李國平1 趙?；? 黃楚惠3 牛金龍4

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基于NCEP資料的近30年夏季青藏高原低渦的氣候特征

李國平趙?；ⅫS楚惠牛金龍

1成都信息工程學院大氣科學學院，成都610225;2重慶市氣象臺，重慶401147;3四川省氣象臺，成都610072;4成都市氣象局，成都610072

基于NCEP/NCAR再分析資料并通過人工識別與天氣圖對比，本文對1981～2010年夏季高原低渦的氣候特征進行了統計分析，對比研究了高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年的大氣環(huán)流場和低頻分量場的特征，主要結果有：（1）近30年來夏季高原低渦平均每年生成32個，低渦發(fā)生頻數呈現較明顯的增多趨勢，并具有較強的年際變化特征，低渦頻數在2000年和2005年出現顯著突變，在2000年由增多趨勢轉為減少趨勢，在2005年又轉為增多趨勢，同時低渦頻數具有顯著的準5年、準9年和準15年周期振蕩，6月生成的高原低渦呈減少趨勢，而7月和8月生成的高原低渦均呈現增多趨勢；（2）夏季高原低渦生成源地主要集中在西藏雙湖、那曲和青海扎仁克吾一帶，其中高原中部渦占50.8%，西部渦占27.0%，東部渦占22.2%，6月、7月和8月生成的高原低渦分別占夏季低渦總數的44.7%、29.9%和25.4%，高原低渦生成時絕大多數為暖性渦，占總數的90.7%。近30年來平均每年夏季有1.3個高影響高原低渦移出高原并在下游大范圍地區(qū)產生強降水天氣；移出的高原低渦以東移為主，占移出高原低渦的56.4%，而東北移和東南移的分別占移出高原低渦的20.1%和20.5%；（3）高原低渦高發(fā)年，低層的大氣環(huán)流場和低頻大氣環(huán)流分量場均表現出較強的水平輻合及偏南氣流，高層的青藏高壓在高原主體范圍內較氣候態(tài)偏強；高原低渦低發(fā)年的情況則與之相反，伊朗高原上空的氣旋、青藏高原低槽和高原南側反氣旋的配置對高原低渦的發(fā)生具有重要作用。

青藏高原 高原低渦 氣候特征 低頻振蕩

1 引言

高原低渦是在特有的高原動力和熱力背景下產生的高原地區(qū)低層（500 hPa）天氣系統，同時也是影響高原主體及下游地區(qū)主要的天氣樣式之一，隨之引發(fā)的暴雨、雷暴和大風等災害性天氣對人民生命財產安全可產生較大危害。有關高原低渦的研究成果及業(yè)務應用隨著1979年第一次青藏高原氣象科學試驗（the Qinghai-Xizang Plateau Meteorological Experiment，簡稱QXPMEX）的實施而逐漸增多（孫國武，1987；羅四維，1992；羅四維等，1993），學者們從天氣、氣候、動力、數值模擬等方面對高原低渦的結構特征、時空變化規(guī)律、生成發(fā)展和東移機制展開了研究。早期的研究指出高原低渦的源地主要在羌塘、松潘、那曲和柴達木，其中認為那曲是主要的生成源地，并且高原低渦在生成期以暖渦為主（青藏高原低值系統研究協作組，1978；青藏高原氣象科學研究拉薩會戰(zhàn)組，1981）。同時期，也有學者提出高原低渦主要生成于那曲、申扎和改則一帶（錢正安和單扶民，1984；錢正安等，1984），或主要生成于30°N～35°N之間的那曲和班戈湖附近（羅四維和王玉佩，1984）。

在20世紀80年代中期，基于高原氣象協作研究和QXPMEX的觀測資料，陶詩言等（1984）、劉富明和濮梅娟（1986）分別對1975～1982年和1965～1982年的高原低渦生成、移動和影響進行了統計，但由于資料和年代所限，高原低渦氣候（學）特征及長期變化趨勢的研究幾乎為空白。近年來，隨著觀測資料的逐漸豐富以及再分析資料的應用，高原低渦活動的氣候特征開始引起人們的關注，郁淑華和高文良（2006）、高文良和郁淑華（2007）對1998～2004年移出高原低渦進行了統計分析，并給出了低渦多與少的月環(huán)流場特征。何光碧等（2009a）分析了2000～2007年夏季高原低渦、切變線的觀測事實。王鑫等（2009）對1980～2004年5～9月的青藏高原低渦活動進行了統計研究。蔣艷蓉等（2009）研究了冬、春季青藏高原東側渦旋特征及其對我國天氣氣候的影響。但目前我們對高原低渦氣候特征的總體認知還很欠缺，特別是近年來在全球氣候變化以及高原氣候變化的背景下，高原低渦活動長期變化趨勢的研究還不多見。因此，迫切需要加強青藏高原低渦活動的氣候變化趨勢及其對我國強降水影響的研究，這對于揭示高原地區(qū)天氣系統活動及其氣候特征的基本事實，進一步認識高原低渦發(fā)生發(fā)展及影響機制，以及高原低渦與下游其他天氣系統（如西南低渦、臺風、江淮氣旋、梅雨鋒）的相互作用都有重要意義。由于5～9月是高原低渦主要活動時段，其中6～8月又是高原低渦最容易移出高原的月份（高文良和郁淑華，2007），故本文利用近30年（1981～2010年）的NCEP (National Centers for Environmental Prediction) /NCAR (National Center for Atmospheric Research)逐日再分析數據對夏季（6～8月）高原低渦的時空分布特征進行氣候統計分析，并對夏季高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年的大氣環(huán)流及低頻變化特征開展對比研究。

