不同涡源西南涡的若干统计特征分析

利用2012～2016年Micaps天气图资料和《西南低涡年鉴》,对西南低涡及不同涡源西南涡的变化特征、活动期和移动特征以及对降水的影响等进行了统计分析。结果表明:(1)西南低涡平均每年生成95次,但各年差异大。其中,九龙涡最多,盆地涡次之,小金涡最少。西南低涡多发时段在春季与夏初,其中,九龙涡多发时段在春季与夏季,盆地涡多发时段在冬季与春初,小金涡多发时段在冬末与春季。(2)西南低涡活动主要在4～7月,小金涡最长生命史可达168h,在7月;九龙涡最长生命史156h,在5月;盆地涡最长生命史144h,在4月。西南低涡大多数在生成后24h内消失。在12月的西南低涡生命史最短,绝大部分在24h内。(3)西南低涡有三分之一能移出涡源区。其中,九龙涡移出的个数最多,盆地涡其次,小金涡移出的个数最少,但移出几率最高。3～6月是西南低涡移出的主要时段。其中,九龙涡主要移出时段在4～7月;盆地涡主要移出时段在1～5月;小金涡主要移出时段在2～5月。(4)西南低涡主要移动路径是东北、东、东南。其中,九龙涡以东北移为主;盆地涡以东北移、东移为主;小金涡以东移、东南移为主。(5)除冬季、春初外,不同涡源西南涡不论活动时间长短,都会造成降水,九龙涡造成的降水一般比盆地涡大。西南涡造成的很强降水多出现在6～7月。      

西南低涡活动特征的再分析

用1979—2012年每天4次,1°×1°的ERA-INTERIM再分析资料,从风场角度定义了闭合式气旋环流和规定了低涡移出路径的统计方法后,对西南低涡的活动特征进行了统计分析。结果表明:西南低涡平均每年生成个数为59个,偏多的年份为1980、1989、1992、1997和2009年,平均可达69个;偏少的年份为1981、1990、1996和2006年,平均仅有51个。低涡在春季生成的个数最多,夏季次之,秋、冬季最少。6月和3月生成的个数最多;5月次之,其中11月生成的个数最少。各季节移出型低涡的个数则是夏季最多,春季次之,秋季和冬季最少。就移出率而言,夏季达44.1%,春季为27.6%,秋季为22.6%,冬季仅为11.3%。春、秋、冬季基本为短生命史的低涡,而在夏季,生命史长的低涡所占的比例较高。34 a中夏季维持较长生命史的移出型低涡共有126个,分别向东北(最多)、正东、东南(最少)3个方向移动,除正东方向外,向东北和东南方向移动的低涡个数随年代际变化呈增加的趋势。     

1979—2016年夏季西南涡活动及其与降水的关系

利用1979-2016年ERA-Interim一日四次高度场、风场再分析资料,根据源地的不同将西南涡细分为九龙涡、盆地涡和小金涡,对1979-2016年夏季（6-8月）不同涡源的西南涡的活动规律及其降水特征进行统计分析。结果表明,夏季西南涡平均年发生频数为11.6 a^-1,其中生成的盆地涡最多（9.3 a^-1）,九龙涡次之（1.9 a^-1）,小金涡最少（0.4 a^-1）。就移动频率而言,盆地涡移出率最高（44.2%）,其次为小金涡（30.8%）,九龙涡最低（29.73%）。38 a中夏季高影响型西南涡共有140例,只有105例能移出源地。生命史超过36 h的高影响型西南涡都会带来降水,并且超过88%的概率会造成大雨及以上的降水。高影响型九龙涡和盆地涡产生大雨及以上天气的概率分别是83%、91%,远远高于小金涡。     

