1981～2019 年吉林省暖季冷渦降水時(shí)空變化特征

李尚鋒 任航 高樅亭 尹路婷 楊旭

1 吉林省氣象科學(xué)研究所長白山氣象與氣候變化吉林省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中高緯度環(huán)流系統(tǒng)與東亞季風(fēng)研究開放實(shí)驗(yàn)室，長春 130062

2 東北冷渦研究重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110016

3 吉林省氣象臺(tái)，長春 130062

1 引言

東北冷渦是東亞大氣環(huán)流中的重要組成部分，也是影響中國東北地區(qū)主要天氣系統(tǒng)之一，它是北半球中高緯度西風(fēng)帶環(huán)流系統(tǒng)在東北地區(qū)特定條件下的產(chǎn)物（孫力等, 1994）。東北冷渦的本質(zhì)為切斷低壓（鄭秀雅等, 1992），故又稱之為切斷低壓、東北低壓和冷低壓等，其形成、滯留和填塞對(duì)大氣環(huán)流又起著重要的反饋?zhàn)饔茫◤埩⑾楹屠顫纱?2009），并且與中高緯天氣系統(tǒng)和中低緯天氣系統(tǒng)關(guān)系密切（劉宗秀等, 2002; 劉剛等, 2015）。目前多采用《東北暴雨》（鄭秀雅等，1992）給出的東北冷渦定義：500 hPa 天氣圖上，范圍（35°～60°N, 115°～145°E）內(nèi)有閉合等高線，配合有冷中心或冷槽，具有能夠持續(xù)維持3 d 或3 d 以上的低壓環(huán)流系統(tǒng)（鄭秀雅等, 1992）。東北冷渦的最主要特征之一是移動(dòng)比較緩慢，不斷再生發(fā)展，具有較強(qiáng)的準(zhǔn)靜止性，一般可維持四五天，最多可達(dá)十余天（孫力, 1997; 孫力等, 2000），其一年四季均有出現(xiàn)（周琳, 1991; Hu et al., 2010)，最為活躍的季節(jié)為夏季，尤以6 月份最多（孫力, 1997; Zhang et al., 2008），是造成東北地區(qū)夏季低溫冷害（丁士晟, 1980）、持續(xù)性的陰雨洪澇、突發(fā)性強(qiáng)對(duì)流天氣的重要天氣系統(tǒng)（陶詩言, 1980; 斯公望, 1988;朱乾根等, 2000; 何金海等, 2006a; 張立祥和李澤椿,2009）。

東北冷渦容易產(chǎn)生穩(wěn)定的連續(xù)性降水，頻繁的冷渦活動(dòng)往往會(huì)帶來持續(xù)數(shù)日的低溫陰雨天氣，甚至能造成大范圍區(qū)域持續(xù)性的強(qiáng)降水。研究發(fā)現(xiàn)東北地區(qū)著名的“冷渦雨季”就是由東北冷渦頻繁活動(dòng)和持續(xù)造成的（孫力等, 1994, 1995; 孟慶濤等,2009），進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)夏季與冷渦有關(guān)聯(lián)的暴雨中，局地性暴雨達(dá)42.8%，區(qū)域性暴雨有35.8%（孫力等, 2010）。通過對(duì)吉林省汛期的洪澇與東北冷渦的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，東北冷渦越活躍，吉林省汛期降水也偏多，冷渦出現(xiàn)得越少，吉林省汛期降水也偏少（蘇博穎, 1996）。持續(xù)的冷渦降水過程能造成洪澇災(zāi)害，如：1998 年松嫩流域特大洪澇災(zāi)害的主要影響系統(tǒng)就是東北冷渦反復(fù)出現(xiàn)和維持的結(jié)果（陳立亭等, 2000; 劉景濤等,2000; 孫力和安剛, 2001; 孫力等, 2002）；2017 年7 月13～14 日吉林省永吉縣出現(xiàn)破歷史記錄特大暴雨天氣，強(qiáng)降水引發(fā)山洪造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，全省共有15 個(gè)縣市82 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的50 余萬人受災(zāi)，緊急轉(zhuǎn)移人口12 萬多人，因?yàn)?zāi)死亡或失蹤37 人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)220 億元，此次暴雨過程就是穩(wěn)定少動(dòng)的東北冷渦配合副熱帶高壓西南暖濕氣流的環(huán)流背景下發(fā)生的（王寧等, 2018; 趙法存, 2018）。

