1、基于客观识别的东亚区域温带气旋活动及其气候效应的研究综述 周洁雯 卢楚翰 孙燕 南京信息工程大学大气科学学院 江苏省气象科学研究所 摘 要： 温带气旋是影响我国天气气候变化的重要系统, 对东亚区域气旋活动及其气候效应的研究有助于加深东亚地区天气气候变化机理的认识。本文回顾了东亚气旋的识别方法、变化规律及气候效应的研究, 主要进展如下: (1) 1990 年代以后, 自动识别方法逐步替代了人工识别, 各类算法对天气尺度气旋表达较好, 但对多中心结构的温带气旋以及中小尺度气旋的识别和追踪能力还有待提高; (2) 东亚气旋的尺度、性质、路径具有明显的多样性, 气旋活动过程中的性质转变以及多尺度相互作
2、用等方面近年来受到明显重视; (3) 东亚气旋活动与区域气候异常以及伴随的强降水、大风等灾害性极端天气气候事件有密切联系, 气旋区的识别和追踪有助于定量研究气旋演变与极端天气事件之间的局地联系。关键词： 温带气旋; 自动识别; 灾害性天气; 作者简介：周洁雯, 女, 硕士研究生, 研究方向为大气环流与短期气候预测.E-mail:zjw_。作者简介：卢楚翰, 博士, 副教授, 研究方向为大气环流异常及极端天气气候.E-mail:。收稿日期：2017-06-05基金：国家自然科学基金 (41575081) Review of Extratropical Cyclone Activities ove
3、r East Asia and Its Climatic Effects Research Based on Objective IdentificationZHOU Jiewen LU Chuhan SUN Yan College of Atmospheric Sciences, Nanjing University of Information Science and Technology; Jiangsu Institude of Meteorological Sciences; Abstract： The extratropical cyclone plays an important
4、 role in regional weather and climate changes of China. The studies of cyclone activity over East Asia and its climatic effect are helpful to improve our understanding about the mechanism of weather and climate change in East Asia. This paper reviews briefly the advances in recent research on the id
5、entification methods, activity characteristics and their associated impacts of extratropical cyclone over East Asia. The main progresses are as follows: ( 1) The automatic identification methods about extratropical cyclone had been gradually replaced the early manual identifications since the 1990 s
6、 with computer technique improving. The automatic identification methods showed good performance on synoptic scale cyclone activity, but the improvement of identification and tracking to multi-center or meso-scale cyclones was still a big challenge. ( 2) The cyclone activities over East Asia showed