2 資料與方法

近年來，NCEP/NCAR再分析資料已經在高原上廣泛使用（高文良和郁淑華，2007；朱麗華等，2011；李永華等，2011；宇婧婧等，2011a，2011b；華維等，2012；李斐等，2012），在高原低渦的個例診斷分析和數值模擬中也已成功運用（何光碧等，2009b；黃楚惠和李國平，2009；宋雯雯等，2012）。由于NCEP/NCAR再分析資料是基于多源資料的融合，相對于高原上探空站點“東多西少”的極不均勻分布，在整體上能比較客觀地反映青藏高原上空的大氣環(huán)流形勢，有利于較為全面地識別高原低渦。因此，以再分析資料為主，結合探空資料的訂正，在目前的技術、資料條件下，對于高原低渦的統計應是一種較好的現實選擇。

本文所用的資料為1981～2010年NCEP/ NCAR逐日再分析資料（Kalnay et al., 1996），其中水平分辨率為2.5°×2.5°的再分析資料從1981到2010年，水平分辨率為1°×1°的再分析資料從1999到2010年。首先，利用該資料繪制的天氣圖對近30年夏季高原低渦進行人工識別統計，高原低渦的識別標準為：500 hPa等壓面上，高原地區(qū)形成閉合等高線的低壓或有3個站點風向呈氣旋性的低渦環(huán)流（青藏高原氣象科學研究拉薩會戰(zhàn)組，1981）。我們還參考MICAPS（Meteorological Information Combine Analysis and Process System）天氣圖以及中國氣象局成都高原氣象研究所（2010～2012年）出版的《青藏高原低渦切變線年鑒》對再分析資料人工識別結果進行了適當訂正。在高原低渦整個統計過程中，我們主要是以分辨率2.5°×2.5°的再分析資料為主，運用MICAPS資料和分辨率為1°×1°的再分析資料進行適當的比較、訂正。我們發(fā)現，單純地用MICAPS資料來統計的話，西部的高原低渦會明顯偏少，故我們以兩種分辨率的再分析資料為主，對一些存疑的低渦過程再用MICAPS資料加以比較、驗證。此外，我們分別采用小波分析和滑動檢驗對高原低渦序列進行振蕩周期分析和突變檢驗（Torrence and Compo，1998），并使用Lanczos帶通濾波器提取大氣低頻分量，該濾波器能有效地保留其窗口內的方差（Jones et al., 1998）。根據有關研究結果（姚菊香等，2012），本文選擇準雙周和準30天Lanczos濾波器窗口函數的臨界值分別為24和46，當時，Lanczos濾波器性能優(yōu)于Butterworth濾波器。

3 結果分析

3.1 青藏高原低渦的氣候學分析

3.1.1 夏季高原低渦的氣候特征

圖1給出了夏季高原低渦發(fā)生頻數標準化距平的年際變化和小波分析。由圖1a可以看出，自1981年以來夏季高原低渦發(fā)生頻數整體呈增多趨勢，30年高原低渦共出現965個，夏季生成的高原低渦年平均32.2個，1991年高原低渦出現頻次最高，達51個；2003年出現頻次最少，為18個；氣候傾向率是每10年增加1.258個，標準差為8.5，具有較強的年際變化特征。夏季高原低渦頻數在2000年和2005年發(fā)生顯著突變，低渦頻數序列在2000年由增多趨勢轉為減少趨勢，而后在2005年又轉為增多趨勢。利用小波功率譜對圖1a所示夏季高原低渦序列進行分析發(fā)現，夏季高原低渦序列的準5年、準9年和準15年周期振蕩現象顯著：4～7年的周期振蕩在1981年與1995年間有較大的譜值，8～12年的周期振蕩特征在1985年前后、1995年前后和1998年前后有較大的譜值，準15年的周期振蕩特征自1981年以來呈現較大的譜值。

圖1 夏季高原低渦頻數標準化距平的（a）年際變化和（b）小波功率譜（左列）及其對應的方差（右列）（采用Morlet小波，陰影區(qū)通過0.05信度水平檢驗，下同）

3.1.2 6月份高原低渦的氣候特征

圖2a顯示，自1981年以來6月份出現的高原低渦頻數整體呈減少趨勢，氣候傾向率為每10年減少1.144個，6月份年平均生成的高原低渦頻數為14.4個，標準差為6.1，年際變化特征明顯，低渦序列在2005年發(fā)生顯著突變，在2005年由減少趨勢轉為增多趨勢。利用小波功率譜對圖1a中6月份生成的高原低渦序列進行分析得出，該月份高原低渦序列的準2年、準4年和準15年周期振蕩現象顯著；準2年的周期振蕩在1985年前后、2000年前后和2010年前后有較大的譜值，準4年的周期振蕩在1995年前后有較大的譜值，準15年的周期振蕩自1981年以來呈現出較大的譜值。

圖2 同圖1，但為6月

3.1.3 7月份高原低渦的氣候特征

圖3給出了7月份生成的高原低渦頻數標準化距平的年際變化和小波分析。由圖3a可知，自1981年以來該月份生成的高原低渦整體呈增多趨勢，氣候傾向率為每10年增加0.493個，7月份年平均生成的高原低渦頻數為9.6個，標準差為4.9，也具有年際變化特征。7月份生成的高原低渦頻數在1989年和1992年有顯著的突變，該序列在1989年由減少趨勢轉為增多趨勢，而后在1992年又轉為減少趨勢。小波功率譜對圖3a中7月份生成的高原低渦序列的分析表明，7月份生成的高原低渦序列存在準3年、準5年和準15年的周期振蕩現象，2～4年的周期振蕩在1985年前后和2000年前后有較大的譜值，準5年的周期振蕩在1993年前后有較大的譜值，準15年的周期振蕩在1981年以后均有較大的譜值。

