5—8月東北冷渦降水過程統(tǒng)計(jì)特征及其降水特征對(duì)比研究

崔景琳 白愛娟

（1 成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，成都 610225；2 沈陽(yáng)市氣象局，沈陽(yáng) 110168）

0　引言

東北冷渦是影響我國(guó)東北地區(qū)的一種重要的切斷低壓系統(tǒng)，在夏季常帶來(lái)降水、大風(fēng)甚至強(qiáng)對(duì)流天氣。據(jù)1956—1990年各月的資料統(tǒng)計(jì)分析，在4—10月東北地區(qū)37%的天數(shù)受東北冷渦影響，6—8月42%的天數(shù)受冷渦影響[1]。東北冷渦與中尺度天氣現(xiàn)象有較明顯的關(guān)系[2]。在冷渦的形成、發(fā)展、持續(xù)甚至消退期均可伴有暴雨、冰雹、雷暴、短時(shí)大風(fēng)，甚至龍卷等強(qiáng)對(duì)流天氣[3]。近40%的東北冷渦能夠產(chǎn)生連陰雨天氣[4]。東北夏季70%的低溫時(shí)段是由冷渦造成的[5]。有些冷渦沒有降水出現(xiàn)，可能伴隨渦后的大風(fēng)或者降溫天氣。東北地區(qū)獨(dú)特的地形特征，使得國(guó)內(nèi)外研究其他切斷低壓的成果很難被直接借鑒。因此，本文對(duì)降水型冷渦進(jìn)行分析，對(duì)了解東北冷渦的降水天氣具有很重要的意義。

國(guó)際上對(duì)中緯度切斷低壓的研究始于20世紀(jì)40年代[6]。隨后我國(guó)對(duì)東北冷渦也展開了研究[7]。但對(duì)冷渦降水的研究則起步較晚，陶詩(shī)言指出夏季在我國(guó)東北部和內(nèi)蒙古的切斷低壓停滯少動(dòng)，每隔12～24 h從冷渦中有小股冷空氣向南爆發(fā)，會(huì)帶來(lái)一次中間尺度的對(duì)流性天氣[8]。隨后學(xué)者們對(duì)東北冷渦的天氣學(xué)和氣候?qū)W特征展開研究，得到諸多成果[9-10]。

夏季冷渦降水是東北地區(qū)重要的天氣過程類型之一，尤其是當(dāng)冷渦與副熱帶高壓、西南急流共同存在時(shí)，可導(dǎo)致強(qiáng)降水、區(qū)域性暴雨甚至致洪暴雨。如2010年7月27—29日冷渦暴雨過程，造成了吉林等地的洪澇災(zāi)害等。因此冷渦產(chǎn)生的暴雨一直是被關(guān)注的重點(diǎn)。本文擬對(duì)夏季冷渦降水特征統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)比研究冷渦環(huán)流形勢(shì)和其降水特征的差異，探究冷渦產(chǎn)生暴雨的原因，為冷渦強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

1　資料選取與方法介紹

1.1　資料選取

東北地區(qū)夏半年中，5—8月冷渦活動(dòng)頻繁[11]，降水量大，故本文選用2010—2014年5—8月的資料來(lái)分析冷渦降水過程特征。利用東北地區(qū)336個(gè)常規(guī)觀測(cè)站地面降水資料和NCEP提供的FNL再分析資料，對(duì)近5年5—8月的冷渦降水過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

1.2　東北冷渦降水過程的定義

東北冷渦常造成我國(guó)東北地區(qū)的低溫和降水天氣。朱乾根等[12]定義東北冷渦是指在我國(guó)東北地區(qū)附近具有一定強(qiáng)度（閉合等高線多于兩根）、能維持3～4 d，且有深厚冷空氣（厚度達(dá)300～400 m）的高空氣旋性渦旋。孫力等[1]根據(jù)研究需要，對(duì)東北冷渦給出了具體的定義：東北冷渦是指在500 hPa天氣圖上35°—60°N，115°—145°E范圍內(nèi)出現(xiàn)等高線的閉合圈，并伴有冷中心或冷槽，且持續(xù)3 d及以上的低壓環(huán)流系統(tǒng)。

