初夏東北移高原低渦活動(dòng)特征*

孫 芳 周順武 王美蓉 馬淑俊 周 庶 黃雨婧

1 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心/ 氣候與環(huán)境變化國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/資料同化研究與應(yīng)用中心，南京 210044 2 拉薩市氣象局，拉薩 850011

提 要： 高原低渦是青藏高原(簡(jiǎn)稱(chēng)高原)的主要降水系統(tǒng)，其移出高原后，往往會(huì)在高原下游地區(qū)造成大到暴雨甚至大暴雨。低渦移出高原后的移動(dòng)方向主要有東移、東北移等。本文基于1979—2018年高原低渦數(shù)據(jù)庫(kù)，選取初夏(6月)東北移低渦為研究對(duì)象，依據(jù)其移出位置，將其分為偏西型低渦(簡(jiǎn)稱(chēng)Ⅰ類(lèi)低渦)和偏東型低渦(簡(jiǎn)稱(chēng)Ⅱ類(lèi)低渦)，對(duì)兩類(lèi)東北移低渦的源地、結(jié)構(gòu)、環(huán)流及其對(duì)降水的影響等方面進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并與東移低渦進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：東北移低渦源地較東移低渦偏北，Ⅰ類(lèi)低渦主要生成于高原西北部，而Ⅱ類(lèi)低渦存在3個(gè)主要源地。移出高原后，Ⅰ類(lèi)低渦最大上升運(yùn)動(dòng)主要出現(xiàn)在低渦東北側(cè)，而Ⅱ類(lèi)低渦同東移低渦相似，上升區(qū)主要位于低渦東南側(cè)。低渦在高原上的移動(dòng)方向及移出位置主要受到200 hPa 中緯度引導(dǎo)氣流的影響，移出高原后的移動(dòng)方向則主要受500 hPa高原以東槽脊的影響，其中河套高壓脊對(duì)東北移低渦的阻擋作用尤為重要。低渦移動(dòng)速度受海拔高度差和移動(dòng)方向的共同影響，移出高原前Ⅱ類(lèi)低渦與東移低渦移動(dòng)速度明顯快于Ⅰ類(lèi)低渦；移出高原后兩類(lèi)東北移低渦平均移動(dòng)速度較東移低渦更慢。Ⅰ類(lèi)低渦移出后主要影響河西走廊地區(qū)，且降水以小雨為主；Ⅱ類(lèi)低渦主要影響西北地區(qū)東部，其中近七成的低渦會(huì)引起大到暴雨。

引 言

高原低渦是受青藏高原(簡(jiǎn)稱(chēng)高原)下墊面熱力、動(dòng)力共同影響而形成的獨(dú)特產(chǎn)物，主要活動(dòng)于500 hPa等壓面上，水平尺度為400～800 km，垂直尺度為2～3 km，多生成于高原中西部，消亡于高原東部下坡處(葉篤正和高由禧，1979；羅四維和楊洋，1992)。在蒙古高壓脊偏強(qiáng)、副熱帶高壓偏西、背景環(huán)流經(jīng)向度大等條件下，有利于低渦移出高原主體(顧清源等，2010)。依據(jù)低渦移出高原后的移動(dòng)路徑，通常可將其分為東移低渦、東北移低渦及東南移低渦(李國(guó)平，2002；Lin,2015)。另外也存在少量北移、南移及轉(zhuǎn)向的奇異路徑低渦(Xiang et al,2013；楊穎璨等，2018)，而不同路徑的低渦將對(duì)高原下游不同區(qū)域的天氣產(chǎn)生一定的影響(郁淑華等，2015；孔祥偉等，2021)。