東北冷渦不僅影響東北本地區(qū)的降水，而且可引導(dǎo)高緯的冷空氣南下影響我國中緯度甚至低緯度地區(qū)。頻繁的東北冷渦活動(dòng)既能引起當(dāng)?shù)貧鉁睾徒邓黠@的異常，也能夠影響到我國南方的梅雨、華南前汛期降水（朱占云和何金海, 2010）。研究表明東北冷渦的強(qiáng)弱對(duì)江淮梅雨期的降水量亦有明顯的影響，東北冷渦的加強(qiáng)和南壓對(duì)西伸的副熱帶高壓產(chǎn)生直接作用，導(dǎo)致江淮梅雨期降水的活躍（王麗娟等, 2010），而東北冷渦活動(dòng)弱時(shí)，梅雨量則偏少（何金海等, 2006b）；胡開喜等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)性的強(qiáng)東北冷渦活動(dòng)不僅能造成東北地區(qū)春季和夏季局部降水偏多，也能導(dǎo)致長江流域往往降水顯著偏多。進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)的東北冷渦引導(dǎo)的冷空氣甚至能南下到達(dá)華南地區(qū)（蒙遠(yuǎn)文, 1983），對(duì)華南降水產(chǎn)生顯著影響，通過對(duì)東北冷渦最強(qiáng)和最弱的10 年合成發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)冷渦年份華南前汛期降水全部偏多，而冷渦最弱的10 年中則降水全部偏少（苗春生等, 2006a, 2006b）。

由于過去東北冷渦降水的研究多集中在基于逐日資料的基礎(chǔ)上對(duì)冷渦降水的天氣尺度和中尺度系統(tǒng)的環(huán)流背景研究，以及對(duì)冷渦形成、發(fā)展、維持、消退期過程中的動(dòng)力和熱力過程研究方面，對(duì)逐小時(shí)資料冷渦降水的研究方面受限于觀測(cè)資料等因素，并未進(jìn)行系統(tǒng)的梳理。隨著雷達(dá)、衛(wèi)星探測(cè)和加密站等現(xiàn)代氣象觀測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，已有條件對(duì)冷渦降水的小時(shí)變化特征進(jìn)行研究和分析，鑒于此，本文基于近40 年來吉林省的逐小時(shí)冷渦降水資料，對(duì)不同量級(jí)冷渦降水的時(shí)空特征進(jìn)行了梳理。

2 資料與方法

本文采用1981～2019 年5～9 月（暖季）吉林省氣象信息中心的經(jīng)過質(zhì)量控制的51 個(gè)國家級(jí)地面氣象觀測(cè)站（圖1）的逐小時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)集。采用中國氣象局的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)降水定義：1 h 降水量≥0.1 mm記為有降水，小時(shí)降水頻次為所有有效降水小時(shí)數(shù)（降水量≥0.1 mm）累加得出（簡稱：降水頻次）；日降水峰值（簡稱：降水峰值）為24 小時(shí)逐時(shí)刻的降水量最大值（宇如聰和李建, 2016）。文章采用中國氣象局氣象業(yè)務(wù)中常用的定義方式，以08～20 時(shí)（北京時(shí)，下同）為白天，該時(shí)段內(nèi)發(fā)生的降水定義為白天降水，以20 時(shí)至次日08 時(shí)為夜間，該時(shí)段內(nèi)發(fā)生的降水定義為夜間降水。本文將暖季冷渦環(huán)流背景下發(fā)生的降水定義為暖季冷渦降水。對(duì)小時(shí)降水量進(jìn)行了分級(jí)：0.1 mm/h≤P（降水量）＜5 mm/h，5 mm/h≤P≤10 mm/h 和P＞10 mm/h 三類，分別對(duì)暖季冷渦降水期間這三類降水的降水頻次和降水貢獻(xiàn)進(jìn)行了分析，其中測(cè)站降水貢獻(xiàn)定義為該站暖季不同量級(jí)的冷渦降水量占本暖季冷渦降水總量的百分比，而不是占暖季總降水的比例。鑒于獲取資料長度為39 年，為便于進(jìn)行年代際分析，本文按如下方法劃分為四個(gè)年代際：1981～1990 年（1980 年代），1990～1999 年（1990 年代），2000～2009 年（2000 年代），2010～2019 年（2010 年代）。

