中國西南部一次東移型暴雨中渦旋發(fā)展的多尺度地形影響研究

李祥 楊帥 楊書運(yùn)

1 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 合肥 230000

2 中國科學(xué)院大氣物理研究所云降水物理與強(qiáng)風(fēng)暴重點(diǎn)試驗(yàn)室, 北京 100029

1 引言

中國西南地區(qū)地形復(fù)雜，多尺度地形的熱力作用和機(jī)械強(qiáng)迫，為西南地區(qū)的渦旋形成提供了適宜環(huán)境條件，利于夏季活躍的對(duì)流發(fā)展和降水發(fā)生。分別在青藏高原和四川盆地附近形成的高原渦（TPV）和西南渦（SWV）是誘發(fā)我國西南山區(qū)暴雨的重要渦旋系統(tǒng)。該區(qū)域山地暴雨頻繁發(fā)生，成為中國雨量最多的地區(qū)之一，常常造成嚴(yán)重的洪澇和地質(zhì)災(zāi)害（Chen et al., 2019, 2020; Fu et al.,2019; 周玉淑等, 2019; 黃楚惠等, 2020; 李強(qiáng)等,2020; 羅亞麗等, 2020; Yang et al., 2020）。

過去研究已經(jīng)證實(shí)了TPV 對(duì)青藏高原上空降水的重要影響（Gao et al., 1981; Shen et al., 1986;李國平等, 2016; Fu et al., 2019）。根據(jù)其是否移出高原，可將高原渦分為兩類：一類TPV 生成于高原、消亡于高原，另外一類則在高原生成后向東移出高原，影響下游降水（江吉喜等, 2002; Li et al.,2008; Hu et al., 2016; Fu et al., 2019）。統(tǒng)計(jì)分析表明，第一類TPV 占比更大，后一類型發(fā)生率則相對(duì)較低。然而，一旦TPV 東移，其伴隨的強(qiáng)降水對(duì)人口密集的下游地區(qū)（ 如四川盆地和長江中下游地區(qū)）影響更大，易引發(fā)泥石流、山洪、城市內(nèi)澇等地質(zhì)災(zāi)害。因此，西南地區(qū)強(qiáng)降水過程中的東移型TPV 及相關(guān)物理過程的研究更應(yīng)引起重視。

有關(guān)SWV 和四川盆地暴雨的研究亦大量開展（李琴等, 2016; Li et al., 2017; Yang et al., 2017a,2017b; 劉曉冉等, 2020; 羅亞麗等, 2020; 湯歡等,2020; 王曉芳等, 2020; 蒲學(xué)敏和白愛娟, 2021; 吳志鵬等, 2021）。已有研究表明，四川盆地降水與西南渦、低空急流等天氣系統(tǒng)有關(guān)，具有明顯的日變化特征，降水高峰多出現(xiàn)在夜間和清晨（Yanai and Li, 1994; Yu et al., 2007; Yin et al., 2009）。Kuo et al.（1986）研究發(fā)現(xiàn)，四川盆地地形對(duì)SWV 的形成起主導(dǎo)作用。Fu et al.（2010）根據(jù)Zwack-Okossi 方程，診斷了2003 年6 月一次的SWV 生成的原因，發(fā)現(xiàn)潛熱釋放和輻合是SWV 形成的兩個(gè)最重要的因素，分別占渦度方程總強(qiáng)迫項(xiàng)的42%和15%，通過個(gè)例分析歸納出熱力比動(dòng)力作用對(duì)SWV 的形成更為重要。

需要指出的是，復(fù)雜地形強(qiáng)迫與渦旋演變和降水發(fā)展顯著相關(guān)，多尺度地形對(duì)渦旋發(fā)展作用的研究是我國西南渦暴雨研究的重要方面。Wang and Tan（2014）利用理想模擬方法研究了高原地區(qū)SWV 形成的地形控制要素，認(rèn)為青藏高原和橫斷山脈在控制西南渦的位置和規(guī)模上起主導(dǎo)作用，并為西南渦的形成提供渦流源。地形降水的日變化和對(duì)流系統(tǒng)的移動(dòng)，與山地-平原熱力環(huán)流（MPS）有明顯聯(lián)系，該MPS 環(huán)流是由于高原較高海拔的山地下墊面與平原上空同一水平高度處的大氣熱力差異造成的，導(dǎo)致下午時(shí)段的降水主要集中在山地，午夜降水則出現(xiàn)在平原地區(qū)（Qian et al., 2015;Zhang et al., 2019），降水落區(qū)與MPS 環(huán)流上升支對(duì)應(yīng)（Sun and Zhang, 2012; Zhang et al., 2018, 2019）。根據(jù)觀測和模擬結(jié)果（Kuo et al., 1986; Wang and Tan, 2014），地形的動(dòng)力效應(yīng)則主要表現(xiàn)為頻繁發(fā)生的高原背風(fēng)渦旋（如這里的SWV）。特別是在四川省及其附近地區(qū)，由于青藏高原、橫斷山脈和四川盆地組成的復(fù)雜多尺度地形影響，為局地暴雨的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)帶來很大困難，甚至影響高原和盆地交界處陡峭地形過渡區(qū)的數(shù)值模式穩(wěn)定運(yùn)行。因此，需要進(jìn)一步研究多尺度地形對(duì)暴雨及相關(guān)降水物理過程的作用，找出關(guān)鍵地形要素以期完善地形相關(guān)物理過程參數(shù)化方案，來改進(jìn)山地降水的模擬和預(yù)報(bào)。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)多尺度地形對(duì)渦旋發(fā)展作用的研究，找出高原渦、西南渦旋增長的關(guān)鍵地形歸因，進(jìn)而從地形要素角度出發(fā)改進(jìn)渦旋降水的模擬和預(yù)測。

以往研究多圍繞復(fù)雜地形對(duì)西南地區(qū)降水的綜合作用展開，而分離三大地形單獨(dú)的貢獻(xiàn)、剖析其對(duì)降水和渦旋移動(dòng)各自影響的研究較少。特別是對(duì)于致災(zāi)嚴(yán)重的東移型渦旋降水，更應(yīng)該探討多尺度地形及相關(guān)物理過程對(duì)渦旋演變和降水的影響。在青藏高原、橫斷山脈和四川盆地三大地形中，究竟哪種地形要素對(duì)渦旋的增長起關(guān)鍵作用？青藏高原和四川盆地交界處的陡峭地形坡度對(duì)渦旋發(fā)展有何影響?這些都是本文研究的重點(diǎn)。為解決這些問題，我們借助于2019 年夏季青藏高原至四川盆地的一次東移渦旋降水事件，通過數(shù)值模擬和理論分析，研究了多尺度地形因子對(duì)渦旋演變的各自作用。