對(duì)于高原低渦的識(shí)別，無(wú)論是基于歷史天氣圖及觀(guān)測(cè)資料的人工識(shí)別方法(王鑫等，2009)，還是基于再分析資料的客觀(guān)識(shí)別方法(Lin,2015)，均發(fā)現(xiàn)低渦年均生成65個(gè)左右，且以東移低渦為主，東北移次之，東南移較少。已有不少研究對(duì)低渦的源地、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、生命史等特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。早期研究(陶詩(shī)言等，1984)指出低渦的渦源主要集中在高原中東部。隨著高原西部站點(diǎn)的增加以及再分析資料的使用，羅四維等(1993)、Lin(2015)、Curio et al(2018)發(fā)現(xiàn)低渦主要生成于高原西部。在月際差異上，李國(guó)平等(2014)指出6月低渦的源地較7、8月偏北。對(duì)于低渦的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)特征，呂君寧等(1984)發(fā)現(xiàn)初生低渦的渦區(qū)在100 hPa以下均為上升氣流，最大上升速度出現(xiàn)在低渦中心東部的400 hPa，且成熟低渦的中心在近地層出現(xiàn)下沉運(yùn)動(dòng)。柳草等(2009)對(duì)2001年6月初一次東移低渦個(gè)例診斷的結(jié)果表明，低渦在東移過(guò)程中，垂直方向上幾乎都是正渦度，低渦移出高原后上升運(yùn)動(dòng)減弱。田珊儒等(2015)提出東移低渦的加強(qiáng)主要與低渦降水產(chǎn)生的凝結(jié)潛熱釋放有關(guān)。Li et al(2020)通過(guò)對(duì)比2000—2015年5—8月東移低渦移出高原前后的垂直結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)低渦移出前垂直速度與散度近似對(duì)稱(chēng)分布，而移出后最大上升速度位于低渦中心東南側(cè)2～4個(gè)經(jīng)緯距。對(duì)于低渦的移動(dòng)方向，師銳和何光碧(2018)指出低渦移出后受200 hPa西風(fēng)引導(dǎo)氣流的影響。劉富明和洑梅娟(1986)指出高層輻散場(chǎng)是低渦移出高原的主導(dǎo)因子。黃楚惠等(2015)通過(guò)分析1981—2010年夏季高原低渦移出時(shí)的環(huán)流型，認(rèn)為低渦在500 hPa中高緯西高東低的環(huán)流型下易向東移出高原，而在高原以北為低壓異常、以東為高壓異常的環(huán)流型下，低渦易向東北方向移動(dòng)。另外，郁淑華和高文良(2006)發(fā)現(xiàn)初夏(6月)低渦以向東、東北方向移動(dòng)為主，盛夏(7—8月)則以向東、東南方向?yàn)橹鳌５蜏u在高原主體上時(shí)，引發(fā)大范圍強(qiáng)降水的概率較小，一旦到達(dá)高原邊緣及以東地區(qū)后，往往會(huì)造成大到暴雨甚至大暴雨(戴加洗，1990)。Kuo et al(1986)及周玉淑等(2019)提出東移低渦與西南渦共同作用，常在四川盆地產(chǎn)生區(qū)域性暴雨天氣過(guò)程。Li et al(2019)研究指出東移低渦產(chǎn)生的降水主要發(fā)生在四川、淮河上游及長(zhǎng)江中下游。另外，在東移低渦個(gè)例的診斷分析中發(fā)現(xiàn)，隨著低渦繼續(xù)向東移動(dòng)，通常會(huì)沿長(zhǎng)江流域形成西南-東北向的降雨帶(黃楚惠和李國(guó)平，2007；馬婷等，2020)。對(duì)于低渦生命史，郁淑華和高文良(2018)發(fā)現(xiàn)冷空氣入侵，西太平洋副熱帶高壓(簡(jiǎn)稱(chēng)副高)偏南利于低渦持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間。同時(shí)低渦持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)生的降水也越強(qiáng)。

綜上可知，以往有關(guān)高原低渦的研究大多以東移低渦為主，且對(duì)低渦降水個(gè)例的研究多集中在西南地區(qū)及長(zhǎng)江流域，而對(duì)于東北移低渦的研究還不多。隨著資料分辨率的提高以及低渦識(shí)別方法的更新，對(duì)低渦的識(shí)別更為全面。同時(shí)，由于西北地區(qū)地處干旱半干旱區(qū)，降水稀少，突發(fā)的暴雨往往會(huì)引發(fā)較大的氣象災(zāi)害，東北移低渦移入西北地區(qū)，是觸發(fā)暴雨的強(qiáng)系統(tǒng)之一。因此有必要加強(qiáng)對(duì)東北移低渦活動(dòng)及降水特征的認(rèn)識(shí)。本文將1979—2018年初夏(6月)東北移低渦進(jìn)一步細(xì)化為偏西型低渦和偏東型低渦，分析不同路徑低渦的源地、結(jié)構(gòu)特征、移動(dòng)速度、環(huán)流背景場(chǎng)等方面的差異，并與東移低渦進(jìn)行對(duì)比。最后探討了東北移低渦移出高原后對(duì)降水的影響。