7、obvious diversity including the scale, property and paths. Furthermore, the events of merging, splitting and interaction between multi-scales cyclones occurred frequently over East Asia. The property transition of cyclones and multi-scales interactions during the lifecycle had been paid more attenti
8、on in recent years. ( 3) The cyclones over East Asian play a substantial role in affecting the regional weathers and climates. The changes of cyclone activities over East Asian not only caused the anomalies of precipitation, temperature, wind and other atmospheric factors, but also accompanied with
9、extreme weather and climate events such as heavy rainfall, strong winds, blizzards, etc. The identification and tracking of cyclone feature areas was helpful to study quantitatively the local associations between the evolution of cyclone and the extreme weather events.Keyword： extratropical cyclone;
10、 automatic identification; disastrous weather; Received： 2017-06-05引言东亚气旋是影响区域天气气候变化的重要系统之一, 其活动区域自中国内陆温带地区延伸至西北太平洋海域, 且一年四季均有发生, 活动范围广。东亚地区作为世界人口最密集、工农业生产高度集中的区域, 气旋活动对该区域天气气候影响甚大。近年来, 由于受气旋活动频繁影响, 东亚地区极端强降水、持续性连阴雨以及沿海大风等灾害性天气气候事件时有发生, 造成的损失随着经济的迅速发展而呈明显上升趋势。据统计, 我国海上渔汛期发生的重大海损事故中三分之二由气旋大风造成1。20 世纪
11、下半叶以后, 国内外许多学者对东亚气旋进行了多方面的研究。吴伯雄等2在前人研究的基础上对东亚移动性温带气旋的发生、出现频数、移动路径及生命周期等气候特征进行了统计。随着相关记录的充实, 东亚气旋的空间结构及其演变规律备受关注。此外, 天气尺度气旋的识别及追踪方法一直是国内外研究热点3-4。本文将对 20 世纪 90 年代以后东亚区域气旋活动及其气候效应的研究动态进行回顾。1 温带气旋的客观识别1.1 识别方法的发展早期气旋系统识别依靠人工经验分析, 因主观、耗时及结果缺乏一致性而被逐步淘汰。随着计算机技术的引入以及全球再分析资料的陆续发布, 基于欧拉观点的自动识别方法得到广泛应用, 该方法通常
12、利用带通滤波提取特征频带, 如2.06.5 d 的扰动信号, 并以其方差作为扰动强度5-6, 其优点在于计算简便, 能识别某个频带上的综合扰动特征, 不仅包括气旋/反气旋等闭合气压系统, 还包含低槽、切变线等天气尺度扰动。倘若专门针对气旋系统识别, 拉格朗日观点则更为适用。尽管拉格朗日方法在识别对象时, 选取特定的标准参数具有一定的主观性, 但能获得更为全面的气旋属性和特征。RICE7首先基于拉格朗日观点, 在处理格点数据时开发了客观判断温带气旋的算法。1990 年代以后, 基于拉格朗日 (个体变化) 的气旋尤其是温带气旋的客观识别方法和特征信息获取成为关注的新热点8-14。其中, 应用客观判
