近10 a高原切變線研究進(jìn)展綜述

姚秀萍，包曉紅，劉俏華，馬嘉理，張霞，管琴，高媛，張碩

(1.中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081；2.中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實驗室，北京 100081；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.河南省氣象臺，鄭州 450003；5.青海省氣象臺，西寧 811000；6.中國氣象局武漢暴雨研究所暴雨監(jiān)測預(yù)警湖北省重點(diǎn)實驗室，武漢 430205；7.北京應(yīng)用氣象研究所，北京 100029)

引 言

高原切變線是在青藏高原(下稱高原)的動力和熱力強(qiáng)迫作用下產(chǎn)生的典型天氣系統(tǒng)，是對高原及其下游地區(qū)的天氣影響深遠(yuǎn)的重要降水天氣系統(tǒng)(葉篤正等，1957；葉篤正和高由禧，1979；喬全明和譚海清，1984；羅四維，1992；楊克明和畢寶貴，2001；徐祥德和陳聯(lián)壽，2006；郁淑華，2000；郁淑華等，2007)。高原切變線的研究始于20世紀(jì)60年代，隨著我國第一、第二、第三次青藏高原大氣科學(xué)試驗相繼展開，以及在全球氣候變暖、多地極端降水增加的背景下(Easter?ling et al.,2000；Cao and Pan,2014；Sun et al.,2021)，引發(fā)高原及其下游地區(qū)強(qiáng)降水的高原切變線備受關(guān)注，有關(guān)高原切變線的研究成果頗豐。目前，高原切變線研究主要包括高原切變線的氣候統(tǒng)計以及結(jié)構(gòu)、發(fā)生發(fā)展維持機(jī)制、與其他天氣系統(tǒng)的相互作用及其所造成的強(qiáng)降水等，研究方法主要包括基于客觀判識或主觀篩選的統(tǒng)計分析、環(huán)流合成、物理診斷及數(shù)值模擬等。此前，何光碧(2013)、姚秀萍等(2014)曾對高原切變線的研究成果進(jìn)行了全面綜述，但其針對的主要是2010年前取得的相關(guān)研究成果。此外，李國平和張萬誠(2019)雖然對高原切變線的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，而該文主要是圍繞高原切變線與高原低渦的關(guān)系、相互作用過程及誘發(fā)暴雨機(jī)理等科學(xué)問題展開，對高原切變線近10 a研究進(jìn)展的回顧不夠全面，尚有待補(bǔ)充。因此，本文對近10 a高原切變線研究進(jìn)展作了較為全面的回顧，主要包括高原切變線的時空分布及其與暴雨的關(guān)系、高原切變線的結(jié)構(gòu)特征、高原切變線的演變機(jī)制、高原切變線與高原低渦的關(guān)系等。在總結(jié)現(xiàn)有相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，提出了高原切變線未來需要重點(diǎn)關(guān)注和研究的若干科學(xué)問題，以期不斷提高對高原切變線的認(rèn)識，為今后高原切變線引發(fā)的災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警及其可能造成的次生災(zāi)害提供參考依據(jù)。

1 高原切變線時空分布及其與暴雨的關(guān)系

1.1 高原切變線的判識與確定

高原切變線的判識和確定是分析高原切變線及其影響的基礎(chǔ)。以往對高原切變線的判識和確定大多基于氣象臺站資料的手繪天氣圖，其主觀性較強(qiáng)。近年來，各種再分析資料得到迅速發(fā)展，相對于臺站資料，其時空分辨率有了極大提高，使其在科研和業(yè)務(wù)中的應(yīng)用越來越廣泛；同時，氣象部門計算機(jī)硬件和軟件技術(shù)得到快速發(fā)展和加強(qiáng)，也使得對其客觀識別成為可能，且客觀識別相對主觀分析更便捷，尤其是在大數(shù)據(jù)統(tǒng)計時優(yōu)勢更明顯。因此，近年來對高原切變線的判識和確定涌現(xiàn)出新的方法，即客觀判識和確定。