1 資 料

文中高原低渦采用再分析資料經(jīng)客觀(guān)識(shí)別方法得到。由于在現(xiàn)有公開(kāi)發(fā)表的識(shí)別結(jié)果中，歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)推出的再分析數(shù)據(jù)集ERA-Interim識(shí)別出的低渦路徑與同期其他再分析資料識(shí)別結(jié)果匹配度最高(Lin et al,2020)，同時(shí)其分辨率高、年限長(zhǎng)，因此本文選取1979—2018年ERA-Interim資料識(shí)別的低渦數(shù)據(jù)庫(kù)。分析低渦結(jié)構(gòu)和環(huán)流時(shí)使用同期ERA-Interim再分析數(shù)據(jù)集，時(shí)間間隔為6 h，空間分辨率為0.5°×0.5°。降水資料為同期中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心2 944個(gè)站點(diǎn)逐日(08時(shí)至次日08時(shí))降水觀(guān)測(cè)資料。

2 高原低渦統(tǒng)計(jì)及分類(lèi)

依據(jù)低渦消亡位置，將低渦庫(kù)中移出型高原低渦分為：東移、東北移及東南移。通過(guò)對(duì)1979—2018年夏季移出型高原低渦的統(tǒng)計(jì)(表1)，發(fā)現(xiàn)年均夏季有4個(gè)低渦移出高原，其中東移低渦最多(占三類(lèi)移出低渦總數(shù)的60%)，東北移低渦次之(占29%)，東南移低渦最少(占11%)，這與王鑫等(2009)利用1980—2004年天氣圖資料通過(guò)人工識(shí)別得到的結(jié)果較一致。此外還可以看出，在整個(gè)夏季，東北移低渦和東移低渦多發(fā)生在6月，占其各自總數(shù)的一半左右；7月東北移低渦次數(shù)略少于8月，而8月東移低渦次數(shù)最少；東南移低渦不僅數(shù)量少，且6月次數(shù)遠(yuǎn)小于7月和8月。

表1 1979—2018年夏季移出型高原低渦統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the moving-out TPV in summer from 1979 to 2018

東北移低渦和東移低渦在6月出現(xiàn)次數(shù)最多，同時(shí)初夏(6月)與盛夏(7—8月)環(huán)流型不同，因此本文主要關(guān)注6月的低渦活動(dòng)特征。圖1為6月東北移低渦的移動(dòng)路徑。由圖可見(jiàn)，低渦移出高原前主要表現(xiàn)為東北移及東移，移出高原時(shí)位置有所不同，移出高原后影響的區(qū)域也明顯不同。由此，以100°E為分界線(xiàn)，將東北移低渦細(xì)分為兩類(lèi)：一類(lèi)低渦在高原上以東北移為主，從100°E以西的高原北邊緣移出，移出后主要影響新疆東部及河西走廊地區(qū)(記為Ⅰ類(lèi)低渦，簡(jiǎn)寫(xiě)為NEⅠ-TPV)；另一類(lèi)低渦在高原上以東移為主，移至100°E后從高原東邊緣移出，移出后主要影響西北地區(qū)東部及內(nèi)蒙古中西部(記為Ⅱ類(lèi)低渦，簡(jiǎn)寫(xiě)為NEⅡ-TPV)。Ⅱ類(lèi)低渦明顯較Ⅰ類(lèi)低渦偏多，個(gè)數(shù)比接近2∶1(見(jiàn)表1)。

3 高原低渦的源地及結(jié)構(gòu)特征

以下從低渦的源地(生成地)及垂直結(jié)構(gòu)(主要是相對(duì)渦度和垂直速度)分析和比較低渦在移出高原前后的差異。

3.1 高原低渦的源地

為了形象展示高原低渦的源地，圖2給出了兩類(lèi)東北移低渦及東移低渦生成地的累計(jì)頻數(shù)分布。由圖可知，不同路徑低渦的源地在南北位置上差異較大，Ⅰ類(lèi)低渦主要生成于高原西北部(圖2a)，東部低渦僅出現(xiàn)在柴達(dá)木盆地以北；Ⅱ類(lèi)低渦絕大部分生成于33°N以北地區(qū)(圖2b)，主要有西、中、東3個(gè)源地(黃楚惠等，2015)；東移低渦分布范圍明顯比東北移低渦廣(圖2c)，但95%以上生成于35°N以南地區(qū)，其中，西部渦源位置與Ⅱ類(lèi)低渦接近，而東部渦源主要位于玉樹(shù)地區(qū)(王鑫等，2009)。

以上分析可見(jiàn)，不同路徑低渦的源地不相同。

圖1 1979—2018年6月Ⅰ類(lèi)(紅色實(shí)線(xiàn))及 Ⅱ類(lèi)(藍(lán)色實(shí)線(xiàn))東北移低渦移動(dòng)路徑 (陰影為海拔高度)Fig.1 Tracks of NEⅠ-TPVs (red lines) and NEⅡ-TPVs (blue lines) in June from 1979 to 2018 (shaded: altitude)

Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)低渦源地偏北，其中，Ⅰ類(lèi)低渦生成地集中在高原西北部；東移低渦源地分布廣泛，但其生成地明顯較兩類(lèi)東北移低渦偏南。由此可推斷，高原低渦移出位置可能會(huì)受其生成緯度的影響，在相同環(huán)流背景下，若低渦生成地位置偏北，則其移出高原時(shí)的位置也偏北。

3.2 高原低渦的結(jié)構(gòu)特征

在低渦移出高原的過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷海拔高度的變化，其強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)往往會(huì)發(fā)生較大變化。以下對(duì)低渦移出高原前后垂直速度及相對(duì)渦度進(jìn)行合成，以分析不同路徑低渦移出高原前后的結(jié)構(gòu)差異。考慮到高原低渦是移動(dòng)的系統(tǒng)，這里使用廣泛應(yīng)用于臺(tái)風(fēng)的動(dòng)態(tài)合成方法(Frank,1977)來(lái)研究低渦的結(jié)構(gòu)，即以低渦中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，對(duì)每個(gè)個(gè)例各時(shí)次選取相同范圍進(jìn)行合成。

Li et al(2020)分析了2000—2005年5—8月東移低渦的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)低渦移出高原前低渦中心附近整層以上升運(yùn)動(dòng)為主，垂直速度近似對(duì)稱(chēng)分布，最大速度出現(xiàn)在450 hPa附近，最大正相對(duì)渦度出現(xiàn)在500 hPa附近，200 hPa以上為弱的負(fù)相對(duì)渦度區(qū)。對(duì)比兩類(lèi)東北移低渦的結(jié)構(gòu)(圖略)，發(fā)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上東北移低渦與東移低渦相似，但在強(qiáng)度上，無(wú)論是垂直速度還是相對(duì)渦度，Ⅱ類(lèi)低渦及東移低渦均較Ⅰ類(lèi)低渦更強(qiáng)。

圖2 1979—2018年6月Ⅰ類(lèi)(a)、Ⅱ類(lèi)(b)東北移及東移低渦(c)的源地累計(jì)頻數(shù) (黑虛線(xiàn)是3 000 m的地形等高線(xiàn)，下同；黑色實(shí)心圓代表低渦頻次，實(shí)心圓的大小表示頻次數(shù)量)Fig.2 Source cumulative frequency of NEⅠ-TPV (a), NEⅡ-TPV (b), and E-TPV (c) in June from 1979 to 2018 (Black dotted line is the topographic contour of 3 000 m, same as below; black solid circle represents the vortex frequency and its size for number of frequency)

比較兩類(lèi)東北移低渦移出高原后的相對(duì)渦度和垂直速度(圖3)，可以看出，東北移低渦在低渦中心低層(600 hPa以下)出現(xiàn)弱的下沉運(yùn)動(dòng)，同時(shí)上升運(yùn)動(dòng)中心偏離低渦中心，Ⅰ類(lèi)低渦最大上升運(yùn)動(dòng)位于低渦東北側(cè)(圖3a等值線(xiàn))，而Ⅱ類(lèi)低渦同東移低渦(Li et al, 2020)一樣，上升區(qū)位于低渦東南側(cè)(圖3b等值線(xiàn))。在強(qiáng)度上，Ⅰ類(lèi)低渦反而較Ⅱ類(lèi)低渦更強(qiáng)。相對(duì)渦度較移出高原前有所減弱，但垂直向有明顯的擴(kuò)大(從850 hPa向上延伸至200 hPa以上)，大值仍維持在500 hPa附近。柳草等(2009)分析了6月一次東移低渦的結(jié)構(gòu)，同樣得出移出高原后相對(duì)渦度垂直伸展、垂直速度減弱的結(jié)論，而相對(duì)渦度移出高原后強(qiáng)度增大。

由此可見(jiàn)，Ⅱ類(lèi)低渦移出前后的結(jié)構(gòu)與東移低渦相似，而與Ⅰ類(lèi)低渦存在一定差異。在強(qiáng)度上，移出高原前Ⅱ類(lèi)低渦和東移低渦較Ⅰ類(lèi)低渦偏強(qiáng)，而移出高原后Ⅰ類(lèi)低渦更強(qiáng)。另外，兩類(lèi)東北移低渦移出高原后相對(duì)渦度在垂直方向進(jìn)一步擴(kuò)展，但相對(duì)渦度和垂直速度的強(qiáng)度有所減弱。