圖 1 吉林省51 個(gè)國家級(jí)地面氣象觀測(cè)站（紅點(diǎn)）的分布情況，填色表示地形高度（單位：m）Fig. 1 Spatial distribution of the 51 national rain gauge stations (the red dots), the shadings denote the surface elevations (units: m)

3 冷渦降水頻次的空間分布特征

3.1 冷渦降水頻次白天和夜間空間特征

為了了解5～9 月份冷渦降水期間，吉林省不同量級(jí)冷渦降水在白天和夜間發(fā)生頻次的空間分布特征和年代際變化，該部分對(duì)吉林省三種不同量級(jí)冷渦降水的空間分布特征進(jìn)行了討論。在降水量級(jí)為0.1～5 mm/h 的冷渦降水過程中，降水頻次的空間梯度分布特點(diǎn)很明顯（圖2），在1981～2019年整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，無論白天還是夜間吉林省東部山區(qū)均為降水高頻發(fā)生區(qū)，其次為中部地區(qū)，頻次最少的地區(qū)為吉林西部，即：由西向東呈現(xiàn)梯度增加的特點(diǎn)。這種分布特征與吉林省的地表類型相符：吉林省西部為干旱和半干旱的荒漠區(qū)，中部為農(nóng)田區(qū)，東部為山地森林覆蓋區(qū)。而長白山山脈主體位于朝鮮境內(nèi)，在吉林省境內(nèi)的山地為其迎風(fēng)坡，眾所周知，在迎風(fēng)坡，由于地形對(duì)暖濕氣流的阻擋使其被迫抬升而降溫，易成云致雨，降水相對(duì)較多。整個(gè)吉林省降水頻次的年代際之間特點(diǎn)也很明顯，降水頻次最高的年代為2010 年代，其次為1980 年代，再次為1990 年代，降水頻次最低的年代為2000 年代。白天和夜間的降水頻次差值的年代際變化也很明顯：1980 年代和2000 年代吉林省西部白天均比晚上降水頻次高；1990 年代白天比夜間降水頻次高的地區(qū)主要集中在吉林省中部地區(qū)；2010 年代白天比夜間降水頻次高的地區(qū)則主要發(fā)生在吉林省南、北兩側(cè)。

圖 2 0.1～5 mm/h 量級(jí)的暖季東北冷渦降水頻次在白天（左）、夜間（中）的空間分布以及白天與夜間差值場(chǎng)（右）的空間分布：（a1-c1）1980 年代；（a2-c2）1990 年代；（a3-c3）2000 年代；（a4-c4）2010 年代。數(shù)字表示每個(gè)測(cè)站觀測(cè)結(jié)果，陰影為測(cè)站插值結(jié)果Fig. 2 Spatial distributions of the precipitation frequency for 0.1-5 mm/h precipitation during the northeast cold vortex process in the warm season(PNCVPWS) during the daytime (left), night time (middle), the difference between day and night (right) in (a1-c1) 1980s, (a2-c2) 1990s, (a3-c3)2000s, and (a4-c4) 2010s. The numbers denote the results from the observation stations, shadings denote the results interpolated from the observations

