涡度收支与潜热释放对西南低涡形成的作用

陈鹏,徐海明,林永辉

(1.南京信息工程大学 大气科学学院,江苏 南京 210044;2.中国气象科学研究院 灾害天气国家重点实验室,北京 100081;3.重庆市气象台,重庆 401147)

涡度收支与潜热释放对西南低涡形成的作用

陈鹏1,2,3,徐海明1,林永辉2

(1.南京信息工程大学 大气科学学院,江苏 南京 210044;2.中国气象科学研究院 灾害天气国家重点实验室,北京 100081;3.重庆市气象台,重庆 401147)

利用中尺度WRF模式对2008年6月30日—7月1日生成于川东南地区的一个西南低涡的发生发展过程进行了数值模拟研究。模拟结果显示低涡首先出现在850 hPa上,几个小时后700 hPa上才有低涡生成,850 hPa低涡的形成与西南低空急流有着密切的联系。通过ω方程的诊断分析表明,涡度的水平平流项和辐散项对850 hPa低涡的形成起主要作用,而潜热释放对850 hPa低涡的形成作用不大;潜热加热是700 hPa气流不断辐合从而形成低涡的主要因子。干敏感性试验研究进一步证实了潜热释放对850 hPa低涡的影响不明显,但是会导致700 hPa上气旋性的切变加强辐合从而形成低涡。

西南低涡;低空急流;潜热释放;暴雨

0 引言

西南低涡是在我国青藏高原地形影响下以及在一定的环流背景形势下产生的中间尺度天气系统(陶诗言,1980)。吴国雄和刘还珠(1999)指出西南低涡的产生是地形作用的结果。Kuo et al.(1986)认为500 hPa上东移短波槽的强迫动力作用会产生西南低涡。沈如桂等(1983)研究发现西南低涡的形成是季风槽的气旋性涡度输送和来自孟加拉湾的热带季风的水汽在低涡区辐合所致。邹波和陈忠明(2000)发现大气边界层顶的非平衡动力强迫及500 hPa 正涡度平流的动力作用对低涡的形成和发展有重要贡献。高守亭(1987)采用定常二层模式讨论较小地形及高、低层流场配置对西南低涡形成的动力作用,指出西南低涡的形成与盆地、河谷以及其上空气流分层有关,上、下为西风分层时,低层的浅薄暖湿西风有利于西南低涡的形成;在上、下为东、西风分层时,上层浅薄东风有利于西南低涡的形成。王赛西(1992)从角动量输送方面指出低涡源地正角动量的大量增加为西南涡的形成提供了必须的动力,对西南涡的生成具有一定的促进作用。陈忠明(2007)应用动力分析方法发现,在大气运动处于不平衡状态下,惯性重力内波的发展可能是西南低涡发展的一种物理机制。另外当气块沿等θ面绝热下滑而诱发的垂直涡度快速增长远远超过了下沉气柱由于密度压缩诱发的涡度增长值时,也会导致了西南低涡的形成(吴国雄和刘还珠,1999)。

实际上,大气热力作用(尤其是潜热作用)在西南低涡发展中的重要地位也一直为大家所认同(刘红武和李国平,2008)。李国平等(1991)利用热成风适应理论表明由于地面感热加热与暖平流作用在西南低涡源地形成较大的非热成风涡度,在一定的层结和尺度条件下,其适应调整在低层形成暖性热低压(即暖性西南低涡)。卢敬华(1988)通过研究也认为正的非热成风涡度是低涡生成的一个重要指标。俞樟孝等(1982)研究指出低层暖平流的作用会破坏西南地区的平衡,产生出非热成风涡度,通过非热成风涡度引起的调整变化,以及地形作用,从而低层产生一个暖性低涡。对于凝结潜热释放的作用,一般认为是西南涡得以维持和发展的主要机制(濮梅娟等,1989;Wang et al.,1993;Chen et al.,1997)。赵平和孙淑清(1991)经过试验发现潜热通过加强西南低涡上空高层辐散和低层辐合,使该低涡发展。郭大梅和丁治英(2005)认为潜热释放与降水之间的正反馈有利于气旋的加深发展。

