一次東移高原低渦對降水影響的個例研究

青逸雨 周庶 旦增倫珠,2 李起旭,2

（1.南京信息工程大學大氣科學學院，江蘇 南京 210044；2.西藏自治區(qū)氣象臺，西藏 拉薩 850000）

0 引言

青藏高原（簡稱高原）作為全球海拔最高、地形最復雜的大地形，高原對中國的天氣影響大，是影響我國長江流域、江淮暴雨的對流云團的源地［1-2］。生成于高原的天氣系統(tǒng)—高原低渦，也是影響中國天氣的重要天氣系統(tǒng)，在一定的環(huán)境條件下能夠加強東移出高原，低渦能夠引發(fā)高原下游廣大地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性的災害天氣過程［3-5］。

高原低渦的東移對降水具有很大的影響，一般高原渦移出高原后會造成中雨以上降水，有的還可以產生暴雨、大暴雨。郁淑華和高文良指出，高原低渦移出高原后多數(shù)會使降水強度加大，約有70 %以上移出高原的高原渦可使降水增強，其中移出高原后活動時間較長（在36 h 以上）的低渦使降水增強的超過90 %［6］。Kuo et al.提出東移高原低渦與西南渦共同作用，常在四川盆地產生區(qū)域性暴雨天氣過程［7］。Li et al.對東移低渦移出后產生的總降水進行分析，得出東移低渦產生的降水主要發(fā)生在四川、淮河上游及長江中下游［8］。黃楚惠等通過分析不同路徑低渦對降水的影響，指出東移低渦主要影響高原東部降水，而東北移低渦主要影響高原北側及東北側降水［9］。此外，對于低渦對流特征，Li et al.指出低渦附近強對流多為西南-東北走向的橢圓形，且多發(fā)生于低渦東南側［10］。同時，董元昌和李國平也提出高原低渦降水主要分布在低渦中心的東南側或南側，認為這與高原低渦的環(huán)流以及能量分布特征有關［11］。前人對于低渦造成強降水的成因診斷研究比較豐富。黃楚惠和李國平發(fā)現(xiàn)水汽通量散度的強輻合中心與強降水中心一致［12］。彭新東和陳麟生分析表明水汽凝結的潛熱釋放對中尺度系統(tǒng)發(fā)展的強度、結構有決定性影響［13-14］。肖紅茹和陳靜通過數(shù)值模擬分析指出“低渦東移-四川盆地正渦度發(fā)展-上升運動加強-低層輻合高層輻散-降水-凝結潛熱加熱大氣-低層正渦度發(fā)展”這樣一個正反饋的循環(huán)機制是導致四川盆地強降水的原因［15］。然而，前人對于低渦降水的診斷更多的是集中于低渦對大暴雨的影響，對于低渦與大范圍雨帶之間的聯(lián)系研究較少。

本文選取2016年6月28日至7月1日高原一次低渦個例，此次低渦形成、發(fā)展及東傳引發(fā)長江中下游地區(qū)暴雨天氣的過程，診斷分析此次低渦的形成、發(fā)展及其與降水雨帶之間的內在聯(lián)系。

1 資料簡介

文中使用的資料包括：（1）ERA5 再分析資料，包括風場、高度場、比濕、氣溫等要素，空間分辨率為0.25°×0.25°，時間分辨率為1 h；（2）由中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心提供的FY-2E 氣象衛(wèi)星逐小時云頂亮溫數(shù)據(jù)，水平分辨率為0.1°×0.1°；（3）熱帶測雨衛(wèi)星（TRMM）提供的空間分辨率為0.25°×0.25°，時間分辨率為3 h的降水資料；（4）中國2400多個臺站逐日降水資料；（5）成都高原氣象研究所整編的2016年《高原低渦和切變線年鑒》。

2 高原低渦的發(fā)生及發(fā)展過程

2.1 低渦路徑與降水區(qū)