本文針對(duì)冷渦及其降水，確定了“東北冷渦降水過程”（簡(jiǎn)稱冷渦降水過程）。該定義在上述定義的基礎(chǔ)上增加了伴隨降水生成的條件，同時(shí)為了盡可能多的保留冷渦過程個(gè)例，將冷渦持續(xù)時(shí)間調(diào)整為2.5 d。即選取在500 hPa天氣圖上，我國(guó)東北三省和內(nèi)蒙古東部地區(qū)（35°—60°N，115°—145°E）范圍內(nèi)有閉合低壓中心，并伴有冷中心或冷槽，持續(xù)2.5 d及以上，且在冷渦背景下產(chǎn)生降水的過程為一次冷渦降水過程。其中，冷渦過程中低渦中心和低壓槽所在的區(qū)域上，有10%以上的站次日降水量超過1 mm即為一次冷渦降水過程。定義后的冷渦降水過程更能突出其產(chǎn)生的降水特征。

1.3　冷渦降水過程的統(tǒng)計(jì)及個(gè)例選取方法

根據(jù)冷渦降水過程的定義，識(shí)別出2010—2014年5—8月的40次冷渦降水過程，對(duì)其月際變化、環(huán)流形勢(shì)特征及其降水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從分析結(jié)果出發(fā)，選取有代表性的個(gè)例進(jìn)行對(duì)比分析，探究它們的降水形成機(jī)制。

2　冷渦降水過程的統(tǒng)計(jì)和分析

2.1　各月冷渦降水過程的天數(shù)變化特征

表1給出了5—8月各月冷渦降水過程的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。其間共發(fā)生冷渦降水過程40例，每次過程平均持續(xù)3.6 d，共145 d，占全部天數(shù)的23.6%，達(dá)到孫力[1]統(tǒng)計(jì)的夏季全部冷渦過程的天數(shù)百分比的2/3左右。其中5月的冷渦降水過程最多，有14例，日數(shù)達(dá)到53 d，占5月天數(shù)的34.2%。7月次之，共發(fā)生11例冷渦過程，達(dá)到39 d，占全部日數(shù)的25.2%。6和8月的冷渦降水過程天數(shù)相當(dāng)，且相對(duì)其他月份偏少。各月的冷渦降水過程平均天數(shù)相差不大，均在3.6 d左右，從5月至8月逐月稍有遞減。

表1　2010—2014年5—8月冷渦降水過程的統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the NECV precipitation for May to August in 2010-2014

2.2　冷渦降水過程的降水特征

表2分析了冷渦產(chǎn)生降水的特征與冷渦的發(fā)生月份、移速間的關(guān)系。按照冷渦降水過程的強(qiáng)度，將上述40例過程分為暴雨型（有一個(gè)以上測(cè)站降水量達(dá)到50 mm以上）和非暴雨型（各站均未達(dá)到50 mm以上）兩類。在40例冷渦降水過程中，暴雨型和非暴雨型的冷渦各有20例。在暴雨型的20例冷渦降水過程中，有10例發(fā)生在7月，5例發(fā)生在8月，4例發(fā)生在6月，僅有1例發(fā)生在5月。在非暴雨型的20例冷渦中，有13例發(fā)生在5月，4例發(fā)生在6月，2例發(fā)生在8月，僅有1例發(fā)生在7月。

表2　2010—2014年5—8月冷渦移速與降水量級(jí)的統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Statistical analysis of the NECV velocity and rainfall-level for May to August in 2010-2014

根據(jù)冷渦低壓中心的移速進(jìn)行分類。其24 h內(nèi)緯向移速大于4個(gè)經(jīng)度，或經(jīng)向移速大于2個(gè)緯度的冷渦為快速型；反之為慢速型。在40例冷渦降水過程中，快速型有25例，其中5月有11例，6和8月均有5例，7月僅有4例。慢速型冷渦有15例，其中7月有7例，5和6月均有3例，8月僅有2例。非暴雨型冷渦則在5月最多、7月最少。總之，5月的冷渦以弱降水為主，而且冷渦多移速快。相反7月的冷渦以強(qiáng)降水為主，冷渦多移速慢。6和8月冷渦移速和降水強(qiáng)度較為適中。