降水量級(jí)為5～10 mm/h 的冷渦降水過程（圖3），降水發(fā)生頻次明顯比降水量級(jí)為0.1～5 mm/h 的要低得多，幾乎每個(gè)年代際均少了一個(gè)數(shù)量級(jí)。整體而言，5～10 mm/h 量級(jí)降水頻次發(fā)生最高的年代為2010 年代，其次為1980 年代，再次為1990 年代，最低的為2000 年代，該特點(diǎn)與0.1～5 mm/h相一致。

圖 3 同圖2，但為5～10 mm/h 量級(jí)的暖季東北冷渦降水頻次的年代際分布Fig. 3 As in Fig. 2, but for decadal distributions of the precipitation frequency for 5-10 mm/h precipitation during the northeast cold vortex process in the warm season

白天和夜間的降水頻次差值的年代際空間變化特點(diǎn)比較一致，均為吉林省東南部白天降水頻次低于夜間，1980 年代除外?？臻g降水頻次梯度年代際變化特點(diǎn)與0.1～5 mm/h 量級(jí)的降水明顯不同，后者降水梯度呈現(xiàn)由西向東逐漸增加的特點(diǎn)，而前者則是東、西部降水頻次低，中部降水頻次高的特點(diǎn)。

對(duì)降水量級(jí)＞10 mm/h 的冷渦降水過程（圖4）而言，降水頻次發(fā)生最高的年代為2010 年代，其次為1990 年代，再次為2000 年代，最低的為1980 年代，該量級(jí)降水頻次最高的年代與其他兩種量級(jí)降水一致。對(duì)于白天和夜間降水頻次來說，兩者的空間分布特征一致，在所有年代際時(shí)間尺度上均呈現(xiàn)吉林中部區(qū)降水頻次高，東部和西部降水頻次低的分布特征，且白天降水頻次大于夜間，該分布特點(diǎn)與5～10 mm/h 量級(jí)降水空間分布的年代際特點(diǎn)一致，與0.1～5 mm/h 量級(jí)降水頻次空間分布特點(diǎn)不同。

圖 4 同圖2，但為10 mm/h 以上量級(jí)的暖季東北冷渦降水頻次的年代際分布Fig. 4 As in Fig. 2, but for decadal distributions of the precipitation frequency for more than 10 mm/h precipitation during the northeast cold vortex process in the warm season

3.2 不同量級(jí)降水日變化特征

為了研究暖季吉林省小時(shí)降水頻次和降水量日變化的年代際特征，在圖5 中給出了其日變化曲線。本文對(duì)降水量和降水頻次的日變化進(jìn)行了無量綱化處理，使其可以在同一縱坐標(biāo)中顯示便于比較。以降水量為例，其無量綱處理方法為：用24 小時(shí)的逐時(shí)降水量除以24 小時(shí)降水量均值，所得時(shí)間序列即為降水量無量綱序列?？傮w而言，從1980 年代到2010 年代期間，逐時(shí)降水量的日變化均顯示一個(gè)“單峰”的位相特征，峰值主要發(fā)生在16～18 時(shí)，該結(jié)論與宇如聰和李建（2016）對(duì)華北—東北日降水峰值的研究結(jié)論一致。對(duì)降水頻次的日變化特征而言，在1980 年代到2010 年代期間，顯示一個(gè)“主峰”和一個(gè)“次峰”的“雙峰”位相特征，降水頻次“主峰”發(fā)生時(shí)刻與降水日變化峰值的相同均為16～18 時(shí)，夏季午后局地對(duì)流性降水頻發(fā)是形成該現(xiàn)象的一個(gè)主要因素（方德賢等,2020），“次峰”的發(fā)生時(shí)間為05 時(shí)，復(fù)雜的局地地形是形成該降水日變化的一個(gè)重要因子（宇如聰和李建, 2016）。