圖3 同圖1，但為7月

3.1.4 8月份高原低渦的氣候特征

由圖4a可以看出，自1981年以來8月份生成的高原低渦頻數整體呈明顯增多趨勢，氣候傾向率達每10年增加1.4個，8月份年平均生成的高原低渦頻數為8.2個，標準差為4.6，年際變化顯著。8月生成的高原低渦頻數在1984年和1997年有顯著的突變發(fā)生，在1984年由減少趨勢轉為增多趨勢，在1997年再次轉為減少趨勢。小波功率譜對圖4b中8月高原低渦序列的分析表明，該高原低渦序列的準2年、準6年、準9年和準12年周期振蕩現象顯著：準2年的周期振蕩在1992年前后有較大的譜值，準6年的周期振蕩在1993年前后、2002年前后和2008年前后有較大的譜值，準9年的周期振蕩在20世紀80年代初和2000年到2010年間呈現出較大的譜值，準12年的周期振蕩特征在1998年前后較為明顯。

圖4 同圖1，但為8月

3.1.5 夏季高原低渦的源地

圖5反映了1981～2010年高原低渦生成源地累積頻數的空間分布。圖5a為表明夏季高原低渦生成源地主要集中在西藏雙湖、那曲和青海扎仁克吾一帶。高原低渦的中部渦占50.8%，西部渦占27.0%，東部渦占22.2%。從圖5b可以看出，6月份，高原低渦源地位置偏北，主要分布在雙湖—扎仁克吾以北地區(qū)；而7月份高原低渦源地位置較6月份偏南，主要分布在班戈—那曲一帶；8月份 高原低渦源地和7月份基本一致，也分布于班戈—那曲一帶，但累積頻數不及7月。6～8月各月生成的高原低渦占夏季高原低渦總數的比例為：6月最多，達44.7%，7月份為 29.9%，而8月最少，占25.4%。

3.1.6 夏季高原低渦的生命史和強度

圖6給出了高原低渦持續(xù)時間和低渦中心位勢高度值的情況。由圖6a可見，4成以上的高原低渦持續(xù)時間能達到6小時，持續(xù)12小時的低渦數占2成，生命期超過18小時的高原低渦數不到1成。由圖6b可以看出，高原低渦中心的位勢高度值近于正態(tài)分布，均值為582.12 dagpm，低渦中心位勢最高值和最低值分別為591 dagpm和563 dagpm，中心位勢高度值位于578～587 dagpm之間的高原低渦占總數的87.1%。

3.1.7 夏季高原低渦的熱力性質和移動特征

統計結果還表明：高原低渦初期以暖性渦為主，占總數的90.7%，這與前人的研究結果一致（青藏高原低值系統研究協作組，1978）。絕大數高原低渦屬于源地（不發(fā)展）型，僅在高原地區(qū)活動，移到高原東麓時即減弱消失，這是高原低渦與背風氣旋明顯不同之處。

對高原低渦的相關研究而言，高原低渦的氣候統計是一項工作量大但結果差異也可能較大的基礎性工作，即使在對高原低渦定義基本相同的條件下，由于高原低渦尺度較小、屬于邊界層系統（劉富明和濮梅娟，1986；Liu and Li，2007），加之高原上的探空資料稀疏，用常規(guī)天氣圖方法識別確定的高原低渦常因統計年限不同、所用資料不同、在歷史紙質天氣圖和MICAPS顯示天氣圖上的反映狀況不同（甚至手工繪制天氣圖時期，中央氣象臺、省氣象臺、地市級氣象臺的預報員判定高原低渦的標準可能有所不同），對移出高原的低渦也可能因移下臨界海拔高度、移過臨界經度以及是低渦移動還是新生等方面的判斷差異，不同研究者的低渦統計結果存在差異（有的還比較大）。例如，平均每年夏季高原低渦生成數的統計結果為6.1～9.1個，高原低渦移出高原的百分比為8.7%～36.4%（陶詩言等，1984；劉富明和濮梅娟，1986；郁淑華和高文良，2006；郁淑華等，2007，2012；黃楚惠，2008；王鑫等，2009；中國氣象局成都高原氣象研究所，2010～2012；Feng et al.，2014）。

圖5 1981～2010年高原低渦生成源地累積頻數的空間分布：（a）夏季（6～8月）；（b）6月；（c）7月；（d）8月

圖6 1981～2010年高原低渦生命史和強度的統計分布：（a）低渦持續(xù)時間；（b）500 hPa低渦中心位勢高度

但對高原低渦移出高原的總體認識還是基本一致的，即能夠移出高原的高原低渦為數不多，移出高原并發(fā)展為較強低渦而產生高影響天氣的則更少。劉富明和濮梅娟（1986）認為移出高原的低渦確實較少，6～8月平均每年3次，而觸發(fā)四川盆地暴雨的只有1.4次。郁淑華等（2012）統計出每年有1～3次高原低渦會引發(fā)四川、重慶、貴州、陜西、湖北等產生大雨以上的降水。本研究的統計結果表明，近30年來平均每年夏季有1.3個高影響高原低渦移出高原并在下游大范圍地區(qū)產生強降水天氣，這類能夠移出高原的高影響高原低渦的年代際變化特征為：1981～1990年間平均每年移出1.5個，1991～2000年間平均每年移出1.2個，2000～2010年間平均每年移出1.2個?？傮w而言，1980年代后期及1990年代初期，移出高原的高影響高原低渦次數較多。限于篇幅，近30年來移出型高原低渦的全面統計和分析，我們將另文論述。

需要注意的是，為數不多的移出（發(fā)展）型 高原低渦卻常以與西南低渦耦合加強的方式給高原下游廣大地區(qū)產生災害性天氣影響（陳忠明等，2004）。移出的高原低渦以東移為主，占移出高原低渦的56.4%，東北移的占20.1%，東南移的占20.5%，高原低渦主要以三種方式消亡：直接被填充，匯入高空低槽，蛻變?yōu)楦咴筒刍蚋咴凶兙€。