4 高原低渦的移動(dòng)特征

以下比較高原低渦移出高原時(shí)的環(huán)流背景場(chǎng)及低渦在移出高原前后的移動(dòng)速度，進(jìn)一步揭示兩類(lèi)東北移低渦與東移低渦的差異。

圖3 Ⅰ類(lèi)(a)、Ⅱ類(lèi)(b)東北移低渦移出高原后相對(duì)渦度(填色)及垂直速度(等值線(xiàn)，單位：10-1 Pa·s-1) 的經(jīng)度-高度(a1，b1)及緯度-高度(a2，b2)剖面 (橫坐標(biāo)“0”為低渦中心，正方向分別為向東、向北)Fig.3 Vertical cross-sections in zonal (a1, b1) and meridional (a2, b2) of relative vorticity (colored), and vertical velocity (contour, unit: 10-1 Pa·s-1) of NEⅠ-TPV (a) and NEⅡ-TPV (b) after moving off the TP (“0” in abscissa is the vortex center, and the positive directions are east and north respectively)

4.1 影響高原低渦路徑的環(huán)流特征

有研究(陳功等，2012；李筱楊等，2019)指出高原低渦的結(jié)構(gòu)與海洋上熱帶氣旋類(lèi)似，大多伴隨著渦旋狀云系，那么其移動(dòng)方向是否也同熱帶氣旋一樣受到某一層引導(dǎo)氣流的影響？以下對(duì)低渦移出時(shí)的環(huán)流場(chǎng)進(jìn)行合成分析。圖4為兩類(lèi)東北移低渦和東移低渦移出高原前一個(gè)時(shí)次的200 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)以及兩類(lèi)東北移低渦相對(duì)于東移低渦的位勢(shì)高度偏差。從位勢(shì)高度場(chǎng)可以看到，對(duì)于Ⅰ類(lèi)低渦(圖4a)，高原北部為西低東高的環(huán)流型，對(duì)應(yīng)高原北部較強(qiáng)的西南風(fēng)，有利于低渦向東北方向移動(dòng)。對(duì)于Ⅱ類(lèi)低渦(圖4b)，中緯西風(fēng)波動(dòng)較弱，高原上以平直西風(fēng)為主，導(dǎo)致低渦以東移為主，并在高原東邊緣向東北方向移出。對(duì)于東移低渦(圖4c)，高原東部為西高東低的環(huán)流型，高原處于西北風(fēng)控制，由于低渦移動(dòng)方向偏向于200 hPa氣流的左側(cè)(董克勤和劉治軍，1965)，導(dǎo)致低渦向東移出高原。此外，從位勢(shì)高度偏差場(chǎng)(陰影區(qū))可以看到，兩類(lèi)東北移低渦相對(duì)于東移低渦，在高原東北側(cè)均存在正偏差，而西北側(cè)為負(fù)偏差，同時(shí)Ⅰ類(lèi)低渦正負(fù)偏差偏西且偏強(qiáng)，從而導(dǎo)致了兩類(lèi)東北移低渦和東移低渦移動(dòng)方向和移出位置不同。

圖5給出了兩類(lèi)東北移和東移低渦移出高原時(shí)500 hPa風(fēng)場(chǎng)和相對(duì)渦度平流場(chǎng)。由圖可見(jiàn)，對(duì)于Ⅰ類(lèi)低渦、Ⅱ類(lèi)低渦和東移低渦，其正相對(duì)渦度平流分別位于高原北側(cè)(圖5a)、高原東北側(cè)(圖5b)及高原東側(cè)(圖5c)。根據(jù)位勢(shì)傾向方程可知，正相對(duì)渦度平流會(huì)使得位勢(shì)高度降低，致使低渦向正渦度平流區(qū)移動(dòng)。6月副高脊線(xiàn)位于20°N以南，距高原低渦較遠(yuǎn)，因此對(duì)東北移低渦的影響不明顯。而在河套地區(qū)的小高壓脊，可阻擋低渦的東移，且其在Ⅰ類(lèi)低渦移出時(shí)最強(qiáng)(圖5a)，加之在內(nèi)蒙古西部的小的阻塞高壓，阻擋作用更明顯，從而使得Ⅰ類(lèi)低渦移動(dòng)方向更加偏北。而對(duì)于東移低渦(圖5c)，其位于東亞大槽后部，受槽后西北風(fēng)以及副高北側(cè)西風(fēng)的引導(dǎo)，有利于其向東移出高原后繼續(xù)向東移動(dòng)。

