引起暴雨的低渦的觀測分析

摘 要：利用MICAPS系統(tǒng)的逐日08：00和20：00資料，對(duì)2000—2015年的低渦和引發(fā)暴雨的低渦進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明：低渦的發(fā)生頻數(shù)具有明顯的年際和季節(jié)變化特征；絕大多數(shù)低渦的生命史少于1 d，只有少部分低渦發(fā)展；引發(fā)暴雨低渦的時(shí)間分布集中在4—9月。引發(fā)暴雨的低渦的空間分布主要位于四川盆地和青藏高原東南側(cè)，地理位置分別為100°～102°E、27.5°～31°N和104°～106°E、29.5°～32°N。

關(guān)鍵詞：低渦；暴雨；時(shí)空分布特征；結(jié)構(gòu)特征

中圖分類號(hào)：P458 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）08–0-03

我國西南地區(qū)700 hPa（或850 hPa）高度層上受大氣環(huán)流與青藏高原地形的相互作用，形成的氣旋性環(huán)流的α-中尺度閉合低壓系統(tǒng)即低渦。低渦的降水具有明顯的中尺度特征，其持續(xù)時(shí)間約5 h；低渦的水平尺度300～500 km。低渦全年均有出現(xiàn)，以4—9月居多，是夏半年主要影響我國西南地區(qū)降水的系統(tǒng)。陳忠明[1]將低渦疊加在環(huán)境場上，利用中尺度濾波方法對(duì)低渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分析表明：低渦的正渦度區(qū)域可以延伸至100 hPa，低渦中心的軸線垂直，高度場與流場是貫穿對(duì)流層的中尺度低壓、氣旋。低渦是一個(gè)深厚的、準(zhǔn)圓形、非對(duì)稱的中尺度系統(tǒng)。

為了進(jìn)一步了解低渦與暴雨時(shí)空分布，運(yùn)用MIC- APS資料對(duì)2000—2015年的低渦和引發(fā)暴雨的低渦進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)低渦在700 hPa高度場上的持續(xù)時(shí)間、中心位置、最低位勢(shì)、低渦形狀、水平尺度、移動(dòng)情況等，據(jù)此對(duì)低渦引起暴雨的時(shí)空分布特征、低渦的年際特征和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了觀測分析。

1 資料與方法

1.1 資料來源

MICAPS（Meteorological Information Combine Analysis and Process System）全稱為氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)。MICAPS資料有其固定的數(shù)據(jù)格式，只有用MICAPS系統(tǒng)才能觀看。常用的MICAPS資料有ECMWF細(xì)網(wǎng)格資料、傳真圖、高空資料、T639模式資料等。

MICAPS除了可以觀測各類等值線、剖面、時(shí)序等傳統(tǒng)分析，還能夠識(shí)別出各種形勢(shì)場，如槽線、脊線等。采用MICAPS高空資料和站點(diǎn)降水資料，對(duì)2000—2015年08：00和20：00（北京時(shí)間）的低渦進(jìn)行統(tǒng)計(jì)觀測，并在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出由低渦引起的暴雨天氣，探討引起暴雨的低渦的時(shí)空分布和低渦引起暴雨的時(shí)空分布。

1.2 方法

綜合前人的研究，參考陳啟智等[2]在統(tǒng)計(jì)1990—2004年低渦的判據(jù)范圍，選取100°～110°E，25°N

～35°N作為低渦生成區(qū)域的判據(jù)范圍，以700 hPa位勢(shì)高度場為主，850 hPa位勢(shì)高度場作為輔助參考，將MICAPS資料上滿足以下幾點(diǎn)的系統(tǒng)定義為低渦：（1）700 hPa位勢(shì)高度場在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)要有低壓中心；（2）等值線圍繞低壓中心有閉合或趨于閉合形勢(shì)；（3）若700 hPa位勢(shì)高度場在規(guī)定區(qū)域內(nèi)有低壓中心但等值線的環(huán)流形勢(shì)不明顯，則在850 hPa位勢(shì)高度場的相應(yīng)位置上必須存在十分明顯的低壓中心和閉合等值線。選取在此判據(jù)下MICAPS系統(tǒng)上統(tǒng)計(jì)到的2007年7月18日20：00 700 hPa上的一個(gè)低渦，該低渦中心位置位于四川盆地西部的準(zhǔn)圓形低渦，水平尺度約為400 km，中心強(qiáng)度為3 040 gpm。