3.2 高原低渦高、低發(fā)年夏季大氣環(huán)流形勢的差異

對我們統計的近30年夏季高原低渦發(fā)生頻數序列進行標準化處理，采用高于或低于1個標準差來定義高發(fā)年或低發(fā)年。于是得出高原低渦高發(fā)年有：1981、1991、1992、1998、2008、2010年；低發(fā)年有：1988、1994、2003、2004、2005年。

下面分別對高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年夏季的大氣環(huán)流場進行合成，以及分別對氣候平均態(tài)做差值分析。圖7給出了高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年500 hPa大氣環(huán)流合成場以及它們與氣候態(tài)的差值分布。對高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年與各自夏季氣候態(tài)的差值環(huán)流場的分析表明，兩者差異顯著。高發(fā)年大氣環(huán)流合成場與氣候態(tài)大氣環(huán)流場相比較而言（圖7c），青藏高原主體范圍存在較明顯的偏南氣流和低壓槽，青藏高原上游伊朗高原上空為氣旋性環(huán)流控制，高原低壓槽是該低壓氣旋向青藏高原伸展的分支，氣旋南部的西南氣流異常強盛，有較強的正渦度平流向高原低壓槽輸送正渦度，使得該低壓槽得以維持，同時水汽供應充足，為高原低渦形成提供了有利的背景條件。另外，印度洋北部被氣旋性環(huán)流控制，印度洋高壓比氣候態(tài)偏弱，140°E以西的西太平洋被反氣旋環(huán)流控制，140°E～160°E則被氣旋性環(huán)流控制，說明西太平洋副熱帶高壓在140°E以西較氣候態(tài)偏強，而140°E～160°E西太副高較氣候態(tài)偏弱，西太副高南部的偏東氣流比氣候態(tài)顯著偏強。同樣，將高原低渦低發(fā)年環(huán)流場與氣候態(tài)大氣環(huán)流場比較（圖7d）可以發(fā)現，青藏高原主體存在較強的偏北氣流和高壓脊，伊朗高原上空被強盛的高壓反氣旋環(huán)流控制，高原高壓脊是伊朗上空高壓向青藏高原伸展所形成的分支，水汽供應偏弱，不利于高原低渦的生成。西太平洋被氣旋性環(huán)流控制，說明西太副高較氣候態(tài)偏弱。而印度洋被反氣旋環(huán)流控制，印度洋高壓較氣候態(tài)偏強。

圖7 高原低渦高發(fā)年（左列）、低發(fā)年（右列）500 hPa（a、b）環(huán)流合成場（6～8月平均，下同）以及（c、d）環(huán)流合成場與同期氣候態(tài)的差值場。圖中方框代表青藏高原主體區(qū)域，下同

青藏高壓是夏季亞洲對流層上層最為顯著的環(huán)流系統（李躍清，1996），高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年的青藏高壓的分布和強度狀態(tài)有何差別？這對于我們進一步揭示青藏高原環(huán)流系統影響高原低渦的機制有重要意義。為此我們給出了夏季100 hPa的大氣環(huán)流場合成場以及它們與氣候態(tài)的差值分布（圖8）。高原低渦高發(fā)年大氣環(huán)流場與氣候態(tài)大氣環(huán)流場相比可見（圖8c），高原低渦高發(fā)年青藏高壓西部較氣候態(tài)偏弱，而高原主體區(qū)域較氣候態(tài)偏強。高原低渦低發(fā)年夏季大氣環(huán)流合成場與氣候態(tài)大氣環(huán)流場相比可以看出（圖8d），高原低渦低發(fā)年青藏高壓西部較氣候態(tài)偏強，高原主體地區(qū)則較氣候態(tài)偏弱。因此，高原低渦高發(fā)年青藏高壓西部的強度比低發(fā)年明顯偏弱，而青藏高壓在青藏高原主體范圍內的強度則較低發(fā)年明顯偏強，這有利于加強高原高層的水平輻散及整層上升運動，為低層高原低渦生成提供良好的動力條件。

圖8 同圖7，但為100 hPa

為了探尋高原低渦與低層緯向風、經向風的關系，我們給出了1981～2010年高原低渦頻數序列與同期500 hPa 的、風場相關系數場及其由、風場相關系數構造的矢量場（圖9）。從高原低渦序列與緯向風場的相關系數場可以看出（圖9a），回歸系數正值帶由高原南部經伊朗高原向高原上游延伸至沙特阿拉伯，經我國華南向下游延伸至西太平洋，該正值帶南北兩側均為寬闊的負值區(qū)。高原范圍內呈“南正北負”的分布形態(tài)，緯向風在高原范圍內呈氣旋性切變，這對應高原低渦生成偏多。圖9b示出高原低渦偏多時，高原北部、伊朗高原和印度半島為顯著的經向風正值區(qū)，所以高原低渦的偏多與以上正值區(qū)的偏南風密切相關。其原因可以通過由高原低渦序列與、風場構造的相關系數的矢量場（圖9c）來說明：伊朗高原上空被氣旋性環(huán)流控制，該氣旋前部有一向青藏高原伸展的低壓槽，高原南側有一反氣旋，有利于暖濕氣流向高原地區(qū)輸送，這對高原低渦的生成具有重要貢獻。這一形態(tài)與圖7c中低渦高發(fā)年大氣環(huán)流合成場與氣候態(tài)大氣環(huán)流場（6～8月平均）的差值場分布極為相似，說明伊朗高原上空的氣旋、高原低槽和高原南側反氣旋的配置對高原低渦生成有重要作用。

圖9 1981～2010年高原低渦頻數序列與同期500 hPa（a）u、（b）v風場的相關系數場及其（c）由u、v風場相關系數構造的矢量場，深色和淺色陰影分別通過0.01和0.05顯著性水平檢驗