為探究冷渦降水強(qiáng)度與冷渦位置變化之間的關(guān)系，將冷渦初生（閉合中心形成時(shí)）和強(qiáng)盛（中心氣壓達(dá)到最低值時(shí)）對(duì)應(yīng)的冷渦中心標(biāo)注在圖1中。其中除去了冷渦初始時(shí)刻低壓中心位置不明顯，或強(qiáng)盛階段因冷渦中心位置擺動(dòng)很大而無(wú)法確定中心位置的12例過程。針對(duì)余下的28例（非暴雨16例，暴雨12例）冷渦降水過程分析發(fā)現(xiàn)，初生時(shí)刻中心位置在50°N以北時(shí)，產(chǎn)生非暴雨的冷渦數(shù)量偏多。初生時(shí)刻中心位置在50°N以南時(shí)，產(chǎn)生暴雨或者非暴雨的個(gè)例數(shù)量差異不大。圖1與表2共同分析發(fā)現(xiàn)，非暴雨型冷渦大多移速快，在其初生至強(qiáng)盛過程中，位置變化也較大。暴雨型冷渦的快速型與慢速型數(shù)量相當(dāng)，但其初生至強(qiáng)盛時(shí)刻位置變化不會(huì)太大。具體統(tǒng)計(jì)50°N以北的冷渦數(shù)目，共有14例，其中5例暴雨型冷渦均為慢速型，其余9例快速型冷渦中有5例未產(chǎn)生暴雨。

可見，冷渦是東北地區(qū)5—8月主要的天氣系統(tǒng)之一，其間約1/4的天數(shù)有冷渦降水，一半的冷渦產(chǎn)生較強(qiáng)天氣，其余為弱降水過程。其中非暴雨冷渦多移動(dòng)較快，而暴雨型冷渦移速相對(duì)緩慢。偏北位置生成的冷渦通常會(huì)產(chǎn)生非暴雨天氣，而位置偏南的冷渦，可能產(chǎn)生暴雨或者非暴雨天氣，降水強(qiáng)度差異較大。鑒于冷渦產(chǎn)生的降水強(qiáng)度差異很大，暴雨和弱降水都有可能出現(xiàn)，以下選取兩次降水強(qiáng)度明顯不同的冷渦過程，對(duì)比分析冷渦產(chǎn)生強(qiáng)降水的有利條件。

圖1　28例冷渦初生（a）和強(qiáng)盛（b）時(shí)刻冷渦中心位置分布（R：暴雨過程；N：非暴雨過程）Fig. 1 Center locations at primary time (a) and at strong powerful time (b) of 28 cases of the NECV (R: rainstorm process; N: nonrainstorm process)

3　兩次不同強(qiáng)度冷渦降水過程的對(duì)比分析

選取2010年7月25—29日暴雨過程（下稱過程一）和2013年5月28日—6月1日非暴雨過程（下稱過程二）進(jìn)行對(duì)比，探究冷渦產(chǎn)生強(qiáng)降水的有利條件。

3.1　兩次冷渦降水過程的選取

兩次過程的降水實(shí)況對(duì)比見表3。兩次過程降水均持續(xù)4 d。過程一中產(chǎn)生降水的323個(gè)站次中，有122個(gè)站次為中雨以上量級(jí)，有10個(gè)站次發(fā)生暴雨，4個(gè)站次發(fā)生大暴雨，最大降水量達(dá)到147 mm，為一次暴雨型冷渦過程。過程二共有224個(gè)站次發(fā)生降水，以小雨和中雨為主，最大降水量?jī)H為34 mm，為一次非暴雨天氣過程。

表3　兩次冷渦降水過程常規(guī)觀測(cè)站降水概況對(duì)比Table 3 Comparison of precipitation in two observations of the NECV

