡的形成和发展关系密切,并且其传播路径也较有规律。另外,本文还通过E矢量分析以及月平均 准地转位涡的收支计算,研究了东亚大气瞬变扰动对形成时间平均冷涡的影响,得出,在时间平均东亚阻高/东北冷涡偶极子系统控制的区域附近有瞬变扰动动能向 时间平均气流动能转换,同时这里也存在有明显的E矢量辐合,导致平均西风减弱,而有利于经向环流的发展。时间平均气流的位涡平流不利于阻高/冷涡偶极子系 统的存在,且使偶极子系统高、低压中心的经向距离拉大,而瞬变扰动的位涡输送则有利于冷涡高位涡值和阻高低位涡值在原地维持,阻止它们向下游传播
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1998年夏季嫩江和松花江流域东北冷涡暴雨的成因分析 [J].,https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-7313.2002.02.003 URL [本文引用: 1] 摘要
选择了1998年9例典型的松嫩流域东北冷涡暴雨过程进行诊断分 析.结果表明,东亚阻高、西太平洋副高和东北冷涡以及它们在强度和位置上的最佳配置构成了1998年松嫩流域持续性暴雨的大尺度环流背景.亚洲季风诸系统 (南亚季风,副热带季风)的水汽输送也是大范围强降水频繁出现的主要原因,并且是与一般冷涡降水的最根本区别.冷涡系统自身独特的水平和垂直结构特征导致 暴雨中心主要发生在系统中心以东大约6个经距的范围内,而不是出现在冷涡中心附近及其以西地区.
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初夏东北冷涡活动异常与北半球环流低频变化 [J].,https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2010.02.16 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
本文在典型个例分析的基础上,揭示了初夏东北冷涡活动显著异常与北半球环流低频变化之间的联系及其可能机理。主要结果为:(1)初夏东北冷涡活动显著异常与上游乌拉尔山附近和下游日本附近的持续性异常环流相对应。冷涡异常多年,在向下游频散Rossby波能量和瞬变涡动强迫过程的共同作用下,乌拉尔山附近盛行阻塞型环流。它一方面使极地冷空气向东北地区移动,另一方面通过Rossby波能量的传播,使东北冷涡活动加强。冷涡异常少年的环流情况则基本相反。(2)谐波分析和低频振荡分析表明,在冷涡异常多(少)年的5~6月,东北地区正(负)涡度位相占优,这与北太平洋超长波槽西退(东进)相对应。长波在北太平洋-北美-大西洋地区呈驻波型,与Rossby波能量传播匹配,亦有利于乌拉尔山附近的异常环流得以长时间维持。(3)5月份,乌拉尔山附近的异常环流信号对初夏东北冷涡活动的显著异常具有前兆性意义。
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北太平洋涛动区500hPa高度场季节变化特征及其对中国东北区降水的影响 [J].,https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-7313.2003.05.005 URL [本文引用: 1] 摘要
利用国家气候中心1960~2000年500 hPa高度场10°×5°经纬度月平均资料,采用EOF、SVD方法,分析了北太平洋涛动区(25°~70°N,140°E~150°W)500 hPa高度场季节变化特征和中国东北区80个测站降水场相关.结果表明:(1)北太平洋涛动区500 hPa高度场冬季EOF第1载荷向量场呈由北向南的"-,+"波列分布,这种北南分布相反型,占总体方差贡献的40%,可以表现为北低南高,类似地面气压 场涛动(NPO)的正位相阶段,反映了40年北太平洋中高纬度上空以东亚大槽为定常波的大气环流基本模态,亦是NPO呈正位相阶段的主要成因,反之,类似 地面气压场涛动(NPO)的负位相阶段,第2载荷向量场呈整体"+"值分布,占方差贡献28%,该模态则表现为东亚大槽被长波脊替代的与气候基本模态呈相 反分布的异常环流型;夏季第1载荷向量场基本模态则为全区的正值分布,占总体方差贡献的30%,第3载荷向量呈北"+"南"-"的分布,占方差贡献的 13%,表明夏季500 hPa高度场NPO不是主要模态;春秋两季均呈现出较为明显的NPO模态;(2)北太平洋涛动区500 hPa高度冬季平均场与东北区夏季降水场呈由北向南的"+,-"相关波列,存在显著的相关性(α>0.01),第1对SVD奇异向量占总方差贡献的 49%,当NPO区前冬500 hPa高度场呈负位相阶段时,东北区夏季降水偏多,反之,东北区夏季干旱少雨,其它季节亦有类似隔季相关关系.