2 低渦年分布特征與維持時(shí)間

2.1 低渦的年分布特征

按照上述定義標(biāo)準(zhǔn)，2000—2015年間總計(jì)出現(xiàn)1 031個(gè)低渦（圖1）。在這16年間，低渦的頻數(shù)年際變化明顯，平均每年出現(xiàn)的低渦有64.4個(gè)。產(chǎn)生低渦最多的是2006年，共100個(gè)，最少的是2015年，共34個(gè)，是2006年的34%。大多數(shù)年份產(chǎn)生的低渦在10～15個(gè)浮動(dòng)。依照引發(fā)暴雨的低渦生成時(shí)中心位置的經(jīng)、緯度，按照1°×1°網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)引低渦出現(xiàn)頻數(shù)的區(qū)域分布（圖2），低渦出現(xiàn)的位置主要集中于青藏高原南側(cè)和四川盆地東側(cè)。

2.2 低渦的維持時(shí)間

低渦維持時(shí)間的長短對(duì)未來天氣和降水有著重要影響，因此，低渦的生命史是觀測低渦特征的重要項(xiàng)。圖3a是不同生命史低渦出現(xiàn)的頻數(shù)。維持時(shí)間為0～1 d的有629個(gè)，為低渦總數(shù)的61.0%，說明大多數(shù)低渦是在原地不發(fā)生移動(dòng)的。維持時(shí)間1～2 d的有210個(gè)，為低渦總數(shù)的20.4%，這一部分低渦有的是不移動(dòng)的，但大部分有可能發(fā)展移出。維持時(shí)間為2～3 d的低渦有138個(gè)，維持時(shí)間為3～4 d的低渦共43個(gè)。維持時(shí)間2 d以上的低渦共192個(gè)，為低渦總數(shù)的18.6%。這一部分低渦基本上會(huì)進(jìn)一步移動(dòng)發(fā)展，甚至引起較大范圍的降水。只有極個(gè)別的低渦維持時(shí)間在5 d以上。這說明低渦的生命史大多＜1 d，大多在生成源地沒有發(fā)展的前提下就消失了。只有少部分低渦會(huì)進(jìn)一步發(fā)展移動(dòng)，引發(fā)暴雨的低渦主要是這部分移動(dòng)的低渦。如圖3（b）所示，持續(xù)時(shí)間3 d以上的低渦與引發(fā)暴雨的低渦一致，且在引發(fā)暴雨的低渦中大多集中在持續(xù)時(shí)間為2～3 d的區(qū)間，表示引發(fā)暴雨的低渦大多都在移動(dòng)發(fā)展。

3 引發(fā)暴雨的低渦結(jié)構(gòu)與時(shí)空分布特征

3.1 引發(fā)暴雨的低渦出現(xiàn)頻數(shù)的年分布特征

按照低渦的定義標(biāo)準(zhǔn)，在2000—2015年1 031個(gè)低渦的基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)出引發(fā)暴雨的低渦。此類低渦共177個(gè)，平均每年有11個(gè)，每年都有較多低渦引起暴雨天氣。其中，最多的年份為2000年為15例；最少的年份為2015年為7例，為最多年份的50%。所有年份引發(fā)暴雨的低渦頻數(shù)在平均值的（4個(gè)）之間浮動(dòng)。圖4給出了2000—2015年引發(fā)暴雨的低渦頻數(shù)占低渦的比例，可以看出引發(fā)暴雨的低渦占該年低渦總數(shù)在10%～25%之間。其中，最低值出現(xiàn)在2012年，為10.8%，最高值在2011年，為26.1%。由此可見，引發(fā)暴雨的低渦占低渦總數(shù)的變化不規(guī)律，但變化相對(duì)穩(wěn)定。