圖 5 （a）1980 年代、（b）1990 年代、（c）2000 年代、（d）2010 年代暖季東北冷渦無量綱化的降水頻次（黑線）和降水量（紅線）日變化Fig. 5 Diurnal variations of dimensionless precipitation frequency (black lines) and amounts (red lines) for PNCVPWS during (a) 1980s, (b) 1990s,(c) 2000s, and (d) 2010s

4 不同量級(jí)冷渦降水貢獻(xiàn)分布特征

為了研究這三種量級(jí)降水對(duì)總降水的貢獻(xiàn)，對(duì)三種量級(jí)冷渦降水的貢獻(xiàn)進(jìn)行了討論。圖6 中可以看出對(duì)0.1～5 mm/h 量級(jí)的降水來說，和夜間相比，白天其對(duì)冷渦總降水量的貢獻(xiàn)在全省分布較為均勻，特別是在1980 年代，在白天，貢獻(xiàn)超過35%的大值區(qū)在吉林省的西部、中部、和東部均有出現(xiàn)（圖6a1）；而在夜間，大值區(qū)則主要集中在東部地區(qū)（圖6b1）。這可能是因?yàn)樵摿考?jí)的冷渦降水大都是以穩(wěn)定性的大范圍層狀云降水過程為主，并不是局地性比較強(qiáng)的對(duì)流性降水過程；而同一降水過程的夜間，由于東部山區(qū)輻射冷卻作用較平原更加明顯，導(dǎo)致山區(qū)高空水汽更容易凝結(jié)產(chǎn)生降水，增加了夜間降水量（尹宏和賈逸勤, 2000），進(jìn)而使得該地區(qū)夜間降水貢獻(xiàn)較大。就年代際貢獻(xiàn)特征而言，貢獻(xiàn)最大的年代為1980 年代，其次為2010年代，再次為1990 年代，最后為2000 年代，該處貢獻(xiàn)最大的年代為1980 年代指的是0.1～5 mm/h量級(jí)的冷渦降水占1980 年代暖季冷渦降水的比率最大，并不是指該量級(jí)冷渦降水主要發(fā)生在1980年代，下文中關(guān)于貢獻(xiàn)最大年代的結(jié)論皆是該意思。對(duì)于夜間而言，吉林東部山區(qū)為貢獻(xiàn)最大的區(qū)域，此外，在相同的年代際上夜間貢獻(xiàn)均要小于白天，西部地區(qū)尤其明顯；另外，吉林西部、中部和東部的年代際變化呈現(xiàn)不一致的特征，對(duì)于吉林西部來說，夜間該量級(jí)降水貢獻(xiàn)最大的為2010 年代，其次為1980 年代，再次為1990 年代，最小的為2000 年代，對(duì)于吉林中部而言，貢獻(xiàn)最大的年代為1980 年代，其次為2010 年代，再次為1990 年代，最小的為2000 年代，對(duì)于吉林東部山區(qū)而言，夜間所有年代貢獻(xiàn)均較大，其中貢獻(xiàn)最大的年代為1980 年代，其次為2000 年代，再次為1990 年代，最小的為2010 年代。

圖 6 0.1～5 mm/h 量級(jí)的暖季東北冷渦降水量對(duì)降水總量的貢獻(xiàn)在白天（左）、夜間（中）的空間分布以及白天與夜間差值場(chǎng)（右）的空間分布：（a1-c1）1980 年代；（a2-c2）1990 年代；（a3-c3）2000 年代；（a4-c4）2010 年代。數(shù)字表示每個(gè)測(cè)站降水貢獻(xiàn)，陰影為測(cè)站插值結(jié)果Fig. 6 Spatial distributions of the contributions of precipitation amounts for 0.1-5 mm/h precipitation to total amounts of PNCVPWS during the daytime (left), night time (middle), the difference between day and night (right) in (a1-c1) 1980s, (a2-c2) 1990s, (a3-c3) 2000s, and (a4-c4) 2010s.The numbers denote the results from the observation stations, shadings denote the results interpolated from the observations