以上的研究由于所选择的个例不同,得到的形成机理也不相同,这充分说明了西南低涡形成发展的多样性和复杂性,对其形成机理无疑值得进一步研究和探讨。本文对2008年6月30日—7月1日生成于川东南地区的一个西南低涡的发生发展过程进行了数值模拟研究。

1 数值模拟

利用WRF模式对这个西南低涡进行数值模拟,以2008年6月30日00时(世界时,下同)为初始时刻,积分到7月2日00时。模式使用粗细嵌套网格方案,粗细网格中水平分辨率分别为45 km和15 km。模拟格点数分别为100×112 、142×148,中心位于105°E、35°N。网格和次网格尺度降水采用Kain-Fritsch积云对流参数化方案,行星边界层物理过程采用Yonsei University方案,侧边界条件采用NCEP 每6 h一次的1°×1°的格点资料。

对比2008年6月30日12时850 hPa流场实况(图1a)和模拟(图1b),可以看出在川东南地区模拟流场和实况流场都有气旋式涡旋,涡旋中心的位置大体吻合,整个流场的形势也基本上一致,模拟效果较好。所以本文利用WRF模式的高分辨率输出资料对此次低涡的发生、发展过程进行研究分析。

2 西南低涡的发生发展

2.1 850 hPa西南低涡

从模拟的850 hPa流场可以看到气旋性闭合环流初见于2008年6月30日12时,位于(105.6°E,28.1°N)附近。6月30日14时,川东南地区低涡形成,低涡中心略向北移动。16时低涡中心移至(105.6°E,28.3°N)附近,强度逐渐加强,低涡的尺度也进一步扩大。随后低涡强度继续增大,其中心仍向北移动(图略)。

图1 2008年6月30日12时850 hPa流场(阴影为地形高度大于1 500 m) a.实况;b.模拟Fig.1 The 850 hPa stream fields at 1200 UTC 30 June 2008(shaded area:terrain height>1 500 m) a.observation;b.simulation

图2 2008年6月30日全风速(a,c;单位:m/s)和涡度场(b,d;单位:10-4 s-1)沿105.6°E的纬度—高度剖面 a,b.12时;c,d.14时Fig.2 Latitude-height vertical cross sections of (a,c)wind speed (units:m/s) and (b,d)vorticity fields (units:10-4 s-1) along 105.6°E on 30 June 2008 a,b.1200 UTC;c,d.1400 UTC

低空急流对低涡的发展有着重要的作用(何编等,2012)。由图2a可以看到,初始低涡形成时(6月30日12时),850 hPa上存在强度为16 m/s的低空急流,在急流的北面有一个涡度值为5×10-4s-1的辐合中心,位于(105.6°E,28.1°N)(图2b),这和气旋性闭合环流的中心吻合。6月30日14时(图2c),低层低空急流强度增大为18 m/s,川东南地区低层的涡度辐合中心的强度也在增大,强度为6×10-4s-1(图2d),此时气旋性闭合环流由于强的辐合作用已经发展成为中尺度低涡。6月30日16时低涡中心向北移动的同时,急流轴向北移动,中心强度增强,相应的低涡中心的涡度值增大(图略)。可以看出,低空急流核前方为风速梯度最大的地方,也就是气流辐合最大的地方。在低空急流轴的北侧,有气旋性风速切变产生正涡度,为低空的辐合起到了加速的作用,这有利于低涡的形成(王欢和倪允琪,2006)。西南低空急流的发展和维持,是暴雨低涡形成和持续发展的重要动力学条件(程麟生等,1995)。

下面通过涡度收支方程(朱爱军和潘益农,2007)分析方程中各项对低涡形成的作用,涡度收支方程的表达式如下:

图3 2008年6月30日涡度收支方程各项区域(104.9～105.5°E,28.9～29.5°N)平均的垂直分布(单位:10-8 s-2) a.12时;b.14时;c.16时Fig.3 The vorticity budget equation at (a)1200 UTC,(b)1400 UTC,(c)1600 UTC 30 June 2008:The regional average (28.9—29.5°N,104.9—105.5°E) vertical distribution of horizontal advection(long dotted line with ○)、vertical transportation(short dotted line with solid ○)、horizontal convergence and divergence(dotted line with □)、twist(attunements line with solid □) and the total vorticity balance(solid line with *)(units:10-8 s-2)

