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本论文利用ERA-40再分析资料集和中国740个站点的逐日降水资料，从影响东亚夏季风系统的中高纬系统角度出发，主要利用位涡理论，对中高纬系统与东亚夏季风的相互作用进行了较全面的研究，得到了这种相互作用的物理图像，分析了在东亚夏季风的不同阶段和不同尺度下，中高纬系统影响东亚夏季风的方式和机制，揭示并强调了中高纬系统在夏季风发展演变进程中的重要作用，为东亚夏季风降水的预报和预测工作提供了参考指标。主要得到以下一些结论：
(1)系统地比较了多种冷空气指标，并选取和检验了表征东亚夏季风期间冷空气的最佳指标，得出等压面上的干位涡(Potential vorticity，简称PV)及其季节内低频分量是表征夏季风期间冷空气的最佳指标。这是因为位涡分布的不连续性使高位涡往往与中高纬系统南下的冷空气有良好的对应关系，它与降水的相关在多种指标当中也是最好的。另一方面，位涡的守恒性又为进一步诊断天气系统的发生和演变机制提供了理论基础。用经向位涡梯度最大值及其出现纬度定义了中高纬系统与东亚夏季风相互作用的统一强度和位置指数，能够较好地统一描述和度量这种相互作用的强度和夏季风的北界。
(2)气候平均意义下，华南前汛期初期受中高纬高层系统影响较大，冷空气的侵入层次较高，在345K以上；而后期这种相互作用发生的位置较低，降水不仅与中高纬系统有关，而且和低纬的夏季风系统有密切关系。发现影响华南前汛期三次降水过程的位涡异常源区和传播路径：第一次异常冷空气源区偏西偏北，在80°E以西的里海附近，3月底4月初以快速东传的方式影响华南；第二次位置偏南，在菲律宾东侧的副热带太平洋地区和暖池上空，4月底以西伸方式影响华南；第三次在5月底6月初，有三个等熵位涡(Isentropic potential vorticity，简称IPV)异常中心，分别在极地、中纬度对流层顶和低纬暖池上空，这次过程反映了中高纬冷空气与刚爆发的热带夏季风的直接相互作用。中纬度对流层项(2PVU线)经常是IPV异常传播的路径，也经常是南北IPV异常源交汇的地带。
(3)用位涡思想和PV-θ观点研究了梅雨发生前和期间中高纬系统的作用，发现梅雨的发生与中高纬系统的影响密切相关，它是中高纬高层系统南下的冷空气与季风的西南气流共同作用的结果。其中，中高纬系统的作用主要体现在：梅雨发牛前，它沿对流层项(2PVU面)向中低纬地区大规模地输送高位涡冷空气，高位涡引起的低层正涡度增长与中层热源引起的位涡增长，共同使得低层辐合迅速加强，导致梅雨爆发。使用PV-θ、超前相关和位涡异常最大值三维跟踪等方法，追踪异常冷空气的源区和传播路径，发现：高层位涡异常场领先于梅雨发生和低层位涡异常，直接影响梅雨区的高层位涡源以及与梅雨降水相关最高的区域主要在贝加尔湖东南侧(130°E，50°N)附近。梅雨前和初期冷空气的输送路径分两个阶段，其方向有很大转折：第33候之前沿NW-SE路径输送至贝加尔湖东南侧形成堆积；第33～35候沿NE-SW路径侵入中低纬对流层。大规模侵入对流层中低纬时间主要发生在6月lO日左右，侵入后冷空气沿30°N呈扇状铺开。
(4)华北雨季的初期和后期，天气系统有明显差异。初期和强盛期，主要表现为强的经向位涡梯度和东南风异常，暖空气为主动因子，势力较强。后期，冷空气势力逐渐增强并有两次南下过程，都起源于西伯利亚地区，高值位涡异常后方伴有冷性高压系统。后期高位涡冷空气的大规模南下和低层经向位涡梯度带的消失，预示着华北雨季即将结束，它也是东亚夏季风系统正式南撤的重要标志。
(5)在年际尺度上，发现我国东部夏季的三个雨季(华南前汛期、江淮梅雨期和华北雨季)旱涝年份所对应的中高纬系统有显著差异，而且不同雨季的涝(或旱)年也有显著差异。在中高纬度主要受贝加尔湖南侧的高位涡库的影响，它代表夏季风期间冷空气的源地。鄂霍次克海阻高、乌拉尔地区阻高、极涡等系统的强度和位置影响高位涡库的分布和演变。并发现夏季有较强冷空气活动或高位涡空气强烈南下的年份，东亚降水往往容易偏多。
(6)通过位涡倾向方程各项的诊断，发现梅雨是在准PV守恒的动力平流过程和非PV守恒的热力过程的“配合”和共同影响下发生的，即如果高层平流项引起的位涡下传能够到达中层热源下方，那么中层热源的位涡源作用将被激发，低层位涡将得到进一步增长。对流层顶附近，位涡水平平流是主要的正贡献。而对流层中低层，初期主要是非绝热加热引起的位涡增长，后期热力和动力作用都有重要影响。这也说明较强的热源能使得高层位涡下传至更低的位置，使低层正涡度增加，高低层位涡重新分布。
(7)对1991、1998、1994和1963年夏季风期间出现的各类暴雨进行了个例研究，验证了气候学研究的部分结论，还发现这几类暴雨出现的前期和期间，中高纬地区往往发生重要的大尺度调整过程。
(8)总结了中高纬系统与东亚夏季风相互作用的平均特征和概念模型。东亚夏季风时期，最主要的冷空气来源是中高纬平流层底对流层顶的高位涡库。在某种触发机制作用下，这里干冷的高位涡空气以季节内振荡形式沿等熵面最陡峭区域急速下滑，造成对流层顶折叠，侵入对流层中低层的东亚夏季风系统，同时，等熵面陡峭处的大斜压度和小的对流稳定度使得这里的垂直涡度迅速增长，诱发低层气旋性环流快速发展。梅雨爆发时期这种发生机制最为典型。但在梅雨后期，冷空气主要来自东北方向低层，即鄂霍茨克海附近的高位涡库，它在梅雨的中后期变得非常强大，它的存在使得冷暖空气在长江中下游地区的交绥得以维持。