對(duì)于5～10 mm/h 量級(jí)的降水（圖7）來說，其貢獻(xiàn)明顯比0.1～5 mm/h 量級(jí)的貢獻(xiàn)小得多。此外，白天全省該量級(jí)降水的貢獻(xiàn)平均10%左右，白天貢獻(xiàn)最大的年代為1980 年代，其次為1990 年代，再次為2010 年代，貢獻(xiàn)最小的年代為2000 年代；白天貢獻(xiàn)大值區(qū)主要集中在吉林中部地區(qū)。夜間降水貢獻(xiàn)明顯比白天少，其年代際特點(diǎn)也與白天不同，降水貢獻(xiàn)最大的年代為2010 年代，其次為1980 年代，再次為2000 年代，最小的為1990 年代。

圖 7 同圖6，但為5～10 mm/h 量級(jí)暖季東北冷渦降水對(duì)降水總量貢獻(xiàn)的年代際分布Fig. 7 As in Fig. 6, but for decadal distributions of the contributions of precipitation amounts for 5-10 mm/h precipitation to total amounts

對(duì)于＞10 mm/h 量級(jí)的降水來說（圖8），就全省平均而言，該量級(jí)降水貢獻(xiàn)白天在10%左右，與5～10 mm/h 量級(jí)的降水貢獻(xiàn)相當(dāng)，與東北冷渦容易產(chǎn)生穩(wěn)定的連續(xù)性降水（孫力等, 1994, 1995）特征比較吻合，但對(duì)于吉林西部地區(qū)而言，該量級(jí)的降水貢獻(xiàn)明顯大于5～10 mm/h 量級(jí)的貢獻(xiàn)；同5～10 mm/h 和0.1～5 mm/h 兩個(gè)量級(jí)降水的貢獻(xiàn)相比，＞10 mm/h 量級(jí)的降水在吉林省東部地區(qū)明顯要小的多。

圖 8 同圖6，但為10 mm/h 以上量級(jí)暖季東北冷渦降水對(duì)降水總量貢獻(xiàn)的年代際分布Fig. 8 As in Fig. 6, but for decadal distributions of the contributions of precipitation amounts for more than 10 mm/h precipitation to total amounts

為了比較不同量級(jí)冷渦降水貢獻(xiàn)之間的關(guān)系，該處給出了這三種量級(jí)降水貢獻(xiàn)的時(shí)間序列曲線（圖9a）和平均降水貢獻(xiàn)（圖9b）。很明顯可以看出，0.1～5 mm/h 量級(jí)降水貢獻(xiàn)在2000 年前后呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，2000 年以前為明顯的減弱趨勢(shì)，2000 年以后為弱的增加趨勢(shì)，而在整個(gè)時(shí)間段1961～2019 內(nèi)，該量級(jí)降水呈現(xiàn)弱的下降趨勢(shì)；對(duì)于＞10 mm/h 量級(jí)降水貢獻(xiàn)，整體而言，其貢獻(xiàn)呈現(xiàn)弱的上升趨勢(shì)，此外，在2000 年前后出現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，在2000 年以前呈明顯的增加趨勢(shì)，而后出現(xiàn)弱的減少趨勢(shì)，總體而言這兩個(gè)量級(jí)的降水呈現(xiàn)明顯的反位相特征；對(duì)于5～10 mm/h量級(jí)降水的貢獻(xiàn)來說，在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，其趨勢(shì)變化不明顯，且振幅變化也不明顯，說明隨著全球變暖的影響，暖季吉林地區(qū)冷渦降水中的強(qiáng)降水的貢獻(xiàn)在增加，而弱降水的貢獻(xiàn)則呈減少趨勢(shì)。此外，在吉林省暖季冷渦降水中，對(duì)這三種量級(jí)降水的貢獻(xiàn)而言（圖9b），0.1～5 mm/h 量級(jí)的降水所占比例最大，占冷渦降水總量的61%，而5～10 mm/h和0.1～5 mm/h 這兩個(gè)量級(jí)降水的貢獻(xiàn)比例相當(dāng)，均在20%左右。0.1～5 mm/h 降水占暖季冷渦降水總量的61%，說明冷渦降水多以穩(wěn)定性降水為主，而非對(duì)流性強(qiáng)降水性質(zhì)。根據(jù)以往的東北冷渦研究可知，冷渦多發(fā)月份為6 月份（張立祥和李澤椿,2009; 劉剛等, 2015），該時(shí)段為東北地區(qū)的主要冷渦雨季（朱其文等, 1997），該時(shí)段東北地區(qū)降水過程中的水汽條件和熱力條件均較受副高影響的季風(fēng)降水階段要弱，故此，降水強(qiáng)度不大。