从图3可以看出涡度水平平流项(A项)是涡旋变化的最大贡献项。水平辐合项(C项)对中低层涡度也为正贡献、对高层则为负贡献,但是水平辐合项的作用相对水平平流项的作用要弱一些。在低涡形成过程中,垂直输送项在低层对正涡度有正贡献,对于高层正涡度的贡献基本很小。

6月30日12时总的涡度收支分布是:低层900～700 hPa之间为正涡度收支,主要是涡度水平平流项的作用,垂直输送项对正涡度的收支也有一定贡献,此时850 hPa出现气旋性辐合。700～500 hPa之间,主要为负涡度收支(图3a)。6月30日14时,850 hPa正涡度收支增大为2.6×10-8s-1,水平平流项的值相比12时也增大0.5个单位(图3b)。6月30日16时,低层水平平流项(A项)和水平辐合辐散项(C项)对总涡度收支的正贡献作用是最主要的。相比形成初期,中层的水平辐散加大,低层850 hPa正涡度收支的最大值继续增大,低涡的强度进一步增强(图3c)。

由涡度收支的各项可以知道,水平涡度平流项和辐散项均起到最主要的作用。对低层850 hPa低涡的形成发展,水平平流项起直接作用;水平平流最高层为负,中低层为正,产生上升运动,从而引起中低层辐合,对低涡发展起作用;垂直输送项对中低层总涡度始终是正贡献,对低层低涡的发展有间接作用;而扭转项主要是对总涡度发展的贡献不大。

850 hPa涡度图(图略)可以看到6月30日12时在川东南地区存在一条正的涡度带,并且有一涡度中心。在正涡度带以西有一负涡度带。两小时后正涡度带仍然稳定在川东南地区,负涡度带略有东移向正涡度带靠近,正涡度带的低涡中心向北缓慢移动,中心强度也有增强。6月30日15时正涡度低涡中心继续北移,中心强度继续增强,相应的850 hPa的低涡中心也在向北移动。同时15时水平辐合辐散项作用增强,这说明水平辐合使得移动的低涡系统加强,而低涡中心不断北移主要是因为水平平流输送的作用。

模拟区域平均的视热源Q1和视水汽汇Q2的时间—高度演变(图略)显示,在低层Q1和Q2都为正值,6月30日14时最大的加热中心位于850 hPa,Q2的强度略强于Q1。这表明低层水汽辐合上升会释放凝结潜热,这将会导致低层位势高度降低,在降水中心附近会造成额外的气压梯度,从而加强流向辐合区的中尺度低空急流(乔林等,2009),低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,低涡进一步加强。

通过以上的分析可以看出,气流绕过高原后通过水平平流的输送作用在川东南地区汇合,而且低空急流的发展正好对应着川东南地区850 hPa中尺度低涡的发生,所以此次个例中低层850 hPa低涡的形成与西南低空急流有着密切的关系,而潜热释放对850 hPa低涡的后续发展和维持有着较为重要的作用。

2.2 700 hPa西南低涡

700 hPa上闭合环流的出现晚于850 hPa的涡旋,6月30日21时700 hPa才出现低涡(图4a)。30日22时低涡强度增强,中西北移(图4b)。6月30日18时、19时700 hPa上川东南地区位势高度逐渐减弱,在6月30日19时形成低值中心,中心大致在(105.1°E,29.1°N),风场也在不断的向低值中心辐合(图略)。在低值中心形成之前川东南地区就已经有对流降水的发生,但降水强度在不断减小,降水一直持续到6月30日22时,降水中心和700 hPa低涡中心没有重合,位置相对低涡中心偏南。

假相当位温θse、相对湿度、风矢量的高度—纬度剖面显示在6月30日18时一直到21时在800～600 hPa间始终存在着暖湿空气带(图5),这和降水过程中潜热释放加热有一定的关系。由于暖湿带的存在,700 hPa上先是有弱低涡生成,此后气体湿度的增大,低涡中心的辐合强度也增大。相比之下,在800 hPa以下为干冷空气带,这主要是由于空气在下降时的凝结冷却所致,从而在川东南地区形成一个冷池,而且冷却作用会加强空气的下沉运动以及中层的辐合(Lafoe and Moncrieff,1989),所以700 hPa的潜热加热和800 hPa以下的凝结冷却对700 hPa的低涡形成都有影响。

