一次东移高原低涡对降水影响的个例研究

2022-04-22青逸雨周庶旦增伦珠李起旭

西藏科技 2022年3期

青逸雨周庶旦增伦珠,2 李起旭,2

（1.南京信息工程大学大气科学学院，江苏南京 210044；2.西藏自治区气象台，西藏拉萨 850000）

0 引言

青藏高原（简称高原）作为全球海拔最高、地形最复杂的大地形，高原对中国的天气影响大，是影响我国长江流域、江淮暴雨的对流云团的源地［1-2］。生成于高原的天气系统—高原低涡，也是影响中国天气的重要天气系统，在一定的环境条件下能够加强东移出高原，低涡能够引发高原下游广大地区出现持续性的灾害天气过程［3-5］。

高原低涡的东移对降水具有很大的影响，一般高原涡移出高原后会造成中雨以上降水，有的还可以产生暴雨、大暴雨。郁淑华和高文良指出，高原低涡移出高原后多数会使降水强度加大，约有70 %以上移出高原的高原涡可使降水增强，其中移出高原后活动时间较长（在36 h 以上）的低涡使降水增强的超过90 %［6］。Kuo et al.提出东移高原低涡与西南涡共同作用，常在四川盆地产生区域性暴雨天气过程［7］。Li et al.对东移低涡移出后产生的总降水进行分析，得出东移低涡产生的降水主要发生在四川、淮河上游及长江中下游［8］。黄楚惠等通过分析不同路径低涡对降水的影响，指出东移低涡主要影响高原东部降水，而东北移低涡主要影响高原北侧及东北侧降水［9］。此外，对于低涡对流特征，Li et al.指出低涡附近强对流多为西南-东北走向的椭圆形，且多发生于低涡东南侧［10］。同时，董元昌和李国平也提出高原低涡降水主要分布在低涡中心的东南侧或南侧，认为这与高原低涡的环流以及能量分布特征有关［11］。前人对于低涡造成强降水的成因诊断研究比较丰富。黄楚惠和李国平发现水汽通量散度的强辐合中心与强降水中心一致［12］。彭新东和陈麟生分析表明水汽凝结的潜热释放对中尺度系统发展的强度、结构有决定性影响［13-14］。肖红茹和陈静通过数值模拟分析指出“低涡东移-四川盆地正涡度发展-上升运动加强-低层辐合高层辐散-降水-凝结潜热加热大气-低层正涡度发展”这样一个正反馈的循环机制是导致四川盆地强降水的原因［15］。然而，前人对于低涡降水的诊断更多的是集中于低涡对大暴雨的影响，对于低涡与大范围雨带之间的联系研究较少。

本文选取2016年6月28日至7月1日高原一次低涡个例，此次低涡形成、发展及东传引发长江中下游地区暴雨天气的过程，诊断分析此次低涡的形成、发展及其与降水雨带之间的内在联系。

1 资料简介

文中使用的资料包括：（1）ERA5 再分析资料，包括风场、高度场、比湿、气温等要素，空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为1 h；（2）由中国气象局国家卫星气象中心提供的FY-2E 气象卫星逐小时云顶亮温数据，水平分辨率为0.1°×0.1°；（3）热带测雨卫星（TRMM）提供的空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为3 h的降水资料；（4）中国2400多个台站逐日降水资料；（5）成都高原气象研究所整编的2016年《高原低涡和切变线年鉴》。

2 高原低涡的发生及发展过程

2.1 低涡路径与降水区

根据成都高原气象研究所整编的2016年《高原低涡和切变线年鉴》，并结合500hPa环境场进行分析，发现此次低涡于2016 年6 月28 日14 时（北京时，以下同）生成，而后逐渐加强，29 日08 时发展东移至高原中部地区，30 日06 时低涡开始移出高原并继续东移给下游地区带来降水，图1 为低涡的移动路径及低涡活动期间的逐日累积降水量。如图1b为27日20时至28 日20 时降水累计，低涡位于高原主体区域，其引发的降水量级以小雨为主，且降水区域主要沿着低涡路径，范围较小；28 日20 时至29 日20 时降水累计如图1c 所示，低涡路径上的降水区域逐渐扩大，降水量级也逐渐增加。到了29 日20 时至30 日20 时降水累计如图1d所示，低涡发展东移至高原东部并开始移出高原，其引发的降水量级以中到大雨为主，在川渝等部分地区达到暴雨，较强的降水区域主要出现在低涡南侧。并且从图1 还可以注意到的是在27 日虽然高原东侧已经存在了一条明显的降水雨带，但是随着高原涡的东移，雨带逐渐北抬，并且在30 日低涡引发的降水带与北抬雨带合并，从而使得西南地区均出现明显降水。可见，本次低涡引发的降水落区主要集中在低涡南侧与东侧，并且随着低涡逐渐东移降水的强度与范围逐渐向东扩张，最终造成了此次暴雨过程。