13、定和追踪方法开展东亚气旋活动的研究集中在 2000 年以后11,14-17。气旋客观识别方法的发展使得客观分析温带气旋变化以及利用气候模式模拟和预估温带气旋成为可能3。与欧拉方法相比, 基于拉格朗日方法的自动识别算法相对复杂, 识别和追踪气旋的效率偏低, 但随着计算技术的提升其得到了逐步完善。当前, 主流的识别算法多以天气尺度气旋为识别对象, 主要基于气旋中心点位置和强度的变化。气旋中心点依据最小局地气压值或最小气压拉普拉斯项的位置确定, 通过空间滤波或限定气旋的最短生命周期实现温带气旋的判别18-19。近年来, 对气旋的识别和追踪对象从气旋 (中心) 点扩展至气旋影响区9,20-21以及气旋
14、体22。这一方面有利于从整体上把握气旋的影响范围和强度特征23-24, 从而便于划分气旋尺度;另一方面对气旋结构的准确表达能够降低气旋判别和追踪结果的不确定性13,21。其中, 气旋区可近似定义为中心点外围零值涡度线包围的区域23或气旋中心点临近的 1 000 km 区域25或以气压梯度零值点的位置至中心点之间距离作为气旋近似半径所包围的区域26-27。最近, 基于气旋最外围等值线方法提出了一种基于新混合网格的气旋区二维识别及追踪方法, 这对于获取高纬度地区的气旋活动规律以及短生命期的致灾风暴具有较好的性能28。1.2 面临的挑战尽管各种自动识别方法能够客观、高效地识别温带气旋的长期活动, 但
15、由于温带气旋时常具有复杂的形状和结构, 一些不闭合的低槽或者具有多中心的成熟气旋的出现往往增大了基于中心点的气旋识别和追踪过程的不确定性13。如2012 年夏天的超级北极气旋29, 基于气旋中心点与基于二维气旋区的识别方法对气旋生成早期的识别路径存在较大差异 (图 1) 28, 前者在早期识别出一个不闭合且位置更偏南的低压系统, 而后者识别的气旋和路径与人工识别的闭合系统路径更为吻合, 即该路径上系统始终闭合;前者识别的系统中心气压只在 2 个不同系统合并后才突然下降, 明显受到位置偏北的闭合气旋 (后者识别) 影响。NEU 等19利用统一资料对目前广泛应用的 15 组温带气旋自动识别和追踪算
16、法进行综合评估, 发现不同算法结果具有较大差异, 尤其对尺度较小、强度偏弱的气旋系统的识别不确定性最大。造成结果差异的原因主要与各算法对温带气旋复杂结构的表达能力以及不同识别要素和参数选取的差异有关。此外, 影响不同地区的气旋属性也存在差别。如东亚地区, 温带气旋、局地热低压和季风型气旋共同存在30。图 1 2012 年 8 月超级北极气旋的移动路径 (a) 及对应的中心海平面气压 (b) 28 (蓝色等值线为 8 月 6 日 18:00 (世界时) 的 850 h Pa 位势高度场 (单位:gpm) , 且等值线间隔为 20 gpm;灰色阴影为气旋影响区;红线为基于二维气旋区识别方法的路径
17、(T1) , 绿线为基于气旋中心点识别方法的路径 (T2) ) Fig.1 The moving tracks of the Great Arctic cyclone in August 2012 (a) and corresponding central sea surface pressures (b) 28 (The blue lines for the geopotential height field on 850 h Pa with 20 gpm interval at 18:00 UTC 6 August 2012 (Unit:gpm) , the grey shadows fo
18、r the detected cyclonic areas, the red and green lines denote the trajectories of cyclone based on two-dimensional cyclone area and cyclone center point identification methods, respectively) 下载原图需要指出的是, 许多气旋自动识别算法通过最短生命周期滤除局地热低压和不闭合低压系统。然而, 一些短周期的切断低压、中尺度气旋往往会造成较大的局地影响, 如 2009 年 12 月上旬在葡萄牙登陆的 XOLA 风