2 數(shù)值模擬、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.1 模式

本文采用中尺度WRF（V4.0）模式對(duì)2019年8 月5 日00:00 至6 日18:00（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）的山地暴雨過程（降水分布如圖1 所示）進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬區(qū)域覆蓋中國西南地區(qū)（圖2），水平網(wǎng)格點(diǎn)為460（緯向）×360（經(jīng)向），水平格距3 km。模擬方案采用YSU 邊界層參數(shù)化方案（Noah et al., 2001）、Noah 陸面過程參數(shù)化方案（Chen and Dudhia, 2001）、RRTM 長 波 輻 射 和Dudia 短波輻射方案（Dudhia, 1989），以及WSM5微物理參數(shù)化方案（Hong and Lim, 2006）。模式積分的初始和側(cè)邊界條件由NOAA 的0.5°×0.5°的GFS 再分析資料提供，觀測降水為中國自動(dòng)站與CMORPH 降水產(chǎn)品融合的0.1°×0.1°分辨率的逐小時(shí)降水場產(chǎn)品。

圖1 2019 年8 月5 日（a1、a2）00:00、（b1、b2）06:00、（c1、c2）12:00、（d1、d2）18:00 和（e1、e2）6 日00:00（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）觀測（左列）和模擬（右列）的6 小時(shí)累積降水量（彩色陰影，單位：mm）?；疑幱氨硎镜匦胃叨龋瑔挝唬簃Fig.1 Observed (left column) and simulated (right column) 6 h accumulative precipitation (color shaded, units: mm) at (a) 0000 UTC, (b) 0600 UTC,(c) 1200 UTC, (d) 1800 UTC 5, and (e) 0000 UTC 6 August 2019.The gray line represents terrain height (units: m)

圖2 高原渦1（TPV1，紫色曲線）、高原渦2（TPV2，藍(lán)色曲線）、西南渦（SWV，黑色曲線）三渦的移動(dòng)路徑Fig.2 Propagation paths of plateau vortex 1 (TPV1, purple curve),plateau vortex 2 (TPV2, blue curve), and southwest vortex (SWV, black curve)

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

理想地形構(gòu)建和敏感性試驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖3 和表1所示。本文開展兩組試驗(yàn)，第一組試驗(yàn)用于分離三大地形的單獨(dú)效應(yīng)，探討其各自對(duì)渦旋演變的影響（見表1 中Group1，及圖3a-e 中不同地形組合情景）；第二組試驗(yàn)研究陡峭地形的坡度改變對(duì)渦旋移動(dòng)的影響（見表1 中Group2 和圖3f）。這里構(gòu)造與真實(shí)地形（圖3a）幾何形狀相似的理想地形（圖3b），有如下兩點(diǎn)優(yōu)勢：一是在保證盡可能逼近真實(shí)模擬效果的同時(shí)，易于分割出某單一地形，方便與其它地形情景組合；二是通過在青藏高原和四川盆地相鄰區(qū)域設(shè)置坡度調(diào)節(jié)系數(shù)，靈活改變陡峭地形坡度。其中，理想地形組合的幾何形狀由橢圓、圓、近圓角矩形組成（如圖3b 所示），來分別近似青藏高原、四川盆地和橫斷山脈（圖3a），圖3b 所示區(qū)域的中心點(diǎn)位于（30°N，100°E），靠近青藏高原和四川盆地的交界處。參考中國地形圖數(shù)據(jù)，青藏高原和四川盆地的中心點(diǎn)位置設(shè)置為以上中心點(diǎn)位置相對(duì)距離（-750 km，400 km）和（500 km，50 km）處。其幾何圖形根據(jù)曲線方程（1）至（4）繪制（Wang and Tan, 2006, 2014）。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與描述Table 1 Experiment design and description

方程（1）為青藏高原地形設(shè)置方程：

其中，hq指構(gòu)建的青藏高原地形，青藏高原整體形狀參數(shù)表示為長半軸為Rqx=1450 km，短半軸為Rqy=725 km 的橢圓形，H0=1000 m，為陸面參考高度，該設(shè)置是因?yàn)槌怂拇ㄅ璧匾酝猓髂蠝u基本在1000 m 以上發(fā)展；Hq=5000 m，為青藏高原平均海拔高度。

方程（2）為橫斷山脈地形設(shè)置方程：

其中，hh指構(gòu)建的橫斷山脈地形，橫斷山脈呈近圓角矩形，圓角矩形的寬度為Rhx=500 km，縱長為Rhy=800 km，從青藏高原和橫斷山脈的交界點(diǎn)東南向伸展25°，Hh=5000 m 為橫斷山脈的最高海拔。對(duì)于模擬域中任一點(diǎn)（x，y），Lhx是該點(diǎn)到橫斷山脈中央脊線的最短距離，而Lhy為該點(diǎn)到正交橫斷山脈中央脊線的線段的最小距離，注意這里的正交線特指過區(qū)域中心點(diǎn)（30°N，100°E）的那條線段。

方程（3）為四川盆地地形設(shè)置方程：

其中，hs指構(gòu)建的四川盆地地形，Hs=500 m 為四川盆地的基底高度。方程（1）和（3）中的x、y分別代表的是模擬域中的一點(diǎn)到青藏高原和四川盆地中心點(diǎn)的x軸、y軸方向上的距離。

方程（4）構(gòu)造出我國西南部的主要大地形，為聯(lián)合三大地形的聯(lián)立方程：

其中，Ls是模擬區(qū)域中任一點(diǎn)（x，y）到四川盆地中心點(diǎn)的距離；首先將青藏高原和橫斷山脈聯(lián)合，地形高度設(shè)置為二者的最大值max(hq,hh)，然后在比鄰四川盆地附近±0.3Rs的地形重疊區(qū)域，設(shè)置地形高度漸變，避免過渡帶地形突變引起的模擬結(jié)果不確定性和模式積分不穩(wěn)定。根據(jù)方程（4），將青藏高原、橫斷山脈和四川盆地聯(lián)合起來，構(gòu)造出我國西南部的主要大地形，此理想地形能較好抓取我國西南地區(qū)的主體地形特征；另外通過將地形坡度系數(shù)從0.3Rs調(diào)整到0.8Rs、2.0Rs、4.0Rs、6.0Rs，可靈活設(shè)置地形陡峭或緩坡，其垂直剖面如圖3f 所示。