姚秀萍及其團(tuán)隊提出的基于切變線動力本質(zhì)的客觀識別技術(shù)(馬嘉理和姚秀萍，2015；Zhang et al.，2016)，對高原切變線的識別效率和正確率有所提高，并重建了近40 a高原切變線氣候數(shù)據(jù)庫。高原切變線一般分為橫切變線和豎切變線兩類，針對不同類別的高原切變線，其客觀識別方法存在不同。高原橫切變線的客觀判識采用緯向風(fēng)的經(jīng)向切變、相對渦度、緯向零風(fēng)速線等3個客觀判據(jù)來確定(見式(1))，而高原豎切變線的客觀判識則采用經(jīng)向風(fēng)的緯向切變、相對渦度、經(jīng)向零風(fēng)速線等3個客觀判據(jù)來確定(見式(2))。

在70°—103°E、25°—40°N 高原范圍內(nèi)，將500 hPa風(fēng)場同時滿足式(1)中3個客觀判據(jù)且長度≥5個經(jīng)距的點(diǎn)的連線識別為高原橫切變線，而將同時滿足式(2)中3個客觀判據(jù)且長度≥5個緯距的點(diǎn)的連線識別為高原豎切變線。

另外，近年李國平及其團(tuán)隊也提出一種高原切變線的客觀識別方法(劉自牧和李國平，2019)，該方法采用其風(fēng)向和風(fēng)速來判斷切變點(diǎn)，進(jìn)而確定高原切變線，包括高原橫切變線和豎切變線(其具體識別流程見圖1)。在此基礎(chǔ)上，他們還將其識別結(jié)果同對應(yīng)年份主觀判識和確定的來自《青藏高原低渦切變線年鑒》(彭廣等，2005—2015；中國氣象局成都高原氣象研究所，2016)(簡稱《年鑒》)中的結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：數(shù)量上，客觀識別的切變線比《年鑒》中的略多，但客觀識別的東部型切變線和《年鑒》中的較為吻合，其原因可能是高原尤其是其西部氣象觀測站點(diǎn)較為稀疏；對切變線生成時刻和生成源地，客觀識別的切變線和《年鑒》中的吻合率在50%左右；對切變線生命史，客觀識別的主要為6 h，而《年鑒》中的主要為12 h，這是因為再分析資料的時間分辨率(6 h)比觀測資料(12 h)的高所致。總體上，上述客觀識別方法對高原切變線的識別效果較好，但對其生成時刻和生成源地的識別還不夠理想。

1.2 高原切變線的時空分布

以往對高原切變線的時空分布統(tǒng)計主要是基于臺站資料的主觀判識統(tǒng)計方法，統(tǒng)計內(nèi)容主要涉及夏季高原切變線的生成位置、生成頻率、月變化、移速及持續(xù)時間等，但其統(tǒng)計結(jié)果很不連續(xù)，統(tǒng)計年限較短，且統(tǒng)計時段主要在夏季。近年來有關(guān)高原切變線時空分布的統(tǒng)計方法，除主觀判識外，還有客觀判識?；谥饔^判識的方法主要是對移出和未移出高原的高原切變線以及冬季高原切變線等的時空分布進(jìn)行補(bǔ)充。夏半年橫、豎切變線出現(xiàn)次數(shù)比冬半年明顯偏多(郁淑華等，2013；王琳等，2015；Li et al.，2018)，其分別是冬半年的3.4倍和3.7倍。冬半年高原切變線主要出現(xiàn)在3—4月，4月有五分之一的能移出高原，夏半年高原切變線主要出現(xiàn)在5—9月，8—9月有五分之一的能移出高原(郁淑華等，2013)；高原切變線東移可達(dá)湖南，北移可達(dá)內(nèi)蒙古，南移可到廣西等地；高原切變線出現(xiàn)次數(shù)和移出次數(shù)在1998—2013年間呈增加趨勢；豎切變線移出幾率高于橫切變線；移出的切變線中，不同類型的切變線生命史不同，東部橫切變線以36 h為主，東部豎切變則以24 h為主(王琳等，2015)。