3.2 引發(fā)暴雨的低渦渦源的空間分布

有學(xué)者研究分析地形對(duì)低渦渦源形成的動(dòng)力影響，表明低渦的渦源有3個(gè)：一是因?yàn)闅饬骼@橫斷山脈導(dǎo)致的渦度帶；二是因?yàn)闇u管延伸，導(dǎo)致四川盆地與青藏高原交界處渦度加強(qiáng)區(qū)域；三是西風(fēng)氣流經(jīng)過青藏高原，導(dǎo)致沿青藏高原南移的背風(fēng)槽所攜帶的渦度帶。第3個(gè)渦源能引導(dǎo)前面2個(gè)渦源的匯集，在四川盆地區(qū)域內(nèi)形成低渦，這與本研究的四川盆地生成區(qū)域相對(duì)應(yīng)[3]。

圖5是2000—2015年引發(fā)暴雨的低渦生成時(shí)的頻數(shù)分布特征。引發(fā)暴雨的低渦生成的高頻區(qū)主要有2個(gè)：一個(gè)在100°～102°E、27.5°～31°N，中心位于100.5°E、29°N，在青藏高原的東南側(cè)；另一個(gè)位于四川盆地東部，經(jīng)緯度為104°～106°E、29.5°～32°N，中心位于105.5°E、31°N。與本研究統(tǒng)計(jì)的低渦出現(xiàn)頻數(shù)區(qū)域和陳啟智等統(tǒng)計(jì)的低渦生成區(qū)域基本一致。此外，在其他區(qū)域也有少部分引發(fā)暴雨的低渦生成，主要位于四川盆地的東南與西北側(cè)。

綜上所述，引發(fā)暴雨的空間分布主要集中于青藏高原的南側(cè)和四川盆地。并且統(tǒng)計(jì)結(jié)果與已有的統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本一致。

3.3 引發(fā)暴雨的低渦結(jié)構(gòu)

如圖6（c）所示，低渦是一個(gè)閉合的氣旋性環(huán)流。圖6（a）是2000—2015年200 hPa引起暴雨的低渦合成風(fēng)場，在圖的上方幾乎是平直的西風(fēng)，在圖的下方是東風(fēng)，風(fēng)的切變十分明顯。圖6（b）是600 hPa引發(fā)暴雨的低渦合成風(fēng)場，可以看出有較明顯的氣旋性切變。圖6（c）是引發(fā)暴雨的低渦風(fēng)場，低渦下方有較大的西北風(fēng)，低渦易發(fā)展移出。

4 結(jié)論

2000—2015年共產(chǎn)生了1 031個(gè)低渦，其中，有177個(gè)引發(fā)了暴雨；低渦年際變化特征和季節(jié)變化特征較明顯；絕大多數(shù)低渦的生命史都只有1 d，僅少部分低渦發(fā)展移動(dòng)。引發(fā)暴雨的低渦的年際變化穩(wěn)定；引發(fā)暴雨的低渦的時(shí)間分布在1—10月，但主要集中在4—9月；引起暴雨的西南地渦生成的高頻區(qū)主要有2個(gè)：一個(gè)在100°～102°E、27.5°～31°N，中心位于100.5°E、29°N，在青藏高原的東南側(cè)，另一個(gè)位于104°～106°E、29.5°～32°N，中心位于105.5°E、31°N，處于四川盆地。低渦引發(fā)的暴雨的時(shí)間分布與引起暴雨的西南低渦的時(shí)間分布是相對(duì)應(yīng)的，時(shí)間分布在1—10月，主要集中在4—9月；低渦引發(fā)暴雨的空間主要分布在低渦生成區(qū)域的右前方。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳忠明.環(huán)境場作用與西南低渦移動(dòng)的初步分析[J].高原氣象，1989（4）：301-312.

[2] 陳啟智，黃奕武，王其偉，等.1990—2004年西南低渦活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)研究[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（6）：633-642.

[3] 盧敬華.低渦概論[M].北京：氣象出版社，1986．