所有試驗(yàn)使用相同的初邊界條件，模擬時(shí)間為2019 年8 月5 日00:00 至6 日18:00，積分持續(xù)42 小時(shí)。CNTL 試驗(yàn)使用平滑后的真實(shí)地形（圖3a）。圖3b 為構(gòu)造的三大地形總體幾何特征。表1 中的IDEAL_ALL、IDEAL_TP+HC 和IDEAL_TP 分 別使用不同的理想化地形組合，如圖3c-e 所示。這些試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)幾大主要地形對(duì)渦旋發(fā)展的各自影響。Group2 試驗(yàn)中（表1），分別設(shè)計(jì)了Ideal_0.3Rs、 Ideal_0.8Rs、 Ideal_2.0Rs、 Ideal_4.0Rs、Ideal_6.0Rs 模式運(yùn)行來研究坡度變化對(duì)渦旋移動(dòng)的影響。圖3f 顯示了在TP 和SB 交匯處，通過調(diào)整坡度系數(shù)，具體的坡度變化情況。

圖3 表1 中Group1 不同數(shù)值試驗(yàn)中的地形設(shè)置：（a）平滑的實(shí)際地形；（b）理想地形的總體特征；（c）模擬區(qū)域內(nèi)IDEAL_ALL 試驗(yàn)的青藏高原、橫斷山脈、四川盆地組成的理想地形；（d）IDEAL_TP+HC 試驗(yàn)的青藏高原和橫斷山脈理想地形；（e）IDEAL_TP 試驗(yàn)的青藏高原理想地形。（f）表1 中Group2 坡度改變?cè)囼?yàn)中各地形坡度的設(shè)置Fig.3 Various terrain configurations for different numerical experiments in Group 1 simulation in Table 1: (a) Smoothed real terrain; (b) overall characteristics of the ideal terrain; (c) ideal terrains consist of the Tibetan Plateau (TP), Hengduan Cordillera (HC), and Sichuan Basin (SB) in IDEAL_ALL run; (d) Ideal terrains of the TP and HC for an IDEAL_TP+HC experiment; (e) ideal terrains of TP in IDEAL_TP run.(f) Different topography slopes for Group2 experiment in Table 1

2.3 方法

2.3.1 渦度方程

為了診斷強(qiáng)降水過程中的渦度發(fā)展，采用了笛卡爾坐標(biāo)下的垂直渦度方程（Huang et al., 2019）：

其中，ζ為相對(duì)渦度的垂直分量，f為科氏參數(shù)，p和ρ分別為氣壓和密度。Vort 項(xiàng)為渦度的局地傾向，HA 項(xiàng)和VA 項(xiàng)分別代表水平輸送和垂直輸送，Til為扭轉(zhuǎn)項(xiàng)（可表征水平渦度向垂直渦度傾斜的程度），Div 為輻合輻散（或伸縮）項(xiàng)，Solenoid 為力管項(xiàng)，Coriolis 項(xiàng)表示緯向位移引起的垂直渦度變化，最后一項(xiàng)RES 為剩余項(xiàng)。

2.3.2 傾斜渦度發(fā)展

由傾斜渦度發(fā)展理論（Wu and Liu, 1998; Cui et al., 2003），可以通過計(jì)算傾斜渦度發(fā)展系數(shù)CD的變化，來解釋拉格朗日質(zhì)點(diǎn)沿著等熵面下滑時(shí)垂直渦度的發(fā)展。傾斜渦度發(fā)展可以描述為“即在空氣質(zhì)點(diǎn)沿著向上凸的陡峭等熵面下滑或者沿著向下凹的陡峭等熵面上滑過程中，如果CD減小，當(dāng)靜力穩(wěn)定度 θz→0即大氣趨于中性層結(jié)時(shí)，空氣質(zhì)點(diǎn)的垂直渦度將會(huì)迅速加強(qiáng)”。CD的表達(dá)式為

式中，ηxy、θxy、θz分別為渦度矢量的水平分量、位溫梯度的水平和垂直分量。其中， - dCD/dt＆lt;0是垂直渦度發(fā)展的強(qiáng)迫項(xiàng)，因此沿著渦旋下滑路徑CD減小越多，其對(duì)垂直渦度發(fā)展的貢獻(xiàn)越大，更多推導(dǎo)和理論解釋，詳見Wu and Liu（1998）和Cui et al.（2003）等。

3 結(jié)果分析

3.1 暴雨事件概述及天氣形勢

2019 年8 月5 日00:00 至6 日18:00 的中國西南地區(qū)暴雨經(jīng)歷了由青藏高原向四川盆地的東向移動(dòng)（圖2），24 小時(shí)的累積降水超過260 mm，造成了特大洪水和嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害。降水首先在高原上發(fā)生，呈零散分布，至8 月5 日00:00～06:00（圖1a1 和b1），最大降水中心位于（33°N，103°E）。之后在高原主體降水消失（圖1c1），主雨帶移至青藏高原東南邊緣，5 日12:00 出現(xiàn)3個(gè)降水中心。6 小時(shí)后（圖1d1），四川盆地降水趨于穩(wěn)定，而沿高原和盆地陡峭地形分布的雨帶則逐步與盆地內(nèi)降水中心合并，之后雨帶在四川盆地內(nèi)繼續(xù)向東移動(dòng)，雨帶呈東北西南向分布（圖1e1）。

圖4 給出了此次暴雨事件的天氣形勢分析結(jié)果，包括500 hPa 高度上的位勢高度（黑色等值線）、相對(duì)渦度（彩色陰影）和溫度場（紅色等值線）的空間分布。初始階段高原上首先出現(xiàn)高原渦（圖4a），583 dagpm 位勢高度中心閉合，涵蓋了渦度大值區(qū)，繼而渦旋逐漸向東北移出高原（圖4b），將此高原渦稱為高原渦1（TPV1）。5 日12:00，在30°附近出現(xiàn)兩個(gè)新的渦旋，一個(gè)在位于青藏高原，另一個(gè)在四川盆地內(nèi)（圖4c 和d），這在5 日18:00 可以清楚的觀察到兩個(gè)閉合的583 dagpm 位勢高度閉合中心（稱為高原渦2 和西南渦，即TPV2 和SWV），并匹配強(qiáng)渦度分布（圖4d）。隨后TPV2和SWV 東移并逐漸開始合并（圖4e 和f），在四川盆地上空維持?jǐn)?shù)小時(shí)后東移出目標(biāo)區(qū)域（圖4f）。整個(gè)暴雨過程伴隨三個(gè)渦旋的相繼發(fā)展、合并、東移（圖4a-f），渦旋的發(fā)展位于溫度槽前的暖異常區(qū)。