基于客觀判識和確定方法，可對高原切變線作長時間序列的統(tǒng)計，從而得以進(jìn)一步揭示高原切變線年(代)際、月際變化規(guī)律，加上較高時空分辨率再分析資料的應(yīng)用，使得分析高原切變線日變化特征成為可能。Zhang等(2016)對長達(dá)30 a高原切變線的系統(tǒng)統(tǒng)計表明，夏半年高原橫切變線在高原上呈東西向，其活動高頻區(qū)在32°—35°N。其中，33°N附近存在一走向大體平行于高原地形的高頻軸，且具有5—8月逐月南壓、9—10月又逐漸北抬的南北擺動特征，但其調(diào)整幅度不超過兩個緯距(圖2)。橫切變線年平均日數(shù)為65.3 d，表現(xiàn)為明顯的年際變化和年代際變化特征，其出現(xiàn)頻率1987年最高、1994年最低；20世紀(jì)80年代橫切變線日數(shù)年際波動最大，21世紀(jì)橫切變線日數(shù)波動次之，20世紀(jì)90年代中后期波動最小。橫切變線年平均日數(shù)月變化特征明顯，6月最多，7月次之，5—8月相對較少，到9月或10月則迅速減少。此外，個例研究表明(Guanet al.，2018)，高原橫切變線演變存在顯著日變化特征:其在0000(1800)UTC形狀最完整(斷裂)，垂直范圍最低(最高)；在0000—0600(1200—1800)UTC，其具有小幅度順(逆)時針旋轉(zhuǎn)。

圖2 1981—2013年夏半年高原橫切變線累積頻率分布(Zhang et al.，2016)(等值線表示高原橫切變線頻率(單位:103)，粗實線表示平均高頻軸)Fig.2 The accumulated frequency distribution of the Tibetan Plateau transverse shear lines(TSLs)during summer half year of 1981-2013(adapted from Zhang et al.,2016).Contours denote the TSLfrequency(unit:103),and the thick solid line denotes the high averaged frequency axis.

對于夏半年高原豎切變線，有研究表明(Yao et al.，2020)，高原豎切變線具有兩個高頻中心，分別位于高原中部(90°E附近)和高原東部陡坡地區(qū)(圖3)。豎切變線夏半年年平均日數(shù)為42.2 d，同樣具有明顯的年際變化和年代際變化特征，出現(xiàn)頻率2014年最高、2006年最低；從20世紀(jì)90年代開始，其年際波幅呈增大趨勢。豎切變線日數(shù)的月變化特征明顯，5—7月逐漸增加，7—10月逐漸減小，7月最多，10月最少。相較高原豎切變線，橫切變線夏半年年均日數(shù)是其1.5倍，二者均在盛夏(6—8月)最活躍。在氣候變暖大背景下，20世紀(jì)80年代以來，橫切變線日數(shù)隨時間增減趨勢不明顯，僅在一定范圍內(nèi)波動，而豎切變線日數(shù)則以1.99 d·(10 a)-1的速率隨時間增加。

圖3 1981—2016年高原豎切變線累積頻率(單位:103)分布(粗黑線表示平均高頻軸，H、L分別表示高頻、低頻中心)(Yao et al.，2020)Fig.3 Cumulative frequency distribution of the Tibetan Plateau meridionally oriented shear line(MSL)from 1981 to 2016(adapted from Yao et al.,2020).The thick black line denotes the axis of averaged high-occurred frequency(unit:103),and symbols H and L denote the high and low frequency center,respectively.