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亚洲阻塞高压分类及其与东北冷涡活动和东北夏季低温的联系 [J].,
<p>利用1948~2009 年美国环境预报中心(NCEP)500 hPa 高度场逐日再分析资料, 按照通用的阻塞高压天气学定义, 采用机器自动识别方法, 检索和分析近62 a 亚洲夏季阻高活动时空变化特征,结果表明:共统计到1 337个阻塞高压个例,以生命期3~7 d 的过程居多, 占80.1%, 阻高活动累计个数和累计天数集中区可分为偏东类(鄂霍次克海)、偏西类(乌拉尔山)、中间类(贝加尔湖)和其他类4 类, 其中中间类阻塞高压活动累计个数最多, 占总个数的30.4%, 偏东类次之, 占27.5%, 其他类占23.8%, 偏西类最弱, 占18.3%;20 世纪90 年代以来, 乌拉尔山地区阻高处于明显偏弱期, 鄂霍次克海阻高处于偏强期;但是, 21 世纪初叶, 乌拉尔山地区阻高活动开始呈上升趋势, 而鄂霍次克海阻高却呈明显下降趋势, 值得关注;夏季阻塞高压与东北冷涡活动天数呈显著同期正相关, 与长春、哈尔滨同期平均气温呈显著负相关;亚洲夏季阻塞高压是影响东北夏季低温重要的环流系统;鄂霍次克海阻高6 月活动异常年, 850hPa 风距平场在120° E ~140°E,40°N~55°N存在很强的偏东气流, 有利于来自鄂霍次克海偏东北路径的冷空气入侵东北亚及中国东北地区。</p>
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北半球环状模和东北冷涡与中国东亚夏季降水关系分析 [J].,
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近50年东北冷涡异常特征及其与前汛期华南降水的关系分析 [J].,https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2006.06.19 URL [本文引用: 1] 摘要
利用中国气象局国家气象信息中心提供的1951-2004年中国160站华南前汛期(5~6 月)月平均降水、气温资料、欧洲中心提供的ERA-40再分析资料和Reynolds海温资料,对东北冷涡与华南前汛期降水进行了统计分析,定义了一个前 汛期东北冷涡强度指数(NECVI),并研究了前汛期东北冷涡异常年同期东亚季风、西太平洋副高、对流层低层的垂直运动异常特征和前期全球海表温度 (SST)的先兆信号,结果表明:前汛期东北冷涡强度与华南降水存在显著的正相关,东北冷涡强年,前期东亚冬季风偏弱,同期东亚夏季风异常爆发提前且偏 强,西太平洋副高位置偏南,华南地区低层上升运动发展,降水偏多;东北冷涡偏弱年,前期东亚冬季风偏弱,同期东亚夏季风爆发推迟且偏弱,西太平洋副高位置 偏北,华南地区低层下沉运动发展,降水偏少;前汛期东北冷涡与前期中国近海海温存在显著的负相关关系,前汛期东北冷涡异常强年,前期对应着LaNifia 的成熟阶段或发展阶段,而前汛期东北冷涡异常弱年则对应着EI Nino的成熟阶段或发展阶段。
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在六月和十月大气环流的突变现象 [J].,
本文指出,在六月和十月北半球 大气环流都有一次非常剧骤的变化.在六月大气环流变化的特点表现在东西风带突然向北推移.在高空东西凤带推移的时期,高空的流型也发生很大的改变.经过这 次变动以后,便建立典型的夏季环流型式.在十月高空的东西风带突然向南推移,同时高空的流型相应也发生一次大变化.在这次变化之后,高空的流型便属典型的 冬季环流型式了.在夏季环流开始出现时,印度的西南季风开始爆发,中国和日本的梅雨季节便开始,同时内热带的辐合区(ICZ)突然向北推进.而在冬季环流 开始时,印度的西南季风和内热带辐合区便向南撤退.此外,在本文中还叙述了在这两次变化时期的天气过程.