圖4 2019 年8 月5 日（a）00:00、（b）06:00、（c）12:00、（d）18:00、6 日（e）00:00 和（f）06:00 基于GFS 資料的500 hPa 相對(duì)渦度（填色，單位：10-5 s-1）、位勢高度（黑色等值線，單位：dagpm）以及溫度場（紅色等值線，單位：°C）分布Fig.4 Distributions of relative vorticity (shaded, units: 10-5 s-1), geopotential height (black contours, units: dagpm), temperature (red contours, units:°C) at 500 hPa level based on GFS (Global Forecasting System) data at (a) 0000 UTC August 5, (b) 0600 UTC August 5, (c) 1200 UTC August 5,(d) 1800 UTC August 5, (e) 0000 UTC August 6, and (f) 0600 UTC August 6, 2019

3.2 模擬降水結(jié)果檢驗(yàn)

圖1a2-e2 為模擬的6 小時(shí)累積降水量演變，與觀測（圖1a1-e1）對(duì)比可見，雖然初始階段模擬的高原降水偏強(qiáng)（圖1a2 和b2），但雨帶的落區(qū)、走向與實(shí)況較為一致，強(qiáng)降水中心的強(qiáng)度和所在位置與觀測也有較好的對(duì)應(yīng)，尤其是在降水強(qiáng)烈發(fā)展的5 日12:00 至6 日00:00 期間（圖1c1、d1、c2 和d2），雨帶的走向模擬準(zhǔn)確，降水中心強(qiáng)度相當(dāng)；6 日00:00（圖1e1 和e2），觀測雨帶呈西南—東北走向，盆地內(nèi)降水中心的強(qiáng)度和落區(qū)模擬較好，但四川盆地內(nèi)32°N 以北降水模擬偏弱?？偟膩碚f，盡管某些時(shí)次降水模擬在細(xì)節(jié)上和實(shí)況有所偏差，但在強(qiáng)降水期間，模擬降水基本可再現(xiàn)雨帶的分布模態(tài)、強(qiáng)度演變和移動(dòng)過程。

3.3 暴雨事件的渦旋演變特征

3.3.1 水平分布

圖5 為模擬的渦旋演變，再現(xiàn)了高原渦1（TPV1）的東北向移動(dòng)（圖5a-e），以及高原渦2（TPV2）和西南渦（SWV）合并加強(qiáng)東移（圖5d-l）的過程。相較于再分析資料（圖4），模擬的渦度較強(qiáng)，這可能與數(shù)據(jù)分辨率有關(guān)。5 日00:00（圖5a），青藏高原上空有閉合低壓中心（藍(lán)色等值線所示的位勢高度）出現(xiàn)，并伴隨有一個(gè)大范圍的強(qiáng)渦度區(qū)（陰影），渦度最大值達(dá)2.0×10-4s-1，隨后東北向移出模擬區(qū)域，強(qiáng)度減弱，5 日12:00 可以看到高原上空的TPV1 強(qiáng)度已經(jīng)大大衰減。但隨著TPV1 的減弱，南部高原的TPV2 和四川盆地的SWV 逐步發(fā)展，5 日18:00 南部的兩個(gè)渦度中心清晰可見；5 日15:00～21:00，TPV2 和SWV 合并加強(qiáng)，6 日00:00 在四川盆地上空出現(xiàn)閉合等高線，隨后西南渦在盆地穩(wěn)定維持，渦度峰值大于7.0×10-4s-1，隨后合并的渦旋進(jìn)一步向東移出模擬區(qū)域。

3.3.2 垂直分布

圖6 是相對(duì)渦度（彩色陰影）、垂直速度（藍(lán)色等值線）和降水量（下方黑色直方圖）的垂直剖面圖，空白區(qū)域?yàn)榈匦?。由圖6 的渦度垂直伸展和演變，可以清晰看出TPV2（渦旋中心位置由左側(cè)豎線標(biāo)定）在從高原上空東移、下坡至盆地的移動(dòng)路徑及其與SWV（渦旋中心位置由右側(cè)豎線標(biāo)定）的合并過程。5 日10:00（圖6a），99°E 附近的高原上空有渦度向上發(fā)展，強(qiáng)度較弱，小于5.0×10-4s-1，同時(shí)伴隨有較弱的垂直運(yùn)動(dòng)和降水；5 日12:00（圖6b），四川盆地104°E 附近上空開始有弱渦度和垂直運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，同時(shí)盆地內(nèi)發(fā)生降水，此時(shí)高原上空的渦度強(qiáng)度和范圍都增加，對(duì)流發(fā)展至12 km 以上的高空，TPV2 中心渦度向東移動(dòng)至99.7°E；5 日14:00，TPV2 中心和強(qiáng)對(duì)流東移至100°E，高原和盆地內(nèi)的對(duì)流活動(dòng)進(jìn)一步發(fā)展，兩地的渦度、垂直運(yùn)動(dòng)和降水均顯著增強(qiáng)，TPV2 的渦度大于7.0×10-4s-1，而四川盆地內(nèi)的SWV 向上伸展至10 km 高度，盆地內(nèi)的降水增加；5 日16:00，TPV2 和SWV 進(jìn)一步向東移動(dòng)，SWV 經(jīng)歷了劇烈發(fā)展，對(duì)流活動(dòng)旺盛；5 日18:00，兩個(gè)渦旋開始合并加強(qiáng)，可以看到盆地內(nèi)有兩個(gè)明顯的降水大值中心，同時(shí)盆地內(nèi)的渦度發(fā)展達(dá)到最強(qiáng)，超過8.0×10-4s-1；至5 日20:00，兩個(gè)渦旋完成合并。與渦旋演變的平面圖一致（圖5），從其垂直剖面亦能較好反應(yīng)TPV2 和SWV 的發(fā)生發(fā)展和移動(dòng)的過程（圖6），并能清晰看出其空間垂直伸展。

圖6 沿圖5g 中直線的相對(duì)渦度（填色，單位：10-5 s-1）、垂直速度（等值線，單位：m s-1）、1 小時(shí)降水量（黑色直方圖）剖面：（a-f）2019 年8 月5 日10:00～20:00，時(shí)間間隔2 小時(shí)?；疑怪本€段代表渦旋中心位置。Fig.6 Cross-sections of relative vorticity (color shaded, units:10-5 s-1), vertical velocity (contours, units: m s-1), and precipitation (black histogram,units: mm) along the line in Fig.5g: (a-f) From 1000 UTC 5 to 2000 UTC 5 (with an interval of 2 h) August 2019.The gray vertical line denotes the position of the vortex center