圖9 1981～2019 年暖季不同量級(jí)東北冷渦（a）降水貢獻(xiàn)的時(shí)間序列、（b）平均降水貢獻(xiàn)。圖a 中藍(lán)線、黑線和紅線分別表示0.1～5 mm/h、5～10 mm/h 和＞10 mm/h 量級(jí)降水貢獻(xiàn)，虛線表示降水貢獻(xiàn)趨勢(shì)線Fig. 9 (a) Time series of precipitation contributions, (b) mean precipitation contributions for 0.1-5 mm/h, 5-10 mm/h, more than 10 mm/h magnitudes of PNCVPWS during 1981-2019. In Fig. a, blue line, black line, and red line represent 0.1-5 mm/h, 5-10 mm/h, and more than 10 mm/h magnitudes, respectively. The dashed lines represent the trend lines of precipitation contributions

從該三種量級(jí)降水量的時(shí)間序列曲線（圖10）可以看出，總的來說，這三種量級(jí)降水均呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，5～10 mm/h 和＞10 mm/h 降水量的上升趨勢(shì)相當(dāng)，均大于0.1～5 mm/h 量級(jí)的降水；此外，就降水量年際間的變化位相而言，0.1～5 mm/h和5～10 mm/h 量級(jí)的降水位相變化基本一致，而＞10 mm/h 量級(jí)的降水在1993～2003 年和2009～2015 年期間與另外兩個(gè)量級(jí)的降水位相相反。

圖10 1981～2019 年暖季不同量級(jí)東北冷渦降水量標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間序列。藍(lán)線、黑線和紅線分別表示0.1～5 mm/h、5～10 mm/h 和＞10 mm/h 量級(jí)降水，虛線表示降水量趨勢(shì)線Fig. 10 Standardized time series of precipitation amounts for 0.1-5 mm/h (blue line), 5-10 mm/h (black line), more than 10 mm/h (red line) magnitudes of PNCVPWS during 1981-2019. The dashed lines denote the linear trends precipitation amounts

從1981～2019 年東北冷渦[東北冷渦判識(shí)采用傳統(tǒng)定義（孫力等, 1994）]的發(fā)生個(gè)數(shù)的時(shí)間序列曲線（圖11）可以看出，冷渦發(fā)生個(gè)數(shù)最多的年代是2010 年代，該特征與三種量級(jí)的冷渦降水發(fā)生頻次最高的年代一致，其次，冷渦發(fā)生個(gè)數(shù)次多的年代為是1980 年代，該特征與0.1～5 mm/h和5～10 mm/h 量級(jí)冷渦降水發(fā)生頻次第二多的年代一致，說明這兩個(gè)年代內(nèi)冷渦活動(dòng)較容易產(chǎn)生降水。對(duì)于＞10 mm/h 量級(jí)的冷渦降水來說，其發(fā)生降水頻次最多的年代為2010 年代，次多的年代為1990 年代，第三多的年代為2000 年代，這三個(gè)年代均為全球變暖以后的時(shí)段，而冷渦發(fā)生個(gè)數(shù)第二多的年代為1980 年代，卻與該量級(jí)降水頻次并不對(duì)應(yīng)，說明冷渦活動(dòng)誘發(fā)的極端強(qiáng)降水，不僅需要冷空氣活動(dòng)，還需要其他重要的動(dòng)、熱力和水汽條件相配合。