1.3 高原切變線與暴雨

高原切變線是影響高原及其近鄰地區(qū)重要的降水天氣系統(tǒng)，以往不僅缺乏對高原切變線活動與相關(guān)災(zāi)害性降水天氣的長時間序列分析，高原切變線對降水影響機(jī)制的相關(guān)研究也較欠缺。針對上述兩個“欠缺”，近年來有了一些補(bǔ)充性探索成果。

高原切變線與暴雨存在密切聯(lián)系。郁淑華等(2013)基于1998—2010年《年鑒》，主要從高原切變線的生命史和降水之間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計，結(jié)果表明:冬半年，生命史在24 h以上的橫切變線與生命史在12 h以上的豎切變線均可造成高原中雪天氣。夏半年，生命史在24 h以上的豎切變線可造成高原暴雨及其周邊地區(qū)小雨以上降水，還有一半以上年份，每年有1次豎切變線可移出高原且影響中國中部并產(chǎn)生中雨到大暴雨；48 h以上生命史的橫切變線在高原可造成暴雨以上量級的降水，絕大多數(shù)年份每年有1～3次移出高原的橫切變線，并造成中國西南部、中部暴雨以上量級降水，有的甚至影響華東、華南及華北地區(qū)，導(dǎo)致暴雨或大暴雨。此外，有學(xué)者基于客觀識別方法和超過30 a長時間序列再分析資料，對夏半年高原切變線與暴雨發(fā)生的頻數(shù)關(guān)系開展了系統(tǒng)統(tǒng)計。如，Zhang等(2016)的相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果表明，夏半年有超過50%的橫切變線可給高原主體地區(qū)帶來暴雨；主汛期6—8月，高原上橫切變線與暴雨的關(guān)系更為密切，二者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.499，其在8月的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.58。再如，Yao等(2020)研究表明，對于高原豎切變線，夏半年有超過55%的能引發(fā)高原東側(cè)及其近鄰地區(qū)暴雨，8月兩者相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.628。

暴雨形成需要充足的水汽供應(yīng)、強(qiáng)烈的上升運(yùn)動和較長的持續(xù)時間(朱乾根等，2000)。郁淑華(2013)研究指出，高原橫切變線活動時間一般為12～24 h，最長可達(dá)120 h。因此，較長生命史的高原橫切變線的存在已能滿足“較長的持續(xù)時間”這一條件，充足的水汽和強(qiáng)烈的上升運(yùn)動則直接影響高原暴雨的產(chǎn)生。有關(guān)研究表明(羅雄和李國平，2018a；趙大軍和姚秀萍，2018)，高原橫切變線處于高原上相對暖濕區(qū)，是水汽聚集帶。此外，高原橫切變線附近正渦度東傳和對流發(fā)展(何光碧和師銳，2014)，形成近地面層正渦度、高層負(fù)渦度配置，有利于產(chǎn)生大氣抽吸效應(yīng)，從而導(dǎo)致強(qiáng)烈的上升運(yùn)動，有利于降水的發(fā)生(李山山和李國平，2017b)。有關(guān)物理量，如濕Q矢量(李山山和李國平，2017a)、散度方程的非平衡項(杜梅等，2020)常用于診斷高原橫切變線上升運(yùn)動，當(dāng)濕Q矢量輻合帶或非平衡項負(fù)值大值區(qū)和水汽輻合帶同時出現(xiàn)且重疊時預(yù)示著強(qiáng)降水的發(fā)生。降水主要出現(xiàn)在高原橫切變線南側(cè)暖區(qū)中，降水強(qiáng)度與高原橫切變線強(qiáng)度關(guān)系密切，廣義濕位渦正異常值與未來3～6 h累計降水量分布一致(陳佳和李國平，2018)。數(shù)值模擬表明(顧小祥和李國平，2019)，對于冷云降水部分，凝結(jié)核雪粒子不僅在其凝結(jié)過程中潛熱釋放有利于對流活動發(fā)展，也可通過融化過程促進(jìn)降水。此外，橫切變線和豎切變線造成的降水強(qiáng)度和降水性質(zhì)有所不同，前者以持續(xù)穩(wěn)定的降水為主且降水量級較小，后者則以對流性降水為主且降水量級相對較大(劉新偉等，2020)。

?Mitchell Timothy，“Society，Economy，and the State Effect”，in George Steinmetz(ed．)State/Culture:State－ Formation after the Culture Turn，Corner University Press，1999，pp．76 ～97．

