盧萍 李躍清

1 中國氣象局成都高原氣象研究所，成都 610072

2 高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072

1 引言

西南低渦（簡稱“西南渦”）是青藏高原東側(cè)背風(fēng)坡地形與大氣環(huán)流相互作用下（Wang and Tan,2014）,在我國西南地區(qū)（26°～33°N，100°～108°E）形成的具有氣旋式環(huán)流的700或850 hPa等壓面的α中尺度閉合低壓渦旋系統(tǒng)（盧敬華,1986;何光碧,2012;李躍清和徐祥德,2016;李國平和陳佳,2018）。九龍地區(qū)、四川盆地和小金一帶是西南渦的三個(gè)生成集中區(qū)（陳忠明等,2004;慕丹和李躍清,2017;馬勛丹等,2018）,其主要活動(dòng)路徑有三條：偏東路徑、東南路徑、東北路徑（王金虎等,2015）。

西南渦是我國重要的暴雨中尺度系統(tǒng)，中尺度系統(tǒng)都是在有利的大尺度環(huán)境場下醞釀產(chǎn)生的，對(duì)流層中低層大尺度與中尺度系統(tǒng)之間的相互作用使得中尺度系統(tǒng)迅速發(fā)展（沈新勇等,2018）。陳忠明（1989）提出西南渦的移動(dòng)受到許多因子影響，其中環(huán)境流場的引導(dǎo)起著較重要作用。丁治英和呂君寧（1991）通過對(duì)發(fā)展東移和不發(fā)展東移的西南渦合成診斷發(fā)現(xiàn)：移出渦渦前為暖平流，渦后為冷平流，西南風(fēng)低空急流較強(qiáng)，低層以輻合為主，移出渦擾動(dòng)動(dòng)能的制造大于消耗。盧敬華和雷小途（1996）指出西南渦的移動(dòng)除受綜合引導(dǎo)氣流牽引之外，重要的是受700 hPa高度場上的散度、渦度平流、斜壓性/動(dòng)量垂直渦旋通量分布不均勻以及地面氣壓梯度與西南渦綜合渦度產(chǎn)生的控制。黃明政等（2005）發(fā)現(xiàn)對(duì)流層上部大尺度環(huán)流的變化使得低層的西南渦和氣旋開始發(fā)生發(fā)展，再配合高空槽的抽吸作用，最終導(dǎo)致暴雨發(fā)生。潘旸等（2011）研究了東移西南渦空間結(jié)構(gòu)的氣候?qū)W特征，指出高層風(fēng)速差異的緯向梯度加強(qiáng)了長江中游地區(qū)的高空輻散，在西南渦東部形成有利于降水和氣旋性環(huán)流發(fā)展的動(dòng)力抬升機(jī)制；對(duì)流層低層的西風(fēng)偏差在青藏高原南麓至我國東部長江以南形成一條異常的水汽輸送帶，為低渦東部的降水潛熱反饋?zhàn)饔锰峁┝顺渥愕乃?。Zhong et al.（2014）認(rèn)為副高和700 hPa地轉(zhuǎn)風(fēng)對(duì)西南渦的移動(dòng)方向起著重要作用。Wang and Liu（2017）認(rèn)為在河南2013年5月25～26日的大暴雨過程中，低空西南風(fēng)急流及其暖平流在西南渦的發(fā)展和移動(dòng)過程中扮演著重要角色。雷麗娟和雷小途（2018）指出臺(tái)風(fēng)“瑪瑙”間接阻擋西南渦東移，減緩其東移速度；其強(qiáng)大的水汽源未向西南渦直接提供水汽。

