一次东北冷涡降水的过程分析

一次东北冷涡降水的过程分析

彭力

河北省唐山市丰南区气象局，河北唐山 063300

摘要：本文采用2008年全国730站的逐日降水资料,结合 NCEP/FNL6h一次的再分析资料，对2008年3月23日—28日一次东北冷涡降水天气，从大尺度环流背景，降水影响系统，水汽条件，涡度散度，假相当位温等其他方面进行诊断进行分析，结果表明，此次冷涡过程是由上游小槽东移发展而成，被上下两阻塞高压切断达到发展成熟；通过对冷涡发展过程中涡散度剖面分析，发现冷涡发展过程中，冷涡中心和正涡度中心有着很好的对应，冷涡发展初期低层辐合、整层上升，成熟阶段整层辐合上升运动与冷涡的发展十分吻合；此次冷涡降水的产生，伴随着良好的水汽条件，24-25日大值区域的降水均由锋面所致，其中，24日大值区域降水与对流不稳定有关。

关键词：东北冷涡；降水；诊断分析

一引言

1东北冷涡的定义

东北冷涡的基本定义如下:500hPa天气图上,(35°N～60°N,115°E～145°E)范围内，有一条或一条以上闭合等高线,并且有冷空气和明显的冷槽配合，维持3天或以上的冷性漩涡，定义为东北冷涡。

2东北冷涡简介

东北冷涡(NECV)是东亚大气环流的重要组成部分，也是我国东北地区特有的天气系统,是造成东北地区低温冷害、持续阴雨、洪涝、突发性强对流天气的重要天气系统,对东北地区的天气气候有重大影响[1]。

极地是东北冷涡形成的冷空气源地，东北冷涡形成于贝加尔湖附近，一边旋转一边东移，在移动过程中不断发生变化，有时加深，有时填塞，它途经我国东北地区，然后移向勘察加半岛。东北冷涡是在东亚阻塞形势下于东北地区发生的较为深厚的冷性低值系统，其空间与时间尺度比低涡、西南低涡等要大一些，一年四季均会出现，其中以初夏和盛夏出现频率最高。它的基本环流特征是对流层中高层为闭合系统,由中高纬度基本西风气流中的深槽向低纬完全分离,在东北区域上空形成东北冷涡；东北冷涡的形成与大型环流的分布和演变有密切关系,极涡、副高、印巴低压、青藏高原高压、北非高压等系统的有利配置是各类阻塞形成的根本天气学条件;东西两半球的桥式打通必然导致大气环流的异常,阻塞形势的建立,引发东北冷涡的形成。

东北冷涡的生命周期一般为5～7d,但主要集中在夏季，尤以6月最多，因此它是一个一年四季都出现天气尺度的系统。在中高纬行星波的发展过程中，高空冷槽不断向南加深，与极地冷源的联系会被低纬暖气团所切断，在纬向平均西风带的南侧，将会形成一个闭合的冷性涡旋中心，这就是切断低压，在我国，最常见的切断低压就是东北冷涡。它是一种深厚的冷性高空涡旋，常使受它控制地区的气层呈“上冷下暖”的配置，造成气层的不稳定，产生强烈的对流性天气，甚至带来冰雹、暴雨、低温冷害及连阴雨等灾害性天气[2]。从地域上看，东北冷涡不仅对东北地区的天气气候有着很大影响，而且可引导高纬度地区冷空气南下，影响中低纬度地区；从时间上看，持续的东北冷涡活动，不仅影响到中短期天气，而且对长期天气也有着重大影响。东北冷涡是一种深厚的冷性高空涡旋，常使受它控制地区的气层呈“上冷下暖”的配置，造成气层的不稳定，产生强烈的对流性天气，甚至带来冰雹、暴雨、低温冷害及连阴雨等灾害性天气[3]。

3东北冷涡研究现状

陶诗言在1980曾指出过东北低压或冷涡型是我国主要暴雨的大形势之一,经常给我国东北、华北北部带来暴雨或雷阵雨。钟水新[4]得出东北冷涡是大尺度环流形势在东北特定条件下的产物，它是具有深厚冷中心结构的低涡系统，干冷侵入对冷涡的发生、发展具有重要的作用，冷涡系统在配合有利的下界面情况下，常带来大范围的持续性降水。梁红[5]等发现东北冷涡与鄂海阻塞高压之间有较好的负相关关系,鄂海阻高加强,东北冷涡也会加强，东北冷涡的形成、发展、滞留与鄂海阻高的维持是密切相联系的。