2 高原切變線的結(jié)構(gòu)特征

以往在研究高原切變線的結(jié)構(gòu)特征時，多局限于一次青藏高原試驗或一次與強(qiáng)降水相關(guān)的典型個例，或是某幾年觀測資料的月平均場，難免造成對切變線結(jié)構(gòu)認(rèn)識的局限，以至于對高原切變線發(fā)生發(fā)展過程中不同階段的結(jié)構(gòu)特征研究不夠全面和深入。

2.1 高原切變線的空間結(jié)構(gòu)特征

近年來對高原切變線空間結(jié)構(gòu)特征的研究重點(diǎn)主要在高原橫切變線的不同階段上。如，張碩等(2019)對高原橫切變線的合成分析表明：高原橫切變線在500 hPa上呈東西向、水平尺度近2 000 km，垂直方向可伸展至480 hPa、厚度近2 km，并隨高度向北傾斜，其中向北傾斜的程度在強(qiáng)盛階段最弱、減弱階段最強(qiáng)(圖4)。風(fēng)場上，初始階段，高原橫切變線西段(90°E以西)，其北側(cè)為偏東風(fēng)、南側(cè)為偏西風(fēng)；高原橫切變線東段(90°E以東)，其北側(cè)為東南風(fēng)、南側(cè)為西南風(fēng)，切變線附近的風(fēng)場整體呈現(xiàn)為弱的氣旋式環(huán)流。強(qiáng)盛階段，與初始階段相比，切變線南北兩側(cè)風(fēng)場強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，切變線所處的氣旋式環(huán)流也更顯著。減弱階段，高原橫切變線南、北兩側(cè)風(fēng)速已顯著減小。又如，在羅雄和李國平(2018a)的研究中，高原橫切變線演變過程的風(fēng)場變化則主要是南側(cè)風(fēng)速先增大后減小，北側(cè)風(fēng)速則逐漸增大。究其原因，可能是不同行星尺度環(huán)流背景下的高原橫切變線的風(fēng)場分布差異較大(何光碧和師銳，2011)。此外，還有研究表明，高原橫切變線和豎切變線可以相互轉(zhuǎn)換(趙大軍和姚秀萍，2018；劉新偉等，2020)。

圖4 500 hPa高原橫切變線位置的空間結(jié)構(gòu)演變(a)及其沿90°E垂直剖面(b)(張碩等，2019)點(diǎn)線為初始階段，實線為強(qiáng)盛階段，虛線為減弱階段。圖a中的黑色邊界線為海拔3 000 m以上高原邊界Fig.4(a)Spatial structure evolution of the TSL at 500 hPa and(b)their vertical cross section along 90°E(adapted from Zhang et al.,2019).Dotted lines,solid lines and dashed lines denote the initial,mature and weakening phases,respectively.In(a)the irregular thick black line denotes the boundary of the Tibetan Plateau at an altitude of 3 000 m.

