高原低涡与西南涡结伴而行的不同活动形式个例的环境场和位涡分析

本文利用NCEP/NCAR-FNL再分析资料、历史天气图、青藏高原低涡切变线年鉴,通过分析1998~2015年持续高原涡影响西南涡结伴而行（简称两涡伴行）过程的活动形式,并对不同活动形式的个例进行了环境场与位涡分析,得出了不同活动形式两涡伴行的环境场特征,揭示了冷空气活动、200 hPa急流对不同活动形式的两涡伴行的影响原因。结果表明:（1）两涡伴行有三种活动形式,它们是高原涡诱发西南涡、高原涡与西南涡耦合以及同一天气系统下两涡,其中以高原涡诱发西南涡的活动形式占多数。（2）两涡伴行的500 hPa环境场主要是40°N以北东亚环流经向度不强,纬向气流主导,受500 hPa低槽、冷空气活动的影响;200 hPa环境场主要与200 hPa急流的强度、距急流核距离、在急流两侧的位置密切相关;不同活动形式的西南涡上空200 hPa、500 hPa环境场特征是有差别的。（3）受500 hPa低槽、冷空气影响的两涡伴行中的西南涡的生成是通过500 hPa高位涡空气伸入西南涡上空,造成西南涡上空斜压不稳定所至;在西南涡上空500 hPa斜压不稳定增强且具有较强的斜压不稳定时西南涡加强;200 hPa西南风急流影响高原涡诱发或耦合、加强西南涡是分别在高空高位涡下传影响到高原涡与西南涡上空、西南涡的情况下实现的,同一天气系统下,高空高位涡下传只影响高原涡,而未影响西南涡。     

高原涡诱生西南涡特大暴雨成因的个例研究

利用多途径探测与再分析资料,通过诊断分析、数值模拟和敏感性试验,对2008年7月20～21日一次高原涡东移诱生西南涡并引发川中特大暴雨的天气过程进行了初步分析,探讨了西南涡特大暴雨发生的中尺度环境场特征,特殊地形和非绝热物理过程在高原涡东移诱生西南涡特大暴雨中的作用。结果表明,高原涡形成后沿高原东北侧下滑,在四川盆地诱生出西南涡,川中特大暴雨在西南涡形成过程中由强中尺度对流系统(MCSs)的活动造成。高原涡东移诱生的低层偏东气流在川西高原东侧地形的动力强迫抬升作用下,释放对流有效位能激发出MCSs产生强降水,降水凝结潜热加热反馈驱动西南涡快速发展。地形的动力作用仅能形成浅薄的西南涡,降水凝结潜热的加入才能使西南涡充分发展。高原涡的发展主要受地面热通量影响,它的发展与否在很大程度上决定西南涡能否形成。盆地周边高大山脉对西南涡的位置分别有不同程度的影响,而盆地周边高大山脉上叠加的中小尺度地形对西南涡和暴雨带的整体位置影响不大,在一定程度上影响暴雨的落区。     

高原涡与西南涡耦合作用的个例诊断

对1982年7月26～28日由500hPa高原低涡与850hPa四川盆地浅薄低涡耦合作用引发盆地低涡强烈发展与大面积特大暴雨天气发生的机理进行了诊断研究。结果表明,高原低涡东移到100°E附近时,其低涡东部的正涡度平流与负值非平衡强迫与850hPa四川盆地浅薄低涡发生垂直叠加时,两者之间发生耦合作用。导致盆地浅薄低涡与500hPa高原涡同时发展,四川盆地发生大面积暴雨。     

两次高原切变线诱发低涡活动的个例分析

使用NCEP/NCAR再分析格点资料,对2007年7月4～6日切变线在高原上发展,并诱发两次高原低涡造成高原中部大雨的活动过程进行了诊断分析。通过涡度收支等物理量计算,结果表明,垂直输送项和水平辐合辐散项对两次高原低涡的发展增强都起主要作用,在低涡不同发展阶段,二者贡献各有不同;在低涡二消亡阶段,水平平流项贡献增大。视热源和视水汽汇分析表明,这次降水过程以对流性降水为主,垂直运动的负值中心与视热源、视水汽汇中心对应,变化趋势基本一致,表明在降水过程大气加热是与大气上升运动密切相关,对流层中层的加热引起对流层低层抽吸作用会促进高原涡的发展,大气热源主要是降水过程的凝结潜热释放,水汽凝结起决定性作用。     

