一次暖季少動(dòng)型高原渦個(gè)例分析

王夢玲，陳 誠，曹宏健，張文杰

（1.貴州省施秉縣氣象局，貴州 施秉 556200；2.貴州省黃平縣氣象局，貴州 黃平 556100）

高原渦是夏季發(fā)生在青藏高原主體上的一種α中尺度低壓渦旋，是高原地區(qū)特殊地形產(chǎn)生的獨(dú)特的天氣系統(tǒng)，也是夏季高原主要的降水來源。其垂直厚度普遍在400 hpa以下，平均水平尺度為400～500 km，大多具有暖性結(jié)構(gòu)，生命史為1~3 d，大多生成于高原的中西部，在有利的環(huán)流形勢下，高原渦能夠東移發(fā)展移出高原，并在高原下游地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)降水、雷暴等災(zāi)害性天氣[1]。高原渦是影響四川地區(qū)的重要天氣系統(tǒng)，而東移出川后又可能影響我國長江中下游、黃淮地區(qū)，甚至華北地區(qū)，形成大范圍的強(qiáng)降水天氣[2]。根據(jù)高原渦生命史的長短將生命史在36 h以上的分為發(fā)展型，不足36 h的分為不發(fā)展型低渦或源地型低渦[3]。

暖性高原渦生成的原因跟熱帶低壓氣旋有相似之處，結(jié)構(gòu)也與熱帶低壓氣旋相似，都具有暖性的低渦中心和渦眼結(jié)構(gòu)。高原暖性低渦常生成于高原大地形對大氣加熱產(chǎn)生的感熱中心上空，并且隨之移動(dòng)，受此影響，低渦中心氣壓下降，氣流從四周向低渦中心輻合，一般來說在上升運(yùn)動(dòng)過程中干絕熱過程會(huì)使氣柱降溫，從而抑制熱低壓的發(fā)展[4]。但是在高原上，地面溫度達(dá)到最高時(shí)，超干絕熱遞減率現(xiàn)象幾乎每天在500 hpa以下出現(xiàn)[5]。但是由于超干絕熱層厚度較淺薄，維持時(shí)間短，所以高原渦大多屬于淺薄的系統(tǒng)，生命周期短。大多高原渦在高原就消失了，沒有移出高原，有一部分在有利的環(huán)流形勢下能東移出高原得到進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而影響下游地區(qū)[6]。

本文選取發(fā)生在2005年7月15日至16日的一次伴隨有明顯降水的少動(dòng)型高原渦過程，對其不同發(fā)生發(fā)展階段的結(jié)構(gòu)特征和演變過程進(jìn)行分析。利用高時(shí)空分辨率再分析資料、常規(guī)氣象觀測資料和降水觀測資料，對此次少動(dòng)型高原渦過程的動(dòng)力結(jié)構(gòu)、熱力結(jié)構(gòu)和降水特征等進(jìn)行分析，探討高原渦初生、成熟和消亡階段結(jié)構(gòu)特征的演變。

1 環(huán)流形式分析

1.1 500 hpa高度場

15日12時(shí)（世界時(shí)，下同）在34°N、85.5°E高度場上有閉合中心和較微弱的氣流輻合區(qū)，輻合區(qū)并不完全對應(yīng)低渦中心；18時(shí)在槽前有低壓中心，高原渦初生，此時(shí)低壓中心在32°N、88°E。低渦中心西北部為西北氣流，西南部為暖濕的西南氣流，濕度增大，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，低空輻合和高空輻散增強(qiáng)，將暖濕位能更多地轉(zhuǎn)化為渦動(dòng)動(dòng)能，使低渦得到發(fā)生和發(fā)展[7]。此時(shí)低渦處于前部減壓，后部加壓的情況，將向東南方向邊移動(dòng)邊發(fā)展。

16日0時(shí)，高原渦發(fā)展為成熟渦，此時(shí)低壓中心在31.5°N、88.5°E，稍向東南移動(dòng)，有明顯輻合氣流，低渦中心等壓線密集，不斷有西南暖濕氣流補(bǔ)充，對流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，產(chǎn)生降水釋放潛熱，潛熱使云團(tuán)進(jìn)一步增暖變得深厚，低渦發(fā)展成熟。在36°N、88°E也有輻合氣流，高度場上有對應(yīng)的閉合中心；6時(shí)，低渦中心在32.5°N、89°E，稍向東北移動(dòng)，低渦中心范圍減小，輻合氣流減弱。低渦中心西北部的西北氣流逐漸轉(zhuǎn)為平直的西風(fēng)，偏北分量減小，仍有西南氣流補(bǔ)充，但由于高原上水汽匱乏，降水逐漸減小，釋放的潛熱減小，高原渦熱力條件不足開始消亡。12時(shí)，已經(jīng)不能看出有閉合中心，原來低渦中心西北部的西北氣流已經(jīng)大部分轉(zhuǎn)為西風(fēng)。