根據(jù)成都高原氣象研究所整編的2016年《高原低渦和切變線年鑒》，并結合500hPa環(huán)境場進行分析，發(fā)現(xiàn)此次低渦于2016 年6 月28 日14 時（北京時，以下同）生成，而后逐漸加強，29 日08 時發(fā)展東移至高原中部地區(qū)，30 日06 時低渦開始移出高原并繼續(xù)東移給下游地區(qū)帶來降水，圖1 為低渦的移動路徑及低渦活動期間的逐日累積降水量。如圖1b為27日20時至28 日20 時降水累計，低渦位于高原主體區(qū)域，其引發(fā)的降水量級以小雨為主，且降水區(qū)域主要沿著低渦路徑，范圍較??；28 日20 時至29 日20 時降水累計如圖1c 所示，低渦路徑上的降水區(qū)域逐漸擴大，降水量級也逐漸增加。到了29 日20 時至30 日20 時降水累計如圖1d所示，低渦發(fā)展東移至高原東部并開始移出高原，其引發(fā)的降水量級以中到大雨為主，在川渝等部分地區(qū)達到暴雨，較強的降水區(qū)域主要出現(xiàn)在低渦南側。并且從圖1 還可以注意到的是在27 日雖然高原東側已經存在了一條明顯的降水雨帶，但是隨著高原渦的東移，雨帶逐漸北抬，并且在30 日低渦引發(fā)的降水帶與北抬雨帶合并，從而使得西南地區(qū)均出現(xiàn)明顯降水?？梢?，本次低渦引發(fā)的降水落區(qū)主要集中在低渦南側與東側，并且隨著低渦逐漸東移降水的強度與范圍逐漸向東擴張，最終造成了此次暴雨過程。

2.2 低渦發(fā)生發(fā)展的環(huán)流形勢

分析此低渦在高原發(fā)生、發(fā)展階段的環(huán)流特征，圖2 給出了2016 年6 月28 日14 時至6 月30 日06時500 hPa 風場及渦度場的分布。28 日14 時高原受高壓控制，高原西部整體處在高壓左側偏南氣流影響下，此時沒有低渦（圖2a）；到28 日20 時高壓消失，高原西部在南側偏南風和北側偏北風的共同影響下，出現(xiàn)一風速輻合帶，伴隨有一條東西走向的正渦度帶，正渦度中心大致位于85°E，36°N 附近（圖2b），而后此正渦度帶逐漸發(fā)展增強，產生氣旋性環(huán)流，形成一個低渦。該地區(qū)背景氣流為西南風，在平流作用下低渦中心向東北方向移動并逐漸增強發(fā)展；29 日15 時低渦增強東移至高原中部，正渦度區(qū)域內氣旋性環(huán)流增強，中心C 位勢高度達583.9 dagpm（圖2c），此時低渦在西北氣流的作用下向東南方向移動；30 日06 時低渦中心開始移出高原，逐漸演變?yōu)楦呖詹?，槽前正渦度帶顯著（圖2d）。以上分析表明，高原低渦的移動和強度變化與高空環(huán)流形勢存在著密切的關系。

南亞高壓是一個在盛夏存在于高原上空的大尺度反氣旋，能夠制約中低層不同尺度的系統(tǒng)［16］。前人對于南亞高壓與高原渦的移動路徑有著很深的研究，并且對于由南亞高壓的影響下東移高原渦造成的強降水同樣有著分析［17］。

為了探究南亞高壓在本次過程中對高原渦的影響。圖3 給出了各個時刻的200 hPa 環(huán)流形勢。如圖3a 所示，此時高原渦還未形成，但生成地位于急流入口區(qū)的右側，這是一個利于對流發(fā)生發(fā)展的區(qū)域。圖3b可見，西風急流持續(xù)維持，此時高原渦開始生成，并且向東北方向移動，這與急流的方向是一致的。圖3c所示，雖然急流區(qū)開始崩潰減小，但是這種崩潰對于高原渦發(fā)展是有利的，高原渦始終位于急流入口的右側，并且此時高原渦的移動已經由東北移轉向東南移動。圖3d 可見，急流區(qū)進一步減小，但高原渦由于移出高原水汽條件更加豐富，渦旋快速發(fā)展，降水同樣增大，而降水區(qū)域同樣位于急流入口區(qū)的右側?？梢姡?00 hPa 的環(huán)流形勢對高原渦的發(fā)生發(fā)展與高原上的對流降水同時有著影響。

綜上可知，高原渦的發(fā)生發(fā)展受著大環(huán)境場的影響，并且其先東北移再東南移的移向與高層環(huán)流有著很密切的關系。降水區(qū)與急流入口區(qū)的右側有著很好的對應關系，從這點來看，急流入口區(qū)同時影響著降水與高原渦，而高原渦與降水同樣存在內在的聯(lián)系，那么下一節(jié)將會分析高原渦如何影響降水，以及與降水帶之間的關系。