南亞高壓、西太平洋副熱帶高壓（簡稱“副高”）阻塞形勢(shì)是暴雨形成的環(huán)流背景，對(duì)流層中層?xùn)|移的槽脊系統(tǒng)與低層的低渦系統(tǒng)相配合，高空急流和低空急流上下耦合，共同造成了暴雨的發(fā)生發(fā)展。大尺度天氣系統(tǒng)對(duì)西南渦發(fā)展過程的影響是一個(gè)復(fù)雜的科學(xué)問題，也是研究西南渦中尺度系統(tǒng)不可回避的科學(xué)難題。尤其是副高，它是夏半年西南渦發(fā)展演變過程中無法繞開的一個(gè)重要大尺度系統(tǒng)。從眾多西南渦引發(fā)的暴雨天氣過程都可以發(fā)現(xiàn)，在西南渦發(fā)展演變過程中，往往存在副高大尺度天氣系統(tǒng)的直接或間接影響。數(shù)值敏感性試驗(yàn)?zāi)耸茄芯吭摽茖W(xué)問題的有效途徑，因此，本文以2015年7月21日00時(shí)至24日00時(shí)（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）（簡稱“20150721”過程）一次西南渦伴隨副高的東退而東移的典型過程為例，設(shè)計(jì)了增大副高強(qiáng)度的敏感性試驗(yàn)，通過與對(duì)照試驗(yàn)的對(duì)比分析具體探討增強(qiáng)副高對(duì)西南渦活動(dòng)的影響。

2 天氣過程和數(shù)值試驗(yàn)

2.1 模式介紹

本文數(shù)值試驗(yàn)采用AREM（Advanced Regional Eta Model）/LASG數(shù)值模式，該模式垂直方向采用ETA坐標(biāo)，對(duì)于地形復(fù)雜的西南山地區(qū)域暴雨天氣具有較好的模擬和預(yù)報(bào)能力（宇如聰,1994;公穎等,2010;Luo and Zhang,2011）。模式區(qū)域范圍為（15°～45°N，85°～125°E），水平分辨率約為12 km，垂直方向分為42層，模式層頂為10 hPa。模式物理過程包括：顯式云預(yù)報(bào)方案、簡化的Betts對(duì)流調(diào)整方案、非局地大氣邊界層方案、Berjamin和Seaman的考慮地表輻射平衡的簡單輻射參數(shù)化方案、多層結(jié)通量—廓線的地表參數(shù)化方案，模式參數(shù)詳見有關(guān)參考文獻(xiàn)（盧萍等,2014）。模式以NCEP再分析資料（1°×1°）為背景場和時(shí)變（6 h）邊界場，結(jié)合常規(guī)臺(tái)站資料作為初值，積分72 h，輸出分辨率為0.2°E×0.1°N逐時(shí)的溫度、氣壓、濕度、風(fēng)場和雨量等要素場。

2.2 過程概況

2015年7月21日00時(shí)至24日00時(shí)，我國西南地區(qū)生成一個(gè)西南渦并東移發(fā)展，引發(fā)一次自西向東的大范圍強(qiáng)降水天氣過程（實(shí)況降水如圖2a所示）。7月21日12時(shí)，500 hPa四川盆地西部到甘孜州南部為青藏高壓和副高之間的切變線，河套東部到陜南是一西風(fēng)低槽，700 hPa四川盆地西部有西南渦生成，并延伸到500 hPa以上。整個(gè)過程中河套低槽逐漸向南推進(jìn)，副高東退，青藏高壓則有西伸的趨勢(shì)，使得兩高之間的低值系統(tǒng)（西南渦）也逐漸東移（圖略）。

2.3 敏感性試驗(yàn)

副高的強(qiáng)弱、進(jìn)退和移動(dòng)，同中國的天氣以及旱澇等的關(guān)系極其密切，是夏半年天氣預(yù)報(bào)中需要著重分析研究的天氣系統(tǒng)之一。中尺度系統(tǒng)都是在有利的大尺度環(huán)境場下醞釀產(chǎn)生的，副高作為大尺度天氣系統(tǒng)對(duì)中小尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展有著非常重要的影響。研究副高強(qiáng)度對(duì)西南渦的影響具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義，而數(shù)值敏感性試驗(yàn)是此類研究的有效方法，增大副高強(qiáng)度的敏感性試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

