为了让读者能尽快了解东北冷涡暴雨的研究概貌和最新研究进展,王东海教授历时多年,数易其稿,撰写了该书。它的出版将对广大从事天气动力学研究特别是对东北冷涡暴雨感兴趣的科研人员及在读的研究生和大学生均有所裨益。

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东北冷涡的研究因其独特的热力动力特性而具有重要的科学意义。它之所以是世界上仅见的一种大气涡旋深厚系统,不仅仅由于它处于特定的地理位置而具有极强的地域性特征,还在于它拥有特殊的三维热力动力配置和独特的形成机理。

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受全球变暖影响,东北地区天气气候极端事件(暴雨洪涝和干旱等)明显增多。以吉林省为例,1747~1962年的两百多年间,曾发生过不同程度的水灾52次,平均每4年发生一次。1998年夏季,嫩江流域和松花江流域更是出现了超历史纪录的特大洪水。由于洪水大,持续时间长,并且地域重复,造成的洪涝灾害十分严重,直接经济损失达千亿元。东北暴雨除了区域性或者特大范围的暴雨之外,更多的是局地性的暴雨。2005年6月10日发生在黑龙江省沙兰镇及周边地区的短时强降水,造成沙兰河洪水泛滥,吞噬了一百多个孩子的生命,举国震惊,世界关注。同日下午,辽宁省朝阳市朝阳县乌兰河硕乡突然出现龙卷风天气,造成9人死亡、14人受伤。暴雨虽然能带来灾害,但是它也是东北地区水资源的重要来源之一。因此,研究该地区的天气气候问题对进一步科学地利用水资源、储水、防洪及保护人们的生命财产安全具有重要意义。

东北冷涡通常指在我国东北附近地区具有一定强度、能维持3~4天、冷空气深厚(至少延伸至300~400hPa)并可产生强降水的高空气旋性涡旋。冷涡一年四季都可能出现,但以5月、6月为最多,3月、4月和8月和较少。

东北冷涡不像西南涡那样,后者的命名仅仅是强调其在我国西南地区,特别是青藏高原或其东侧生成,即“西南”只意味着它们的“出生地”,它们中有相当大一批成员并不待在原地,而是具有向东移出高原的倾向,甚至边东移边发展,以致给长江中下游地区带来暴雨洪涝灾害;因此西南涡的主要活动范围与其说是在“西南”,还不如说是在长江中下游。但东北冷涡的情形就不同了,它们的地域性突出地表现在它们的活动范围往往局限于我国东北地区。本来东北冷涡受制于高空西风带的牵引也是有向东移动的倾向的,但下游地区著名的鄂霍次克海阻塞反气旋时常挡住它们的去路,此时高空的引导气流很难发挥作用,东北冷涡亦就很难离开东北地区。顺便还可以提到,鄂霍次克海阻塞高压与东北冷涡的相互作用有时也会对东北地区的大气环境构成威胁,该阻塞高压的存在往往使东北这个老工业区产生的污染物难以扩散,因此东北冷涡的研究近年不仅是气象界的热门课题之一,同时亦日益受到环境科学界的关注。

大体说来,东北冷涡的形成过程分几种情况。最主要的一种是高空西风槽加深,槽的南部断离母体而形成冷涡,即冷性低涡。这个过程在地面图上常有一锢囚气旋发生,而在其南部暖区内可新生出一个低压。高空冷涡的形成实际上是在冷暖平流的作用下,东移的高空槽移速减慢加深,并被切断为闭合环流的过程。还有一种情况是有两个或更多的低压北上与东北低压合并,高空槽充分加深形成冷涡。如果温带变性后的热带气旋移到东北地区,与东北地区原有的低压合并,也可以形成冷涡。最后,还有早已形成的高空冷涡,从西伯利亚移到东北地区的。

本书力求系统阐述近期东北冷涡及冷涡暴雨方面的研究成果,期望这一系列成果对我国东北冷涡暴雨的进一步研究有重要的推动作用。特别是为预报员提供一些具体的预报指标,如冷涡的发展阶段及应注意的预报区域位置、对流发生时间与移动路径、对流强度等。所有这些对提高东北冷涡强对流降水预报的准确性均有直接的应用价值。本书内容不仅对科研院所、大专院校的科研工作者日后对东北冷涡的研究有指导价值,从社会经济效益角度看,本书还对提高东北冷涡暴雨天气的预报水平及减少东北地区因冷涡引起的暴雨、低温与冷害等防灾减灾方面具有重要意义。因此,本书不但可供大专院校相关气象专业的师生用作教学参考书,而且与国计民生防灾减灾相关的海洋、水文、地质与环境等领域的科技工作者和大学生、研究生均能从中受益。

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过冷涡中心温度距平(等值线,虚线为负温度距平区,单位:℃)和位势高度距平(阴影,单位:dagpm)的经向、纬向垂直剖面图

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东北冷涡发展阶段暴雨三维概念模式图

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2007年7月9日00时至10日12时观测的(a)、模拟的(b)累积36h降水量(阴影,单位:mm)

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东北冷涡各阶段850hPa无旋转风水汽通量[阴影区表示无旋转风水汽通量大于4g/(s·hPa·cm)]

(a)2006年7月20日06TUC;(b)7月22日06TUC;(c)7月22日18TUC;(d)7月23日12TUC

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