3 高原低渦與降水雨帶

3.1 低渦對降水的動力作用

為了研究低渦對降水的作用，圖4 給出了幾個關鍵時刻低渦中心的空間結構狀況。2016 年6 月28 日14 時在低渦中心位置在350 hPa 以下（上）為輻合（散），對應低渦中心有較弱的上升運動，此時的低渦水平尺度?。▓D4a）；29 日15 時，低渦已經開始東移發(fā)展，但未移出高原，在低渦中心（95 °E，33 °N）附近，350 hPa 以下為強盛且范圍較廣的輻合區(qū)域，無輻散層升高，此時上升運動明顯增強，且此時低渦水平尺度也顯著增大（圖4b）；30 日06 時，低渦開始移出高原，中心位于106°E，31°N 附近，無輻散層繼續(xù)升高，位于300 hPa，以上有較強的輻散中心，上升運動更為強盛（圖4c）?？梢?，高原渦由于其低層輻合高層輻散的特殊結構，造成強垂直上升運動，可以為降水提供有利的動力抬升條件。

3.2 低渦與雨帶的移動特征

利用時空分辨率較高的TBB 資料，不僅可觀測到大范圍的云系分布，而且還可觀測到中尺度云系的在不同階段演變的全過程，并且能夠更加真實地反映降水區(qū)域，從而探究低渦對降水落區(qū)的影響。圖5 分別給出了此次低渦發(fā)生、發(fā)展和消散時的云頂亮溫分布。此次低渦云系在高原主體區(qū)域持續(xù)了40 h，28 日14時高原西部及南部存在零星的小尺度對流云團，對流云團不斷生成合并，低渦云系逐漸形成（圖5a）；29日15時低渦東移至高原中部，氣旋性環(huán)流增強且低渦外圍的螺旋云帶已經形成，對流旺盛（圖5b）；30 日06時低渦開始移出高原，逐步演變?yōu)楦呖詹郏瑢α髟葡党蕱|北-西南走向，逐漸東移影響下游地區(qū)（圖5c）。由此可見，對流云系的變化（特別是走向）與低渦活動之間存在存在密切的聯(lián)系。

為了了解低渦活動和降水雨帶的東移演變過程，圖6a給出了2016年6月28日至7月1日期間沿31°N～36°N平均的500 hPa渦度的時間-經向剖面圖，由該圖可見，2016 年6 月28 日至7 月1 日有一條東傳的渦度大值帶，正渦度東傳特征明顯，正渦度中心28 日14時開始生成，于30日06時低渦開始移出高原，移出后渦度明顯增強。圖6b 給出了正渦度區(qū)南側（29°N～33°N）區(qū)域平均的降水量時間-經向剖面圖，期間自西部向東部存在一條連續(xù)性雨帶，此雨帶的分布、強度變化特征與正渦度帶的東傳過程有著很好的一致性。28 日14 時在出現(xiàn)正渦度中心（85°E）的偏東一側產生了降水，降水區(qū)域較小，30 日06 時隨著正渦度帶的增強也產生較大范圍和較大強度的降水，降水區(qū)域略偏向正渦度中心東側。通過對比發(fā)現(xiàn)，雨帶隨時間向下游傳播與低渦東傳之間存在很好地對應關系。

綜上可見，在低渦逐漸東移的過程中低渦發(fā)展加強，與之伴隨的雨帶同樣向東向南擴展，并且這種擴展與低渦的發(fā)展是一致的，這可能是由于降水過程中有著很強的潛熱釋放，從而加強了低渦的發(fā)展，而低渦的發(fā)展又促進降水的形成。因此在這種正反饋作用下雨帶的落區(qū)與低渦的移動發(fā)展有著高度的聯(lián)系。

4 結論與討論

本文利用ERA5 再分析資料，對2016 年6 月28 日至7月1日高原一次低渦的形成和發(fā)展進行了診斷并對低渦與降水的關系進行了分析，主要有以下幾點結論：

（1）雨帶隨時間向下游傳播與低渦東傳之間存在密切的聯(lián)系。較強的降水區(qū)域主要出現(xiàn)在低渦南側，并且隨著低渦東移范圍更向南向東擴展。

（2）對流云系的變化（特別是走向）與低渦活動之間存在著密切的關系。從低渦生成時的小尺度對流云團合并，在低渦發(fā)展強盛后出現(xiàn)中尺度的螺旋對流云帶。

（3）高低空環(huán)流形勢對低渦發(fā)生發(fā)展和東移起著重要影響。低渦的移動和強度變化與高空環(huán)流形勢存在很好地對應關系。

本文是個例診斷分析的結果，今后仍需通過更多低渦個例，至于降水對低渦的反饋作用，也需要進一步深入研究。