夏季长生命史盆地涡活动对川渝季节降水的影响

利用ERA-interim再分析资料和全国824个国家气象站的日降水资料,分析了1983—2012年夏季发生在四川盆地且生命史大于等于24 h(定义为长生命史)的低涡年际变化特征和成因,以及它对川渝地区季节降水的影响,研究结果表明:夏季长生命史的盆地涡的涡源主要位于盆地西南部附近和东北部附近,根据涡源位置的差异可将盆地低涡分为西南型和东北型。由于夏季长生命史西南型盆地涡出现频数远大于东北型盆地涡,因此长生命史西南型盆地涡对季节累积降水贡献较大,但是进一步分析发现长生命史东北型盆地涡产生的日降水强度较强,降水范围较广。长生命史西南型盆地涡由于较少移动,其主要影响区位于初生源地附近的局地地区,而长生命史东北型盆地涡由于移动性较强,其主要影响区位于副热带高压外围的较大范围地区。从季节尺度来说,影响两类低涡频数变化的关键大气环流因子有显著差异,当中纬度长波槽偏强,副热带高压西伸明显加强,以及高原南支绕流偏强时,有利于更多长生命史西南型盆地涡的生成;而当南亚高压强度偏弱,高纬度西伯利亚高压脊稳定维持,以及西伸的副热带高压边缘正好位于云贵高原东部地区附近时,有利于更多长生命史东北型盆地涡的生成。     

影响云南的西南低涡统计特征

利用1980—2008年逐日08:00(北京时,下同)和20:00 700hPa高空图和云南125个测站的逐日降水量资料,对影响云南的西南低涡移动路径、时间变化、维持时间和对应的降水特征进行了统计分析。结果表明,约1/8～1/7的西南低涡能够移出四川并影响到云南,但过去30年来其总趋势是减少的。影响云南的西南低涡初生涡源区主要集中在九龙和四川盆地,东南路径最多,西南和偏南路径次之,受地形影响西南低涡一般影响不到滇西边缘和滇西南地区。春末和夏季西南低涡移出影响云南的频数最多,秋末和冬季最少。西南低涡开始影响云南的时间表现出日变化特征,在白天的影响几率为61.54%,其生命史呈指数衰减,大多不超过1天。西南低涡移出源地后,约有13.5%的低涡会影响云南并出现全省性强降水过程。其中,偏南路径西南低涡造成的强降水主要分布在哀牢山以西地区,东南路径的主要暴雨中心位于滇中和滇东南,西南路径的强降水主要分布在滇东地区。西南路径大到暴雨的出现频率最高、强度最强,应引起足够的重视;东南路径虽然最多,但大到暴雨的出现频率和强度均低于平均值。     

影响华南地区西南低涡的频数及移动特征分析

利用中国气象局提供的MICAPS观测资料以及空间分辨率为1 °×1 °的ERA-Interim再分析资料,对1991—2010年3—8月影响华南地区的西南低涡的生成和移动进行统计分析。结果表明,影响华南地区的西南低涡在6、7月出现频率较高;随着月份推移其维持时间逐渐增加,3月的维持时间最短（48小时）,8月最长（105小时）;将影响华南地区的西南低涡按不同移动路径分为四类:东移型、东南移型、南移型和停滞型。在频数方面,东移型西南低涡出现次数最多（33个）,东南移型次数最少（12个）;在维持时间方面,停滞型西南低涡的维持时间最短（54小时）,南移型维持时间最长（86小时）。四类移动路径西南低涡所对应的大尺度环流场表明,停滞型西南低涡其对流层中高层槽脊不明显且辐散运动较弱,下游地区对流层低层有冷平流及辐散运动,不利于西南低涡的发展和移出,而其他三类移出型的西南低涡在对流层中高层有明显的槽脊系统及较强的辐散运动,同时在对流层低层,不同移动路径的西南低涡在各自移动方向上均有风场辐合带和暖平流区与之对应,有利于西南低涡的移动和发展。      

