夏季东北冷涡气候特征分析

巩宪伟　秦天柱　王冰

摘要 利用1980—2015年夏季NCEP 2.5°×2.5°逐日再分析资料和四平市各县站逐日降水资料。采用气候倾向率、气候趋势系数、小波分析等方法，统计了1980—2015年的东北冷涡气候特征，得出以下结论：东北冷涡夏季年均出现23.4 d，占夏季总天数的25.4%;东北冷涡出现天数和出现频次整体呈现下降趋势，1980—2015年存在1个2年周期，东北冷涡在6月出现最多，7月次之，平均每个东北冷涡过程持续时间约为4.1 d。

关键词 夏季;东北冷涡;小波;分析

中图分类号：P458.1+21.1 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2021）11–0069–02

1 研究的目的及意义

东北冷涡是我国中高纬度环流的重要组成部分，也是我国东北地区所特有的重要天气系统，东北冷涡常常从高空伸展到低空，是较为深厚的冷性系统。东北冷涡的基本定义表述如下：500 hPa 天气图上，35°N～60°N，115°E～ 145°E范围内有闭合等高线，配合有冷中心或冷槽，能够维持3 d或3 d以上的低值环流系统。

东北冷涡气候效应的研究主要集中在其环流形势和时空分布特征2个方面。孙力等[1]利用1956—1990年数据资料，得出结论：4—10月东北地区近40%的时间受东北冷涡影响，尤其是夏季，受东北冷涡影响的天气也超过40%。杨涵洧等[2]定义了东北冷涡偏离指数用来表征东北冷涡强度，得到1981—2010年间平均每年为20 d，约占夏季的22%。刘刚[3]依据孙力定义的东北冷涡标准，采用计算机自动识别的方法，检测出东北冷涡夏季年均出现49 d，约占夏季的一半。目前，对东北冷涡的识别和时间分布得出的结论差异性较大，由于标准基本相同，时间分布特征却存在很大的差。

2 资料与方法

应用的资料：美国环境预报中心和国家大气研究中心联合推出的逐日再分析资料，以及四平气象局提供的四平市各县站逐日降水资料。

采用的方法：气候倾向率、气候趋势系数、小波分析。

气候倾向率可以定义为：

式（1）中，t为年份序列号（t=1，2，…，n）;a0为常数;斜率﹥0表示递增，斜率﹤0表示递减，斜率=0表示没有变化。a1×10表示气候变化倾向率，通常用10年的变化来表示。

气候趋势系数定义为：

式（2）中，n为年数;xi为第i年要素值;为样本均值;=（n+1）/2。rxt为气候趋势系数，正负的变化表示变化趋势为增加或者减少，因此常用此方法计算趋势变化是否显著。

小波分析是近年来的前沿研究方法，它是傅里叶分析的进一步发展。小波分析在各个领域的结构分析中得到了应用，因为其在气象领域的应用有明显的优势。

3 气候特征分析

依据东北冷涡的定义，使用1980—2015年NCEP逐日再分析资料，统计了夏季东北冷涡，共出现东北冷涡天数837 d，平均每年夏季出现23.4 d，占夏季总天数的25.4%，在出现的东北冷涡中，北涡共出现270 d，占总东北冷涡天数的32.3%，中涡占总东北冷涡天数的63.9%，南涡占总东北冷涡天数的4.1%。由此可见，东北冷涡夏季主要受到中涡和北涡的影响。

3.1 年际变化特征

研究统计了1980—2015年夏季东北冷涡出现的频次和天数的分布特征，1980—2015年夏季东北冷涡出现天数呈现波动特征，经过拟合，夏季东北冷涡出现天数变化方程为y = -0.126x + 25.58，总体呈现下降趋势，下降幅度为1.26 d/10 a，经过分段拟合，可以看出1980—1999年呈现2.5 d/10 a的下降趋势，2000—2015呈现2.7 d/10 a的趋势上升。20世纪80年代是夏季东北冷涡出现的高峰期，在经过1994年前后的低值后开始又逐步呈现上升趋势。

对夏季东北冷涡频数也进行了逐年統计，结果表明，频数波动与天数波动趋势相同，总体呈现下降趋势，经过拟合，夏季东北冷涡出现频数变化方程为y = -0.020x + 6.038，下降幅度为0.2个/10 a。夏季东北冷涡出现频数最多的是1986年，为12个，其次是1980年和1981年，均为9个，夏季东北冷涡出现频数最少的是1994年，仅出现1个，可见东北冷涡频数分布特征与天数分布特征较为一致。