图4 2008年6月30日700 hPa流场(阴影为地形高度大于3 000 m) a.21时;b.22时Fig.4 The 700 hPa stream fields at (a)2100 UTC and (b) 2200 UTC 30 June 2008(shaded area:terrain height>3 000 m)

图5 2008年6月30日θse(实线;单位:K)、相对湿度(虚线;单位:%)、风矢量(单位:10-1 m/s)沿105.2°E的纬度—高度剖面 a.18时;b.19时Fig.5 The latitude-height vertical cross sections of θse (solid line;units:K),relative humidity (dotted line;units:%),wind vector(units:10-1 m/s) along 105.2°E at (a)1800 UTC and (b)1900 UTC 30 June 2008

图5中还可以看到在低涡中心上部,上升运动引起辐合增强,而在低涡中心下部的下沉运动是较弱的,这使得潜热加热对低涡产生的作用强于低层凝结冷却对低涡产生的作用,潜热释放应该对气流的上升以及低涡的生成和加强起到很重要的作用。另一方面低涡产生后也通过辐合上升运动向高层带去更多暖湿空气从而加强潜热加热作用,潜热加热再作用低涡的加强,形成反馈作用。

图6 2008年6月30日18时沿105.2°E温度扰动(a,单位:℃;等值线间隔为0.5 ℃)、扰动θse(b,单位:K;等值线间隔为0.5 K)、扰动位涡(c,单位:PVU;等值线间隔为0.5 PVU)垂直剖面Fig.6 The vertical cross sections of (a)temperature perturbation (units:℃;contour lines spacing of 0.5 ℃),(b)θse perturbation(units:K;contour lines spacing of 0.5 K),(c)PV perturbation vertical section(units:PVU;contour lines spacing of 0.5 PVU) at 1800 UTC 30 June 2008

Hoskins and Berrisford(1988)指出位涡是研究中纬度现象的一种简单而又简明的方法。丁治英等(2010)发现低层的正位涡通过上升运动向上传递,导致了高层位涡正异常,高层位涡的正异常又可导致低层的气旋性涡度进一步加大并使降水加大。Zhang and Fritsch(1988)通过集合预报的分析发现对流层中上层潜热释放的产生以及位涡值的增大会增强中层涡旋。而且一些研究结果表明潜热释放使得位涡再分配,从而使得负位涡异常区和与之相关的反气旋环流在最大加热层上部形成。相反,正位涡异常区与气旋环流在最大加热层下部发生发展(Thorpe,1985;Haynes and McIntyre,1987;Raymond and Jiang,1990)。

沿29.1°N的经向风和位涡的经度—高度剖面(图略)显示,在700 hPa低涡中心的位涡值由6月30日18时的1 PVU(1 PVU=10-6m2·K·s-1·kg-1)增大到30日20时的2.5 PVU,并且低涡中心的涡度值也由1.5×10-4s-1变为3.0×10-4s-1,垂直上升运动也在增强。这表明在潜热释放过程,正位涡异常大值对应暖湿加热区域,对低涡的形成和发展很着重要的影响。

此外也可通过扰动量的变化来分析潜热释放对低层低涡形成的影响。6月30日18时,从扰动量的垂直分布图6a中可以看到,700 hPa为相对暖的区域,是θse高值区,这主要是暖湿气流上升过程中引起的潜热释放的结果;700 hPa以下为相对冷区,是θse低值区,这是凝结冷却使得低层温度降低的结果。位涡垂直剖面显示,700 hPa为位涡大值区域,6月30日19时(图7),川东南地区700 hPa有暖区中心形成,此时低涡也辐合生成,在低涡中心也有位涡大值中心生成。从涡度廓线也可以看到700 hPa上涡度的值也在略微的随时间增加,这说明潜热释放引起了对流层低层位涡的增加,导致了涡度的增加。而且气流在川东南地区低层的风速随时间也在不断的增大,低层的辐合最大值由1.5×10-4s-1变为3.0×10-4s-1。低层的强的辐合导致强的上升运动,暖湿气流在上升过程中释放潜热导致了位涡的增加,对应的正涡度也在增加,流场的气旋性弯曲也显著增强,从而逐渐形成气旋性的涡旋(图7b)。所以潜热释放是导致低层700 hPa涡度增加从而不断辐合形成低涡的主要因子。