2.2 高原切變線的動力結(jié)構(gòu)特征

近年來，有關(guān)高原切變線動力結(jié)構(gòu)的研究，不僅有對與強(qiáng)降水個例相關(guān)的高原切變線、多年月平均高原橫切變線的持續(xù)研究，也有對與典型強(qiáng)降水相關(guān)的高原切變線個例的合成分析。如，何光碧和師銳(2011)研究指出，多年7月平均的高原橫切變線附近，500 hPa輻合上升運(yùn)動區(qū)與正渦度帶基本吻合，這與以往有關(guān)多年月平均的高原橫切變線的研究結(jié)果一致。但也有對與強(qiáng)降水相關(guān)的高原橫切變線的研究揭示，正渦度帶沿高原橫切變線分布，強(qiáng)輻合上升運(yùn)動位于高原橫切變線南側(cè)，高原橫切變線附近為弱的輻合上升(李山山和李國平，2017a；張碩等，2019)。高原切變線附近輻合帶和渦度帶相對位置是否和降水具有某種聯(lián)系？值得進(jìn)一步探討。在高原橫切變線強(qiáng)降水個例研究中，其初生階段和維持、發(fā)展階段垂直方向上存在正渦度中心和輻合中心，呈現(xiàn)對流層低層正渦度和高位渦中心相耦合的動力結(jié)構(gòu)，切變線減弱階段輻合區(qū)先于正渦度區(qū)減弱消失(羅雄和李國平，2018a)。典型個例合成的高原橫切變線中，高原橫切變線附近正渦度帶垂直可伸展到350 hPa，輻合帶伸展至400 hPa，上升運(yùn)動可伸展到200 hPa，強(qiáng)盛階段正渦度帶、輻合帶和上升運(yùn)動均最強(qiáng)(張碩等，2019)。高原豎切變線位于狹窄、淺薄的輻合與正渦度帶上，上升運(yùn)動顯著(何光碧和師銳，2011)，垂直方向上呈“干濕相間、冷暖相間”斜壓結(jié)構(gòu)特征(趙大軍和姚秀萍，2018)。

2.3 高原切變線的熱力結(jié)構(gòu)特征

近年來，高原橫切變線的熱力結(jié)構(gòu)演變特征備受關(guān)注。如，羅雄和李國平(2018a)研究指出，高原橫切變線存在“南暖北冷”熱力結(jié)構(gòu)，切變線發(fā)展維持階段呈現(xiàn)高層穩(wěn)定、低層不穩(wěn)定的垂直分布特征；在初生發(fā)展階段，低層有強(qiáng)的水汽輻合且其強(qiáng)度隨橫切變線的發(fā)展而增強(qiáng)，到減弱階段則演變?yōu)樗椛?。張碩等(2019)分析表明，高原橫切變線是水汽匯聚帶，其強(qiáng)盛階段時水汽輻合最強(qiáng)；高原橫切變線附近南側(cè)600—500 hPa存在假相當(dāng)位溫高值中心，具有非常明顯的高溫高濕特征，而干冷空氣侵入會導(dǎo)致高原橫切變線強(qiáng)度減弱甚至消亡。趙大軍和姚秀萍(2018)則認(rèn)為，500 hPa上高原豎切變線前部是明顯的暖濕空氣帶，其后存在明顯冷溫槽；高層300 hPa附近“暖心”和“濕心”結(jié)構(gòu)特征明顯。

3 高原切變線的演變機(jī)制

3.1 高原切變線演變的動力機(jī)制

以往有關(guān)高原切變線演變的動力機(jī)制研究中，其關(guān)注重點(diǎn)是環(huán)流背景系統(tǒng)，且有關(guān)分析方法多局限于簡單的物理量診斷。近年來，不少學(xué)者不僅繼續(xù)對環(huán)流背景系統(tǒng)如何影響高原切變線生成維持及移動展開研究，同時不斷引進(jìn)新的物理診斷量從不同角度深入揭示高原切變線的動力機(jī)制。如，對環(huán)流背景系統(tǒng)的相關(guān)研究表明:500 hPa上帶狀分布的西太平洋副熱帶高壓(以下簡稱副高)和伊朗高壓呈現(xiàn)“兩槽兩脊”環(huán)流形勢及高層存在南亞高壓，有利于高原橫切變線生成和維持(張碩等，2019；師銳和何光碧，2011)；當(dāng)副高及其外圍為穩(wěn)定的經(jīng)向高壓壩時，易出現(xiàn)豎切變線(韓林君等，2017)；東亞大槽越深，副高西伸越遠(yuǎn)，南亞高壓和高空急流越強(qiáng)，越有利于高原橫切變線移出高原(師銳和何光碧，2011)。也有研究表明，影響高原橫切變線移出的主要系統(tǒng)包括西風(fēng)槽、青藏高壓、西藏高壓，而影響高原豎切變線移出的主要系統(tǒng)是西風(fēng)槽、青藏高壓和副高(王琳等，2015)。