从东北冷涡频数小波分析可以看出，在1980—2015年存在1个2年周期，尤其是1980—2000年，2年周期非常明显，2000年后，周期特征有所减弱.从东北冷涡天数小波分析来看，也存在1个2年的周期，也是在1980—2000年间最为明显，后期周期特征减弱。

3.2 月际变化特征

1980—2015年夏季东北冷涡存在年变化的同时，各个月份也存在差异，本研究统计了夏季逐月的东北冷涡出现的总次数，6月是东北冷涡出现次数最多的年份，共出现89次，年平均出现约2.47次，占总数的43.6%，7月是东北冷涡出现次数多的月份，共出现70次，年平均出现约1.94次，占总数的34.3%，8月是东北冷涡出现次数最少的月份，共出现45次，年平均出现约1.25次，占总数的22.1%。

本研究进一步统计了1980—2015年夏季各月份东北冷涡，结果表明：东北冷涡出现天数与出现次数（即频数）有相同的规律，分述如下：6月是东北冷涡天数出现最多的月份，共出现388 d，年平均出现约10.8 d， 占总出现天数的45.1%，7月是东北冷涡天数出现次数多的月份，共出现291 d， 年平均出现约为8.1 d，占总出现天数的33.8%，8月是东北冷涡天数出现最少的月份，共出现181 d，年平均出现约为5.0 d，占总出现天数的21.1%。

3.3 持续时间的分布特征

统计了夏季东北冷涡过程持续天数，结果表明，1980—2015年夏季东北冷涡共出现204个，总持续时间为836 d，平均每个东北冷涡过程持续时间约为4.1 d。其中，北渦共出现70个，总持续时间为270 d，平均每个北涡过程持续时间为3.85 d;中涡共出现123个，总持续时间为533 d，平均每个中涡过程持续时间为4.33 d;南涡共出现11个，总持续时间为34 d，平均每个南涡过程持续时间为3.09 d。由此可知，中涡持续时间最长，北涡次之，南涡持续时间最短。

进一步分析逐月不同冷涡持续天数得出：北涡6—8月持续天数分别为4.2 d、4.1 d、3.7 d，北涡6—7月平均持续时间略高于8月;中涡6—8月持续天数分别为4.6 d、4.2 d、4.6 d，可见中涡6月和8月平均持续时间略高于7月;南涡6—8月持续天数分别2.8 d、4.5 d、2.7 d，可见南涡7月持续天数明显高于6月和8月。

4 结论

统计分析了东北冷涡的年际尺度、月尺度、持续时间，主要得出以下几个结论。

（1）东北冷涡夏季年均出现23.4 d，占夏季总天数的25.4%。

（2）东北冷涡出现天数和出现频次整体呈现下降趋势，1980—2015年存在1个2年周期。

（3）冷涡在6月出现最多，年平均出现约2.47次，占总数的43.6%，7月份次之。

（4）平均每个东北冷涡过程持续时间约为4.1 d。其中，平均每个北涡过程持续时间为3.85 d，平均每个中涡过程持续时间为4.33 d，平均每个南涡过程持续时间为3.09 d。

参考文献

[1] 孙力，郑秀雅，王琪.东北冷涡的时空分布特征及其与东亚大型环流系统之间的关系[J].应用气象学报，1994（3）：297-303.

[2] 杨涵洧，封国林，沈柏竹，支蓉.中国夏季东北冷涡强度的定量化分析[J].大气科学，2012，36（3）：487-494.

[3] Liu G， Feng G L， Qin Y L.Activity of cold vortex in northeastern china and its connection with the characteristics of precipitation and circulation during 1960–2012[J]. Journal of Geographical Sciences， 2015， 25（12）：1423-1438.

责任编辑：黄艳飞

Climatic Characteristics of Northeast Cold Vortex in Summer

GONG Xian-wei et al（Siping Meteorol-ogical Bureau， Siping， Jilin 136000）

Abstract Daily NCEP2.5°×2.5°reanal-ysis data and daily precipitation data of each county station in Siping City from 1980 to 2015 were used. Based on climate trend rate， climate trend coefficient and wavelet analysis， the climatic characteristics of the northeast cold vortex during 1980-2015 were analyzed. The following conclusions were drawn： the annual average occurrence of the northeast cold vortex in summer was 23.4 days， accounting for 25.4% of the total days in summer. The occurrence days and frequency of THE NORTHEAST Cold Vortex showed a decreasing trend as a whole， and there was a 2-year cycle from 1980 to 2015. The northeast cold vortex appeared the most in June， followed by July， and the average duration of each process was about 4.1 days.

Key words Summer; Northeast cold vortex; Wavelet; Analysis