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梅雨期EAP事件的中期演变特征与中高纬Rossby波活动 [J].,
揭示了梅雨期EAP(东亚/太平洋)事件的中期演变特征和中高纬Rossby波活动对它的作用. 正负EAP事件的形成过程并不是简单的反位相演变过程. 在对流层上层, Rossby波能量在欧亚大陆中高纬地区及亚洲急流区向下游频散, 形成EAP事件中高纬度2个异常中心的基本形态. 在这一层, Rossby波能量也从中纬度异常中心向高纬度异常中心经向传播. 在对流层中低层, 热带西太平洋暖池区对流活动异常可形成EAP事件的副热带异常中心, Rossby波能量从这一中心的北界向北频散, 有利于中纬度异常中心的维持和加强. Rossby波能量在对流层上层西风带背景环流中准纬向频散和在对流层中低层东亚夏季风环流中准经向频散, 其对应的异常环流在东亚沿岸地区相互作用和相互锁定, 形成正负EAP事件盛期的典型特征.
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初夏东北冷涡活动的谐波分析 [J].,
东亚中高纬度东北冷涡持续活动是北半球大气环流异常持续或调整的重要表征.选择10个初夏(6月)冷涡活动强、弱和正常年为典型个例年,对其4~6月 500 hPa高度场沿45°N纬圈进行谐波分析合成表明;在冷涡活动强和弱年中高纬度东北冷涡活动区的上下游均有比较稳定的阻塞流(超长波脊)和超长波槽存在, 而冷涡活动正常年则超长波槽脊的位相变动很大;冷涡活动强年的下游北太平洋长波槽和上游的阻塞流比冷涡弱年的超长波槽和阻塞流偏西;冷涡强年6月份的冷涡 活动区长波槽位相占优,而冷涡弱年的6月份则长波脊位相占优.
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Editorial:Special issue on cutoff low systems(COL) [J]. ,https://doi.org/10.1007/s00703-006-0216-5 URL Magsci [本文引用: 1] |
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东北冷涡时空分布特征及其与东亚大型环流系统之间的关系 [J],, |
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东北初夏极端低温事件的空间分布特征及其成因机理分析 [J].,Magsci 摘要
采用东北三省150 个测站1961~2008 年的逐日温度资料和同期美国环境预报中心(NCEP)、国家大气研究中心(NCAR) 2.5°×2.5°分辨率的全球再分析资料,探讨东北三省初夏极端低温事件的空间分布及其大气动力学特征,结果表明:该区初夏气温与夏季气温变化在时空尺度上相关显著,具有重要的预警作用;给出初夏极端低温事件的定义,其空间分布可归为3 种类型,随纬度的增加极端低温事件发生的频率也显著增加;20 世纪90 年代以来,极端低温事件明显减少,仅出现2 次,但影响范围遍布东北三省全境;阻高与冷涡的配置和大气低频Rossby 波扰动对初夏东北冷涡活动气候基本流的同位相强迫,更增强了500 hPa 位势高度距平场由北向南的“+、-”局域环流的异常,是极端低温事件的强弱与空间范围大小的重要动力机制;较为偏东的鄂霍次克海阻高和冷涡,以及冷平流的作用与以黑龙江省(包括吉林省的一部分)为主出现极端低温Ⅰ、Ⅱ类事件的关系更加密切,贝加尔湖阻高和鄂霍次克海阻高与偏南的强冷涡相互匹配、大气低频Rossby波扰动很强易出现第Ⅲ类极端低温事件。
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