中亚低涡中期过程的动力学机制及其对新疆极端天气的影响

中亚低涡（里海以东～新疆的涡旋系统）是欧亚大陆重要环流系统，常与乌拉尔山脊联系，可导致新疆的暴雨（雪）、低温等灾害，甚至对我国东部地区天气气候也有重要影响，如2008年1月中亚低涡维持20多天，有4次冷空气从中亚低涡分裂东移，是南方低温雨雪冰冻灾害形成过程中的一个关键系统。中亚低涡活动属中期时间尺度，但迄今为止人们对它的认识和理解很有限。本项目首先揭示中亚低涡的气候特征和活动规律，分析其三维结构；然后，从中期天气过程角度，着眼于中亚低涡与上游北大西洋/欧亚大陆环流和中低纬南亚高压、伊朗地区副热带高压、青藏高原/印度季风区环流联系的物理过程，用Rossby波能量频散、瞬变涡动强迫和能量学等理论，揭示造成持续低温和频繁强降水两类中亚低涡活动的动力学过程及配合的水汽结构，给出中亚低涡与高纬、副热带系统的典型配置模态，为提高干旱背景下2周以内高影响、突发性中期天气过程预报能力提供新思路和依据。

本项目按原计划完成任务，主要成果有：（1）改进已有中亚低涡定义，分析了中亚低涡的时空分布特征、移动路径及其对新疆天气的影响；中亚低涡空间分布存在两个区域：一是在47.5°～55°N活动的低涡（北涡），此类占57%，二是在35°～47.5°N范围内（南涡），此类占37%。中亚低涡成熟期持续时间平均为3.8 d，其活动频次随持续时间增加迅速减小，盛期维持时间为2～3 d的中亚低涡为56%，维持时间在4～5 d的为27.5%，持续时间在5d以上的中亚低涡为16.5%。低涡最多出现在7月达1.08次/月，其次为6月和8月，分别为0.975次/月和0.825次/月，最少在4月为0.25次/月。夏季出现的频次最多，达2.875次/季，秋、春、冬季分别为1.85次/季、1.5次/季、1.4次/季；低涡发生频次并呈年代际递增的趋势。对新疆降水的影响可分为干涡和湿涡，干涡为60%，且季节分布比较均匀；而湿涡为40%，夏季最多为57%，且湿涡远比干涡过程多，秋、春和冬季湿涡分别为23%和18%和2%。（2 ）分析了造成新疆3类典型暴雨过程的中亚低涡与高、中、低纬系统之间的配置和相应的水汽结构，给出了中亚低涡与高纬、副热带系统的典型配置模态；中亚低涡高、中、低空和上下游环流配置不同，造成新疆暴雨的水汽输送源地和路径有较大差异，除西方、西南方向外，青藏高原、贝加尔湖、孟加拉湾、南海和热带西太平洋水汽在合适的环流配置下是造成新疆暴雨的水汽源地。（3）分析中亚低涡三维结构和不同发展时期，对流层高、中、低层的能量循环特征以及Rossby波能量频散特征。低涡各个阶段对流层中、高层扰动动能、内部的能量转换及其与区域外部环境大气之间的能量输送中、高层强，低层弱， 垂直分布随时间变化能很好反映低涡不同高度强度变化和发展阶段，中亚低涡是在对流层中、高层发展并随时间向低层延伸发展的天气尺度系统。低涡各个阶段均与区域外部环境大气存在明显的能量输送和交换，这是中亚低涡持续发展和维持较长时间的关键因素之一。东北大西洋反气旋式异常环流中心是Rossby波能量的频散源地，波作用通量强烈辐散向东频散能量，东欧—乌拉尔山环流反气旋式异常中心成为能量继续向中亚地区传播的“中继站”，Rossby波能量在此重新激发并向中亚地区频散和辐合使得中亚低涡持续活动。