一例伴随西南涡的入海高原涡持续活动成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料、历史天气图与青藏高原低涡切变线年鉴,采用天气学分析和要素诊断方法,对2013年6月4-10日伴随西南涡的入海高原涡从位涡、涡度及非绝热加热角度进行了诊断,分析了高空大值位涡、大值涡度下传以及非绝热加热在高原涡各生命阶段里的作用,以及与西南涡相遇对高原涡维持发展的影响,一定程度揭示了高原涡能够东移入海、长时间持续发展的原因。结果表明,高空急流的位置及强度变化对高原涡东移、入海发展至关重要,此例高原涡是在高空急流引导下东移入海的,而急流上携带的大值位涡、大值涡度下传是高原涡能够持续活动、最终入海并在海上保持活力的动力来源,尤其是当急流断裂处形成低槽时,低槽内的高位涡和强涡度下传为高原涡提供了充足的能量,使得高原涡强烈发展,而西南涡与高原涡相遇、重叠更使高原涡"锦上添花",达到了鼎盛,一旦失去高空的支持,高原涡迅速衰减、消亡;西南涡则不然,即使没有高空位涡、涡度的支持,西南涡仍由于非绝热加热的作用而强盛发展;高原涡、西南涡各生命阶段的视热源差异分析显示,非绝热加热对高原涡、西南涡的生成都有重要的作用,且作用方式相同,但生成之后,非绝热加热对高原涡的影响甚微,而对西南涡,非绝热加热仍然至关重要,不仅决定着西南涡的生命史长度,也决定着西南涡发展的强度。     

一次高原低涡诱发西南低涡耦合加强的动力诊断分析

利用2013年6月29日—7月2日期间逐6 h的NCEP 0. 5°×0. 5°全球预报场再分析GFS (Global Forecast System)资料,对一次引发特大暴雨的西南低涡和高原低涡耦合贯通加强过程进行动力诊断分析,结果表明:西南低涡和高原低涡耦合区上方在不同阶段均维持正涡度柱,呈现低空辐合和高空辐散的特征,并伴有强烈上升运动。垂直运动在耦合开始阶段最强,正涡度柱在耦合强盛阶段显著增强,高原低涡和西南低涡耦合贯通后,改变了涡度的垂直特征。西南低涡发展维持的涡动动能主要源于水平通量散度项和涡动动能制造项,摩擦耗散项和垂直通量散度项是其主要消耗项。高原低涡发展维持的涡动动能主要源于垂直通量散度项和区域平均动能与涡动动能之间的转换项,涡动动能制造项出现负值是其涡动动能减弱的主要原因。耦合期间强烈垂直运动将西南低涡的涡动动能向高原低涡输送,西南低涡对高原低涡发展维持有重要动力作用。     

环境场作用与西南低涡移动的初步分析

本文将西南低涡视为迭加在环境场上的一个扰动,把考虑环境场和非绝热作用下的次天气尺度扰动方程组写在一个简单斜压两层模式上,根据西南低涡的特点对方程组作一些近似处理,导得了反映低层(700hPa)西南低涡移动特征的移矢诊断方程。由此分析了影响西南低涡移动的主要因子,得出了一些定性结果。最后,利用移矢诊断方程作了低涡移动的实例计算分析,其结果与实况比较一致。     

西南涡发展成南海台风的个例分析

众所周知,台风起源于三类胚胎[1,2]:一是热带辐合带中的低压扰动,约占80-85%;二是东风带扰动(包括东风波),约占10-15%;三是斜压性扰动,包括高空冷涡和槽、低层冷低压和锋面波动,约占5%。     

低纬高原西南涡暴雨分析

选取了由西南涡造成的低纬高原暴雨的8个个例,利用中尺度滤波和物理量诊断方法,对低纬高原西南涡暴雨进行了分析研究。研究表明,向东南方向移出的西南涡是造成低纬高原暴雨的重要天气系统,暴雨主要出现在西南涡的西南象限的中尺度辐合线、变形场和气旋之中。造成低纬高原暴雨的西南涡是比较深厚的,其正涡度区在垂直方向通常可达300-400hPa。这种西南涡不仅具有动力性的作用,而且其后部常伴有较强的冷空气活动。正是由于西南涡的动力扰动、冷空气活动和偏南暖湿气流的爬坡抬升共同导致了暴雨的发生。     

