本文關鍵詞： 東北冷渦 客觀識別 時空分布 持續(xù)活動 環(huán)流特征 強度指數 東北降水 阻塞高壓 流型配置 能量傳播　出處：《蘭州大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：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生重要影響。因此,21世紀初葉,我國學者開始研究并且明確提出東北冷渦“氣候效應”這個科學問題,豐富了東北冷渦理論研究的內涵。以往有關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1960-2012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量化方法,揭示其活動的天氣與氣候尺度特征,以此為基礎進一步豐富其活動的“氣候效應”,并開展基于冷渦因子的東北地區(qū)月降水預測應用研究。其次,運用同樣方法給出亞洲阻塞高壓活動的數量化檢測結果;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)展和消亡的過程機理。主要結論如下:(1)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 h Pa)均呈近半球尺度的波列分布特征;5-6月和7-8月冷渦活動特少年與特多年差值合成場分布相近,均呈現顯著的南北向"+、-"波列分布,正負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,該波列對應高度層風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。(2)基于東北冷渦活動時間持續(xù)性探討冷渦持續(xù)活動標準,通過強度指數進行定量描述,該指數對冷渦持續(xù)活動過程具有較好表征意義。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,強指數年冷渦系統(tǒng)較深厚,集中于對流層中高層,冷心結構明顯,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,西風帶呈現明顯的上游分流和下游匯合特征,分匯流之間呈現出東北高、西南低的偶極子阻塞形勢;6月弱指數年冷渦系統(tǒng)較淺薄,主要集中在對流層中低層,冷心結構不明顯,不存在阻塞形勢。(3)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,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關系。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。(4)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”產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學特征。(5)基于多視角刻畫的冷渦活動因子序列,結合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年的月降水預測應用研究,另一方面將冷渦因子序列納入fodas降水預測系統(tǒng)中,進行2003-2012年共計10年的降水回報預測檢驗。降水預測應用結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,得到較好的預測效果。fodas系統(tǒng)降水回報效果良好,預測結果均能進行穩(wěn)定的正訂正,絕大多數指數訂正結果高于系統(tǒng)自身系統(tǒng)訂正值。通過預測應用研究,較好體現表征冷渦不同特點的冷渦指數在東北地區(qū)降水預測中的不同特征,同時為東北地區(qū)降水預測提供定量化指數產品,為進一步開展東北地區(qū)月降水預測工作提供一定理論和技術支撐。(6)冷渦活動受上下游阻塞系統(tǒng)的影響顯著,阻塞高壓活動有利于冷渦的維持和加強。阻高活動位置的不同對冷渦位置強度影響存在差異,二者不同配置所造成的東北地區(qū)降水亦存在差異,冷渦與不同類型阻塞形勢配置下對我國東北地區(qū)降水均為正貢獻,且以鄂霍次克海阻高與冷渦共存下更有利于東北地區(qū)產生降水。冷渦活動強,副高脊線位置偏南,西風指數偏強,冷渦活動弱,副高脊線位置偏北,西風指數偏弱。冷渦活動偏多年烏山阻高和鄂海阻高活動盛行,烏拉爾山-鄂霍次克海雙阻型阻塞形勢存在有利于東北冷渦的維持和發(fā)展,烏山-鄂海雙阻活動在1977年前后發(fā)生顯著突變,突變后雙阻活動天數呈顯著減少,突變前(后),烏拉爾山與鄂霍次克海阻塞高壓活動呈現同(反)位向變化。雙阻活動氣候學特征表明,突變后烏山-鄂海雙阻特征更強,反映雙阻活動強度相對偏強特征。雙阻活動能量傳播以低層向高層輸送為主,突變后,烏拉爾山至鄂霍次克海的能量傳播由突變前的向低緯傳播為主轉為向高緯傳播為主,并為雙阻間低值系統(tǒng)發(fā)展提供能量,即雙阻活動有利于東北冷渦系統(tǒng)的維持和發(fā)展。
[Abstract]:Necv is high active in high latitude regions of East Asia to cut off the cold, a cold vortex process for 3-5d, is the scale system. However, the frequent process of northeast cold vortex in Northeast Asia, often have an important impact on climate anomaly in eastern China. Even so, at the beginning of the twenty-first Century, Chinese scholars began to study and put forward a clear necv "climate effect" of the scientific problems, enrich the connotation of the necv theory. The northern hemisphere high latitude blocking theory research situation, mostly blocking high mainly. By utilizing the daily precipitation data 1960-2012 national meteorological stations during 1948-2012 NCEP/NCAR reanalysis data and daily meteorological information center provided by the state, mainly from the activities of the necv anomaly as the main body of the first, study how to use the machine number automatic identification method, revealing its activities The characteristics of weather and climate scale, as a basis for further enrich the activities of the "climate effect", and carry out the research and Application on the prediction of monthly precipitation in Northeast Cold Vortex based on factor. Secondly, the number of test results using the same method given Asian Blocking activities; on the northeast cold vortex and blocking configuration, especially focusing on the in high latitude blocking flow pattern (in Ural mountain and the sea of Okhotsk double blocking type) interaction between the two and the northeast cold vortex and its formation, development and extinction mechanism. The main conclusions are as follows: (1) the activities of the necv 5-8 months are 1948-2012 years of weather process, analyze the statistical characteristics, the necv activities based on 3-6d, the main located in 121o-131oE, 48o-53oN interval; necv occurrence frequency and activity days were significantly increased.5-6 and 7-8 months necv activities for high From the main abnormal areas of flat field and special juvenile synthesis in opposite phase distribution, and the phase characteristics in the troposphere, high (200 hPa, 500 h Pa) showed wavetrains characteristics of near hemisphere scale; 5-6 and 7-8 months, and special juvenile necv activities similar difference distribution were synthesized for many years, significant north-south "+, -" wavetrains, positive and negative wave are located in the Northwest Pacific and the Okhotsk Sea and the Bering Sea region, the relative position of the corresponding wave height wind in abnormal years cyclonic and anticyclonic circulation.7-8 Month activities of the necv, Bay Lake to the Okhotsk High and cold vortex in Northeast China many at the same time, the abnormal years, Tony Lake to the Okhotsk High is not popular, the majority occurred in order to prevent high first cold vortex (2). The activities of the necv duration of cold continuous activities based on the strength index of The amount of description, the index has good significance for the characterization of cold vortex process. Cold vortex activity continued strong in May, Ural mountain and Lake Baikal blocking situation significantly, in June the Okhotsk Sea blocking situation significantly, 7 mid high latitude blocking flow is not significant, the August Ural mountain Okhotsk Sea double blocking action is evident. Especially in June, strong cold index the system is deep, concentrated in the upper troposphere, cold heart structure is obvious, with a certain barocline feature; high