圖4 Ⅰ類(lèi)(a)、Ⅱ類(lèi)(b)及東移低渦(c)在6月移出高原時(shí)的200 hPa位勢(shì)高度(等值線(xiàn)，單位：dagpm)和 兩類(lèi)東北移低渦相對(duì)于東移低渦的位勢(shì)高度偏差(填色)Fig.4 The 200 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm) and the geopotential height deviation of NE-TPV relative to E-TPV (colored) of NEⅠ-TPV (a), NEⅡ-TPV (b), and E-TPV (c) at the edge of the Tibetan Plateau in June

圖5 同圖4，但為500 hPa風(fēng)場(chǎng)(箭矢，單位：m·s-1)和相對(duì)渦度平流(填色)Fig.5 Same as Fig.4, but for 500 hPa winds (vectors, unit: m·s-1) and relative vorticity advection (colored)

綜上分析可知，高原低渦的移動(dòng)方向主要受到200 hPa中緯度西風(fēng)波動(dòng)和500 hPa高原以東槽脊的共同作用，高層西風(fēng)引導(dǎo)氣流以及位勢(shì)高度異常很大程度上決定了低渦在高原的移動(dòng)方向和移出位置，而其移出高原后的移動(dòng)方向則主要受500 hPa槽脊的影響，其中河套高壓脊的強(qiáng)度與位置對(duì)東北移低渦移動(dòng)方向的影響尤為重要。

4.2 高原低渦的移動(dòng)速度

考慮到高原低渦在不同移動(dòng)階段所處海拔高度及影響系統(tǒng)的差異，故將低渦移動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段：移出高原前、在高原邊緣下坡時(shí)以及移出高原后，并對(duì)東北移和東移低渦各階段的移動(dòng)速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖6)。采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)方法(Wilcoxon,1945)對(duì)不同階段低渦平均移動(dòng)速度差異的顯著性進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三類(lèi)低渦移動(dòng)速度差異均能通過(guò)0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，即低渦移出時(shí)平均移動(dòng)速度在40 km·h-1以上，大于低渦移出前(40 km·h-1左右)，而低渦移出后平均移動(dòng)速度在30 km·h-1以下。產(chǎn)生此差異的可能原因在于低渦移出時(shí)海拔高度差較大，低渦下坡致使其移動(dòng)速度加快，而移出后相比移出前，多受到對(duì)流層500 hPa短波脊的阻擋，致使其移動(dòng)速度有所減慢。

對(duì)于相同階段兩類(lèi)東北移和東移低渦的移動(dòng)速度，同樣存在較大差異。Ⅰ類(lèi)東北移低渦生成于高原北側(cè)，位于200 hPa脊后并以東北移為主(圖4a)，由于脊區(qū)風(fēng)速較小，致使Ⅰ類(lèi)低渦移動(dòng)速度較緩，幾乎75%的Ⅰ類(lèi)低渦移動(dòng)速度在43 km·h-1以?xún)?nèi)；而Ⅱ類(lèi)低渦與東移低渦在高原上均以東移為主，其順西風(fēng)而行，移動(dòng)速度自然更快。因此，在第一階段去除兩個(gè)極端大值外，Ⅰ類(lèi)低渦移動(dòng)速度整體上明顯小于Ⅱ類(lèi)低渦與東移低渦；東移低渦平均移動(dòng)速度略弱于Ⅱ類(lèi)低渦。移出高原后，東移低渦移動(dòng)速度由移出前的36 km·h-1減弱至31 km·h-1，Ⅰ類(lèi)低渦平均移動(dòng)速度也由移出前的32 km·h-1減弱至26 km·h-1，而Ⅱ類(lèi)低渦移動(dòng)速度減弱幅度最大，移出前平均移動(dòng)速度可達(dá)40 km·h-1，移出后卻與Ⅰ類(lèi)低渦相差無(wú)幾，其原因在于Ⅱ類(lèi)低渦移出后由東移轉(zhuǎn)為東北移，與Ⅰ類(lèi)低渦一樣受到河套小高壓脊的阻擋，移動(dòng)速度自然減弱更明顯。

圖6 Ⅰ類(lèi)(紅色)、Ⅱ類(lèi)(藍(lán)色)及東移(綠色) 低渦在三個(gè)階段的移動(dòng)速度的箱線(xiàn)圖 (實(shí)心圓為平均值)Fig.6 The quartile boxplot of moving speed of NEⅠ-TPV (red), NEⅡ-TPV (blue) and E-TPV (green) at three stages (The filled circle represents the average)