图7 2008年6月30日19时沿105.2°E温度扰动(a,单位:℃;等值线间隔为0.5 ℃)、扰动θse(b,单位:K;等值线间隔为0.5 K)、扰动位涡(c,单位:PVU;等值线间隔为0.5 PVU)垂直剖面Fig.7 The vertical cross sections of (a)temperature perturbation (units:℃;contour lines spacing of 0.5 ℃),(b)θse perturbation(units:K;contour line spacing of 0.5 K),(c)PV perturbation vertical section(units:PVU;contour line spacing of 0.5 PVU) at 1900 UTC 30 June 2008

图8 2008年6月30日18时区域平均(104.9～105.5°E,28.9～29.5°N)凝结加热率(实线;单位:K·d-1)、散度(空心○虚线;单位:10-4 s-1)、涡度(点划线;单位:10-4 s-1)和垂直速度(实心○虚线;单位:m/s)的垂直廓线及ω方程1、2、3三项垂直运动分量(b)Fig.8 (a)The regional average(28.9—29.5°N,104.9—105.5°E) vertical profile of condensation heating rate(solid line;units:K·d-1),the divergence(dashed lines;units:10-4 s-1),the vorticity(attunements line;units:10-4 s-1) and vertical velocity(solid line;units:m/s) and (b)vertical movement of the three components are calculated respectively in ω equation at 1800 UTC 30 June 2008

再利用潜热加热率公式(Kuo,1974),对低涡发生发展进行诊断分析。6月30日18时(图8a)区域平均的凝结加热率、散度、涡度和垂直速度的垂直廓线显示,最强的上升运动处于中层500 hPa,中层处于辐合状态,凝结潜热加热率最大值位于800 hPa。利用考虑了非绝热加热的ω方程,进一步诊断各项物理因子对垂直运动的影响。其中:等号右边第一项为涡度平流垂直变化项;第二项为温度平流拉普拉斯项;第三项为非绝热加热项,分别称为1、2、3项,在对各项计算过程中采用的都是一种近似的计算。图8b为6月30日18时各项对垂直速度的影响,可以看出在500 hPa没有明显的温度平流,但是有明显的正涡度平流。在对流层低层,潜热加热对垂直运动的贡献较为重要,尤其是低层700 hPa潜热加热造成的上升运动超过了低层暖平流的作用。此时在800 hPa以下有冷平流的作用,造成下沉运动。

图9 2008年6月30日19时区域平均(104.9～105.5°E,28.9～29.5°N)凝结加热率(实线;单位:K·d-1)、散度(空心○虚线;单位:10-4 s-1)、涡度(点划线;单位:10-4 s-1)和垂直速度(实心○虚线;单位:m/s)的垂直廓线及ω方程1、2、3三项垂直运动分量(b)Fig.9 (a)The regional average(28.9—29.5°N,104.9—105.5°E) vertical profile of condensation heating rate(solid line;units:K·d-1),the divergence(dashed lines;units:10-4 s-1),the vorticity(attunements line;units:10-4 s-1) and vertical velocity(solid line;units:m/s) and (b)vertical movement of the three component are calculated respectively in ω equation at 1900 UTC 30 June 2008

图9a可见,6月30日19时涡度和散度廓线表明最强的辐合仍然位于对流层低层,800～600 hPa之间,辐合最大值为2×10-4s-1,相比前一个小时变化不大。对流层中层以上400 hPa存在一个较大的辐散层,上升速度中心最大值为1.5 m/s,高度在500 hPa左右。散度的结构和涡度结构近于反位相,这和朱爱军和潘益农(2007)研究是一致的。对流层低层有在两个正涡度中心,一个在850 hPa,另一个在700 hPa。此时低层700 hPa凝结加热率比18时有所增大,但是仍然为负。ω方程诊断的各强迫项对应的垂直速度表明(图9b),凝结加热项强迫上升运动在对流层低层700 hPa上的作用是最重要的,最大值达到2 m/s,相比前一个小时有所增大。这表明降水导致的凝结加热对700 hPa低涡辐合起很大的作用。此时涡度平流垂直变化对上升运动的作用为负贡献,但是温度平流在低层700 hPa上表现为正贡献。而且800 hPa以下仍然有冷平流导致一定的下沉运动,在对流层中层由于湍流混合作用较强,温度平流较弱,对垂直运动基本没有贡献(乔林等,2009)。