高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。     

高原涡与西南涡相互作用暴雨天气过程的诊断分析

利用动力诊断方法,对2008年7月20~22日高原低涡与低层西南低涡相互作用引发西南低涡强烈发展和四川大面积特大暴雨天气发生机理进行了诊断分析。分析表明：高原涡与西南涡涡心之间的纬向距离在5个纬度的时候,两者上升气流都在500 hPa以下,当两者继续东移,在经向上耦合的时候,二者同时得到发展,西南涡中心的上升气流达到300 hPa,而高原涡中心的上升气流突破200 hPa;西南涡在低层出现初期,在一定程度上制约了高原涡的发展,随着两者在经向方向发生耦合,上下涡度平流不同造成垂直差动,将激发500 hPa以下的上升运动与气旋性涡度加强,使得500 hPa与700 hPa涡心正涡度值的增大近1倍。并且涡前的正涡度变率使得高原涡发展并东移,待垂直耦合后,高原涡与盆地涡相互强迫作用促使气流上升运动加强也是导致高原低涡与西南低涡共同发展的一种机制。     

西南涡成因初探

西南涡全年各月都有生成, 以4—5月份最多, 8月份最少。 但8月份出现频率的年际变化最大。本文从8月份环流特征探讨西南涡的成因。 西南涡的生成有三个主要成因。低层西南季风经横断山脉—云贵鬲原的绕流作用以及下游低层西南风急流左测的气旋性切变; 中层强西风经青藏高原东坡的越坡作用; 以及中层气旋性曲率和切变造成的强正涡度作用, 都有利于在我国西南特定区域诱生西南涡。 当副高北抬,南海热带辐合带(ITCZ)北推到18—20°N左右,并与印度季风槽相连接时,我国西南地区处于东风气流控制下, 绕流和越坡作用消失, 很少有西两涡生成。 因此, 低层强西南季风(冬半年为强的南支西风)是西南涡生成的重要环流条件。     

高原涡与西南涡相互作用引发MCC暴雨的形成机制分析

使用常规观测资料、ERA-Interim再分析资料和卫星资料,以2014年7 月8-10 日西南涡和高原涡相互作用引发MCC 产生大暴雨的天气过程为例,分析了两涡作用导致大暴雨的形成机制.结果表明:相互作用前期,两涡涡心间距较远,在500 hPa 高度上两者同处于青海南部的气旋及其向南延伸的低槽前.约24 h 后,高原...     

大尺度环境场和CISK与西南低涡发展的动力学分析

本文根据文献1)提出的用CISK理论研究西南低涡发展的设想,采用早期最简单的积云参数化模式,把积云对流同低层次天气尺度扰动联系起来,用描述大尺度环境场和积云对流对次天气尺度扰动作用的方程组,在简单两层模式中求解,分析了影响西南涡发展的各个因子,讨论了发展型西南涡在模式中的简单结构。     

高原涡与西南涡相互作用引发四川暴雨的位涡诊断

利用目动气象站逐时降水量资料和欧洲中期天气预报中心ERA-interim再分析资料,对2013年6月28日至7月2日一次高原低涡(高原涡)与西南低涡(西南涡)相互作用引发四川盆地暴雨的天气过程进行了位涡诊断分析。根据Hoskins位涡理论,对比分析了位涡、高度场、风场中低涡中心的位置差异,分别揭示并验证了高原涡、西南涡在移动过程中的强度变化。结果表明:在高原涡、西南涡形成阶段,位涡中心都位于高度场、风场低涡中心的西侧。高原涡在东移到高原东部的过程中,强度加强;进入四川盆地继续东移的过程中,强度减弱。当高原涡与西南涡实现垂直耦合后,高原涡的强度再次加强;高原涡与西南涡处于非耦合状态时,高原涡东侧的下沉气流将抑制盆地西南涡的发展;而当高原涡东移出高原与盆地西南涡垂直耦合后可激发西南涡加强,高原涡与西南涡垂直合并为一个深厚强涡。从位涡剖面的垂直方向上不仅清晰地反映高原涡与西南涡相互作用过程以及两涡的移动,还可以表示低涡中心强度的变化。等嫡位涡水平面上能较好地反映高原涡、西南涡的移动及演变情况,对强降水中心也有指示作用,可从水平方向显示两涡相互作用过程。     