在高原切變線演變的動力機(jī)制研究方面，有人引進(jìn)了新的物理診斷量，如形變量、擾動動能等。如，李山山和李國平(2017b)在研究總變形項對高原橫切變線的影響時表明，500 hPa風(fēng)場的拉伸變形作用有助于高原橫切變線生成，其中總變形扭轉(zhuǎn)項的貢獻(xiàn)最大。再如，羅雄和李國平(2018b)的數(shù)值模擬結(jié)果表明，高空急流強(qiáng)度增強(qiáng)有利于高原橫切變線的維持，其原因是高空急流強(qiáng)度增強(qiáng)可影響高層輻散、低層輻合的散度場垂直配置從而使得上升運(yùn)動增強(qiáng)；同時，結(jié)合ω方程的診斷分析表明，高空急流強(qiáng)度對上升運(yùn)動的作用主要是通過影響差動渦度平流項和溫度平流項。以往相關(guān)研究僅是圍繞動能本身展開，近年來的研究進(jìn)展還體現(xiàn)在平均動能和擾動動能方面。低層擾動動能的增幅與高原橫切變線的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，擾動有效位能向擾動動能的轉(zhuǎn)換有利于高原橫切變線附近上升運(yùn)動加強(qiáng)(羅瀟和李國平，2019a)，且背景場和擾動場的相互作用使得擾動動能增大而平均動能減小，構(gòu)成動能的降尺度串級，從而有利于中尺度的高原橫切變線生成(羅瀟和李國平，2019b)。

3.2 高原切變線演變的熱力機(jī)制

以往對高原切變線演變機(jī)制的研究主要集中在動力方面，近年來在非絕熱加熱對高原切變線影響研究方面有了新的進(jìn)展。高原大氣非絕熱加熱的分布和演變影響高原橫切變線的發(fā)展演變(Guan,et al.，2018)。張碩(2019)基于時間分辨率為6 h的ERA-in?terim再分析資料，分析高原切變線的結(jié)構(gòu)特征及其與高原非絕熱加熱的關(guān)系表明:當(dāng)高原橫切變線附近非絕熱加熱作用出現(xiàn)在整層大氣且非絕熱加熱極大值增大時，橫切變線隨后發(fā)展增強(qiáng)；大氣非絕熱加熱強(qiáng)度演變超前于高原橫切變線強(qiáng)度約6 h，其中熱量的垂直輸送對非絕熱加熱貢獻(xiàn)最大(圖5)；高原橫切變線附近的垂直非均勻加熱效應(yīng)的增強(qiáng)有利于高原橫切變線發(fā)展增強(qiáng)，而緯向非均勻加熱梯度的增大則有利于高原橫切變線附近鋒面的形成。

圖5 高原橫切變線初始時刻(a)、強(qiáng)盛時刻(b)、減弱時刻(c)的前一時刻其附近區(qū)域(87°—93°E，30°—35°N)平均非絕熱加熱(單位:10-5K·s-1)垂直廓線圖(張碩，2019)黑線為非絕熱加熱，綠線為溫度局地變化項，藍(lán)線為溫度平流變化項，紅線為溫度垂直輸送項Fig.5 Vertical profiles of the 1-hour earlier regionally averaged diabatic heating(unit:10-5K·s-1)and its components at the(a)initiation,(b)maturity and(c)dissipation moments of TSLs between 87°E and 93°E,30°N and 35°N(adapted from Zhang et al.,2019).Black lines,green lines,blue lines and red lines represent diabatic heating,local variation term of temperature,horizontal advection term of temperature and vertical transport term of temperature,respectively.