6月30日20时,850 hPa的涡度值减小,而700 hPa低涡中心的涡度值略有增大,低层潜热加热率继续增大,约为1 K/h,同时潜热加热对低层辐合和上升运动的影响进一步增强(图略),在高层温度平流对上升运动的影响很小,但是涡度平流对垂直上升运动有着很强的贡献。

通过上面的分析可以表明,随着低涡的形成和成熟,低涡的下部出现与下沉运动相伴的辐散结构。这种结构与Maddox(1983)及Menard and Fritsch(1989)提出的成熟时的中尺度对流辐合体相类似,即对流层高层与低层都为辐散外流,而对流层中层出现气旋性结构。

3 数值敏感试验

通过干敏感性试验进一步研究潜热释放对700 hPa低涡的影响,它与全因子的不同之处就是模拟当中没有降水凝结潜热释放的作用,因此它与全因子试验的差异,可以认为是由凝结潜热过程所致。

从6月30日全因子模拟850 hPa流场和干试验模拟850 hPa流场对比(图略)可以看到,去除了潜热释放后在川东南地区仍有中尺度的低涡生成,低涡中心和尺度基本上和全因子模拟的结果相近,这表明潜热释放对850 hPa上低涡的影响可以忽略。而从700 hPa流场可以看到,6月30日21时在四川盆地中部形成一个低涡(图4a)。30日22时该中尺度涡旋逐渐加强,低涡中心略向北移动(图4c)。如果将模式中的潜热释放关掉后,可以看到在6月30日21时、22时川东南附近的地区没有中尺度涡旋形成(图略),这说明在700 hPa上降水发生过程中潜热的释放会导致气旋性的切变加强辐合从而形成低涡。

图10 2008年6月30日18时(a,b)、19(c,d)区域平均(104.9～105.5°E,28.9～29.5°N)的位势高度(点线;单位:dagpm)、温度(实线;单位℃)的垂直廓线(a,c)和低涡中心(105.2°E,29.1°N)的涡度(点线;单位:10-4 s-1)和散度(实线;单位:10-4 s-1)(b,d)的垂直廓线Fig.10 The regional average (28.9—29.5°N,104.9—105.5°E) (a,c)height (point line;units:dagpm),temperature (solid line;units:℃),vertical profile and (b,d)low vortex center (29.1°N,105.2°E) vorticity (point line;line;units:10-4 s-1),divergence(solid line;units:10-4 s-1) at (a,b)1800 UTC and (c,d)1900 UTC 30 June 2008

为了更进一步通过数值试验来反映潜热释放对700 hPa低涡的作用,利用全因子模拟和去掉潜热释放后模拟的各个变量的差值进行分析。首先全因子模拟和去掉潜热释放后模拟的温度场和高度场之差的区域平均的垂直分布(图10a、10c)中可以看出,潜热释放使得800～400 hPa之间的大气都减压,而400 hPa以上是大气加压,并且高层的加压比低层的减压大。从温度垂直廓线中看以看到凝结潜热加热了800～400 hPa之间较深厚的大气层,最大加热中心位于400 hPa附近。从两个实验的涡度和散度的差值显示,在6月30日18时低涡形成初期,凝结潜热对暴雨区正涡度的贡献较弱,700 hPa正涡度差值中心值为1.0×10-4s-1(图10b)。6月30日19时低涡形成,700 hPa正涡度差值明显增大,中心强度达到2.6×10-4s-1(图10d),700 hPa以下有很明显的低层正涡度辐合场,700 hPa以上为负涡度场。通过上面的分析可知,降水过程中凝结潜热的释放加热了大气层,由热成风的关系,暴雨区北侧高空西北气流加强,空气质量大量流出,即高空辐散加强,同时低层出现减压和辐合(张晓芳和陆汉城,2006),这使得700 hPa上气旋性切边加强辐合,从而转变成气旋性涡旋。所以潜热加热直接增暖了中低层大气,增强上升运动,促使700 hPa低涡的形成。这和赵平和孙淑清(1991)潜热加热不影响西南低涡的形成的研究结果不同。