思路：增大位勢(shì)高度值高于閾值范圍內(nèi)的所有格點(diǎn)的位勢(shì)高度值（以水平梯度最小區(qū)域的位勢(shì)高度值為域值）。水平范圍：位勢(shì)高度值超過該閾值的區(qū)域；垂直范圍：925～300 hPa。

具體做法：增量是其與閾值之差的40%，以500 hPa為例（見圖1），圖1a是對(duì)照試驗(yàn)中初始場500 hPa位勢(shì)高度分布，等值線最為稀疏的區(qū)域是5860 gpm，因此定義其為500 hPa的閾值，增大所有位勢(shì)高度大于5860 gpm的格點(diǎn)值，增幅為該格點(diǎn)的位勢(shì)高度值減去5860 gpm之差的40%。這樣的試驗(yàn)設(shè)計(jì)是為了讓改變區(qū)域與其他區(qū)域之間不出現(xiàn)躍變點(diǎn)，平緩過渡。從試驗(yàn)設(shè)計(jì)可清楚地看到，位勢(shì)高度越高的區(qū)域，其增加幅度也越大（圖1b）。圖1c是500 hPa上敏感性試驗(yàn)和對(duì)照試驗(yàn)的差值，顯示了主要的改變區(qū)域與副高相吻合，且最大差值位于副高中心位置，其值超過35 gpm。圖1d則是二者之差的緯向剖面（沿20°N），顯示了這次敏感性試驗(yàn)增量最大的層次位于對(duì)流層中層（700～500 hPa）。從圖1可以看到，這樣的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了在初始場中增強(qiáng)副高強(qiáng)度的目的。

圖1 2015年7月21日00時(shí)500 hPa位勢(shì)高度（a）對(duì)照試驗(yàn)、（b）敏感性試驗(yàn)、（c）敏感性試驗(yàn)與對(duì)照試驗(yàn)之差以及（d）沿20°N的緯向剖面（單位：gpm）Fig.1 Thepotential height at 500 hPa at 0000 on 21 July 2015:(a)Control test;(b)sensitivity test;(c)differencein the potential heightsobtained by the sensitivity and control tests;(d) differencein thezonal profiles of potential height along 20°N (units:gpm)

3 模擬結(jié)果對(duì)比分析

3.1 降水分布特征

2015年7月21～24日發(fā)生了一次典型的西南渦持續(xù)東移造成的強(qiáng)降水天氣過程，其中，圖2a為7月21～24日72 h的實(shí)況累計(jì)雨量分布。從圖2可知：這是一次典型的降水落區(qū)隨著西南渦中尺度系統(tǒng)逐漸由西向東移動(dòng)的強(qiáng)降水過程，雨帶從四川東南部歷經(jīng)重慶、湖南、湖北至安徽（圖2a），數(shù)值試驗(yàn)?zāi)M的降水落區(qū)較好地再現(xiàn)了雨帶隨時(shí)間逐漸向東伸展的基本特征，但強(qiáng)度略強(qiáng)且雨帶略偏北（圖2b），而敏感性試驗(yàn)的雨帶比對(duì)照試驗(yàn)整體偏北，強(qiáng)度略弱（圖2c）。以上西南渦暴雨天氣過程降水實(shí)況與模擬結(jié)果的對(duì)比分析表明：AREM/LASG數(shù)值模式的模擬結(jié)果基本再現(xiàn)了這次西南渦東移造成的降水過程。因此，基于該模擬結(jié)果開展的增強(qiáng)副高對(duì)東移西南渦演變的影響研究是基本可行和可靠的。