圖7 為渦度、垂直運(yùn)動(dòng)和降水沿圖5c 中黑色線段的垂直剖面，演示了TPV1 的垂直伸展及的伴隨對(duì)流和降水演變。5 日01:00（圖7a），渦旋和降水中心位于在103°E 以西，5 日02:00 低渦中心和對(duì)流迅速發(fā)展（圖7b），5 日03:00（圖7c），TPV1 和強(qiáng)對(duì)流東移至104°E，降水在此迅速發(fā)展。隨后（圖7d-f），強(qiáng)渦度和垂直運(yùn)動(dòng)中心繼續(xù)東北向移動(dòng)，強(qiáng)降水隨之移動(dòng)，并逐漸移出模擬區(qū)域。

圖5 2019 年8 月（a-l）5 日00:00 至6 日09:00（間隔3 小時(shí)）模擬的500 hPa 相對(duì)渦度（填色，單位：10-5 s-1）、位勢高度（藍(lán)色等值線，單位：dagpm）分布（紅色等值線代表3000 m 地形高度）Fig.5 Evolution of simulated relative vorticity (color shaded, units: 10-5 s-1), geopotential height (blue contour lines, units: dagpm).The red contour lines represent the 3000-m-height terrain (a-l) from 0000 UTC 5 to 0900 UTC 6 (with an interval of 3 h) August 2019

圖7 同圖6，但為沿圖5c 中直線的垂直剖面：（a-f）2019 年8 月5 日01:00～06:00，時(shí)間間隔1 小時(shí)Fig.7 Same as Fig.6, but for the cross-section along line as shown in Fig.5c: (a-f) From 0100 UTC 5 to 0600 UTC 5 (with an hourly interval)August 2019

3.3.3 渦旋的時(shí)間演變

圖2 為三個(gè)渦旋的路徑和生命史。高原北部的TPV1 先發(fā)展，生命史集中在5 日00:00～17:00（圖2 中紫色折線），在高原上空生成后東北向移動(dòng)，于5 日17:00 逐漸消散；期間高原南部的TPV2（藍(lán)色）和四川盆地的SWV（黑色）分別于5 日08:00 和11:00 在高原上空、盆地南部相繼生成，TPV2 逐漸東移，22:00 TPV2 和SWV 合并、加強(qiáng)、東移，于6 日15:00 移出模擬區(qū)域。

圖8 給出了三個(gè)渦度的渦度、伴隨的對(duì)流和降水的時(shí)間演變特征，左列為TPV1（圖8a, c, e），右列為TPV2+SWV（圖8b, d, f）。在TPV1 生命史集中的5 日00:00～17:00（圖2），有正渦度帶在99°～106°E 之間擴(kuò)展（圖8a），強(qiáng)度達(dá)6.0×10-4s-1，同時(shí)伴隨對(duì)流發(fā)展（圖8c）和降水生成（圖8e），垂直速度的強(qiáng)度約0.3 m s-1，降水量＜2.5 mm h-1；5 日10 時(shí) 之 后，TPV2 和SWV 接力發(fā)展，其渦度帶（圖8b）、對(duì)流帶（圖8d）、雨帶（圖8f）明顯，相較于北部的TPV1 強(qiáng)度都顯著增強(qiáng)，渦度最大值超過8.0×10-4s-1，垂直速度的最大強(qiáng)度＞0.5 m s-1，降水強(qiáng)度超過3.5 mm。南部的兩個(gè)渦旋，是此次暴雨的主要影響天氣系統(tǒng)，其合并加強(qiáng)和移動(dòng)及伴隨的對(duì)流發(fā)展，是此次暴雨形成的主要原因。

圖8 2019 年8 月5 日00:00 至6 日18:00 沿圖5c 中直線的高原北部渦旋（TPV1，左列）與沿圖5g 中直線的高原北部渦旋和西南渦（TPV2+SWV，右列）的時(shí)間—經(jīng)度分布：（a、b）渦度（單位：10-4 s-1）；（c、d）垂直速度（單位：m s-1）；（e、f）1 小時(shí)降水量（單位：mm）Fig.8 Time-longitude distribution of the northern Plateau vortex (TPV1, left column) along the line in Fig.5c and the northern Plateau vortex and Southwest vortex (TPV2+SWV, right column) along the line in Fig.5g from 0000 UTC to 1800 UTC on August 5, 2019: (a, b) Vorticity (units:10-4 s-1); (c, d) vertical velocity (units: m s-1); (e, f) 1-hour precipitation (units: mm)

3.4 三渦演變歸因

為探討三渦生命史發(fā)展機(jī)制的異同，我們通過渦度方程（2）對(duì)三個(gè)渦旋的渦度演變進(jìn)行診斷分析，剖析了在各自渦度增長的歸因。圖9 為渦度方程中各項(xiàng)隨時(shí)間的演變，包括水平輸送項(xiàng)（HA）、垂直輸送項(xiàng)（VA）、拉伸項(xiàng)（Div）、扭轉(zhuǎn)項(xiàng)（Til）、力管項(xiàng)（Soliend）、科氏力項(xiàng)（Coriolis）、渦度局地傾向（Vort）和剩余項(xiàng)（RES）。由計(jì)算結(jié)果，力管項(xiàng)和科氏力項(xiàng)相對(duì)于其他各項(xiàng)小兩個(gè)量級(jí)，貼近零線分布，在該研究中可以忽略。對(duì)于北部高原渦（TPV1），主要的渦源為垂直輸送項(xiàng)和拉伸項(xiàng)，主要的匯為水平輸送項(xiàng)和扭轉(zhuǎn)項(xiàng)。5 日05:00 之前，垂直輸送項(xiàng)占主導(dǎo)地位，而拉伸項(xiàng)的作用逐漸增強(qiáng)并于05:00 后和垂直輸送項(xiàng)共同主導(dǎo)TPV1 的發(fā)展移動(dòng)。因此在TPV1 的初始發(fā)展階段，垂直輸送項(xiàng)是主導(dǎo)項(xiàng)，但是當(dāng)它發(fā)展到一定階段開始向東北方移動(dòng)時(shí)，拉伸項(xiàng)的作用增強(qiáng)，與垂直輸送項(xiàng)共同成為渦度增長的主要貢獻(xiàn)項(xiàng)。對(duì)于南部的高原渦（TPV2），可以看到在其初生和發(fā)展階段，渦度收支的源匯有所變化，波動(dòng)較大。但在渦旋強(qiáng)盛發(fā)展的5 日12:00 左右，垂直輸送項(xiàng)和拉伸項(xiàng)共同成為主要的源，維持TPV2 的強(qiáng)度并向東移動(dòng)，同時(shí)水平輸送也由匯轉(zhuǎn)變?yōu)樵?，貢獻(xiàn)垂直渦度的增長。在西南渦（SWV）的生命史期間（5 日11:00 至6日00:00），SWV 的初生階段獨(dú)立發(fā)展，TPV2 還沒有東移與其合并，該階段SWV 的主要源、匯為垂直輸送項(xiàng)、扭轉(zhuǎn)項(xiàng)。隨著TPV2 向東移入四川盆地，兩渦合并之后，水平輸送項(xiàng)劇烈增加，和垂直輸送項(xiàng)共同貢獻(xiàn)渦度增長，同時(shí)加強(qiáng)的拉伸項(xiàng)和扭轉(zhuǎn)項(xiàng)為主要的匯。可見，三渦的發(fā)展機(jī)制各有不同，不同發(fā)展階段的源匯項(xiàng)也有所差異，不能一概而論。