引发川东暴雨的西南低涡演变特征个例分析

利用NCEP格点再分析资料、观测资料和MM5模式的高分辨率输出资料,对2004年9月4～6日发生在四川盆地东部地区的大暴雨过程进行了诊断分析和数值模拟,重点分析引发这次大暴雨的西南低涡的结构和演变特征及其在暴雨发生发展过程中的作用。对低层850 hPa、700 hPa 候平均水汽通量和各时刻整层水汽通量的分析表明,此次西南低涡暴雨的水汽主要来自于南海,水汽沿西太平洋副热带高压的西南侧经青藏高原东部流入四川盆地。在西南低涡的发展过程中,“桑达”台风向西北移动, 阻断了西太平洋副热带高压的东退并切断副高,被切断的高压部分滞留在西南低涡东侧,导致低涡不能顺利东移。数值模拟研究发现,在西南低涡的发展过程中,中层400～500 hPa 附近一直伴有涡旋的存在,且此涡旋的发展演变过程与低层涡旋明显不同;中层涡旋的发展不像低层涡旋那样呈现单边持续地增长或衰减的特征,而是呈现明显的增长－衰减－再增长的演变特征,其最大值增长时段和低层涡旋也并不一致。 分析表明这个中层涡旋实际上是中层大气里一个中尺度闭合低压造成的,这个闭合低压是由高空槽加深发展而来的。数值模拟输出结果还显示,发生在西南低涡东侧切变线里的对流垂直运动是由高空槽里的闭合低压激发出来的。     

台风对西南低涡影响的数值模拟与诊断个例分析

利用NCEP再分析资料和MM5中尺度数值预报模式对2004年9月3~6日因西南低涡造成四川盆地和重庆地区特大暴雨天气过程开展了数值模拟和诊断分析。结果表明,在此次特大暴雨天气过程中,西南低涡生成后由于受“桑达”台风的阻塞影响,西南低涡移动速度变慢,强度增大,生命期延长。同时“桑达”台风西侧吹入内陆的东北气流在西南低涡的东南侧转变为西南气流的过程中出现气流辐合并使得水汽迅速聚积,从而触发了在西南低涡附近形成特大暴雨天气过程。     

两次高原涡与西南涡作用下的暴雨过程对比分析

利用FY-2D卫星TBB资料、NCEP1° × 1°再分析资料和地面自动站观测资料,对2008年7月20~22日和2012年7月20~22日两次由高原涡和西南涡相互作用,造成四川暴雨过程进行对比分析,结果表明:(1)强降雨落区与引导高原涡移动的高空槽有密切关系,高空槽的移动和变化大致决定了强降雨的落区。(2)造成两次暴雨过程的对流云团生成和发展虽然有一定的差异,但最终会发展合并形成一个MCC;并且强降雨位于对流云团TBB最大梯度区,一般靠近亮云核,并在亮云核的西北部。(3)两次暴雨过程期间,均有低层辐合高层辐散,对应着强的涡度和强的上升运动,并且散度、涡度和垂直速度都是增大的。(4)两次暴雨过程期间水汽来源存在着差异,但水汽是逐渐增强的,并且水汽辐合中心与强降雨落区相对应。     

高原低涡东移出高原的平均环流场分析

利用美国国家环境预测中心(NCEP)再分析资料,挑选出1998—2004年夏季高原涡移出高原多、少的年、月对它们的环流场进行对比分析。对比分析指出,6~8月是高原涡最易移出的月;当500hPa孟湾季风槽偏北,或西太副高明显西伸,高原东部有切变线活动;当200hPa南亚高压东伸明显,高原东部为南亚高压脊前西北气流控制时,有利于高原涡东移出高原。为高原低涡暴雨预报的气候背景提供了科学依据。     

四川盆地干湿西南涡个例大气环境效应对比研究

针对关注较少的西南涡大气环境效应问题,使用2014-2016年常规地面气象观测资料、空气污染监测数据、气象探空数据及NCEP的CFSv2再分析资料,统计了2014-2016年冬春季的西南涡及其对应时段的空气质量,发现在冬春季由于水汽缺乏,西南涡多属于不引发降水的干性低涡,其活动期间易造成四川盆地重空气污染过程。在此基础上又选取了四川盆地2015年两次干、湿西南涡活动过程进行了对比研究。首先对2015年12月29日至2016年1月3日重污染过程的探析发现,12月30日盆地上空形成干西南涡,其强度弱、厚度薄,其前部的弱下沉运动所产生的"焚风效应"使得成都上空形成脱地强低空逆温,产生极不利于污染物扩散的"锅盖效应",从而导致最大混合层厚度和近地面风速非常小,静稳型天气特征凸显,造成代表城市成都的细颗粒物PM10、PM2. 5的日间浓度均值分别上升为398μg·m~(-3)和268μg·m~(-3),达到此次重空气污染过程中的峰值。与之相对比,研究发现2015年8月16-18日的湿西南涡活动过程中,强烈的垂直上升运动及其引发的强降水,产生了极有利的大气扩散和湿清除效应,迅速有效地降低了污染物浓度,与干西南涡加重大气污染的环境效应截然相反。