兩次降水過程的降水落區(qū)也存在一定差異，如圖2。將過程降水量與冷渦流場(chǎng)圖（圖3）對(duì)比，過程一的降水落區(qū)主要位于冷渦中心附近地區(qū)，以及東南側(cè)的槽前偏西氣流中；而過程二的降水落區(qū)位于冷渦中心附近區(qū)域。

圖2　兩次冷渦過程累積降水量分布（單位：mm）

對(duì)比兩次過程的環(huán)流形勢(shì)（表4），發(fā)現(xiàn)它們具有較大的相似性。兩次冷渦均在內(nèi)蒙古東北部邊界處生成，沿黑龍江北側(cè)邊界發(fā)展和移動(dòng)，其強(qiáng)度相當(dāng)。冷渦形成3 d過后，均從黑龍江東北界移出我國(guó)。過程一最終在鄂霍茨克海以西消亡，過程二在俄羅斯東部消亡。冷渦均有500 hPa副熱帶高壓和200 hPa高空急流相配合。但過程一的副高和急流均較過程二的偏北，這一差異將在下面的環(huán)流形勢(shì)中具體分析。

上述兩次冷渦降水過程降水的強(qiáng)度和落區(qū)差異甚大，但其冷渦系統(tǒng)強(qiáng)度及其環(huán)流形勢(shì)相似。故選取這兩次降水過程進(jìn)行研究，對(duì)比分析相似的冷渦強(qiáng)度和環(huán)流形勢(shì)下造成降水強(qiáng)度差異的原因，探究冷渦產(chǎn)生強(qiáng)降水的有利條件。

3.2　兩次過程的環(huán)流形勢(shì)簡(jiǎn)介及高空輻散特征對(duì)比

3.2.1環(huán)流形勢(shì)對(duì)比分析

根據(jù)冷渦閉合等壓線的條數(shù)和中心位勢(shì)高度值的強(qiáng)弱變化定義冷渦的各個(gè)階段：將冷渦形成和維持一個(gè)閉合環(huán)流圈的時(shí)段定義為初生階段，將閉合環(huán)流圈數(shù)增加和中心位勢(shì)高度變低的時(shí)段定義為發(fā)展階段，將冷渦低壓環(huán)流圈條數(shù)和中心強(qiáng)度維持的時(shí)段稱為成熟階段，冷渦的減弱時(shí)段為消亡階段。

過程一2010年7月26日02—08時(shí)，在黑龍江與內(nèi)蒙古北部的交界處生成一個(gè)閉合環(huán)流圈，低渦后有冷中心配合，為冷渦初生階段（圖3a）。26日08日—27日20時(shí)，冷渦中心發(fā)展加深，最強(qiáng)達(dá)552 dagpm，冷中心稍落后于低壓中心，沿黑龍江北界向東南方向移動(dòng)，為冷渦的發(fā)展階段（圖3c）。27日20日—28日20時(shí)冷渦中心穩(wěn)定維持在556 dagpm，位置移動(dòng)緩慢，溫度中心與高度中心接近重合，為冷渦的成熟階段（圖3e）。這一階段中產(chǎn)生的降水最強(qiáng)，有9個(gè)站次6 h降水量超過50 mm。隨后冷渦在黑龍江東側(cè)移出我國(guó)并減弱，為冷渦消亡階段（圖3g）。在冷渦發(fā)展和成熟階段，均有3～4個(gè)閉合環(huán)流圈。各階段中，500 hPa西太平洋副熱帶高壓維持在35°—40°N的日本至黃海地區(qū)。200 hPa高空急流位于45°—51°N，急流核位于蒙古西部地區(qū)，冷渦位于高空急流出口區(qū)的左前側(cè)，此處存在的高層輻散有利于冷渦背景下中尺度系統(tǒng)的垂直上升運(yùn)動(dòng)。

