东北冷涡是东亚中高纬度地区活跃的高空切断冷涡,一次冷涡过程多为3-5d,可谓天尺度系统。但是,东北冷涡过程频发与否对东北亚地区,乃至我国东部气候异常往往产生重要影响。因此,21世纪初叶,我国学者开始研究并且明确提出东北冷涡“气候效应”这个科学问题,丰富了东北冷涡理论研究的内涵。以往有关北半球中高纬度阻塞形势的理论研究,大都以阻塞高压为主。本文利用1948-2012年NCEP/NCAR全球再分析逐日资料和国家气象信息中心提供的1960-2012年全国气象观测站日降水资料,着重从东北冷涡活动异常为主体出发,首先,研究如何采用机器自动识别的数量化方法,揭示其活动的天气与气候尺度特征,以此为基础进一步丰富其活动的“气候效应”,并开展基于冷涡因子的东北地区月降水预测应用研究。其次,运用同样方法给出亚洲阻塞高压活动的数量化检测结果;研究东北冷涡和阻塞高压活动的配置,尤其是重点探讨中高纬阻塞流型(以乌拉尔山-鄂霍次克海双阻型为主)与东北冷涡二者之间的相互作用及其形成、发展和消亡的过程机理。主要结论如下:(1)给出1948-2012年5-8月东北冷涡活动天气过程,分析其统计学特征,得出冷涡活动以3-6d为主,主要位于121o-131oE,48o-53oN区间;东北冷涡发生频次和活动天数均存在显著增长趋势。5-6月和7-8月东北冷涡活动特多年高度距平合成场与特少年的主要异常区呈反位相分布,且这种反位相特征在对流层中、高层(200 hPa、500 h Pa)均呈近半球尺度的波列分布特征;5-6月和7-8月冷涡活动特少年与特多年差值合成场分布相近,均呈现显著的南北向"+、-"波列分布,正负波列分别位于西北太平洋区域和鄂霍次克海至白令海区域,该波列对应高度层风场中的相对位置为气旋和反气旋式环流。7-8月东北冷涡活动异常多年份,贝湖至鄂海阻高与东北冷涡多同时发生,异常少年份,贝湖至鄂海阻高亦不盛行,以阻高先发生冷涡后发生年份占多数。(2)基于东北冷涡活动时间持续性探讨冷涡持续活动标准,通过强度指数进行定量描述,该指数对冷涡持续活动过程具有较好表征意义。冷涡活动强,5月乌拉尔山至贝加尔湖阻塞形势显著,6月的鄂霍次克海阻塞形势显著,7月中高纬阻塞流型不显著,8月份乌拉尔山-鄂霍次克海双阻活动明显。尤其在6月份,强指数年冷涡系统较深厚,集中于对流层中高层,冷心结构明显,具有一定大气斜压特征;高层存在冷中心,低层配有温度槽,在中高层,西风带呈现明显的上游分流和下游汇合特征,分汇流之间呈现出东北高、西南低的偶极子阻塞形势;6月弱指数年冷涡系统较浅薄,主要集中在对流层中低层,冷心结构不明显,不存在阻塞形势。(3)基于冷涡活动地理分布特征,通过环流持续异常对冷涡的持续性进行了一种新的定义方法—广义“冷涡”,通过定量化描述,给出广义“冷涡”强度指数,得出东北冷涡活动具有显著年际和年代际周期振荡特征,广义“冷涡”强度指数较好刻画冷涡天气过程频发性及其大气环流特征,与东北地区初夏(5-6月)和盛夏(7-8月)冷涡降水分布具有较好对应关系。广义“冷涡”活动强(弱)年,欧亚中高纬环流特征有(不)利于东北冷涡形成、发展和维持,7-8月,东亚区域(不)易形成有利于南方水汽向北输送的环流形势。初夏(不)盛行乌拉尔山阻塞形势,盛夏(不)盛行鄂霍次克海阻塞形势;副热带高压面积偏小(大),向北推进时间偏晚(早),有(不)利于东北冷涡的维持。(4)初夏(5-6月)东北冷涡降水累计量占同时段总降水量62.5%,冷涡降水与同期月降水量年际变化具有很好一致性;东北地区初夏降水与东北冷涡降水eof分解主要模态十分相似,均呈相似的四种空间分布型,即“全区一致偏多”、以东北平原为界限的“东北多西南少”、“东北少西南多”以及“全区一致偏少”。说明东北地区初夏冷涡“累积效应”产生的降水极大影响甚至决定整个初夏东北地区降水多寡及空间分布特征,可总体反映初夏东北地区降水异常分布特征。从而进一步揭示东北冷涡活动的气候学特征。(5)基于多视角刻画的冷涡活动因子序列,结合5-8月东北地区月降水,一方面开展东北地区2012-2014年共计3年的月降水预测应用研究,另一方面将冷涡因子序列纳入fodas降水预测系统中,进行2003-2012年共计10年的降水回报预测检验。降水预测应用结果能够客观反映实况降水的时空分布和降水多寡分布特征,得到较好的预测效果。fodas系统降水回报效果良好,预测结果均能进行稳定的正订正,绝大多数指数订正结果高于系统自身系统订正值。通过预测应用研究,较好体现表征冷涡不同特点的冷涡指数在东北地区降水预测中的不同特征,同时为东北地区降水预测提供定量化指数产品,为进一步开展东北地区月降水预测工作提供一定理论和技术支撑。(6)冷涡活动受上下游阻塞系统的影响显著,阻塞高压活动有利于冷涡的维持和加强。阻高活动位置的不同对冷涡位置强度影响存在差异,二者不同配置所造成的东北地区降水亦存在差异,冷涡与不同类型阻塞形势配置下对我国东北地区降水均为正贡献,且以鄂霍次克海阻高与冷涡共存下更有利于东北地区产生降水。冷涡活动强,副高脊线位置偏南,西风指数偏强,冷涡活动弱,副高脊线位置偏北,西风指数偏弱。冷涡活动偏多年乌山阻高和鄂海阻高活动盛行,乌拉尔山-鄂霍次克海双阻型阻塞形势存在有利于东北冷涡的维持和发展,乌山-鄂海双阻活动在1977年前后发生显著突变,突变后双阻活动天数呈显著减少,突变前(后),乌拉尔山与鄂霍次克海阻塞高压活动呈现同(反)位向变化。双阻活动气候学特征表明,突变后乌山-鄂海双阻特征更强,反映双阻活动强度相对偏强特征。双阻活动能量传播以低层向高层输送为主,突变后,乌拉尔山至鄂霍次克海的能量传播由突变前的向低纬传播为主转为向高纬传播为主,并为双阻间低值系统发展提供能量,即双阻活动有利于东北冷涡系统的维持和发展。