15日12~18 時(shí)，溫度場落后于高度場構(gòu)成斜壓系統(tǒng)，18時(shí)32°N、88°E有閉合中心，處于溫度場脊區(qū)，因此低渦為暖性低渦。溫度場和高度場垂直相交，證明相交處氣旋性輻合較強(qiáng)。溫度場零線穿過低渦中心，低渦中心前部有暖平流、正渦度平流，后部有冷平流、負(fù)渦度平流，在這種情況下，因?yàn)楦呖詹矍坝姓郎u度平流，根據(jù)渦度方程，氣旋性渦度加強(qiáng)，高空氣壓場和流場不適應(yīng)，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，高空的氣旋性流場產(chǎn)生輻散運(yùn)動(dòng)，高空輻散又導(dǎo)致地面減壓[8]。地面減壓后氣壓場和流場不適應(yīng)，產(chǎn)生負(fù)變壓區(qū)，氣流向負(fù)變壓區(qū)輻合，此時(shí)就形成了高空輻合、低空輻散的系統(tǒng)。

16日0時(shí)，溫度場依然落后于高度場，但比15日18時(shí)更為接近，低渦中心仍然在槽前，沒有與暖中心重合，暖中心此時(shí)處于低渦的東北部。溫度場與高度場仍有垂直相交，輻合運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，低渦受正渦度平流和暖平流的影響低渦發(fā)展成熟，略向東南方向移動(dòng)。低渦邊移動(dòng)邊發(fā)展，同時(shí)西南暖濕氣流帶來的水汽供應(yīng)充足，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有降水產(chǎn)生。降水結(jié)束之后釋放的潛熱減小，低渦上空因輻合上升運(yùn)動(dòng)溫度逐漸降低，同時(shí)因?yàn)榈蜏u后有冷平流，所以溫度場與高度場逐漸靠近，之后低渦向東北方向移動(dòng)。到6時(shí)，溫度場脊區(qū)逐漸東移，低渦中心逐漸被后方的冷平流填充，但溫度場與高度場之間的夾角變小，渦度平流和溫度平流減弱，近地面的感熱加熱減小，氣壓變化減小，所以低渦已經(jīng)發(fā)展到成熟并開始減弱，移動(dòng)變得緩慢。之后溫度場追上高度場與之重合，低渦走向消亡。

1.2 200 hpa高度場

初生階段的高原渦在200 hpa上，流場與高度場平行，平直的西風(fēng)變成西北風(fēng)之后轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北風(fēng)，有輻散下沉運(yùn)動(dòng)。15日18時(shí)，32°N、92°E有輻散區(qū)，高空輻散下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，此時(shí)低渦發(fā)展得較為淺薄，輻散中心并不對應(yīng)低層的低渦中心，處在低渦中心的東北部。低渦550～200 hpa均為暖層，200 hpa暖中心在低渦中心東北部，與低渦中心并不對應(yīng)，約為-46.5℃。大氣層結(jié)不穩(wěn)定增強(qiáng)，因此對流運(yùn)動(dòng)易發(fā)生在這種低層暖、高層較冷的結(jié)構(gòu)中。

16日0時(shí)，200 hpa仍然是輻散下沉運(yùn)動(dòng)，32°N、92°E的輻散區(qū)仍然存在，此時(shí)低渦發(fā)展比上一時(shí)刻深厚，已經(jīng)達(dá)到了250 hpa的高度，所以在32°N、88°E上出現(xiàn)新的輻散區(qū)，對應(yīng)低層的低渦中心，因?yàn)楦呖蛰椛⒓訌?qiáng)，為了補(bǔ)償高空輻散損失的氣流，此時(shí)低層的輻合運(yùn)動(dòng)也加強(qiáng)，低渦得到進(jìn)一步發(fā)展，大氣層結(jié)不穩(wěn)定增強(qiáng)促進(jìn)對流運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生降水。到6時(shí)，32°N、88°E處的輻散中心強(qiáng)度減弱，低渦中心上空200 hpa逐漸變?yōu)槠街钡奈黠L(fēng)控制，到了12時(shí)，低渦中心上方的輻散區(qū)基本消失，逐漸轉(zhuǎn)由西風(fēng)控制，低渦走向消亡。這次高原渦過程結(jié)束，生命史為12 h。

2 物理量分析

2.1 渦度、散度、垂直速度剖面分析

15日18時(shí)為初生渦。（1）渦度，550～400 hpa為正渦度，500 hpa為正渦度最大值，400 hpa以上為負(fù)渦度，負(fù)渦度最大值出現(xiàn)在200 hpa，因此這時(shí)低渦是一個(gè)較淺薄的系統(tǒng)。（2）散度，550～400 hpa散度為正值，輻合上升區(qū)，4 000～100 hpa散度為負(fù)值，輻散下沉區(qū)，這種低層輻合高層輻散的形式有利于低渦的發(fā)生發(fā)展。（3）垂直速度，32°N處550～200 hpa垂直速度為負(fù)值，有上升運(yùn)動(dòng)，400～300 hpa上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)，在上升區(qū)兩側(cè)有微弱的正值區(qū)，有下沉運(yùn)動(dòng)。