過程二2013年5月28日14時(shí)（圖3b），在內(nèi)蒙古東北側(cè)形成閉合低壓中心，冷槽位于內(nèi)蒙古中部地區(qū)，冷中心不明顯，至20時(shí)為冷渦初生階段。28日20時(shí)—29日08時(shí)，冷渦中心發(fā)展加深至540 dagpm，冷中心明顯，溫度槽稍落后于高度槽，共同沿黑龍江北界向東南移動(dòng)，為冷渦的發(fā)展階段（圖3d）。29日08時(shí)—31日08時(shí)，冷渦強(qiáng)度維持，溫度槽與高度槽接近重合，為冷渦的成熟階段（圖3f）。31日08時(shí)后冷渦從黑龍江北側(cè)移出我國(guó)，為冷渦的消亡階段（圖3h）。冷渦的發(fā)展和成熟階段，均有3～4個(gè)閉合環(huán)流圈。過程二中副熱帶高壓588 dagpm線維持在30°N附近的黃海地區(qū)。200 hPa高空急流位于36°—41°N的我國(guó)華北地區(qū)。在發(fā)展和成熟階段，冷渦均位于高空急流核的北側(cè)，與過程一冷渦處于急流出口區(qū)的左前側(cè)相比，過程二對(duì)冷渦附近區(qū)域的輻合和上升運(yùn)動(dòng)并不十分有利。

圖3　兩次過程500 hPa高度場(chǎng)（實(shí)線，單位：dagpm）、溫度場(chǎng)（虛線，單位：℃）和200 hPa大風(fēng)速帶（陰影，單位：m/s）的對(duì)比Fig. 3 Comparison of the 500 hPa height field (solid line, unit: dagpm), temperature field (dashed line, unit: ℃) and 200 hPa wind velocity zone (shading, unit: m/s) between the two NECV processes

對(duì)比兩次過程的環(huán)流形勢(shì)，冷渦發(fā)展和成熟階段冷渦強(qiáng)度和位置十分相似。過程一中冷渦位于高空急流出口區(qū)的左前側(cè)，高空急流出口區(qū)的次級(jí)環(huán)流有利于冷渦及其附近地區(qū)的輻合和上升運(yùn)動(dòng)。過程二中冷渦位于高空急流核的北側(cè)，與過程一相比，則冷渦的輻合上升條件稍差。過程一的副熱帶高壓更偏北，與過程二相比，可能具有更有利的水汽條件。

3.2.2高空急流及輻散特征對(duì)比分析

對(duì)比兩次過程初始階段高空急流和高空輻散場(chǎng)。如圖4a，過程一冷渦位于200 hPa高空急流出口區(qū)的左前側(cè)，在冷渦東側(cè)第二與第三條閉合圈內(nèi)有一南北走向的強(qiáng)輻散中心，強(qiáng)度達(dá)到60×10-4kg·hPa-1·m-2·s-1，向南延伸至黑龍江、吉林西側(cè)的冷渦槽區(qū)。高空輻散為冷渦降水提供了良好的動(dòng)力條件。過程二冷渦位于200 hPa急流核的東北側(cè)附近，輻散區(qū)則位于急流出口區(qū)的左前側(cè)，即冷渦最外層閉合圈的東側(cè)，且冷渦的低槽區(qū)域沒有高空輻散區(qū)配合，這樣的輻散條件則不利于提供上升運(yùn)動(dòng)的背景條件。

表4　兩次冷渦降水過程環(huán)流形勢(shì)對(duì)比Table 4 Comparison of circulation patterns in two NECV precipitation processes

圖 4 兩次過程500 hPa初生階段高度場(chǎng)（單位：dagpm）、200 hPa大風(fēng)速帶（陰影，單位：m/s）和散度場(chǎng)（單位：10-4kg·hPa-1·m-2·s-1）對(duì)比分析Fig. 4 Comparison of the 500 hPa height field (solid line, unit: dagpm), 200 hPa wind velocity zone (shading, unit: m/s)and divergence field (solid line, unit: 10-4kg·hPa-1·m-2·s-1)

從冷渦的環(huán)流形勢(shì)來(lái)看，兩次過程冷渦各個(gè)階段的位置和強(qiáng)度十分相似，移動(dòng)方向和持續(xù)時(shí)間也較相似。兩次過程200 hPa高空急流相對(duì)冷渦的位置有所差異，則高空急流的次級(jí)環(huán)流上升支對(duì)應(yīng)的高空輻散區(qū)相對(duì)于冷渦的位置有差異，導(dǎo)致兩次過程的動(dòng)力條件有所差異，過程一更有利于大氣的持續(xù)上升運(yùn)動(dòng)。