圖9 基于CNTL 控制試驗(yàn)利用渦度方程（5）對(duì)（a）高原北部渦旋（TPV1）、（b）高原南部渦旋（TPV2）和（c）西南渦（SWV）從8 月5 日00:00 到6 日06:00 的診斷分析。圖中Coriolis、Div、Solenoid、Til、VA、HA 和RES 分別為科氏力項(xiàng)、拉伸項(xiàng)、力管項(xiàng)、扭轉(zhuǎn)項(xiàng)、垂直輸送、水平輸送項(xiàng)和剩余項(xiàng)；Vort 為方程左側(cè)渦度的局地傾向（單位：10-8 s-2）Fig.9 Based on CNTL control test, vorticity equation (5) was used to analyze (a) the northern vortex (TPV1), (b) the southern vortex (TPV2)and (c) southwest vortex (SWV) from 0000 UTC on August 5 to 0600 UTC on August 6.In the figure, Coriolis, Div, solenoid, Til, VA, HA and RES are stand for Coriolis force term, stretch term, the solenoid term, the tilting term, the vertical advection term, the horizontal advection term and residual term respectively.Vort represents the local tendency of vorticity on the left-hand-side of the vorticity equation(units: 10-8 s-2)

3.5 三大地形對(duì)渦旋演變的作用

通過不同理想地形的配置情景（表1 中Group1 試驗(yàn)），來探討三大地形對(duì)渦旋演變各自的作用。首先在IDEAL_ALL 試驗(yàn)中（圖3c），有高原渦和西南渦生成東移，并存在兩者合并的現(xiàn)象（圖略），同時(shí)高原渦的移動(dòng)路徑和強(qiáng)度與控制試驗(yàn)CNTL 中的模擬結(jié)果（圖5）十分相近。所以本文根據(jù)公式（1）構(gòu)建的理想地形不但勾勒出青藏高原、橫斷山脈和四川盆地三大地形的主要幾何特征，而且逼近真實(shí)地形情景下的降水模擬效果（圖略），可以用來研究三大地形各自對(duì)渦旋演變的影響。根據(jù)前文分析，8 月5 日22:00 高原渦和西南渦合并且強(qiáng)烈發(fā)展，具有完整的渦旋形態(tài)，因此以5 日22:00 為例，來分析青藏高原、橫斷山脈和四川盆地各自對(duì)于渦旋演變的作用（圖10 和圖3）。

對(duì)于全地形試驗(yàn)IDEAL_ALL（圖10a-c 和圖3c），可以看到強(qiáng)渦度（陰影）從850 hPa 一直向上伸展到500 hPa，低層有閉合低壓中心等高線，盆地西北側(cè)渦旋發(fā)展劇烈。850 hPa 和700 hPa 高度層，來自四川盆地南部的偏南風(fēng)氣流和來自高原東側(cè)、盆地北部的偏北風(fēng)氣流在（30°N，105°E）附近匯合，產(chǎn)生氣旋性環(huán)流，匯合氣流輻合上升，渦旋和低壓發(fā)展，對(duì)流和降水增長。

移除四川盆地（圖10d-f 和圖3d），地形變化導(dǎo)致渦旋在四川盆地地理位置區(qū)域的發(fā)展受到抑制，強(qiáng)度變?nèi)酰?50 hPa 和700 hPa 渦旋中心附近的位勢高度比全地形試驗(yàn)高10 dagpm，與Wang and Tan（2014）的研究一致。這說明四川盆地的存在增強(qiáng)了該處相關(guān)低壓系統(tǒng)，對(duì)于該區(qū)域渦旋的生成、發(fā)展和穩(wěn)定維持有重要作用。500 hPa 高度層上，對(duì)于IDEAL_ALL 試驗(yàn)和IDEAL_TP+HC 試驗(yàn)，都產(chǎn)生了渦旋的完整形態(tài)且位于陡峭地形附近，但后者渦旋中心偏西、強(qiáng)度變?nèi)酢⒎秶?。同時(shí)根據(jù)渦度平面圖的時(shí)間演變（圖略），在IDEAL_TP+HC 試驗(yàn)中渦旋生命史更短，不能在四川盆地內(nèi)穩(wěn)定維持，快速移出盆地。因此四川盆地的地形強(qiáng)迫，為渦旋環(huán)流的形成提供了有利地形條件，有利于渦旋的進(jìn)一步發(fā)展和穩(wěn)定維持，影響高原渦和西南渦強(qiáng)度，但不改變其移動(dòng)路徑。

同時(shí)移除橫斷山脈和四川盆地，只保留青藏高原（圖10g-i 和圖3e），則在850 hPa 青藏高原東部的（34°N，105°E）附近形成弱渦旋，其形成一方面是因?yàn)榍嗖馗咴蟮匦螌?duì)偏南風(fēng)氣流的阻擋，另外也與西風(fēng)氣流遭遇青藏高原時(shí)分為南北兩支、繞流后氣流偏轉(zhuǎn)，在高原東側(cè)匯合，形成背風(fēng)的氣旋性環(huán)流有關(guān)。500 hPa 高度層，雖然高原東側(cè)形成了渦度中心，但位置偏北在（33°N，106°E）附近，原四川盆地地理位置未出現(xiàn)顯著的渦旋發(fā)展。從時(shí)間演變（圖略），IDEAL_TP 試驗(yàn)中也未出現(xiàn)高原渦的移動(dòng)和盆地內(nèi)西南渦的發(fā)展。