3.3 高原低渦高、低發(fā)年夏季大氣低頻環(huán)流形勢的差異

使用Lanczos帶通濾波器對低層（500 hPa）緯向風和經向風進行濾波，可以得到低頻大氣環(huán)流場。圖10給出了高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年夏季低頻大氣環(huán)流場，以及各自與氣候態(tài)夏季低頻大氣環(huán)流場的低頻差值場?？梢钥闯?，高原低渦高發(fā)年低頻大氣環(huán)流場在青藏高原范圍內有較強氣旋性切變，并且低頻風明顯偏弱。

圖11分別給出了高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年夏季100 hPa低頻大氣環(huán)流場，以及各自與氣候態(tài)夏季低頻大氣環(huán)流場的低頻差值場。低渦高發(fā)年青藏高原被強盛的低頻反氣旋控制。而在低發(fā)年，青藏高原范圍內只有低頻氣流的擾動，沒有形成閉合系統。與氣候態(tài)相比較（圖11a、b），低渦高發(fā)年高原范圍內的低頻反氣旋異常顯著，低發(fā)年高原上游伊朗高原被閉合低頻氣旋控制，青藏高原則被該低頻氣旋東側強的偏南氣流控制（圖11c、d）。所以，青藏高原范圍內低渦高發(fā)年的低頻大氣環(huán)流場及其高低層環(huán)流配置均為高原低渦生成提供了有利的環(huán)流條件。

圖10 同圖7，但為低頻大氣環(huán)流場

圖11 同圖7，但為100 hPa低頻大氣環(huán)流場

4 結論和討論

本文利用NCEP/NCAR再分析資料對1981～2010年夏季高原低渦的氣候特征進行了統計研究，并對高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年的大氣環(huán)流場和低頻環(huán)流場進行了對比分析，得出以下結論：

（1）近30年來夏季高原低渦共出現965個，平均每年32個，夏季高原低渦發(fā)生頻數整體呈現出較為明顯的增多趨勢，具有較強的年際變化特征。其中6月生成的高原低渦呈現出減少趨勢，而7月和8月生成的高原低渦呈現增多趨勢。高原低渦頻數在2000年和2005年存在顯著的突變，在2000年由增多趨勢轉為減少趨勢，在2005年又轉為增多趨勢，同時低渦頻數具有顯著的準5年、準9年和準15年周期振蕩。

（2）夏季高原低渦生成源地主要集中在西藏雙湖、那曲和青海扎仁克吾一帶。按源地分類，中部渦占50.8%，西部渦占27.0%，東部渦占22.2%。4成以上的高原低渦持續(xù)時間能達到6小時，持續(xù)12小時的低渦數僅占2成，生命史超過18小時的高原低渦數不到1成。6月份生成的高原低渦占夏季低渦總數的44.7%，7月份占夏季低渦總數的29.9%，8月份占夏季低渦總數的25.4%；高原低渦生成時以暖性渦為主，占總數的90.7%。近30年來平均每年夏季有1.3個高影響高原低渦移出高原并在下游大范圍地區(qū)產生強降水天氣；移出的高原低渦以東移為主，占移出高原低渦總數的56.4%，東北移和東南移的比例相當，分別占移出高原低渦總數的20.1%和20.5%。高原低渦的消亡方式主要有直接被填充、匯入高空低槽、蛻變?yōu)楦咴筒刍蚋咴凶兙€。

（3）高原低渦高發(fā)年，低層的大氣環(huán)流場和低頻大氣環(huán)流場均呈現出較強的水平輻合及強盛的偏南氣流，高層的青藏高壓在高原主體范圍內較氣候態(tài)偏強；高原低渦低發(fā)年的情況則與之相反。伊朗高原上空的氣旋、青藏高原低槽和高原南側反氣旋的配置對高原低渦的生成具有重要作用。

本文揭示了近30年來夏季高原低渦的基本氣候事實，以及大氣環(huán)流場在高原低渦高發(fā)年和低發(fā)年的差異，并初步分析了這些差異對高原低渦生成的可能影響。更加深入細致的氣候分型和移出高原的高原低渦的統計分析，高原低渦高、低發(fā)年高、低層環(huán)流合成場與同期氣候態(tài)差值場的顯著性檢驗，以及相關的物理機制分析，應是我們后繼工作的重點。

最后，值得指出的是，在全球氣候變暖的大背景下，地處高海拔的青藏高原在一定時期也呈現出明顯的氣候變化，升溫效應比其他地區(qū)更為顯著，地溫及地氣溫差亦有所上升，但地面風速卻顯著減小，使得高原地面感熱通量變弱，高原加熱效應減?。ǘ伟裁窈蛥菄?，2005；Duan et al., 2006; Duan and Wu, 2008; Lau et al., 2010）。而高原（感熱）加熱對高原低渦的形成具有重要作用（李國平等，2002），由此引申出一系有意思的問題：高原低渦與高原加熱在氣候變化尺度上究竟有何聯系？高原感熱減弱（增強）是否必然導致高原低渦的發(fā)生頻數和強度也隨之降低（升高）？對高原低渦的源地、移動路徑以及移出高原的比例又有怎樣的影響？可見，有關高原低渦與高原熱源在氣候變化方面的關聯性以及高原低渦受氣候變化影響的物理機制也是今后很有意義的研究課題。

致謝 感謝張虹、何鈺、倪成誠、蔣璐君和母靈在統計高原低渦時的辛勤付出。

陳忠明, 閔文彬, 繆強, 等. 2004. 高原渦與西南渦耦合作用的個例診斷 [J]. 高原氣象, 23 (1): 75–80. Chen Zhongming, Min Wenbin, Miao Qiang, et al. 2004. A case study on coupling interaction between plateau and southwest vortexes [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 23 (1): 75–80.