由此可見(jiàn)，除了海拔高度差的影響外，高原低渦的移動(dòng)速度與其移動(dòng)方向密切相關(guān)，低渦東移時(shí)移動(dòng)速度更快，因此移出高原前及移出時(shí)，Ⅱ類(lèi)低渦與東移低渦移動(dòng)速度明顯快于Ⅰ類(lèi)低渦,而移出高原后兩類(lèi)東北移低渦平均移動(dòng)速度較東移低渦更慢。

5 東北移高原低渦對(duì)降水的影響

以下主要從低渦降水范圍及強(qiáng)度兩個(gè)方面探討兩類(lèi)東北移低渦對(duì)降水影響，其中選取低渦周?chē)?°×6°的區(qū)域作為低渦的影響范圍(Li et al,2019)。

5.1 高原低渦降水范圍

圖7給出了6月兩類(lèi)東北移低渦移出高原后產(chǎn)生的累計(jì)降水及500 hPa位勢(shì)高度合成結(jié)果。從Ⅰ類(lèi)低渦合成的位勢(shì)高度場(chǎng)可見(jiàn)，在高原東北部存在一個(gè)小槽，Ⅰ類(lèi)低渦在高原北邊緣移出后，其活動(dòng)區(qū)域主要位于新疆東部及河西走廊西部，故其引發(fā)的降水主要分布在河西走廊、青海西北部地區(qū)(圖7a)，降水區(qū)位于500 hPa低壓槽底部。而Ⅱ類(lèi)低渦移出后，在500 hPa上從內(nèi)蒙古中部向甘肅南部伸出低壓槽，低渦主要活動(dòng)于西北地區(qū)東部以及內(nèi)蒙古中部，故其引發(fā)的降水主要發(fā)生在甘肅東部、寧夏及陜西北部，位于低壓槽前，同時(shí)降水大值中心位于陜甘寧三省交界處以及陜西南部大巴山附近(圖7b)。而對(duì)于東移低渦，其移出后引發(fā)的降水主要位于四川、淮河上游以及長(zhǎng)江中下游(Li et al,2019)，可見(jiàn)其相對(duì)于Ⅱ類(lèi)東北移低渦的影響區(qū)域偏南且偏東，同時(shí)影響范圍更廣。

圖7 6月Ⅰ類(lèi)(a)及Ⅱ類(lèi)(b)東北移低渦移出后的總降水(陰影)及500 hPa位勢(shì)高度(等值線(xiàn)，單位：dagpm)Fig.7 Total precipitation (shaded) and 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm) after the NEⅠ-TPV (a) and NEⅡ-TPV (b) moving off the TP

5.2 高原低渦降水強(qiáng)度

由于合成降水不能直觀(guān)地了解降水強(qiáng)度之間的差異，因此需要對(duì)每次東北移低渦過(guò)程在移出高原后的階段引發(fā)的最大日雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與東移低渦(考慮到東移低渦移至華東地區(qū)后，降水的影響因素更為復(fù)雜，因此只統(tǒng)計(jì)其移出后1 000 km以?xún)?nèi)的降水)進(jìn)行對(duì)比，以比較不同路徑低渦對(duì)降水強(qiáng)度的具體影響(表2)。

由表2可知，6月Ⅰ類(lèi)低渦引發(fā)的降水以小雨為主，日雨量達(dá)到50 mm以上的只有1次；而Ⅱ類(lèi)低渦最大降水以大雨為主的頻次(占比為46.1%)，能夠引發(fā)暴雨的低渦占到該類(lèi)低渦總數(shù)的23.1%；對(duì)于東移低渦，有40%以上的低渦能夠在移出后1 000 km 范圍內(nèi)引發(fā)暴雨，僅有23.5%的低渦移出后引發(fā)的最大降水在25 mm以下。對(duì)于不同路徑低渦降水強(qiáng)度的差異，原因在于河西走廊深居內(nèi)陸，熱帶及副熱帶海洋水汽輸送至此的寥寥無(wú)幾，致使該區(qū)域水汽貧乏，降水稀少,而西北地區(qū)東部地處季風(fēng)區(qū)與非季風(fēng)區(qū)的過(guò)渡區(qū)，由于兩地水汽條件等背景的差異，這勢(shì)必導(dǎo)致低渦移入后對(duì)不同區(qū)域產(chǎn)生的降水存在差異。

表2 兩類(lèi)東北移低渦及東移低渦移出后引發(fā)的最大 降水量級(jí)發(fā)生頻次統(tǒng)計(jì)Table 2 Frequency of the maximum precipitation caused by TPVs after moving off the TP