圖10 Group1 試驗(yàn)中2019 年8 月5 日22:00 500 hPa（左列）、700 hPa（中間列）和850 hPa（右列）高度層的渦度（填色，單位：10-5 s-1）、地形（灰色等值線，單位：m）和位勢高度（藍(lán)色等值線，單位：dagpm）分布：（a-c）IDEAL_ALL 試驗(yàn)；（d-f）IDEAL_TP+HC 試驗(yàn)；（g-i）IDEAL_TP 試驗(yàn)。圖中繪制的地形等值線從右到左分別為600 m、900 m、1200 m、1500 m、2000 m、3000 m、4000 mFig.10 Distributions of vorticity (color shaded, units: 10-5 s-1), terrain (gray contours, units: m), and geopotential height (blue contours, units:dagpm) for (a-c) IDEAL_ALL, (d-f) IDEAL_TP+HC, and (g-i) IDEAL_TP experiments in Group1 at 500 hPa (left column), 700 hPa (middle column) and 850 hPa (right column) at 2200 UTC August 5, 2019.The terrains with heights of 600, 900, 1200, 1500, 2000, 3000, and 4000 m are depicted from right to left, respectively

由以上分析，青藏高原的主要作用是由于大地形的存在，對(duì)氣流產(chǎn)生阻擋作用東部背風(fēng)側(cè)形成氣旋性渦旋，而橫斷山脈的存在可以改變高原東側(cè)環(huán)流的整體形勢，西南氣流在橫斷山脈西側(cè)受到地形阻擋從南部繞流，在其東北側(cè)遭遇青藏高原大地形，產(chǎn)生閉合的背風(fēng)渦旋。因此，從三個(gè)地形的作用來看，橫斷山脈對(duì)于盆地內(nèi)是否有西南渦生成至關(guān)重要，而四川盆地地形對(duì)渦旋的位置和強(qiáng)度起主導(dǎo)作用，但不影響高原渦向東移動(dòng)的路徑；若橫斷山脈和四川盆地都被移除，高原渦的移動(dòng)現(xiàn)象將不會(huì)出現(xiàn)。

為探測不同地形設(shè)置情景影響渦旋演變的原因，對(duì)表1 中Group1 的不同敏感性試驗(yàn)結(jié)果，重新計(jì)算了渦度方程，圖11 是不同試驗(yàn)的渦度傾向變化及其主要源匯分布特征，分析發(fā)現(xiàn)高原上空渦旋（原TPV2）的主要源為拉伸項(xiàng)Div 和垂直輸送項(xiàng)VA（圖11b、h、n），主要匯為扭轉(zhuǎn)項(xiàng)Til 和水平輸送項(xiàng)HA（圖11a、g、m），而對(duì)于四川盆地內(nèi)的渦旋（原SWV），其主要源匯項(xiàng)不變，水平輸送和垂直輸送項(xiàng)共同貢獻(xiàn)渦度增長（圖11e、k、q），拉伸項(xiàng)和扭轉(zhuǎn)項(xiàng)為主要的匯項(xiàng)（圖11d、j、p）。但不同的大地形組合情景下，源匯項(xiàng)強(qiáng)信號(hào)的位置和強(qiáng)度都有所改變，導(dǎo)致渦度源匯正負(fù)貢獻(xiàn)抵消后的凈效應(yīng)改變（圖11 右列），引起高原上渦旋和盆地內(nèi)西南渦的改變?？梢?，青藏高原、橫斷山脈、四川盆地并不會(huì)影響高原渦、西南渦的發(fā)展機(jī)制，但會(huì)通過地形的熱力作用和機(jī)械強(qiáng)迫影響氣流的再分布，從而改變其主要源匯的位置和強(qiáng)度，從而改變渦旋演變。

3.6 坡度改變對(duì)渦旋移動(dòng)的影響

既然在青藏高原和四川盆地過渡區(qū)域的陡峭地形附近，高原渦東移與西南渦合并加強(qiáng)導(dǎo)致渦度快速加強(qiáng)，對(duì)流和降水劇烈發(fā)展，因此設(shè)置了表1中Group2 的敏感性試驗(yàn)，通過調(diào)整地形坡度參數(shù)（圖3f），研究陡峭地形坡度的改變對(duì)渦旋演變的影響（圖12）。

分析發(fā)現(xiàn)，陡坡到緩坡的地形坡度設(shè)置會(huì)影響渦旋的移動(dòng)（圖12 左列）及渦內(nèi)對(duì)流發(fā)展（圖12右列）。對(duì)于IDEAl_0.3Rs 試驗(yàn)（圖12a、b），地形為陡坡（圖3f 中黑色線），高原渦于5 日10:00 在100.5°E 附近加強(qiáng)東移，5 日20:00 開始與西南渦合并加強(qiáng)，在104°E 附近形成渦度（圖12a）和垂直速度（圖12b）強(qiáng)度大值中心；在IDEAL_0.8Rs 試驗(yàn)中（圖3f，紅線），高原渦于5 日10:00 在100°E 附近向東移動(dòng)，5 日22 時(shí)并入西南渦（圖12c、d）；在IDEAL_2.0Rs 試驗(yàn)中（圖3f，藍(lán)線），高原渦在98°E 開始向東移動(dòng)，進(jìn)入100°E的陡峭地形區(qū)域后，渦度增強(qiáng)，然后向東移動(dòng)，本試驗(yàn)未見明顯的兩渦合并強(qiáng)化現(xiàn)象，但5 日22 時(shí)，仍然可以看到西南渦旋在104°E 附近產(chǎn)生（圖12e、f）；在理想試驗(yàn)IDEAL_4.0Rs 和IDEAL_6.0Rs 試驗(yàn)中（圖3f，綠色和紫色線），與幾個(gè)陡坡試驗(yàn)相比，該緩坡設(shè)置使得垂直速度和渦度強(qiáng)度明顯減弱，但移動(dòng)現(xiàn)象仍然存在（圖12g、h）。在5 日20 時(shí)左右于104°E 附近仍產(chǎn)生弱西南渦，但強(qiáng)度弱于陡坡地形模擬（圖12g-j）。

圖12 Group2 不同試驗(yàn)中29°～31°N 緯向平均的500 hPa 逐時(shí)相對(duì)渦度（左列，陰影，單位：10-5 s-1）、垂直速度（右列，陰影，單位：10 m s-1）時(shí) 間—經(jīng) 度 分 布：（a、b）IDEAL_0.3Rs 試 驗(yàn)；（c、d）IDEAL_0.8Rs 試 驗(yàn)；（e、f）IDEAL_2.0Rs 試 驗(yàn)；（g、h）IDEAL_4.0Rs 試驗(yàn)；（i、j）IDEAL_6.0Rs 試驗(yàn)Fig.12 Time-longitude diagrams of the hourly, zonally averaged (between 29°-31°N) relative vorticity (left panels, shaded, units: 10-5 s-1) and vertical velocity (right panels, shaded, units: 10 m s-1) at 500 hPa for (a, b) IDEAL_0.3Rs, (c, d) IDEAL_0.8Rs, (e, f) IDEAL_2.0Rs, (g,h) IDEAL_4.0Rs, and (i, j) IDEAL_6.0Rs experiments in Group2