3.3　降水差異對(duì)比及其原因分析

兩次過程的顯著降水時(shí)段均在冷渦的發(fā)展階段和成熟階段。選取其中降水最強(qiáng)的24 h降水量對(duì)比分析（圖5），過程一降水中心位于冷渦槽前的吉林東南部，為暴雨量級(jí)。過程二降水落區(qū)位于冷渦附近地區(qū)的黑龍江與內(nèi)蒙古交界處冷渦，降水強(qiáng)度以小雨到中雨為主。從對(duì)比分析環(huán)流形勢(shì)和降水差異的結(jié)果出發(fā)，分別對(duì)比分析冷渦各階段的動(dòng)力條件和水汽條件，診斷分析兩次過程降水強(qiáng)度差異的原因。

3.3.1冷渦動(dòng)力條件對(duì)比分析

沿冷渦中心做經(jīng)向垂直剖面，對(duì)比分析系統(tǒng)的南北風(fēng)分量以及垂直運(yùn)動(dòng)條件（圖6）。過程一初期冷渦低層及其南側(cè)為偏北氣流區(qū)，高層及冷渦北側(cè)為偏南氣流區(qū)。在冷渦初生階段（圖6a），在冷渦南側(cè)400 hPa附近的偏南氣流與偏北氣流的交匯區(qū)，形成了較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)中心，強(qiáng)度達(dá)到－0.6 Pa/s。在冷渦發(fā)展階段（圖6c），冷渦上空的偏南氣流區(qū)被偏北氣流切斷，在冷渦南側(cè)，上空形成一個(gè)強(qiáng)盛的偏南氣流中心，中層為偏北氣流區(qū)，超低空為另一偏南氣流區(qū)。這樣的南北方向氣流在垂直方向上的耦合疊加，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，達(dá)－1.2 Pa/s，上升區(qū)對(duì)應(yīng)降水中心所在的區(qū)域。在冷渦成熟階段（圖6e），高空偏南氣流減弱，但高低空的風(fēng)向切變以及空氣的上升運(yùn)動(dòng)仍然維持。在成熟階段后期（圖6g），高空偏南氣流消失，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度維持，但其區(qū)域開始縮小。這一過程中，冷渦南北氣流的高低空切變區(qū)及上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，一直與6 h降水中心（圖略）區(qū)域位置對(duì)應(yīng)。至消亡階段（圖略），上升運(yùn)動(dòng)區(qū)域縮小，強(qiáng)度驟減至－0.6 Pa/s，冷渦降水也隨之減弱。

圖5　兩次冷渦過程中顯著降水時(shí)段的24 h降水量（單位：mm）（a）2010年7月27日20時(shí)—28日20時(shí)，（b）2013年5月28日20時(shí)—29日20時(shí)Fig. 5 The 24-hour precipitation during the main precipitation period in the two NECV (a) 20 BT 27 to 20 BT 28 July 2010,(b) 20 BT 28 to 20 BT 29 May 2013

在過程二的初生階段（圖6b），經(jīng)過冷渦中心的經(jīng)向垂直方向上以偏南氣流為主，在冷渦北側(cè)的低層區(qū)域有小范圍的偏北氣流區(qū)，在南北氣流交匯的500 hPa附近存在上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)中心，達(dá)－1.2Pa/s。在冷渦發(fā)展階段（圖6d），冷渦北側(cè)的中低層有偏北氣流侵入，南北氣流交匯明顯，該處的上升運(yùn)動(dòng)區(qū)也明顯增大，這一區(qū)域與冷渦的6 h降水中心吻合，且降水強(qiáng)度在這一時(shí)段內(nèi)相對(duì)最強(qiáng)。冷渦成熟階段，強(qiáng)盛的偏北氣流由低層至高層侵入到冷渦內(nèi)部（圖6f），冷渦中層和下層均為偏北氣流控制，上升運(yùn)動(dòng)也僅存于冷渦北側(cè)的弱切變區(qū)，強(qiáng)度微弱，降水強(qiáng)度也隨之驟減。至成熟階段后期（圖6h），冷渦由低層至300 hPa均為強(qiáng)盛的偏北氣流控制，冷渦的垂直運(yùn)動(dòng)微弱。冷渦成熟階段后期及消亡階段，盡管冷渦低壓中心強(qiáng)度仍在維持，但其內(nèi)部被偏北氣流占據(jù)，使冷渦主體變得干冷，降水微弱。