16日0時(shí)低渦發(fā)展為成熟渦。（1）渦度，550～200 hpa為正渦度，較上一時(shí)次發(fā)展深厚，渦度正值最大出現(xiàn)在400 hpa，正渦度四周均為負(fù)渦度。（2）散度，550～250 hpa為輻合上升區(qū)，250～200 hpa為輻散下沉區(qū)，較上一時(shí)次輻合向高空發(fā)展，輸送更多的近地面感熱和產(chǎn)生降水釋放潛熱，加熱空氣柱，使低渦得到發(fā)展。（3）垂直速度，與渦度正值區(qū)相對應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)垂直速度負(fù)值區(qū)，上升運(yùn)動(dòng)旺盛，同時(shí)在兩側(cè)出現(xiàn)弱的下沉區(qū)，此后低渦將向下沉區(qū)移動(dòng)，消亡。

2.2 降水特征

15日在低渦發(fā)展區(qū)域無降水產(chǎn)生。16日降水多集中在低渦的范圍內(nèi)，從環(huán)流形勢上看有來自西南的暖濕氣流補(bǔ)充，水汽條件充足，有正渦度平流，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，對流云爬升到達(dá)一定高度后產(chǎn)生降水，降水中心降水強(qiáng)度最大，達(dá)到30 mm。降水釋放大量潛熱，低渦在降水過程中發(fā)展，到16日0時(shí)發(fā)展至200 hpa的高度，但是高原上水汽匱乏，再加上對流云爬升到最大降水高度之后降水隨高度減弱，且16日低渦已經(jīng)開始減弱稍向東南移動(dòng)，沒有充足的水汽條件，所以低渦動(dòng)力、熱力條件不足，高原渦開始消亡。

3 結(jié)論

（1）2005年7月15日至16日的暖季少動(dòng)型高原渦為暖性低渦，整體具有暖性結(jié)構(gòu)，環(huán)流形式為西風(fēng)環(huán)流，500 hpa上高原渦初生、發(fā)展成熟時(shí)低渦中心西北處均為西北氣流，西南處為西南暖濕氣流。西南處的西南氣流與來自印度洋的暖濕氣流相遇獲得較好的水汽條件，與北部氣流在高原西側(cè)通過高原熱力作用，大氣獲得地面感熱加熱有輻合上升運(yùn)動(dòng)，向上運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生降水釋放潛熱，不斷地加熱周圍大氣，從而形成暖性的低渦結(jié)構(gòu)。

（2）高原渦15日18時(shí)初生時(shí)550～400 hpa為正渦度，400 hpa以上為負(fù)渦度，較為淺薄。16日0時(shí)發(fā)展到成熟渦時(shí)550～200 hpa為正渦度，200 hpa以上為負(fù)渦度，較初生時(shí)深厚，高原渦得到發(fā)展，然而由于高原上水汽較為匱乏，16日6時(shí)高原渦已經(jīng)開始消亡，從6時(shí)的500 hpa環(huán)流形式上也可以看出，低渦中心西北部的西北氣流的偏北分量開始減小，到了12時(shí)，已經(jīng)大部分轉(zhuǎn)為了西風(fēng)。此次高原渦過程生命史只有12 h，可以看作生成并消失于原地，沒有發(fā)生東移，屬于不發(fā)展的低渦。

（3）對高原渦的物理量進(jìn)行分析，得到的結(jié)論為：15日18時(shí)初生渦的渦度正值區(qū)對應(yīng)散度輻合區(qū)和垂直速度負(fù)值區(qū)，均為輻合上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。散度上，550～400 hpa為輻合上升區(qū)，對應(yīng)渦度正值區(qū)；400 hpa以上為輻散下沉區(qū)，對應(yīng)渦度400 hpa以上為負(fù)渦度。表明近地面為輻合上升運(yùn)動(dòng)，高空為輻散下沉運(yùn)動(dòng)，這種低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)有利于高原渦的生成和發(fā)展。16日0時(shí)發(fā)展成熟時(shí)，高原渦從各物理量上看出渦度正值區(qū)明顯向高空發(fā)展，散度的輻合區(qū)也向高空發(fā)展，垂直速度中可看出上升運(yùn)動(dòng)顯著。

（4）在降水特征上，降水落區(qū)集中在高原渦影響區(qū)域，低渦在發(fā)展中產(chǎn)生降水并在降水中繼續(xù)發(fā)展，在降水結(jié)束后低渦慢慢消亡。這次高原渦過程降水時(shí)間短，降水強(qiáng)度不大，24 h降水量達(dá)到30 mm，為大雨。