Doswell[6]得出与深对流系统联系最为密切的三个因子:(1)对流层低层有足够的湿层;(2)有较大的直减率,从而保证在热力图解上有大片的正面积区;(3)要有足够的抬升力使气块能从湿层到达自由对流高度；东北冷涡作为深厚的冷性对流系统，对流运动的产生与以上因素相关。

Hsieh(1949)[7]分析了与高空冷涡相联系的降水落区分布:构成冷涡的云系以对流云为主,多位于冷涡中心的东侧；Hsieh并从动力和热力方面描述了冷涡对流系统最基本的配置,有下两点:1)冷涡东侧为正涡度平流区,由于冷涡平流的强迫作用,导致大尺度流场为上升运动区,是云雨发展的重要条件;2)冷涡东边的低层大气中有能量很高的气团舌状流入,形成一个舌状的位势不稳定区域,造成了冷涡东侧有利于对流云发生的重要条件。

孙力等(2002)[8]的研究发现,冷涡由于东侧阻高的存在，上升气流得到充分发展,该上升气流自西向东倾斜,而系统中心及其西侧由于对流层中高层大范围和较强的西北下沉气流,上升运动受到抑制。从涡度、散度和螺旋度等物理量来讲，相对冷涡中心呈非对称分布,东侧低层辐合和高层辐散，涡度远大于西侧,加上高能湿舌轴线和水汽通量极大值分布于这一区域,使得冷涡中心东侧成为强降水区域。

低空急流在冷涡降水中起着关键作用。低空急流与暴雨的出现关系十分密切,绝大多数暴雨过程伴有低空急流(陶诗言,1980)。高空急流入口、出口区与低空急流的相对位置很大程度上决定了强天气降水的落区分布,低空急流的出现和冷涡对流层中的深厚程度有密切的关系,它不与夏季季风系统相联系,大多是低涡本身的产物(杨红梅等,1993)[9],低空急流在冷涡天气中起着关键的作用。实际上,有半数的冷涡系统不会产生对流天气,习惯称干冷涡,因此低空急流及其水汽成为冷涡暴雨发生的重要条件。低空急流不仅是水汽的来源,而且能为冷涡暴雨提供热力或动力不稳定条件。研究表明,中尺度低空急流带来的水汽输送和水

汽辐合使850hPa以下达到准饱和状态,对强对流风暴的发生发展提供了低层湿层的条件。假如没有其他天气系统配合,不建立天气尺度的低空急流,东北冷涡将难以产生区域性强降水天气。

特定的环流形势和充沛水汽能够产生区域性暴雨；持续的大范围的低涡暴雨过程和亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、西太平洋副热带高压的位置及夏季风和低纬系统的水汽输送有着密切的联系(乔枫雪等,2007)[10]。

4 2008年3月24-28日冷涡天气简介

由于东北冷涡是个深厚的天气系统，移动缓慢，维持时间比较长，其影响一般为3～5天，甚至更长，俗话说，“东北冷涡性无常”，在东北冷涡的影响下，可能出现低温、连阴雨、冰雹和雷雨大风等强对流天气，造成灾害。2008年3月24-28日东北冷涡生成后自内蒙东部45°N向东南移动，冷涡中心在吉林东南部维持了4天，造成了辽宁持续5天的连续性小雨或雨夹雪天气，同时气温明显下降。24-28日全省平均降水量4.5毫米，排历史同期第六位。冷涡影响期间平均气温为4℃，较前期下降了2.4℃。

冷涡密集区初春主要出现在东北平原的北部，大约位于北纬52度左右，且呈纬向分布。另一个主要的密集区位于东北平原的中部和西北日本海沿岸。一般情况下，出现在北纬40-45度区域内的东北冷涡常常给辽宁带来连续几天的间断性降水、持续多日的气温下降天气，40-45度区域内的东北冷涡在初春时节出现频率较低。从东北冷涡的统计分析资料来看，初春季节出现如此偏南且维持时间较长的东北冷涡实属历史少见，历史上较相似的个例有：1975年3月29～31日、1994年3月24～25日、1997年3月29～30日。

二资料和方法

本文采用 2008年全国730站的逐日降水资料,结合 NCEP/FNL6h一次的再分析资料对2008年3月23日—28日一次东北冷涡天气过程从其结构特征高低层配置、涡度和水汽收支等不同角度进行分析，本文采用的范围取为: (35～60°N , 115～145°E) 。

三冷涡过程简述

此次东北冷涡天气过程从2008年3月23日08时开始，至3月28日20时消亡结束，按冷涡发展强度变化，将冷涡天气过程分为：初期发展阶段(3月23日08—23日20时)，发展成熟阶段（3月24日08-26日20时），消亡阶段[11](3月27日08-38日20时)。