移出型西南涡与我国中东部降水的关系

利用常规观测资料、逐日降水和NCEP再分析资料等统计2007—2017年5—7月西南涡共计199例,其中110例移出源地发展。在移出型西南涡中有66例沿偏东路径移动,占比60%;东北路径西南涡约占28.2%;东南路径西南涡仅占10.9%。移出型西南涡与我国中东部降水具有密切关系:偏东型有利于沿江地区降水增多;东北型使江北大部分地区降水增加;东南型有利于华南地区降水增加。偏东型和东北型西南涡中心路径与雨带走向近乎平行,但存在不同程度的偏移,造成偏移差异的直接原因在于低涡北侧是否有降水。研究表明:当高空无干冷侵入时,低涡南侧偏南风越强,北侧空气湿度越大,北侧低空有偏东气流将有利于北侧空气抬升产生降水;当高空存在干冷侵入时,若北侧低层有一支湿润的偏东气流,二者叠加形成对流不稳定,也有利于降水。     

青藏高原低涡活动的统计研究

利用1980-2004年5～9月逐日08时、20时(北京时,下同)两个时次的500 hPa天气图资料,统计分析了夏季青藏高原低涡(简称高原低涡)的活动特征.结果表明:夏季高原低涡的发生频次具有明显的年代际、年际和季节内变化特征,20世纪90年代以后低涡出现频次较之80年代有下降趋势,7月份是夏季高原低涡的活跃期;青藏高原上产生低涡的四个源地分别为:申扎-改则之间、那曲东北部地区、德格东北部和松潘附近;移出青藏高原的高原低涡在青藏高原上主要有四个涡源:那曲东北部、曲麻莱地区、德格附近和玛沁附近,也存在季节内变化,与青藏高原上产生低涡的涡源不同;部分高原低涡形成后,能在高原上生存36 h以上并发展东移,移动路径主要有东北、东南和向东三条,其中向东北移动的低涡数量最多;而低涡移出青藏高原后的路径与在高原上的移动路径并不相同,移出高原后的低涡多数是向东移动的,其次才向东北、东南移动;高原低涡移出高原时主要有两条路径:一条为东北路径,主要移向河西、宁夏和黄土高原一带;另一条是东南路径,主要移向四川盆地附近,其中,移向黄土高原的低涡最多;移出低涡也表现出一定的年际变化和季节内变化特征;高原低涡移出青藏高原后,多数在12 h内减弱消亡,有些可持续60 h,极少数能存活100 h以上,最长可达192 h,不仅影响我国东部广大地区的降水,甚至可能影响朝鲜半岛和日本;高原低涡在青藏高原上初生时,暖性涡比斜压涡多近两倍,而移出青藏高原后12 h内的低涡性质却发生了很大改变,以斜压涡居多;与60、70年代相比,80年代中期以后高原低涡的发生源地、移动路径和性质等特征都有所改变.     

四川盆地三个典型落区西南涡暴雨天气成因的对比分析

本文将2010~2016年多场典型西南涡暴雨个例根据落区分为西北、东北、西南3型进行合成分析,结果表明:(1)四川盆地的地理特征决定其降水分布与地形密不可分;(2)中纬度低值系统(槽/低涡)的位置和强度对落区起到关键作用;(3)盆地内皆有明显的风场辐合。西北/西南型与东北型相比,西北/西南型对应的西南气流在盆地西部很强,而东北型对应的大风区则位于盆地东部。西北型和西南型相比,西南输送气流更强,可以将水汽输送到更北的位置。(4)盆地地区降水前期,落区上空大气水汽充沛,整层水汽和850h Pa的比湿高值区与落区位置相当一致。(5)盆地降水与局地层结稳定性密切相关,各个最强降水落区往往与层结最不稳定区域相对应。     