19、暴, 其瞬时风速达39.4 ms-131。中尺度气旋的频繁发生, 对局地气候异常产生重要影响32。HEWSON 等33-34指出 29%的大西洋地区气旋生命周期在 1 d 以内。春季影响我国江淮地区的气旋中, 次天气尺度气旋发生频率占 68.6%35。在近期的中纬度风暴诊断比较计划 (intercomparison of midlatitude storm diagnostics, IMI-LAST) 中, HEWSON 等34特别关注中尺度气旋结构, 认为 ERA-Interim 再分析资料对于中尺度气旋表现较好, 但对风暴气旋迅速增加的描述较差。此外, 采用中心点识别方法时, 在气旋中心点
20、的邻近区域容易出现许多不闭合的局地低压点, 往往利用设定的搜索半径合并邻近区域最低值点。但当多个独立的闭合中、小尺度气旋系统位置靠近时, 需要将它们加以区分。因此, 有必要建立和利用具有中尺度气旋识别能力的自动识别算法来加深热带外地区中尺度气旋活动变化的研究。2 气旋活动特征量的定义及应用为掌握气旋的演变规律, 需要提取不同的气旋特征量。其中, 确定气旋中心点位置是气旋识别和追踪的基础。在确定气旋中心位置的同时也应注意可能存在的不闭合系统36。基于气旋中心点位置及其中心气压, 可提取气旋的生成源地、消亡地37、生命周期38、发展率39等特征量及其地理分布和区域差异。值得注意的是, 在背景场气压
21、普遍较低时, 气旋中心点强度不能很好地代表气旋的整体强弱23。因此, 可考虑通过空间滤波或限定气旋的最短生命周期实现对天气尺度气旋的判别, 并在识别前先滤除行星波尺度以上的背景场18。此外, 以气压场或低层位势高度场识别气旋中心时, 容易受到分辨率的影响, 分辨率低的资料对小尺度气旋或处于初始生成阶段的气旋识别能力较弱20,40;而以相对涡度识别气旋中心时, 受分辨率影响较小18, 但当水平分辨率高于1时易出现许多小尺度的特征区41。为获取更丰富的气旋结构及变化特征, 以气旋系统为识别对象, 进一步定义、分析基于气旋影响范围的特征参数 (面积、深度等) 随气旋演化的变化特征。然而, 不同研究对
22、于气旋系统范围的识别判据存在一定的差异。如SINCLAIR23选取的特征量为相对涡度零值线内的整体涡度强度;SIMMONDS26以气旋中心临近的区域气压拉普拉斯正值区为气旋区;RAIBLE 等25则是选取气旋周边 1 000 km 范围内的整体梯度来表征气旋强度, 但在确定其系统边界时存在一定的难度。气旋范围的界定有助于从整体上把握气旋的影响面积及其相应的气旋强度。QIN 等35利用气旋影响区域和整体深度定义了气旋强度指数, 发现其较气旋中心气压指数更能代表区域气旋活动的强度变化特征。由于一些气旋在遇到地形或局地加热不均时容易出现非规则圆的复杂外形, 因此 WERNLI 等20提出了基于最外围
23、闭合等值线的气旋区识别方法, 其优点在于能够直观地描述气旋的具体形状, 有助于直观、准确地界定气旋影响范围, 并且由于不对气旋生命周期作限制, 可以识别不同尺度的各类气旋。然而, 在识别过程中仍然会遗漏强度较弱的气旋系统。同时, 选取不同等值线间隔将在一定程度上也影响对气旋识别的结果。在此基础上, HANLEY 等13进一步提出了多中心气旋识别方法。事实上, 由于温带气旋常具有复杂形态, 此类方法的应用研究开展甚少。3 东亚区域气旋活动的变化规律东亚气旋属于多发性天气系统, 可分为北方和南方气旋两大类。北方气旋一般发生在 45N55N 之间的中国黑龙江、吉林和内蒙古等地及交界处, 包括东北气旋
24、、蒙古气旋、黄海气旋、黄河气旋等, 这类气旋尺度较大 (多为天气尺度) , 内部具有明显的冷性结构和不稳定层结42, 中纬度斜压不稳定是其主要发展机制43。南方气旋多出现于 25N35N 之间的中国江淮地区、东海及日本海南部广大地区, 包括江淮气旋、东海气旋等, 对流层中层槽脊系统及凝结潜热加热是其发展的主要因子44。已有许多研究基于个例过程深入分析了东亚气旋的生成和发展机理, 在此不再赘述, 下面主要介绍东亚气旋长期活动变化规律的研究进展。3.1 气旋活动的月、季变化特征从东亚气旋活动空间分布看, 西西伯利亚、蒙古国、东亚沿海为东亚主要气旋生成区45。在滤除高海拔 (1 500 m 以上)
25、地形区情况下, 气旋活跃程度在东亚沿海整体上自北向南逐渐减弱, 中国东北地区至鄂霍茨克海气旋活动最为频繁 (图 2) 28。东亚气旋在夏半年发生最为频繁, 由冬季至夏季, 活动区域向南、向东扩大。其中, 春季北方气旋活动最频繁, 分别位于蒙古国中部和中国东北地区北部11,46;夏季南方气旋活动频繁, 8 月发生频数最多, 主要集中在中国东部沿海及日本南部海面12。东亚气旋的活动路径主要以向东/偏东北方向移动为主, 而中国北方冬半年气旋还有次多的东南路径47。ZHANG 等45通过聚类分析得到东亚气旋有 5 条主要移动路径, 其中 125E 以西的路径中 2 条生成于蒙古地区, 另外 2 条分别