段安民, 吳國雄. 2005. 青藏高原氣溫的年際變率與大氣環(huán)狀波動模 [J]. 氣象學報, 63 (5): 790–798. Duan Anmin, Wu Guoxiong. 2005. The relationship between the interannual variability of air temperature over the Tibetan Plateau and the northern hemispheric annular wave pattern [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 63 (5): 790–798.

Duan A M, Wu G X. 2008. Weakening trend in the atmospheric heat source over the Tibetan Plateau during recent decades. Part I: Observations [J]. J. Climate, 21: 3149–3164.

Duan A M, Wu G X, Zhang Q, et al. 2006. New proofs of the recent climate warming over the Tibetan Plateau as a result of the increasing greenhouse gases emissions [J]. Chinese Science Bulletin, 51 (11): 1396–1400.

Feng X Y, Liu C H, Rasmussen R, et al. 2014. A 10-year climatology of Tibetan Plateau vortices with NCEP climate forecast system reanalysis [J]. J. Appl. Meteor. Climatol., 53 (1): 34–46.

高文良, 郁淑華. 2007. 高原低渦東移出高原的平均環(huán)流場分析[J]. 高原氣象, 26 (1): 206–212. Gao Wenliang, Yu Shuhua. 2007. Analyses on mean circulation field of the plateau low vortex moving out of Tibetan Plateau [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 26(1): 206–212.

華維, 范廣洲, 王炳赟. 2012. 近幾十年青藏高原夏季風變化趨勢及其對中國東部降水的影響 [J]. 大氣科學, 36 (4): 784–794. Hua Wei, Fan Guangzhou, Wang Bingyun. 2012. Variation of Tibetan Plateau summer monsoon and its effect on precipitation in East China [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 36 (4): 784–794.

何光碧, 高文良, 屠妮妮. 2009a. 2000～2007 年夏季青藏高原低渦、切變線觀測事實分析 [J]. 高原氣象, 28 (3): 549–555. He Guangbi, Gao Wenliang, Tu Nini. 2009a. The observational analysis of shear line and low vortex over the Tibetan Plateau in summer from 2000 to 2007 [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 28 (3): 549–555.

何光碧, 高文良, 屠妮妮. 2009b. 兩次高原低渦東移特征及發(fā)展機制動力診斷 [J]. 氣象學報, 67 (4): 599–612. He Guangbi, Gao Wenliang, Tu Nini. 2009b. The dynamic diagnosis on eastwards moving characteristics and developing mechanism of two Tibetan Plateau vortex processes [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 67 (4): 599–612.

黃楚惠. 2008. 基于天氣動力學診斷分析的高原低渦發(fā)生發(fā)展機制的研究 [D]. 成都信息工程學院碩士學位論文, 122pp. Huang Chuhui. 2008. The analysis of the development mechanism for vortices formed over the Tibetan Plateau based on the synoptic and dynamic diagnosis [D]. M. D. thesis (in Chinese), Chengdu University of Information Technology, 122pp.

黃楚惠, 李國平. 2009. 基于螺旋度和非地轉濕矢量的一次東移高原低渦強降水過程分析 [J]. 高原氣象, 28 (2): 319–326. Huang Chuhui, Li Guoping. 2009. A case study of plateau vortex moving east ward with heavy rainfalls based on helicity and non-geostrophic wet-vector [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 28 (2): 319–326.

蔣艷蓉, 何金海, 溫敏, 等. 2009. 冬、春季青藏高原東側渦旋對特征及其對我國天氣氣候的影響[J]. 高原氣象, 28 (5): 945–954. Jiang Yanrong, He Jinhai, Wen Min, et al. 2009. Characteristic of a couple of vortexes on the east side of Tibetan Plateau from winter to spring and their impact on the weather and climate in China [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 28 (5): 945–954.

Jones C, Duane E W, Catherine G. 1998. The Influence of the Madden- Julian oscillation on ocean surface heat fluxes and sea surface temperature [J]. J. Climate, 11 (5): 1057–1072.

Kalnay E, Kanamitsu M, Kistler R, et al. 1996. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project [J]. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77 (3): 437–470.

Lau W K M, Kim M K, Kim K M, et al. 2010. Enhanced surface warming and accelerated snow melt in the Himalayas and Tibetan Plateau induced by absorbing aerosols [J]. Environmental Research Letters, 5 (2): 025204.

李斐, 李建平, 李艷杰, 等. 2012. 青藏高原繞流和爬流的氣候學特征 [J]. 大氣科學, 36 (6): 1236–1252. Li Fei, Li Jiangping, Li Yanjie, et al. 2012. Climatological characteristics of flow around and flow over the Tibetan Plateau [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 36 (6): 1236–1252.

李國平, 趙邦杰, 楊錦青. 2002. 地面感熱對青藏高原低渦流場結構及發(fā)展的作用 [J]. 大氣科學, 26 (4): 519–525. Li, Guoping, Zhao Bangjie, Yang Jinqing. 2002. A dynamical study of the role of surface sensible heating in the structure and intensification of the Tibetan Plateau vortices [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 26(4): 519–525.

李永華, 盧楚涵, 徐海明, 等. 2011. 夏季青藏高原大氣熱源與西南地區(qū)東部旱澇的關系 [J]. 大氣科學, 35 (3): 422–434. Li Yonghua, Lu Chuhan, Xu Haiming, et al. 2011. Contemporaneous relationships between summer atmospheric heat source over the Tibetan Plateau and drought/flood in eastern Southwest China [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 35 (3): 422–434.

劉富明, 濮梅娟. 1986. 東移的青藏高原低渦的研究[J]. 高原氣象, 5 (2): 125–134. Liu Fuming, Fu Meijuan. 1986. A study on the moving eastward lows over Qinghai–Xizang Plateau [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 5 (2): 125–134.

Liu Xiaoran, Li Guoping. 2007. Analytical solutions for thermal forcing vortices in boundary layer and its applications [J]. Applied Mathematics and Mechanics, 28 (4): 429–439.

