东北地区地处中高纬度,夏季受季风的影响,暴雨的强度和频次并不一定比纬度较低的地方少,而且东北地区河网水系密布,大范围的暴雨常常会造成严重的洪涝灾害,危害人民的生命财产。近年来,许多学者对东北地区降水的研究,多集中在对降水的多年气候态的分析,发现1990年代处于旱涝交替出现的波动状态,90年代中后期有转入干旱的趋势。除了对东北地区气候特征的研究外,早期对东北暴雨过程的研究主要集中在20世纪80年代前,相对于我国华南、江淮流域暴雨的研究而言,东北暴雨的研究较少,然而1998年的松嫩流域大洪水和2005年的辽河洪水,使东北地区暴雨研究的重要性再次突显。本论文使用的资料是:1990—2004年的全国730站的日降水资料(日降雨量是指前一天北京时间20时至当日20时)和2005年的加密站点资料(日降雨量是当天北京时间08时至第二天08时),以及NCEP每天4个时次的1°×1°格点资料。本论文主要包括三部分的内容,第一部分是对1990～2005年东北地区大暴雨过程的分类研究;第二部分着重分析引发大暴雨的两类不同特点的东北低涡个例的结构、涡度和水汽收支,即个例A(2005年7月28日)和个例B(1998年7月14日～15日);第三部分是使用WRF(Weather Research and Forecast)模式对低涡个例A进行48 h模拟,进一步分析低涡的结构以及造成暴雨的对流雨团的特征等。第一部分是文章的第二章。按照东北地区日降雨量大于50 mm的站点数不少于10个的标准,统计出1990～2005年东北地区的30个大暴雨个例,说明尽管我国北方处于干旱期,但暴雨过程仍时有发生。在统计的基础上,进一步对造成大范围暴雨过程的天气形势进行分类研究。考虑热带、副热带和西风带之间的相互作用,将每次暴雨过程的主要影响系统大致分为六类:(1)台风与西风带系统(西风槽、东北低涡)的远距离相互作用(9例);(2)登陆台风(或南来低涡)北上与西风带系统(西风槽、东北低涡)相互作用(7例);(3)台风直接暴雨(1例);(4)槽前暴雨(6例);(5)副高后部切变型暴雨(3例);(6)东北低涡暴雨(4例)。其中,台风的远距离水汽输送或是登陆台风北上与西风带系统相互作用仍是东北地区产生大暴雨或持续性大暴雨的重要环流条件之一,这与孙建华等分析的上世纪末华北地区产生大暴雨的环流特征有某些相似。表明东北、华北地区的影响系统之间存在某些联系。此外,与东北低涡有关的个例共有13个,因此东北低涡也是大范围暴雨的重要影响系统。第二部分是文章的第三章。从第二章统计的东北低涡大暴雨过程中选出两类不同特点的低涡个例,即个例A(2005年7月28日)和个例B(1998年7月14日～15日)。着重分析其结构、涡度和水汽收支的异同。前者为较深厚且稳定维持的东北低涡,后者是较为浅薄层次且移动较快的东北低涡。两者的热力、动力结构和降雨分布、水汽输送特征均有所不同,较清晰的给出了这两个不同路径类型的东北低涡暴雨的概念模型。发现:(1)东北低涡初期发展阶段,中层闭合中心的出现早于低层和高层,高层出现的最晚。低涡个例A发展深厚,200 hPa上出现了闭合中心,并且地面上诱发了锋面气旋,在低涡发展强盛期,地面气旋甚至达到锢囚状态。而低涡个例B则是一个中层低涡系统。(2)东北低涡并不完全都是传统意义上的东北冷涡。低涡个例A对流层内700 hPa～200 hPa为明显的冷心结构,而低涡个例B则在对流层内没有明显的冷心结构,而是西部偏冷,东部偏暖的分布,这也许是前者冷干空气侵入的过程更加明显所致。(3)中高纬阻塞高压的维持对东北低涡的发展和加强起着重要的作用。(4)东北低涡的发展加强,主要受到高层位涡向下传播的影响,高层位涡大值区下传的区域位于低涡涡区的东部,与低涡暴雨的落区有很好的对应。高层位涡下传与低层斜压锋区相互作用,促进了地面气旋的发展加强。这与欧洲的高空冷涡个例有某些类似,但是在我国东北地区高空位涡扰动更为明显。(5)对东北低涡涡度收支的计算可以发现,水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展加强有最主要最直接的贡献。水平辐散项对低层涡旋的发展起直接的作用;水平涡度平流项在对流层内下负上正的分布,以及垂直输送项对地面气旋的发展也都有间接的作用。(6)高、低空急流的配置与东北低涡暴雨的落区和强度关系密切。东北低涡暴雨的水汽主要来自副高西侧低纬季风的向北输送,低层水汽辐合区与暴雨区的位置较一致。不同的是,东北低涡个例A的水汽输送不仅来自南边界,低涡以北也存在一条来自中高纬的水汽输送带,以南北向的辐合为主。而低涡个例B的水汽输送则主要来自南边界。第三部分是文章的第四章。利用高分辨模式的数值模拟结果作再诊断,并与实际观测分析进行比较,了解其异同。以更好弄清东北低涡暴雨的动力学和物理过程。对东北低涡个例A暴雨过程进行了48 h模拟,发现:(1)WRF模式对低涡位势高度场和温度场的模拟结果与分析场较吻合,只是模拟的中高层低涡中心的强度偏弱。降雨落区模拟与实况相一致,但强度略弱。(2)低涡加强成熟阶段,涡区对流层整层为正涡度控制,正涡度大值区从对流层高层逐渐向对流层中低层伸展,这与分析场的结果一致。模拟结果成功地复制出高层位涡扰动的影响以及高低空之间的相互作用。对流层高层位涡的下传不仅位于低涡的东部,在低涡中心偏西,随着中低层偏北冷空气的增强,也存在位涡的向下传播。模拟的310 K等熵面分析较清晰地复制并揭示出对流层中低层冷暖气流的活动特征,尤其是对流层中低层的东北干冷气流的侵入,有利于东北低涡的维持加强。(3)低涡降雨雨团的模拟结果与实际云团的位置演变较为一致。其中低涡东北部的降雨雨团位于实际云顶亮温温度梯度较大的位置,其附近存在大量的对流活动,云顶亮温可达到-45℃以下,表明有相应的中尺度对流系统(MCSs)的发展。模拟的中尺度对流系统所在区域为整层的正涡度,对流层中低层为东南高湿气流,与来自北侧的中层冷空气汇合,产生对流不稳定。高层辐散和低层辐合引发强的上升运动,促使不稳定能量的释放,有利于中尺度对流系统的发展。水汽辐合主要来自对流层中低层700 hPa以下。(4)此外,WRF模式对低涡东部相对湿度大值区的模拟,较分析场偏弱,另外高空200 hPa形势场的模拟也较弱,导致高空急流比分析场弱,这些可能是WRF模拟降雨偏小的原因。本文研究的着眼点是东北地区的大范围暴雨,然而东北地区的局地暴雨以及东北低涡发生发展机理以及地形等对其强度的影响,还需进一步研究。