26、位于黄河下游以及长江下游。在气旋移动过程中, 700 h Pa 风场对气旋移动趋势具有较好的指示意义, 且气旋的移动速度具有明显的区域特征, 气旋位置越偏北, 移动越快47。图 2 19792013 年春 (a) 、夏 (b) 、秋 (c) 、冬 (d) 季东亚区域气旋发生的相对频率 (单位:%) 28Fig.2 The relative frequencies of cyclone over East Asia region in spring (a) , summer (b) , autumn (c) and winter (d) during 1979-2013 (Unit:%) 28
27、下载原图3.2 气旋频数、强度及路径的年际和年代际变化东亚地区南方、北方气旋活动频数存在明显的年际和年代际变化。北方气旋在1980 年代前后出现由强变弱的年代际变化, 不同研究其转折年份以及变化季节有一定差异。伴随着一次全球性的年代际气候跃变, 1980 年代初期北方气旋年活动频数出现显著突变12,47, 亚洲北部 (80E 140E、40N60N) 的温带气旋年个数出现明显下降趋势 (图 3) , 北方气旋活动年代际减弱在不同季节均有所体现46。姚素香等11指出 1970 年代末春季北方气旋由多变少。夏季蒙古气旋在 1990 年代早期出现显著减弱趋势, 这与东亚夏季风年代际减弱联系密切, 气
28、旋活动的减弱主要由蒙古西部显著增温导致的经向温度梯度减弱以及大气斜压性减弱有关48。CHEN 等49研究指出冬季亚洲北部地区的气旋/反气旋数目在 1980 年代中期之后均出现增多趋势, 这与 WANG 等46揭示的冬季亚洲北部气旋活动减弱趋势不同。此外, CHEN 等49进一步指出气旋的变率对反气旋的活动变化起支配作用, 北极锋区急流的变化与气旋/反气旋活动的变化联系紧密。与北方气旋活动减弱不同, 南方气旋的活动频数在 1980 年代末以后出现增多趋势12,14, 但江淮气旋以 1986 年为转折点, 年平均发生次数却呈下降趋势, 表现出一定的区域特征50。图 3 19582001 年亚洲北部
29、 (40N60N、80E140E) 温带气旋年个数距平46 (平滑曲线为低频滤波) Fig.3 Anomalies of annual numbers of extratropical cyclones in northern East Asia (40N-60N, 80E-140E) during 1958-200146 (The smooth line is low frequency filtered) 下载原图从气旋活动强度看, 东亚气旋活动强度变化具有自身的区域性特征, 其变化与北半球冬季气旋在 1980 年代末之后的增强有明显差别51。研究指出, 北方气旋的全年及各季节的平均强度均
30、呈减弱趋势, 且夏季减弱趋势最为明显46;春季北方气旋强度与频数的年代际变化趋势近乎相同, 均在 1970 年代中后期出现显著突变, 之前偏强, 之后偏弱, 且强度与频数间不存在显著相关, 强度的变化周期主要为准 7 a 和 14 a16。然而, 江淮气旋生成期气压值有下降变化, 生成强度随时间变化呈现增强趋势, 2000 年以后尤为明显50。对于气旋移动路径的研究主要强调季节性变化, 而对年际和年代际变化研究较少。研究指出, 冬季东北亚地区至西北太平洋区域的气旋, 其移动路径的年际变化主要受上游涡旋的影响, 而定常的大气环流背景影响相对较弱52。此外, 东亚季风对于黑潮区域的气旋活动存在明显
31、的调制作用, 当东亚季风增强时, 强度较强的气旋路径主要集中于黑潮部分的中国东海以及日本海区域, 而弱季风年气旋活动相对分散53。3.3 爆发性气旋活动规律爆发性气旋又称“气象炸弹”, 定义为在考虑地转调整到 60N 时气旋中心气压加深率大于 1 h Pah 快速发展的气旋, 具有中心气压急剧降低、强度急剧增大的特点。西北太平洋和北大西洋是发生爆发性气旋的两个主要区域, 但这两个区域的爆发性气旋有明显不同, 包括其发生频率54、强度45,54-55以及经向移动范围29,55。其中, 西太平洋爆发性气旋可划分为太平洋海洋型、鄂霍茨克海-日本海型、太平洋型, 后两种类型主要生成于东亚大陆56。东亚