圖13 進(jìn)一步量化了地形坡度變化對(duì)高原渦（TPV2）、西南渦（SWV）峰值強(qiáng)度（圖13a，直方圖）和垂直伸展高度（圖13a，折線）、高原渦TPV2 下滑速度（圖13c）的影響，并從傾斜渦度發(fā)展的角度解釋了產(chǎn)生該影響的原因（圖13b）。分析發(fā)現(xiàn)（圖13a），IDEAL_0.3Rs 試驗(yàn)中，西南渦、高原渦的最強(qiáng)渦度達(dá)6.0×10-3s-1和2.0×10-3s-1，最強(qiáng)渦度中心向上伸展至800 hPa 和500 hPa 高度。IDEAL_0.8Rs 試驗(yàn)中，西南渦強(qiáng)度約為5.0×10-3s-1，渦度中心高度基本不變; 高原渦強(qiáng)度幾乎不變，高度略有降低至550 hPa。IDEAL_2.0Rs 試驗(yàn)中，可以看到西南渦最強(qiáng)渦度中心減小到2.0×10-3s-1，高原渦強(qiáng)度保持不變，高度下降到600 hPa。對(duì) 于IDEAL_4.0 Rs 和IDEAL_6.0Rs 試驗(yàn)，西南渦的強(qiáng)度逐漸衰減，但下降趨勢越來越趨于平緩。在IDEAL_4.0 試驗(yàn)中，高原渦的強(qiáng)度改變較小，基本維持同樣的強(qiáng)度，同時(shí)高度還是有緩慢下降的趨勢。在IDEAL_6.0 試驗(yàn)中，高原渦和西南渦強(qiáng)度的改變程度很小，基本保持不變，高原渦中心的高度依舊在緩慢下降，西南渦中心的高度也出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象。地形坡度變化對(duì)高原渦下坡速度亦產(chǎn)生較大影響（圖13c），從IDEAL_0.3Rs試驗(yàn)到IDEAL_6.0Rs 試驗(yàn)，隨著坡度變緩，渦的

移動(dòng)速度從11.2 m s-1下降到5.8 m s-1，可見陡坡會(huì)加速高原渦下滑速度。

注意，這里的SWV 為包含了TPV2 東移并入后的結(jié)果，應(yīng)為二者共同作用。綜上所述，陡坡使得高原渦下滑加速（圖13c），垂直伸展絕對(duì)高度更高（圖13a 中黑色折線），且二渦合并后渦度增強(qiáng)，但最強(qiáng)渦度中心向上伸展絕對(duì)高度變化不大。計(jì)算傾斜渦度發(fā)展系數(shù)CD發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)比圖13a中不同地形情景下的直方圖變化和圖13b 中折線圖所示的CD負(fù)值數(shù)量級(jí)，從坡頂?shù)綔u度峰處CD的變化趨勢與渦旋強(qiáng)度成正比。這是因?yàn)樵谄马數(shù)褥孛媾c地形幾乎平行，因而CD近似為0，而沿陡坡緩坡下滑到渦度最大值位置，等熵面傾斜發(fā)展，CD為負(fù)值， dCD/dt＆lt;0 ， 既然 dCD/dt＆lt;0是垂直渦度發(fā)展的強(qiáng)迫項(xiàng)，因此沿著渦旋下滑路徑CD減小越多，其對(duì)垂直渦度發(fā)展的貢獻(xiàn)越大，因此可由傾斜渦度發(fā)展理論來解釋地形坡度變化對(duì)渦旋演變的影響。

4 結(jié)論

本文利用2019 年8 月5～6 日的一次東移型強(qiáng)降水事件，研究了高原東側(cè)三個(gè)渦旋的演變特征及其與降水發(fā)展的關(guān)系。通過數(shù)值模擬和理論分析，研究了多尺度地形因子（青藏高原、橫斷山脈和四川盆地三大地形）對(duì)渦旋演變的各自作用，及青藏高原和四川盆地交界處的陡峭地形坡度改變對(duì)渦旋發(fā)展的影響。其主要結(jié)論歸納為：

（1）針對(duì)此次暴雨過程，提出三渦（TPV1、TPV2、SWV）相繼發(fā)展導(dǎo)致暴雨發(fā)展、移動(dòng)的機(jī)理。在研究的區(qū)域和時(shí)段內(nèi)，三渦演變特征分析表明，TPV1 在5 日00:00 于高原上空生成之后向東北向移動(dòng)并于5 日17:00 逐漸消散，TPV2 在5 日08:00 開始在高原上空逐漸加強(qiáng)并東移，在5 日22:00 左右和西南渦合并，SWV 在5 日11:00 左右在四川盆地附近生成并和TPV2 在5 日22:00 左右合并，之后一起東移，于6 日15:00 左右逐漸移出模擬區(qū)域。結(jié)合暴雨的發(fā)生發(fā)展特征，發(fā)現(xiàn)降水移動(dòng)與渦旋路徑密切相關(guān)，且二者強(qiáng)度演變趨于一致。

（2）借助渦度方程診斷，發(fā)現(xiàn)暴雨過程中三個(gè)渦旋發(fā)展的機(jī)制有所不同，TPV1（高原渦1）、TPV2（高原渦2）由垂直輸送項(xiàng)和拉伸項(xiàng)為主導(dǎo)，而垂直輸送、水平輸送項(xiàng)是SWV（西南渦）的主要渦源；

（3）青藏高原、橫斷山脈和四川盆地三大地形敏感性試驗(yàn)表明，橫斷山脈對(duì)西南渦的形成起關(guān)鍵作用，而四川盆地影響西南渦的位置和強(qiáng)度。對(duì)于高原渦，四川盆地只會(huì)影響渦旋強(qiáng)度演變，而不會(huì)改變高原渦的移動(dòng)路徑。一旦橫斷山脈被移除，高原渦的移動(dòng)現(xiàn)象將不再出現(xiàn)。

（4）分析了青藏高原和四川盆地交界處的陡峭地形坡度改變對(duì)渦旋發(fā)展的影響，發(fā)現(xiàn)坡度越陡，高原渦移動(dòng)速度越快，盆地內(nèi)二渦合并后的西南渦強(qiáng)度越強(qiáng)。借助于傾斜渦度發(fā)展理論，可解釋陡坡緩坡不同情景下渦旋強(qiáng)度的演變，陡坡傾斜渦度發(fā)展系數(shù)劇烈減小，對(duì)垂直渦度局地傾向的強(qiáng)迫作用，對(duì)渦旋強(qiáng)度的快速加強(qiáng)有貢獻(xiàn)。