圖11 1981～2019 年暖季東北冷渦發(fā)生個(gè)數(shù)的時(shí)間序列Fig. 11 Time series of cold vortex numbers during 1981-2019

5 結(jié)論

本文利用1981～2019 年吉林省氣象局信息中心經(jīng)過質(zhì)量控制的逐小時(shí)站點(diǎn)降水資料，研究分析了吉林地區(qū)暖季冷渦降水期間三種量級(jí)0.1～5 mm/h、5～10 mm/h 和＞10 mm/h 降水的頻次和貢獻(xiàn)的時(shí)空分布特征，主要結(jié)論如下：

（1）總體而言，吉林省地區(qū)暖季冷渦降水存在明顯的日變化特征，降水量和頻次的日變化顯示

一個(gè)單峰特征，峰值主要發(fā)生在下午16～18 時(shí)。就冷渦降水頻次而言，0.1～5 mm/h 和5～10 mm/h量級(jí)冷渦降水發(fā)生頻次最多的年代為2010 年代，次多的為1980 年代，該特征與冷渦多寡的年代際特征一致，說明這兩個(gè)年代內(nèi)冷渦活動(dòng)頻繁較容易產(chǎn)生降水；＞10 mm/h 量級(jí)的冷渦降水發(fā)生頻次最多的年代為2010 年代，其次為1990 年代，再次為2000 年代，這三個(gè)年代均為全球變暖以后的時(shí)段，說明冷渦活動(dòng)誘發(fā)的極端強(qiáng)降水，不僅與冷空氣活動(dòng)關(guān)系密切，同時(shí)與充沛的水汽供應(yīng)關(guān)系更加密切。

（2）就降水貢獻(xiàn)而言，0.1～5 mm/h 量級(jí)降水白天的貢獻(xiàn)空間分布比較一致，均在30%左右，夜間該量級(jí)降水貢獻(xiàn)大值區(qū)在吉林省東部山區(qū)；對(duì)于5～10 mm/h 量級(jí)的降水，其貢獻(xiàn)大值集中在吉林省中部地區(qū)，且白天貢獻(xiàn)大于夜間；對(duì)于＞10 mm/h量級(jí)的降水，降水貢獻(xiàn)大值區(qū)主要位于吉林省中西部地區(qū)，白天貢獻(xiàn)也大于夜間。

（3）0.1～5 mm/h 量級(jí)降水占暖季冷渦降水總量的61%，5～10 mm/h 和＞10 mm/h 量級(jí)降水貢獻(xiàn)比例相當(dāng)均在20%左右，0.1～5 mm/h 量級(jí)降水貢獻(xiàn)減弱趨勢(shì)明顯，而＞10 mm/h 量級(jí)降水貢獻(xiàn)增加趨勢(shì)明顯，5～10 mm/h 量級(jí)降水貢獻(xiàn)趨勢(shì)不明顯；對(duì)于降水量而言，這三種量級(jí)降水均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，且5～10 mm/h 和＞10 mm/h 量級(jí)降水增加趨勢(shì)較大。

本文給出了吉林省地區(qū)精細(xì)的降水時(shí)空分布特征，對(duì)于提高該區(qū)域洪澇災(zāi)害防御能力有積極作用，但對(duì)其發(fā)生、發(fā)展的物理機(jī)制等方面，還需在后續(xù)的工作中利用數(shù)值模式試驗(yàn)來闡述和驗(yàn)證。