4 高原切變線與高原低渦的關(guān)系

4.1 高原切變線和高原低渦伴隨出現(xiàn)的統(tǒng)計特征

高原低渦與高原切變線這兩種天氣系統(tǒng)往往相互獨(dú)立，又相互影響、相互伴隨。目前，關(guān)于高原切變線和高原低渦關(guān)系的認(rèn)識仍存在較大分歧，主要有兩種觀點(diǎn):一是高原切變線可以誘發(fā)高原低渦；二是高原低渦是高原切變線形成的基礎(chǔ)。近年來，劉自牧等(2018)基于再分析資料并使用客觀識別方法，統(tǒng)計分析了高原低渦和高原切變線伴隨出現(xiàn)的數(shù)量及源地以及兩者生成的先后順序等，結(jié)果表明，2005—2016年約30%的高原低渦與高原切變線伴隨出現(xiàn)，整個高原這種相伴出現(xiàn)均有發(fā)生，且高原切變線往往先于高原低渦生成，伴隨有高原低渦的高原切變線生命史較長。此外，發(fā)現(xiàn)高原切變線生命史內(nèi)能夠有高原低渦的多次生成(屠妮妮和何光碧，2010)，且低渦減弱的同時也有高原切變線生成(李山山和李國平，2017b)。

4.2 高原切變線和高原低渦的相互作用機(jī)理

關(guān)于高原切變線和高原低渦的相互作用機(jī)理，以往的研究中較少關(guān)注，也主要側(cè)重于高原低渦或?qū)⒏咴蜏u同高原切變線分開。而近年來的研究則有了新的進(jìn)展，認(rèn)為高原低渦的發(fā)生發(fā)展、移動同切變環(huán)境場(Yuet al.，2014)及高原切變線(Zhang et al.，2014；郁淑華等，2015)密切相關(guān)。李山山和李國平(2017b)對高原低渦減弱、高原橫切變線生成個例的研究表明，氣流拉伸變形作用使得高原低渦減弱消失，但有助于高原橫切變線的生成，高原橫切變線可能是影響高原低渦發(fā)展的背景流場。杜梅等(2018)利用z坐標(biāo)系下考慮地形的正壓模式方程組和小參數(shù)近似法，對包含地形坡度的切變波和渦旋波及其關(guān)系進(jìn)行了深入探討，指出高原橫切變線上切變波可通過不穩(wěn)定發(fā)展而形成高原低渦，并發(fā)現(xiàn)水平尺度較長的橫切變線在一定條件下可誘發(fā)低渦生成及東移，從而有利于形成低渦暴雨等極端天氣事件。杜梅等(2020)還對高原橫切變線與高原低渦的關(guān)系進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為高原橫切變線南側(cè)水汽輸送與輻合對低渦的誘發(fā)作用是大氣處于不平衡狀態(tài)而引起散度場調(diào)整的結(jié)果，輻合增強(qiáng)區(qū)有利于高原低渦生成，非平衡項對低渦的發(fā)生、發(fā)展加強(qiáng)和移動有一定的指示意義。

5 總結(jié)與展望

本文對近10 a有關(guān)高原切變線研究新進(jìn)展進(jìn)行了綜述，主要包括高原切變線的時空分布及其與暴雨的關(guān)系，高原切變線動力、熱力結(jié)構(gòu)和演變機(jī)制，以及高原切變線與高原低渦的相互作用等。然而，目前對高原切變線的結(jié)構(gòu)、演變機(jī)制及其引發(fā)降水的機(jī)理等的研究還不夠深入，對此提出以下展望。

(1)利用高分辨率多源資料對高原切變線結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化研究。高原切變線屬于次天氣尺度系統(tǒng)，由于高原地形復(fù)雜，其可能存在更小尺度的天氣系統(tǒng)，這涉及高原切變線本身的多尺度問題。因此，對高原切變線本身的多尺度問題的探討將有助于理解高原切變線的演變機(jī)制。

(2)有無降水的高原切變線結(jié)構(gòu)對比研究。此研究會有助于進(jìn)一步揭示高原切變線引發(fā)強(qiáng)降水的機(jī)制以及降水對高原切變線演變的反饋機(jī)制。

(3)高原切變線與西南渦、南亞高壓、西太副高、伊朗高壓以及西風(fēng)槽等天氣系統(tǒng)的相互作用機(jī)制及協(xié)同效應(yīng)機(jī)制。其相關(guān)機(jī)制值得深入研究。