兩次過程冷渦中心附近的南北氣流分布明顯不對(duì)稱。過程一垂直方向上，南北氣流切變位于冷渦的南側(cè)，且偏南氣流和偏北氣流在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度差異不大，這樣使得風(fēng)向的垂直切變強(qiáng)烈且持續(xù)存在，上升運(yùn)動(dòng)則在冷渦南側(cè)得以維持。而過程二南北氣流的切變區(qū)位于冷渦的北側(cè)，且在冷渦發(fā)展階段后期，偏北氣流開始大范圍侵入，阻礙并切斷了南北氣流的交匯，冷渦系統(tǒng)下的切變和垂直運(yùn)動(dòng)也隨之減弱和停止。

可見，在不同的冷渦過程中，南北氣流交匯區(qū)的位置差異可能很大，位于冷渦的南側(cè)或北側(cè)均有可能。降水中心則位于南北氣流交匯的強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)，這是造成兩次過程降水中心落區(qū)差異的原因之一。冷渦內(nèi)部的偏北氣流的大范圍增強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致切變、上升運(yùn)動(dòng)以及降水強(qiáng)度的驟減。關(guān)注冷渦內(nèi)部南北氣流的強(qiáng)度和位置變化對(duì)于冷渦降水的強(qiáng)度和落區(qū)變化十分重要。

3.3.2水汽條件的對(duì)比分析

對(duì)比分析兩次過程發(fā)生顯著降水前期的相對(duì)濕度和整層可降水量（圖7）發(fā)現(xiàn)：在顯著降水發(fā)生的前期，降水中心及附近的相對(duì)濕度均達(dá)到90%。過程一降水區(qū)域的整層可降水量達(dá)到600～900 g/m2，過程二的整層可降水量為600～1200 g/m2。兩次過程降水初期的水汽條件良好且相似。可見降水初期的水汽條件并不是導(dǎo)致降水強(qiáng)度差異的原因。

對(duì)比兩次過程顯著降水時(shí)段水汽輸送條件，選取兩次過程顯著降水時(shí)段中多個(gè)時(shí)次的850 hPa水汽通量散度和水汽通量場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析。過程一850 hPa（圖8a～8c）由遼寧向吉林南部地區(qū)有一較強(qiáng)的水汽通量帶。冷渦系統(tǒng)南側(cè)有一個(gè)強(qiáng)水汽輻合中心，強(qiáng)度達(dá)到－6×10-4kg·hPa-1·m-2·s-1，穩(wěn)定位于吉林東南部地區(qū)，維持了24 h以上。過程二28日20時(shí)，在內(nèi)蒙古東北部有較小的水汽通量和極小范圍的水汽輻合中心，位于冷渦氣旋北側(cè)（圖8d）。至29日02時(shí)水汽的輻合區(qū)東移至黑龍江北部，范圍略有增大（圖8e）。至29日08時(shí)，冷渦附近的水汽輻合中心消失（圖8f）。水汽輻合區(qū)在冷渦北側(cè)的持續(xù)時(shí)間不足6 h。

圖6　兩次過程沿冷渦中心所在經(jīng)度的經(jīng)向速度（實(shí)線：偏南風(fēng)，虛線：偏北風(fēng)，單位：m/s）和垂直速度（陰影，單位：Pa/s）垂直剖面（緯度軸上的標(biāo)注為各時(shí)次冷渦中心所在位置）Fig. 6 Zonal velocity profile and vertical profiles of the center of the NECV (solid line: southerly wind, dashed line:northerly wind,unit: m/s. The location of the center of NECV marked on latitude axis)