李躍清. 1996. 1981和1982年夏半年高原地區(qū)低頻振蕩與南亞高壓活動 [J]. 高原氣象, 15 (3): 276–281. Li Yueqing. 1996. The low-frequency oscillation over the Qinghai?Xizang Plateau and the activities of the South Asia high during the summer half year in 1981 and 1982 [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 15 (3): 276–281.

羅四維. 1992. 青藏高原及其鄰近地區(qū)幾類天氣系統的研究[M]. 北京: 氣象出版社, 7–13. Luo Siwei. 1992. The Researches of Several Synoptic Systems of Tibetan Plateau and Nearby Areas (in Chinese) [M]. Beijing: China Meteorological Press, 7–13.

羅四維, 王玉佩. 1984. 1979年5–8月青藏高原地區(qū)天氣系統的統計分析 [C]// 青藏高原氣象科學試驗文集(一). 北京: 科學出版社, 269–278. Luo Siwei, Wang Yupei. 1984. The statistical analysis of weather systems in Tibetan Plateau areas from May to August in 1979 [C]// The Tibetan Plateau Meteorological Experiment Corpus II. Beijing: Science Press, 269–278.

羅四維, 何梅蘭, 劉曉東. 1993. 關于夏季青藏高原低渦的研究[J]. 中國科學B輯, 23 (7): 778–784. Luo Siwei, He Meilan, Liu Xiaodong. 1993. Research on the Tibetan Plateau vortex [J]. Science in China, Ser.B (in Chinese), 23 (7): 778–784.

青藏高原低值系統協作組. 1978. 盛夏青藏高原低渦發(fā)生發(fā)展的初步研究 [J]. 中國科學, 8 (3): 341–350. Cooperative Research Group of the Tibetan Plateau Low Systems. 1978. The research on the development of the Tibetan Plateau vortex in midsummer [J]. Science in China (in Chinese), 8 (3): 341–350.

青藏高原氣象科學研究拉薩會戰(zhàn)組. 1981. 夏半年青藏高原500毫巴低渦切變線研究 [M]. 北京: 科學出版社, 120–155. Lhasa Group of Tibetan Plateau Meteorology Research. 1981. Research of 500 mb Vortex and Shear Lines over the Tibetan Plateau in Summer [M]. Beijing: Science Press, 120–155.

錢正安, 單扶民. 1984. 雨季中高原西部初生渦的分析 [C]// 青藏高原氣象科學試驗文集(一). 北京: 科學出版社, 229–242. Qian Zheng’an, Shan Fumin. 1984. The analysis of newborn vortex over western plateau in rainy season [C]// The Tibetan Plateau Meteorological Experiment Corpus I (in Chinese). Beijing: Science Press, 229–242.

錢正安, 單扶民, 呂君寧, 等. 1984. 1979年夏季青藏高原低渦的統計分析及低渦產生的氣候因子探討 [C]// 青藏高原氣象科學試驗文集(二). 北京: 科學出版社, 182–194. Qian Zheng’an, Shan Fumin, Lü Junning, et al. 1984. The discuss on climate factors and statistic analysis of the Tibetan Plateau vortex in 1979 summer [C]// The Tibetan Plateau Meteorological Experiment Corpus II (in Chinese). Beijing: Science Press, 182–194.

孫國武. 1987. 青藏高原氣象科學研究成果在天氣預報工作中的應用 [C]// 夏半年青藏高原對我國天氣的影響. 北京: 科學出版社, 1–11. Sun Guowu. 1987. The applications in weather forecast of Tibetan Plateau meteorological studies [C]// The Influence of Tibetan Plateau to China in Summer. Beijing: Science Press, 1–11.

宋雯雯, 李國平, 唐錢奎. 2012. 加熱和水汽對兩例高原低渦影響的數值試驗 [J]. 大氣科學, 36 (1): 117–129. Song Wenwen, Li Guoping, Tang Qiankui. 2012. Numerical simulation of the effect of heating and water vapor on two cases of plateau vortex [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 36 (1): 117–129.

陶詩言, 羅四維, 張鴻材. 1984. 1979年5～8 月青藏高原氣象科學實驗及其觀測系統 [J]. 氣象, 10 (7): 2–5. Tao Shiyan, Luo Siwei, Zhang Hongcai. 1984. The Qinghai–Xizang Plateau meteorological science experiment from May to August in 1979 and its observation system [J]. Meteorological Monthly (in Chinese), 10 (7): 2–5.

Torrence C, Compo G P. 1998. A practical guide to wavelet analysis [J]. Bull. Amer. Meteor. Soc., 79 (1): 61–78.

王鑫, 李躍清, 郁淑華, 等. 2009. 青藏高原低渦活動的統計研究 [J]. 高原氣象, 28 (1): 64–71. Wang Xin, Li Yueqing, Yu Shuhua, et al. 2009. Statistical study on the plateau low vortex activities [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 28 (1): 64–71.

姚菊香, 李麗平, 羅璇, 等. 2012. 提取準雙周和準一月低頻振蕩的Lanczos濾波器及其應用 [J]. 大氣科學學報, 35 (2): 221–228. Yao Juxiang, Li Liping, Luo Xuan, et al. 2012. Lanczos filter suitable for filtering quasi-two-week and quasi-one-month oscillations and its applications [J]. Trans. Atmos. Sci. (in Chinese), 35 (2): 221–228.

郁淑華, 高文良. 2006. 高原低渦移出高原的觀測事實分析 [J]. 氣象學報, 64 (3): 392–398. Yu Shuhua, Gao Wenliang. 2006. Observational analysis on the movement of vortices before/after moving out the Tibetan Plateau [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 64 (3): 392–398.