通过上面的分析,可以认为降水过程中由于水汽充足,低层强辐合引起上升运动的同时,引起水汽的凝结。由于凝结潜热的释放,增强了川东南地区低层辐合、高层辐散以及中低层正涡度的发展,所以水汽凝结、释放潜热是700 hPa低涡形成的主要原因。

4 结论与讨论

本文运用WRF模式模拟了2008年6月30日到7月1日生成于川东南地区的一个西南低涡的发生发展过程。数值模拟诊断分析表明:

1)闭合性的气旋中心首先在850 hPa上生成,850 hPa低涡的形成与西南低空急流有着密切的关系,潜热释放对850 hPa低涡的后续发展和维持有着较为重要的作用。

2)涡度收支的各项表明水平涡度平流项和辐散项均起到最主要的作用。对低层850 hPa低涡的形成发展,水平平流项起直接作用;垂直平流项对中低层总涡度始终是正贡献,对低层低涡的发展有间接作用;而扭转项主要是对总涡度发展的贡献不大。

3)通过凝结潜热率公式和非绝热加热的ω方程表明,潜热加热对700 hPa流场的辐合有着重要的影响,能够引起该层涡旋不断辐合从而形成低涡。

4)干敏感试验表明潜热释放对850 hPa低涡的生成可以忽略,但在700 hPa上会导致气旋性的切变加强辐合从而形成低涡,潜热释放对700 hPa低涡的生成起主要是作用。

通过本例的研究分析,对西南涡形成过程有了一些初浅的认识,但是对西南地区来讲,由于受到青藏高原大地形的影响,西南涡的形成原因本身就是一个难点。因此还应该针对多个个例开展深入分析,进一步深入研究西南涡形成的机理和特点。

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(责任编辑：刘菲)

Theinfluenceoflow-leveljetandlatentheatreleaseontheformationofasouthwestvortex

CHEN Peng1,2,3,XU Hai-ming1,LIN Yong-hui2

(1.School of Atmospheric Science,NUIST,Nanjing 210044,China;2.State Key Laboratory of Severe Weather,Chinese Academy of Meteorological Sciences,Beijing 100081,China;3.Chongqing Meteorological Observatory,Chongqing 401147,China)

Using mesoscale simulation WRF model,the formation and development of a southwest vortex occurred over Sichuan province on June 30 and July 1,2008 were investigated.The results indicated that the southwest vortex primarily emerged at 850 hPa and then formed at 700 hPa after several hours.The formation of the southwest vortex at 850 hPa was directly connected with low-level jet.The diagnostic analysis ofωequation showed that the horizontal advection of vorticity and divergence mainly influenced the formation of the southwest vortex at 850 hPa while latent heat release was not important to its genesis.The results also indicated that the latent heating was the key factor for the formation of the southwest vortex at 700 hPa.The dry sensitive experiment further confirmed that latent heat release had little influence on the southwest vortex at 850 hPa,but it caused strong convergence of cyclonic shear circulation and finally formed the vortex at 700 hPa.

southwest vortex;low-level jet;latent heat release;heavy rain

2012-10-16；改回日期2012-12-17

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2012CB417202);国家自然科学基金资助项目(40745026;40875035);公益性行业(气象)科研专项(GYHYQX2007-6-20);中国气象科学研究院基本科研业务费专项(2007Y002);中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室自主研究专项(2008LASWZ103)

陈鹏,硕士,研究方向为中小尺度数值模拟及天气分析,chenpeng8495@126.com.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121016001.

1674-7097(2014)05-0575-10

P433

A

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121016001

陈鹏,徐海明,林永辉.2014.涡度收支与潜热释放对西南低涡形成的作用[J].大气科学学报,37(5):575-584.

Chen Peng,Xu Hai-ming,Lin Yong-hui.2014.The influence of low-level jet and latent heat release on the formation of a southwest vortex[J].Trans Atmos Sci,37(5):575-584.(in Chinese)