2.2 低涡发生发展的环流形势

分析此低涡在高原发生、发展阶段的环流特征，图2 给出了2016 年6 月28 日14 时至6 月30 日06时500 hPa 风场及涡度场的分布。28 日14 时高原受高压控制，高原西部整体处在高压左侧偏南气流影响下，此时没有低涡（图2a）；到28 日20 时高压消失，高原西部在南侧偏南风和北侧偏北风的共同影响下，出现一风速辐合带，伴随有一条东西走向的正涡度带，正涡度中心大致位于85°E，36°N 附近（图2b），而后此正涡度带逐渐发展增强，产生气旋性环流，形成一个低涡。该地区背景气流为西南风，在平流作用下低涡中心向东北方向移动并逐渐增强发展；29 日15 时低涡增强东移至高原中部，正涡度区域内气旋性环流增强，中心C 位势高度达583.9 dagpm（图2c），此时低涡在西北气流的作用下向东南方向移动；30 日06 时低涡中心开始移出高原，逐渐演变为高空槽，槽前正涡度带显著（图2d）。以上分析表明，高原低涡的移动和强度变化与高空环流形势存在着密切的关系。

南亚高压是一个在盛夏存在于高原上空的大尺度反气旋，能够制约中低层不同尺度的系统［16］。前人对于南亚高压与高原涡的移动路径有着很深的研究，并且对于由南亚高压的影响下东移高原涡造成的强降水同样有着分析［17］。

为了探究南亚高压在本次过程中对高原涡的影响。图3 给出了各个时刻的200 hPa 环流形势。如图3a 所示，此时高原涡还未形成，但生成地位于急流入口区的右侧，这是一个利于对流发生发展的区域。图3b可见，西风急流持续维持，此时高原涡开始生成，并且向东北方向移动，这与急流的方向是一致的。图3c所示，虽然急流区开始崩溃减小，但是这种崩溃对于高原涡发展是有利的，高原涡始终位于急流入口的右侧，并且此时高原涡的移动已经由东北移转向东南移动。图3d 可见，急流区进一步减小，但高原涡由于移出高原水汽条件更加丰富，涡旋快速发展，降水同样增大，而降水区域同样位于急流入口区的右侧。可见，200 hPa 的环流形势对高原涡的发生发展与高原上的对流降水同时有着影响。

综上可知，高原涡的发生发展受着大环境场的影响，并且其先东北移再东南移的移向与高层环流有着很密切的关系。降水区与急流入口区的右侧有着很好的对应关系，从这点来看，急流入口区同时影响着降水与高原涡，而高原涡与降水同样存在内在的联系，那么下一节将会分析高原涡如何影响降水，以及与降水带之间的关系。

3 高原低涡与降水雨带

3.1 低涡对降水的动力作用

为了研究低涡对降水的作用，图4 给出了几个关键时刻低涡中心的空间结构状况。2016 年6 月28 日14 时在低涡中心位置在350 hPa 以下（上）为辐合（散），对应低涡中心有较弱的上升运动，此时的低涡水平尺度小（图4a）；29 日15 时，低涡已经开始东移发展，但未移出高原，在低涡中心（95 °E，33 °N）附近，350 hPa 以下为强盛且范围较广的辐合区域，无辐散层升高，此时上升运动明显增强，且此时低涡水平尺度也显著增大（图4b）；30 日06 时，低涡开始移出高原，中心位于106°E，31°N 附近，无辐散层继续升高，位于300 hPa，以上有较强的辐散中心，上升运动更为强盛（图4c）。可见，高原涡由于其低层辐合高层辐散的特殊结构，造成强垂直上升运动，可以为降水提供有利的动力抬升条件。

3.2 低涡与雨带的移动特征

利用时空分辨率较高的TBB 资料，不仅可观测到大范围的云系分布，而且还可观测到中尺度云系的在不同阶段演变的全过程，并且能够更加真实地反映降水区域，从而探究低涡对降水落区的影响。图5 分别给出了此次低涡发生、发展和消散时的云顶亮温分布。此次低涡云系在高原主体区域持续了40 h，28 日14时高原西部及南部存在零星的小尺度对流云团，对流云团不断生成合并，低涡云系逐渐形成（图5a）；29日15时低涡东移至高原中部，气旋性环流增强且低涡外围的螺旋云带已经形成，对流旺盛（图5b）；30 日06时低涡开始移出高原，逐步演变为高空槽，对流云系呈东北-西南走向，逐渐东移影响下游地区（图5c）。由此可见，对流云系的变化（特别是走向）与低涡活动之间存在存在密切的联系。

为了了解低涡活动和降水雨带的东移演变过程，图6a给出了2016年6月28日至7月1日期间沿31°N～36°N平均的500 hPa涡度的时间-经向剖面图，由该图可见，2016 年6 月28 日至7 月1 日有一条东传的涡度大值带，正涡度东传特征明显，正涡度中心28 日14时开始生成，于30日06时低涡开始移出高原，移出后涡度明显增强。图6b 给出了正涡度区南侧（29°N～33°N）区域平均的降水量时间-经向剖面图，期间自西部向东部存在一条连续性雨带，此雨带的分布、强度变化特征与正涡度带的东传过程有着很好的一致性。28 日14 时在出现正涡度中心（85°E）的偏东一侧产生了降水，降水区域较小，30 日06 时随着正涡度带的增强也产生较大范围和较大强度的降水，降水区域略偏向正涡度中心东侧。通过对比发现，雨带随时间向下游传播与低涡东传之间存在很好地对应关系。

综上可见，在低涡逐渐东移的过程中低涡发展加强，与之伴随的雨带同样向东向南扩展，并且这种扩展与低涡的发展是一致的，这可能是由于降水过程中有着很强的潜热释放，从而加强了低涡的发展，而低涡的发展又促进降水的形成。因此在这种正反馈作用下雨带的落区与低涡的移动发展有着高度的联系。