郁淑華, 高文良, 顧清源. 2007. 近年來影響我國東部洪澇的高原東移渦環(huán)流場特征分析 [J]. 高原氣象, 26 (3): 466–475. Yu Shuhua, Gao Wenliang, Gu Qingyuan. 2007. The middle-upper circulation analyses of the plateau vortex moving out of plateau and influencing flood in East China in recent years [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 26 (3): 466–475.

郁淑華, 高文良, 彭駿. 2012. 青藏高原低渦活動對降水影響的統計分析 [J]. 高原氣象, 31 (3): 592–604. Yu Shuhua, Gao Wenliang, Peng Jun. 2012. Statistical analysis on influence of Qinghai–Xizang Plateau vortex activity on precipitation in China [J]. Plateau Meteorology (in Chinese), 31 (3): 592–604.

宇婧婧, 劉屹岷, 吳國雄. 2011a. 冬季青藏高原大氣熱狀況分析Ⅰ: 氣候平均 [J]. 氣象學報, 69 (1): 79–88. Yu Jingjing, Liu Yimin, Wu Guoxiong. 2011a. An analysis of the diabatic heating characteristic of atmosphere over the Tibetan Plateau in winter I: Climatology [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 69 (1): 79–88.

宇婧婧, 劉屹岷, 吳國雄. 2011b. 冬季青藏高原大氣熱狀況分析Ⅱ: 年際變化 [J]. 氣象學報, 69 (1): 89–98. Yu Jingjing, Liu Yimin, Wu Guoxiong. 2011b. An analysis of the diabatic heating characteristic of atmosphere over the Tibetan Plateau in winterⅡ: Interannual variation [J]. Acta Meteor. Sinica (in Chinese), 69 (1): 89–98.

中國氣象局成都高原氣象研究所. 2010～2012. 青藏高原低渦、切變線年鑒（1998～2005, 2007～2011）[M]. 北京: 科學出版社. Institute of Plateau Meteorology, China Meteorological Administration. 2010–2012. Tibetan Plateau Vortex and Shear Line Yearbooks (1998–2005, 2007–2011) (in Chinese) [M]. Beijing: Science Press.

朱麗華, 范廣洲, 董一平, 等. 2011. 青藏高原夏季500 hPa緯向風的時空演變特征及其與我國降水的關系 [J]. 大氣科學, 35 (1): 168–178. Zhu Lihua, Fan Guangzhou, Dong Yiping, et al. 2011. The spatial– temporal structure of 500-hPa zonal wind in summer in the Tibetan Plateau and its relationship to the precipitation in China [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 35 (1): 168–178.

李國平，趙?；?，黃楚惠，等. 2014. 基于NCEP資料的近30年夏季青藏高原低渦的氣候特征[J]. 大氣科學, 38 (4): 756?769, doi:10.3878/j.issn. 1006-9895.2013.13235. Li Guoping, Zhao Fuhu, Huang Chuhui, et al. 2014. Analysis of 30-year climatology of the Tibetan Plateau vortex in summer with NCEP reanalysis data [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 38 (4): 756?769.

Analysis of 30-Year Climatology of the Tibetan Plateau Vortex in Summer with NCEP Reanalysis Data

LI Guoping, ZHAO Fuhu, HUANG Chuhui, and NIU Jinlong

1610225;2401147;3610072;4610072

On the basis of National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data, and through artificial identification and comparison of weather maps, the climatic characteristics of the Tibetan Plateau Vortex (TPV) in summers of 1981 to 2010 are analyzed in this paper, and the characteristics of the atmospheric circulation and low-frequency component field are comparative studied in high- and low-frequency years of the TPV, respectively. The main results are summarized in the following points:(1) During the past 30 years, 32 TPVs were generated over the Tibetan Plateau in summer, and the occurrence frequency of the TPV presents an obvious increasing trend and a strong interannual variability. The vortex frequency appears as significant mutations in 2000 and 2005, shifts from an increasing trend to decreasing trend in 2002, and converts into a growing trend in 2005. Moreover, the vortex frequency has significant potential for quasi-periodic oscillations to occur in periods of approximately 5, 9, and 15 years. The TPV frequency generated in June shows a decreasing trend that increase in July andAugust.(2) The generating sources of the TPV in summer appear mainly in the regions of Shuanghu and Nagqu in Tibet and Zarenkewu in Qinghai in the central, western, and eastern plateau respectively accounting for 50.8%, 27.0%, and 22.2% of the total. The TPVs in summer generated in June, July, and August respectively account for 44.7%, 29.9%, and 25.4% of the total. The warm TPVs in summer make up the vast majority, accounting for 90.7% of the total. About 1.3 TPVs could develop strongly and move out of the plateau every summer during the past 30 years, which produce heavy rainfall in a wide range of downstream areas. The TPVs moving out of the Tibetan Plateau with east，northeast, and southeast shifting accounted for 56.4%，20.1%, and 20.5%，respectively.(3) During the high-incidence years of TPV, the atmospheric circulation and low-frequency components of the atmospheric circulation at low levels show strong horizontal convergence and southerly airstream, and the Tibetan high is stronger than the climatology within the main body of the plateau at high levels. The opposite occurs in low-incidence years of the TPV. The configuration of cyclones over the Iranian Plateau, a trough over the Tibetan Plateau, and an anticyclone in the south side of the plateau have important roles in the occurrence of the TPV.

Tibetan Plateau, Vortex, Climatic characteristics, Low-frequency oscillation

1006?9895(2014)04?0756?14

P443

A

10.3878/j.issn.1006-9895.2013.13235

2013–08–02，2013–12–21收修定稿

國家自然科學基金項目41175045、91337215，國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）項目2012CB417202，公益性行業(yè)（氣象）科研專項GYHY201206042

李國平，男，1963年出生，博士，教授，主要從事天氣動力學、高原氣象研究。E-mail: liguoping@cuit.edu.cn