基于ERA-interim再分析资料的近30年九龙低涡气候特征

利用ERA-interim再分析资料,统计分析了1986年1月1日—2015年12月31日不同生命史九龙涡的时空分布特征和活动规律。结果表明:持续1—2个时次的九龙涡（T_1-2JLV）和3—4个时次的九龙涡（T_3-4JLV）初生高频中心位于27°—28.5°N,100°—101.5°E,持续5—6个时次的九龙涡（T_5-6JLV）初生高频中心位于29°—30.5°N,102°—103.5°E,持续时间大于7个时次的九龙涡（T_≥7JLV）初生高频中心位于28°—29.5°N,101.5°—103.5°E,生命史越长越易生成于四川盆地的西南部;九龙涡生成频数30年呈增长趋势,但近几年呈下降趋势;九龙涡生成频数随月份大致呈先增加后减少的变化趋势,1—5月随月份增加,5—12月随月份减少,5月最大,9月最小,3月T_1-2JLV生成最多,9月最少,4月T_3-4JLV生成最多,12月最少,6月T_5-6JLV、T_≥7JLV生成最多,1—4月无T_5-6JLV生成,12月T_≥7JLV生成最少,夏季九龙涡频数虽不是最高,但最易生成长生命史九龙涡,且最易移出源地;生命史低于24 h的九龙涡（T_1-2JLV、T_3-4JLV）夜发性不突出,生命史超过24 h的九龙涡（T_5-6JLV、T_≥7JLV）具有显著的夜发性特征;移出源地的九龙涡频数随月份表现出先增加后减少的变化趋势,1—6月随月份增加,6—12月随月份减少,6月移出源地的频数最多。T_≥7JLV的移动路径以偏东路径为主,6月后有东南路径和东北路径,T_5-6JLV移出路径只有偏东路径和东北路径,生命史小于24 h的九龙涡由于靠近统计区边缘地区也有可能移出源地。      

移动型与源地生消型西南涡的气候特征

利用ERA5再分析资料与TMPA V7降水资料，对2010~2019年移动型和源地生消型两类西南涡的时空分布、移动和降水特征进行统计分析，结果表明:源地生消型和移动型西南涡年均分别为69和20例，移动型西南涡的主要源地为四川盆地，源地生消型西南涡的主要源地为九龙和四川盆地；两类西南涡均为春夏多、秋冬少，但移动型西南涡的季节差异更大，春夏季生成频次约为秋冬季的3倍；西南涡主要在夜间生成，但日间生成的西南涡中移动型占比较多；源地生消型和移动型西南涡平均生命史分别为15.4h和39.6h；移动型西南涡以偏东路径为主，春夏季移动路径明显较长，冬季移速最大，夏季最小；源地生消型西南涡降水以弱降水为主，移动型西南涡降水强度整体大于源地生消型，以强降水为主。      

引发四川盆地西南地区暴雨的高原涡特征分析

为进一步认识高原涡对盆地西南地区暴雨过程的影响,总结该区域暴雨预报经验,本文利用2001～2011年高原涡切变线年鉴、MICAPS实况天气图、盆地西南地区气象站日降雨量资料以及NCEP再分析资料,对引起盆地西南地区暴雨过程的高原涡特征进行总结分析,得到结论:1)引发盆地西南地区产生暴雨量级以上降雨的高原涡过程多发生在每年7月;高原涡东移将对盆地西南地区产生明显降雨;48小时后大部分高原涡减弱消失,少数继续东移或东南移;2)引发盆地西南地区产生暴雨的高原涡通常是暖性高原涡,高原涡东移48小时后有明显的冷平流入侵转变成斜压性低涡;这一类高原涡常常与高原切变、西南低涡、副高、低空急流以及南亚高压等影响系统相配合,共同作用产生一次暴雨过程;3)引发的盆地西南地区暴雨的高原涡过程的温湿场特征为:500hPa高原东部到盆地上空的大气高温高湿的特征明显,700hPa和850hPa盆地高温高湿,同时垂直上升运动旺盛且随高度向北倾斜。      

1971—2010年中亚低涡活动特征

利用1971—2010年NCEP/NCAR逐日再分析资料,对中亚低涡的活动规律及不同移动路径对新疆天气的影响进行分析。结果表明:40年共出现305次中亚低涡过程,低涡成熟期维持日数共1166 d;中亚低涡随纬度分布有两个高频活动区域:47.5°~55°N (北涡) 和35°~47.5°N (南涡),北涡表现出明显的季节变化,夏季所占比例最大为52%,而南涡活动四季差别不明显。中亚低涡的成熟期生命史2~3 d占56%,4~5 d占27.5%,5 d以上占16.5%。低涡活动具有明显的月、季节、年际和年代际变化,且呈显著的年代际增加趋势。南、北涡均出现东北、偏东和东南向移动路径,并影响新疆不同区域的天气。中亚低涡可造成新疆出现低温大风天气 (干涡) 和强降水天气 (湿涡),干涡占60%,且季节分布比较均匀;湿涡占40%,季节分布差异大,其中,夏季最多占57%,秋、春季次之。     

