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            東北冷渦——愛折騰的“幕后Boss”

            發布時間:2022年08月05日 來源:中國氣象報社

            專家顧問:

            東北冷渦研究重點開放實驗室主任、

            中國氣象局沈陽大氣環境研究所所長 陳力強

            遼寧省氣象臺副臺長、首席預報員 閻琦

            編者按:“2022年第16號東北冷渦于7月8日08時(北京時,下同)形成,8日08時其中心位于貝加爾湖東部地區(北緯50.3度、東經116.7度),中心位勢高度為562位勢什米……”近日,由中央氣象臺、沈陽中心氣象臺、東北冷渦研究重點開放實驗室共同發布的東北冷渦監測預報公報,就今年第16號東北冷渦信息進行通告。

            我國對東北冷渦的研究始于20世紀50年代,由于監測預報等能力不足,進展較為緩慢。為強化相關研究,推動實現對東北冷渦的精準預報預警,2019年,東北冷渦研究重點開放實驗室(以下簡稱“重點實驗室”)獲批成立;2021年,中國氣象局開始為東北冷渦編號;2022年,第一份東北冷渦監測預報公報出爐……隨著研究不斷深入及預報水平持續提高,東北冷渦的神秘面紗逐步被揭開——


            ????東北冷渦剖白

            什么是東北冷渦?

            按照氣象學名詞解析將“東北冷渦”逐字拆解開來,很容易明白其本質——多發于我國東北地區的、較冷的、旋轉的氣團。

            或者根據其定義展開來說,東北冷渦是多發于我國東北地區的,從地面到6000米上空的一個冷性氣柱,這個冷性氣柱呈逆時針方向不斷旋轉。

            而按照東北冷渦監測標準,出現在北緯35度至60度,東經105度至145度,且持續時間在3天以上的冷性渦旋就可以稱為東北冷渦。

            天氣圖上,東北冷渦在500百帕位勢高度圖中至少存在一條閉合等壓線,并有冷中心或明顯冷槽配合;而在衛星云圖上,東北冷渦特征鮮明,常呈非對稱的渦旋結構,尺度龐大,其伸出的冷鋒云系有時可長達幾千公里。

            當然,這些可能無法完整描述東北冷渦。東北冷渦一年四季都有可能生成,在夏季的活躍度最高。它是個深厚的天氣系統,移動緩慢,維持時間比較長,生命周期平均為3至4天,最長可達十余天。東北冷渦一般分為東北、北、西北、西、西南五條路徑,其中西南路徑最為少見。當低層有暖平流或太陽輻射增溫時,常常形成“上干下濕”“上冷下暖”的不穩定層結,導致暴雨、冰雹、雷暴大風甚至龍卷等強對流天氣發生,這些強對流天氣過程往往尺度不大,但能量很強。

            預報員眼中,東北冷渦就像燒開的一鍋水,大家都明白水泡會冷不丁地炸裂,但又很難判斷哪個水泡會先炸裂。對東北等深受其害的地區而言,它總是時不時闖點小禍,一年四季都不消停。統計顯示,在東北地區,由東北冷渦引發的雷暴天氣最多。

            “小弟”眾多的“大佬”

            冬季的寒潮、春秋季的沙塵大風、夏季的暴雨雷電,一年四季的災害性天氣常常跟東北冷渦掛鉤,甚至遠在華北、江南的災害性天氣也有東北冷渦的影子,東北冷渦冤嗎?

            實際上,這些罪名”并非空穴來風。東北冷渦是一個非常深厚的環流背景,其覆蓋范圍廣、持續時間長,很多災害性強的天氣都是在這個大背景下發生的。冷渦系統一般在大氣中高層,溫度比較低,當冷空氣沿渦旋后部偏北氣流向南侵入時,若遇到低層大氣加熱增溫條件較明顯,就會形成“上冷下暖”的不穩定層結,易形成強對流天氣。且由于大尺度冷渦移動緩慢,類似的天氣可以在同一地點反復發生。

            也就是說,絕大部分的災害性天氣并不是東北冷渦“本人”親自鬧事所致的,而是派出“小弟”——一個個小系統興風作浪,折騰點動靜出來。這些小系統往往尺度不大,持續時間也不長,但威力不小,若在空間上疊加,其破壞性也不容小覷。

            東北冷渦主要影響我國東北地區,引起寒潮、強對流等災害性天氣過程。統計顯示,在東北地區,由東北冷渦引發的雷暴天氣最多,64%的颮線與冷渦過程有關,冷渦引發的冰雹日數更是占東北總降雹日數近一半。

            東北冷渦不僅僅影響東北地區,也會跨區域“作案”,和其他天氣系統聯合,影響華北、華中、華東等地。例如,作為東亞大氣環流的重要組成部分,東北冷渦可以與歐亞中高緯度阻塞高壓、東亞夏季風、西太平洋副熱帶高壓相互配合,共同影響冷暖氣流的對峙位置,進而影響我國夏季的主雨帶分布和移動。