32、区域爆发性气旋在冬季出现最多, 其次是春季45,57。仪清菊等58分析指出西太平洋爆发性气旋的初始扰动有一半是来自黄淮、江淮地区和渤海、黄海以及东海海区。东亚沿海特别是黑潮区的海气相互作用和大气斜压性增强对形成和发展爆发性气旋起重要作用。由于海表热通量输送、相应的热力强迫垂直结构以及斜压性加强59-60, 使得气旋入海后迅速发展, 水平尺度增大, 并导致爆发性气旋主要出现于邻近洋面上58。另外, 东亚寒潮活动导致的大陆冷高压越强, 所激发的下游气旋发展过程越激烈, 相应的高空超长波系统配置也是促使气旋猛烈发展的重要因素61。近期, 冬季西北太平洋尤其是日本东部爆发性气旋出现明显增加47, 主要
33、与日本东部区域低层大气斜压性增强以及亚洲大陆东部沿海蒸发和湿度增加有关62。此外, 东亚季风对西北太平洋爆发性气旋活动存在明显的调制作用, 当东亚季风增强时爆发性气旋主要集中于黑潮及其延伸区;成熟阶段的爆发性气旋能激发静止罗斯贝波对下游天气产生影响53。3.4 东亚气旋活动的多样性东亚气旋具有较明显的复杂性和多样性。从时空尺度看, 东亚气旋由小尺度、中尺度、次天气尺度和天气尺度系统构成。对于某一特定的研究区域, 可能同时存在多种类别气旋系统的共同影响。如春季影响江淮区域的气旋, 既包括尺度较大的北方气旋, 也包括中尺度东移的西南低涡、大别山低涡63以及局地生成的低压系统。QIN 等35基于最外
34、围闭合等值线气旋区自动识别方法得出, 春季影响江淮地区的次天气尺度气旋的发生频率明显高于天气尺度气旋 (图 4) 。然而, 北方地区同样经受切断低压、来自低纬度地区热带气旋的影响, 许多热带气旋进入中纬度地区后性质发生改变, 其结构由轴对称向非对称转变并伴随斜压不稳定64-65。不同类型的气旋也可能出现相互影响的情况, 如YAMAMO-TO66发现北方冷低压与邻近的南方暖湿低涡相互融合和作用, 导致了日本地区明显的降水过程。另外, 不同尺度气旋之间可能存在相互吸收、分裂等相互作用过程21, 致使气旋尺度及性质可能也随之发生变化。不同尺度天气系统相互作用的观点在近年来得到明显重视67-68。图
35、4 春季影响江淮地区的 3 种不同尺度气旋发生相对频率的气候平均值35Fig.4 Climatology mean value of monthly relative frequency for three types of cyclones over the Yangtze-Huaihe area in spring35 下载原图3.5 东亚气旋的数值模拟随着气候模式对比计划的开展, 东亚气旋历史及其未来不同气候变化背景下的长期活动特征以及变化规律研究近年来也得到关注。研究表明, 在现有的温室气体排放背景下, 国际主流气候模式能够再现温带气旋活动的主要特征69。张颖娴70进一步研究了 CMI
36、P5 的 6 个全球气候模式对温带气旋的模拟能力, 发现总体上各模式能再现近 40 余年东亚气旋活动的主要特征, 但模拟的东亚大陆气旋活动的频率偏高, 存在一定的系统性偏差。此外, 气候模式能较好地再现如 ENSO 等大尺度主要模态变率对风暴轴的影响71。此外还发现, 由人类活动影响带来的气候变化导致了温带气旋活动出现明显变化72-77。其中, 在不同温室气体排放情景下, 极端强温带气旋数目增多, 而气旋总数略有减少78。相关研究多集中于北半球以及北大西洋扇区, 而东亚区域气旋活动变化的模拟研究偏少。研究表明, 在 RCP4.5 浓度路径下, 气候系统模拟揭示的 21 世纪东亚温带气旋活动变化
37、与北半球的情况相似, 南方气旋和北方气旋的生成、活动频率以及气旋中心气压值将明显下降, 对流层中层斜压区将向高层和高纬度扩展, 一定程度上抵消了高纬气旋数目的减少70。4 东亚气旋活动的气候效应作为影响东亚地区天气气候变化的重要系统之一, 东亚气旋的位置、强度、移动方向等特征的演变对降水、风速等区域天气气候产生影响, 进而导致极端天气事件的发生79。下面从东亚气旋对降水、大风、气温的气候影响方面做回顾。4.1 降水东北冷涡、西南低涡以及江淮气旋是影响我国区域性降水的代表性气旋。东北冷涡初期大多为典型的温带气旋, 产生的区域性降水以稳定性或混合性为主, 是重要的强降水型。它的出现会诱发中小尺度系