夏季区域极涡异常对塔里木河流域降水的影响

采用1961-2015年夏季大西洋-欧洲极涡面积指数和塔里木河流域43个站降水资料,研究该区域极涡面积异常对该流域降水的影响。结果表明:两者年际变化呈显著的反位相关系;在极涡面积异常偏小（大）年,西风急流在西亚和中亚减弱（增强）,在东亚则相反;500 hPa欧洲中部和贝加尔湖地区的高压脊偏强（偏弱）,东亚低压槽偏弱（偏强）,中亚经向环流增强（减弱）;700 hPa塔里木河流域天气扰动活跃（不活跃）,东风和西南风（西北风）的水汽输送增强,西部和北部等主要降水区水汽辐合（辐散）,该流域降水偏多（偏少）。在极涡面积异常偏小年的夏季,塔里木河流域水平风场和垂直运动从高纬度到低纬度的经向变化分布与大西洋-欧洲区相似,大西洋-欧洲极涡区与塔里木河流域之间存在西北-东南的环流异常分布,大西洋-欧洲极涡面积异常可能通过该环流异常分布影响塔里木河流域及周边风场、水汽输送和垂直运动,进而影响到该流域降水。     

平流层极涡偏移对我国冬季降水的影响

利用1970—2010年NCEP/NCAR再分析资料、我国160站月平均降水资料分析了平流层极涡向欧亚大陆偏移与我国冬季降水的关系。结果表明:1月极涡偏欧亚大陆强度指数与同期1月降水的显著正相关区域主要分布在我国中部大面积地区及新疆西南部的少数地区,显著负相关区域主要分布在新疆中部;相对1月而言,与后期2月显著正相关区域仍然主要分布在我国的中部地区但向西北方向延伸,使得华中北部、华北南部相对减少,而华北西部、西北东部等地区增大。对流层环流形势显示出在欧亚型强极涡年的1月,东亚冬季风和东亚大槽异常减弱,我国内陆中东部东南风距平显著,而贝加尔湖北部北风距平显著,南下的冷空气与暖湿气流交汇地区较常年偏北,同时我国中部地区低层水汽向上传播也明显增强,存在显著的水汽强辐合中心。     

1979—2016年四川盆地低涡的气候特征分析

利用6 h一次、水平分辨率为0.25°×0.25°的ERA-Interim再分析资料,对1979—2016年生成于四川盆地的西南涡的发生和发展进行统计分析。结果表明：四川盆地低涡集中生成于盆地内;在6月生成最多,7月发展最强;按移动情况不同可将其分为5类：东移型、东北移型、东南移型、西移型和少动型;东移型、东南移型、少动型低涡生成个数的峰值在6月,东北移型和西移型低涡生成个数的峰值在7月。夏季5类长生命史四川盆地低涡的结构和降水合成场表明：从发展强度看,东北移型最强,少动型最弱。从成熟期垂直结构看,除西移型外,低涡均随高度向西北或向西倾斜,在对流层低层为冷性结构,中层为暖性结构;东移型、东北移型、西移型低涡的正涡度区在垂直方向伸展更高;除东南移型、西移型低涡的强上升区与其中心重合外,其余类型位于其中心东侧。从降水特征看,除西移型外,其余类型低涡的降水中心均位于其移动路径东侧或东北侧,其中东北移型低涡成熟期6 h累计降水量最大。四川盆地低涡的强上升区、相对湿度大值区、位于对流层低层和中层的辐合辐散中心与降水所在位置有很好的对应关系,各物理量场相互作用共同促进低涡发展。