綜合分析兩次過程的動(dòng)力條件和水汽條件發(fā)現(xiàn)：過程一冷渦內(nèi)部的南北氣流強(qiáng)度相當(dāng)，在冷渦南側(cè)有持續(xù)的垂直風(fēng)切變存在，冷渦南部的上升氣流強(qiáng)烈而持久，形成了持續(xù)且強(qiáng)盛的水汽輻合條件，這是過程一產(chǎn)生暴雨的原因。過程二在冷渦發(fā)展過程之后，偏北氣流強(qiáng)盛，迅速侵入到整個(gè)冷渦結(jié)構(gòu)內(nèi)，南北氣流的切變減弱消失。過程二切變的短暫存在，不利于產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)和持續(xù)的水汽輻合，僅導(dǎo)致弱降水的形成。

4　結(jié)論

圖7　兩次冷渦過程中顯著降水時(shí)段初期850 hPa相對(duì)濕度（a，b，單位：%），整層可降水量（c，d，單位：g/m2）的對(duì)比（a，c：2010年7月27日12時(shí)； b，d：2013年5月28日00時(shí)）Fig 7 The contrast of relative humidity (a, b, unit: %) and the whole layer precipitable water vapor (c, d, unit: g/m2) before the main precipitation period at 850 hPa (a, c: 12 BT 27 July 2010; b, d: 00 BT 28 May 2013)

圖8　兩次冷渦過程中顯著降水時(shí)段的850 hPa水汽通量散度（陰影；單位：10-4 kg·m-2·s-1）和水汽通量的對(duì)比Fig. 8 The contrast of water vapor flux divergence (shaded, unit: 10-4 kg·m-2·s-1)and water vapor flux during the main precipitation period of two NCEV processes at 850hPa

本文定義了東北冷渦降水過程，利用常規(guī)觀測(cè)資料和FNL再分析資料，識(shí)別出了2010—2014年5—8月的40例冷渦降水過程，對(duì)其月際變化、冷渦及降水特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選擇其中兩次冷渦強(qiáng)度和位置均十分相似的暴雨和非暴雨冷過程進(jìn)行對(duì)比分析。主要結(jié)論如下：

1）東北地區(qū)5—8月約有1/4的天數(shù)有冷渦降水天氣。其中5月冷渦降水過程天數(shù)最多，但移速快，降水弱。7月次之，冷渦移速慢，降水強(qiáng)。6和8月天數(shù)相對(duì)各月最少，且數(shù)目相當(dāng)，降水強(qiáng)度適中。暴雨型和非暴雨型冷渦降水過程數(shù)量相當(dāng)。非暴雨冷渦多且移動(dòng)較快，而產(chǎn)生暴雨的冷渦均移速相對(duì)緩慢。偏北位置生成的冷渦通常會(huì)產(chǎn)生非暴雨天氣，而位置偏南的冷渦可能產(chǎn)生暴雨或者非暴雨天氣，降水強(qiáng)度差異較大。

2）本文選取的兩次暴雨型和非暴雨型冷渦，產(chǎn)生降水的強(qiáng)度和落區(qū)差異甚大。但其初生、發(fā)展和消亡時(shí)所在的位置、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間均十分相似。

3）兩次過程降水初期的水汽條件相似。暴雨型冷渦大尺度背景下的上升條件更佳。暴雨型冷渦其南部持續(xù)的垂直風(fēng)切變，使得冷渦南部形成了持續(xù)的上升運(yùn)動(dòng)以及強(qiáng)水汽輻合，這是過程一產(chǎn)生暴雨的原因。非暴雨型冷渦過于強(qiáng)盛的偏北氣流破壞了冷渦北部的水汽輻合中心，過程中僅產(chǎn)生弱降水。

4）冷渦垂直方向上的溫壓結(jié)構(gòu)和風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)并不對(duì)稱，冷渦降水中心位于南北氣流交匯的一側(cè)。在冷渦降水預(yù)報(bào)中，關(guān)注冷渦垂直方向上南北氣流的交匯區(qū)域及其持續(xù)時(shí)間，對(duì)冷渦降水的量級(jí)和落區(qū)預(yù)報(bào)有很重要的意義。

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