經(jīng)上統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)Ⅰ類(lèi)低渦移出后影響范圍較小且降水強(qiáng)度較弱，Ⅱ類(lèi)低渦移出后的降水強(qiáng)度明顯較Ⅰ類(lèi)低渦強(qiáng)，且影響范圍更廣，但略弱于東移低渦。產(chǎn)生差異的原因一方面在于不同區(qū)域水汽條件不同，另一方面在于高原低渦以及其他影響系統(tǒng)強(qiáng)度存在差異。

6 結(jié)論與討論

基于1979—2018年高原低渦數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)東北移高原低渦數(shù)量最多的初夏(6月)，本文將東北移低渦細(xì)分為Ⅰ類(lèi)低渦(從北邊緣移出)和Ⅱ類(lèi)低渦(從東邊緣移出)，分析了兩類(lèi)東北移低渦的源地、路徑、結(jié)構(gòu)和移動(dòng)速度等特征，并與東移低渦特征進(jìn)行比較，得到以下主要結(jié)論：

(1)對(duì)于低渦渦源，發(fā)現(xiàn)Ⅰ類(lèi)低渦主要生成于高原西北部，Ⅱ類(lèi)低渦絕大部分生成于33°N以北地區(qū)，存在3個(gè)源地；東移低渦分布較廣，其中的95%以上生成于35°N以南，相對(duì)兩類(lèi)東北移低渦的生成源地，東移低渦源地位置整體偏南。

(2)Ⅱ類(lèi)低渦在高原上活動(dòng)的階段，在強(qiáng)度上均較Ⅰ類(lèi)低渦更強(qiáng)，移出高原后兩類(lèi)低渦相對(duì)渦度的強(qiáng)度均明顯減弱；對(duì)于垂直結(jié)構(gòu)，移出高原后，Ⅰ類(lèi)低渦最大上升運(yùn)動(dòng)位于低渦東北側(cè)，而Ⅱ類(lèi)低渦同東移低渦相似，最大上升區(qū)位于低渦東南側(cè)。

(3)高原低渦的移動(dòng)方向受到200 hPa中緯西風(fēng)氣流和500 hPa高原以東槽脊的共同作用，低渦在高原的移動(dòng)方向及移出位置主要受高層西風(fēng)影響，兩類(lèi)東北移低渦相對(duì)于東移低渦，在高原東北側(cè)均存在位勢(shì)高度正偏差場(chǎng)，而西北側(cè)為負(fù)偏差；在其移出高原后，移動(dòng)路徑主要受到500 hPa槽脊的影響，尤其需要關(guān)注河套高壓脊對(duì)東北移低渦的阻擋作用。

(4)低渦移動(dòng)速度一方面受到海拔高度差的影響，另一方面也與移動(dòng)方向有關(guān)。在西風(fēng)氣流引導(dǎo)下，向東移動(dòng)的低渦通常具有更快的移動(dòng)速度，因此移出高原前Ⅱ類(lèi)低渦和東移低渦移動(dòng)速度明顯快于Ⅰ類(lèi)低渦；移出高原后兩類(lèi)東北移低渦平均移動(dòng)速度較東移低渦更慢。

(5)Ⅱ類(lèi)低渦及東移低渦移出后引發(fā)降水的范圍更廣，且引發(fā)強(qiáng)降水的比例更高。Ⅰ類(lèi)低渦移出后主要影響河西走廊地區(qū)，且降水以小雨為主；Ⅱ類(lèi)低渦主要影響西北地區(qū)東部，其中有七成的低渦會(huì)產(chǎn)生大到暴雨。

本文對(duì)東北移高原低渦的特征做了較深入的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)低渦在不同特征上存在較大差異，說(shuō)明對(duì)東北移低渦分類(lèi)研究的必要性。但需要指出的是，盡管本文統(tǒng)計(jì)時(shí)段較長(zhǎng)，但此類(lèi)低渦總量仍相對(duì)較少，在對(duì)其統(tǒng)計(jì)時(shí)部分認(rèn)識(shí)可能缺乏代表性。此外，高原低渦移出后對(duì)降水影響只做了初步分析，關(guān)于低渦強(qiáng)度、生命史、對(duì)降水強(qiáng)度的影響以及低渦與降水之間的內(nèi)在聯(lián)系等問(wèn)題，今后需挑選典型的東北移低渦個(gè)例進(jìn)一步進(jìn)行診斷分析。

致 謝：特別感謝林志強(qiáng)博士提供高原低渦數(shù)據(jù)庫(kù)。