38、统, 具有突发性和反复性, 因而在形成、发展、持续至消退期均可造成局地暴雨, 并常伴随冰雹、雷暴等强对流天气80;当其与热带系统相结合时, 也会激发极强的暴雨81。东北冷涡频数、强度与东北降水呈正相关, 夏季最为显著82-83。除局地效应以外, 东北冷涡的频数还与长江流域的降水有显著正相关84, 其强度也与梅雨期降水85以及前汛期华南降水86呈正相关, 强东北冷涡引导北方干冷空气南侵, 与低层强盛西南暖湿气流在梅雨区北缘交汇, 形成“上干下湿”的不稳定层结, 在上升运动的触发下最终导致梅雨量偏多85。西南低涡是在青藏高原特殊地形与一定环流形势下形成于我国西南地区对流层低层的低涡系统, 其生成与
39、发展对我国西南、华东、华北、华南等地区的降水均有不同程度的影响87。西南低涡中停滞型低涡将使我国西南地区及四川盆地产生阴雨88、暴雨89-90天气, 此类低涡引发的降水强度较小、频数较少91。但在有利的环流形势配合下, 少数西南低涡能够移出源地, 并发展东移, 产生的降水强度较大。刘祥91统计显示, 影响华南地区的移动型低涡产生的降水强度均在大雨以上, 集中表现为暴雨和大暴雨。王作述等92认为从造成暴雨的强度、频数和范围而言, 西南低涡是仅次于台风及其残余低压位居第二的暴雨系统。刘国忠等93指出, 在移动中维持和发展的西南低涡才会带来大范围的致洪暴雨, 涡旋的维持和发展增大了暴雨的强度及延长了
40、降水的持续时间94。因其发生频数的季节变化, 西南低涡暴雨主要集中在夏半年95-96。江淮气旋产生于长江中下游和淮河流域, 是具有明显冷、暖锋结构的低值系统, 其降水特征随季节变化, 春、夏季常为暴雨, 秋季则多为一般性降水。多数的江淮气旋可造成强降水97。据统计, 发展型江淮气旋占气旋总数的 30%, 其中 70%的发展型江淮气旋产生了暴雨;暴雨、大暴雨和特大暴雨的最大概率都出现在 7 月1, 暴雨区一般出现在气旋中心附近或偏于暖区的地方。江淮气旋也是长江流域梅雨天气的型式之一98, 江淮梅雨量的多寡往往与江淮气旋的活动密切相关99-100。QIN 等35指出春季影响我国江淮地区的多尺度气旋
41、活动强度与我国中东部地区的同期降水存在显著的正相关关系。其中, 60%的极端降水事件是由影响该区域的温带气旋造成, 当该区域气旋活动增强时, 暴雨等强降水事件出现的概率明显增加。4.2 大风、沙尘暴众多研究表明, 温带气旋是造成大风尤其是海上大风的主要系统之一, 温带气旋引起的大风分布广且不均匀101, 其范围一般与气旋发生频数的地理分布、移动路径102、锋面位置101、气旋强度103有关, 风力一般不及热带气旋, 但由于出现频数较多, 且具有突发性特点, 造成的灾害损失不亚于热带气旋102, 影响地区主要为沿海地区和北方部分内陆地区。造成我国东部沿海大风的气旋主要有黄河气旋、江淮气旋、东海气
42、旋等, 其中江淮气旋最多102,104-107。江淮气旋的统计结果显示, 发展型气旋中 77.2%伴随大风, 尤其是 1 月、8 月和 11 月, 所有发展型气旋都能产生 8 级以上大风1。气旋造成东部沿海大风主要有两类, 一是因气旋自身环流强而造成的沿海大风102, 但我国大陆与近海的温带气旋一般较弱, 其本身强度大而造成的沿海大风较少;二是气旋系统与附近高压结合产生的大风, 此类较多, 且具有风力大、范围大、维持时间较长的特点102。强气压梯度和变压梯度是造成地面和海上大风的主要因子108。周淑玲等109针对温带气旋的南向大风研究发现, 气压梯度、低空暖平流和低空急流在北方气旋造成的南向大
43、风中起主要作用, 地面变压起次要作用;而南方气旋还多了高空暖平流和高空急流的次要作用。温带气旋入海后往往有爆发性发展, 导致气压快速降低, 进一步造成风暴潮110-111、巨浪112等。沙尘暴是一种与风力紧密联系的灾害性天气, 北方气旋主要以大风天气为主, 势必对沙尘暴产生重要影响, 其中春季最为显著。姚素香等11指出, 春季气旋频数高的时段, 我国北方地区春季沙尘暴次数较多。王艳玲15进一步说明, 19801990 年代春季北方气旋活动频数的减少和平均强度的减弱导致了沙尘暴的减少, 同时气旋频数的减少使得沙尘暴多发区域降水增多, 也在一定程度上减弱了沙尘暴的发生和维持。其中, 春季蒙古气旋与中国北方沙尘暴关系最为