            據閻琦介紹,不同時段東北冷渦活動帶來的影響也不同。4月上中旬,東北冷渦移動速度快、位置偏北,主要影響北方地區,以大風降溫為主,可能伴隨有沙塵天氣。影響期間東北北部多中等強度降水,華北南部有弱對流天氣,以閃電為主,局部伴隨雷暴大風。4月下旬到5月中旬,東北冷渦中心位置相對偏南,其最南影響范圍可達江浙一帶,典型的災害性天氣以風雹等強對流天氣為主。其中,蘇皖北部、華北南部出現極端大風的概率較大,并可能出現龍卷。5月下旬到6月,東北冷渦造成的災害性天氣在北方地區以風雹等強對流天氣為主,可能出現龍卷;南方的災害性天氣則以短時強降水和雷暴大風為主,龍卷出現的頻次也明顯增多。7月到9月,東北冷渦造成的災害性天氣以暴雨為主,這一時段東北冷渦常與北上臺風和季風相互作用,造成強降水,主要影響北方地區,災害性天氣以暴雨為主,東北平原可能出現風雹、龍卷等強對流天氣。

            預報之路仍漫漫

            我國氣象工作者早在上世紀50年代就開始了對東北冷渦的研究,多年來,相關科研與業務取得豐碩成果。

            2019年,東北區域氣象中心組建重點實驗室,聚焦東北冷渦對東亞氣候的影響機理及氣候異常預測方法、東北冷渦強對流天氣機理及預報預警方法、東北典型災害性天氣機理及預報預警技術和中高緯度區域中尺度數值天氣預報等關鍵技術,力圖在東北冷渦預報預警精準化上尋求突破。

            結合東北冷渦預報預警業務和服務需求,實驗室組織搭建了“東北冷渦強降水預報技術業務集成平臺”,功能包括冷渦暴雨個例查詢、冷渦研究成果查詢、冷渦自動識別、冷渦暴雨預報和冷渦暴雨檢驗。該平臺在國內首次實現了對東北冷渦的業務定義和編號監測,在全國范圍內開展東北冷渦的預報預警業務,為強對流天氣預報提供關鍵技術支撐。

            重點實驗室針對冷渦強降水和強對流預報難題,利用自動氣象站觀測資料訂正國家級智能網格實況資料,建立地面氣象要素格點實況分析系統,輸出10分鐘、1千米分辨率的地面氣象要素分析產品。

            應用改進光流法外推預報產品和本地最優化定量降水預報算法,研發0至2小時降水外推預報技術;基于雙線性插值方法,將睿圖東北模式處理成0至2小時逐小時滾動更新的預報產品,為冷渦強降水的監測提供技術支撐。

            基于降水分區和天氣分型,以及數值模式降水消空技術,開展多模式的降水預報集成研究,建立遼寧省智能網格降水預報技術體系和預報產品。

            基于東北冷渦強對流天氣預報技術指標、多源資料以及雷達外推、本地最優化法QPF技術動態,訂正強對流潛勢預報結果,形成短時強降水等分類強對流天氣預報產品,改進遼寧省智能網格降水和強對流預報質量。

            開展東北冷渦規律和影響機制分析技術研究,研發次季節-季節尺度東北冷渦日數的客觀化氣候預測方法;基于多源模式產品的應用,建立東北冷渦月、季客觀化預測模型;定義東北冷渦南渦和北渦強度指數,并確定南渦和北渦的大氣環流因子和外強迫因子及外強迫因子與大氣環流因子的關系,揭示南渦和北渦的異常成因機理,并采用數值模式敏感性實驗對其機理進行模擬驗證。

            完成東北冷渦年鑒編制,分析冷渦過程的環流形勢、降水總量、降水日數、強對流天氣、移動路徑圖表。篩選1961—2020年東北冷渦過程,建立東北冷渦多源監測數據庫,包括常規及非常規探測、短時大風等災害性天氣實況資料和災情資料。

            申報氣象行業標準1項,吉林省地方標準1項,開展東北冷渦野外觀測試驗兩次,為東北冷渦的業務和科研工作的逐步開展積累了基礎。

            ……

            近年來,靶向攻關快速推進——

            2021年,中國氣象局出臺《東北冷渦科研業務能力提升工作方案(2021—2025年)》,以進一步提升東北冷渦及其高影響天氣的精準預報預測能力。

            2022年,重點實驗室聯合中央氣象臺、沈陽中心氣象臺對東北冷渦正式開展編號,并于4月5日發布了第一期《東北冷渦實時監測預報公報》,提供了實時監測、未來24小時具體預報、未來48至72小時趨勢預報及服務等內容,并配有東北冷渦路徑預報圖、全國降水量預報圖、雷暴大風、冰雹、短時強降水及大風降溫預報圖等,各類信息一目了然。

            雖然我們至今仍無法做到對東北冷渦的100%預測,但隨著更多資源和力量的投入,源頭科技支撐更加有力,對東北冷渦誘發災害天氣的監測和預報預警能力還將進一步提高。

            預報之路漫漫,但相信,終有一天,東北冷渦將被永無懈怠的氣象工作者徹底捕獲。

            (作者:張藝博 王美麗 馬東雷?責任編輯:張明祿)

            每天都是被C着醒的双性