cold center, with lower temperature trough in the upper level westerly, and present upstream and downstream diversion confluence characteristics, split between showing the Northeast high, southwest low dipole blocking situation; in June the index system with a weak cold vortex, mainly concentrated in the middle and lower troposphere, cold heart structure is not obvious, there is no congestion situation. (3) the geographical distribution characteristics of cold vortex activity based on the circulation The persistent anomaly of the cold vortex persistence is a new definition of generalized "vortex", described by quantitative, generalized "cold" intensity index, the activities of the necv exhibit significant interannual and interdecadal periods of oscillation in the "cold vortex" generalized intensity index, describe the frequent and atmospheric weather process circulation characteristics, and Northeast China in early summer (5-6 months) and summer (7-8 months) has a good corresponding relationship between the cold vortex precipitation distribution. The generalized "vortex" activities of strong (weak), Eurasian mid high latitude circulation features are (not) to necv formation, development and maintenance of 7-8 month, East Asia (not) to form is conducive to the circulation of South northward transport of water vapor. In early summer (not) popular in the Ural mountain blocking situation, summer (not) in the sea of Okhotsk blocking situation; subtropical area is smaller (larger), northward time is late (early), There is (not) to maintain the northeast cold vortex. (4) early summer (5-6 months) necv precipitation accounted for the total rainfall of 62.5%, annual precipitation and precipitation period change cold vortex has good consistency; Northeast summer precipitation and precipitation in the northeast cold vortex decomposition of EOF main mode is very similar, are similar four spatial distribution type, namely "the ones", to the Northeast Plain as the boundaries of the "northeast southwest", "small northeast southwest" and "the little". It has great influence in the northeast area of summer precipitation in cold vortex "cumulative effect" and even determines the whole northeast summer precipitation and the characteristics of spatial distribution, can reflect the overall characteristics of summer precipitation anomaly in Northeast China. In order to further reveal the climatic characteristics of the activities of the necv. (5) based on the multi angle characterizations of the necv activities by sub sequence, combined with 5- The monthly precipitation in August in Northeast China, research and Application on the prediction of monthly precipitation in Northeast China to carry out a total of 3 years 2012-2014 years, on the other hand will be incorporated into the fodas vortex factor sequence precipitation forecast system, rainfall return 2003-2012 years a total of 10 years. The application of prediction of precipitation forecast test can reflect the temporal and spatial distribution of precipitation and precipitation the distribution characteristics and get good prediction results of.Fodas precipitation return to good effect, it can be revised forecast results stable, most index is higher than the revised system of own system correction. Through the application of prediction, better reflect the different characteristics of the different characteristics of the cold vortex characterization of cold vortex index in the precipitation forecast in Northeast China, and Northeast China precipitation forecast provide a quantitative index of the product provides a theoretical prediction to further develop the work of monthly precipitation in Northeast China And technical support. (6) effects of cold vortex activity by the upstream and downstream blocking system significantly, is conducive to maintaining and strengthening the high cold vortex obstruction. Different blocking activities influence on the position of the cold vortex position of strength, the two northeast precipitation caused by different configuration are also different, and different types of vortex blocking configuration the Northeast China precipitation are positive contribution, and the Okhotsk High and cold vortex in Northeast China under the coexistence of more conducive to produce precipitation. Cold vortex activity is strong, the position of subtropical high ridge line south westerly strong, cold vortex activity weak, ridge line of the subtropical high North westerly index. The weak partial Ukraine necv activities for many years blocking high and the Okhotsk High popular activity, maintenance and development of Ural mountain and the sea of Okhotsk double blocking blocking situation is conducive to the northeast cold vortex, Wushan - e sea double blocking activity in 1977 before and after the occurrence. The mutation, mutation after double blocking activity days was significantly reduced, the mutation before (after), Ural mountain and the Okhotsk High activity showed the same orientation changes. (trans) showed that the double mutant resistance activity climatology, Wushan - Hubei haishuang resistance characteristics is stronger, reflecting relatively strong strength of double movable double features. Stop activity energy spread in low level to high level transportation, mutation, energy spread of Ural mountain to the sea of Okhotsk by mutations of the former to the low latitude to high latitude spread mainly to spread, and double resistance between low energy system development, maintenance and development of double resistance activities conducive to the northeast cold vortex system.

【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P461.2

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本文編號：1449770