圖2 2015年7月21日00時(shí)至24日00時(shí)72 h累計(jì)降水量分布（陰影，單位：mm）：（a）實(shí)況；（b）對(duì)照試驗(yàn)；（c）敏感性試驗(yàn)Fig.2 Accumulated 72–h precipitation from 0000 UTCon 21 July to 0000 on 24 July 2015(shaded, units:mm):(a)Observations;(b)control test;(c) sensitivity test

3.2 環(huán)流場的改變

增強(qiáng)副高強(qiáng)度后，整體大尺度環(huán)流形勢(shì)也會(huì)有所改變。圖3是23日00時(shí)500 hPa的位勢(shì)高度場和風(fēng)場。ERA5再分析資料（每天4次，0.25×0.25）顯示，相較21日00時(shí)，副高北抬，西北部高壓脊穩(wěn)定維持并略有加強(qiáng)，西伯利亞到巴爾喀什湖附近的深厚低槽穩(wěn)定分裂短波南移后加強(qiáng)發(fā)展為深厚的冷渦。西北氣流和西南氣流在中緯度地區(qū)交匯（圖3a）。對(duì)照試驗(yàn)?zāi)茉佻F(xiàn)這一整體環(huán)流形勢(shì)，模擬的副高強(qiáng)度略微偏弱（圖3b）。敏感性試驗(yàn)中，副高在整個(gè)模擬時(shí)段都表現(xiàn)得非常強(qiáng)大，對(duì)北方冷渦向東向南的發(fā)展起到一定的抑制作用，使得北方冷渦的強(qiáng)度偏弱，不能快速從西向東南發(fā)展，同時(shí)阻礙了西北部高壓脊的發(fā)展。西北氣流的強(qiáng)度也因此減弱，向南入侵的深度同樣變淺，副高西北部的西南氣流則有所增強(qiáng)（圖3d）。由此可見，副高作為大尺度系統(tǒng)，增強(qiáng)以后，能長時(shí)間的保持其強(qiáng)度，范圍也隨之增大，他不僅能影響到北方冷渦等較大尺度的系統(tǒng)，更能對(duì)生命史相對(duì)短的中小尺度天氣系統(tǒng)整個(gè)發(fā)展演變過程造成持續(xù)影響。

圖3 “20150721”過程中，7月23日00時(shí)500 hPa位勢(shì)高度（陰影，單位：gpm）和風(fēng)場（矢量，單位：m s?1）：（a）ERA5再分析資料；（b）對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果；（c）敏感性試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Geopotential height(shaded,unit:gpm)and the wind field(vector,unit:m s-1)at 500 hPa at0000 on July 23 in case 20150721:(a)ERA5 reanalysisdata;(b)resultsof the control test;(c)results of the sensitivity test

3.3 西南渦演變過程

首先，對(duì)比對(duì)照試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)?zāi)M的西南渦在初生、強(qiáng)烈發(fā)展和旺盛三個(gè)生命階段在700 hPa的位置和強(qiáng)度異同。圖4a顯示，初生階段，西南渦生成于四川盆地西部，強(qiáng)西南風(fēng)氣流和弱北風(fēng)在該區(qū)域輻合，風(fēng)場呈現(xiàn)明顯的氣旋性彎曲，但西南渦強(qiáng)度弱（圖4a、d）。隨后強(qiáng)烈發(fā)展階段，北方的冷空氣入侵更加顯著，西南渦逐漸發(fā)展東移加強(qiáng)。此時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)中西南渦的強(qiáng)度明顯強(qiáng)于敏感性試驗(yàn)的結(jié)果，且低渦中心位置也更偏南（圖4b、e）。旺盛階段，西南渦繼續(xù)東移加強(qiáng)，對(duì)照試驗(yàn)的低渦強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過敏感性試驗(yàn)，且低渦中心位置略偏南偏西（圖4c、f）。從各個(gè)不同階段風(fēng)場分布可以推斷造成西南渦演變過程差異的主要原因是：敏感性試驗(yàn)中入侵的北風(fēng)偏弱，而副高的增強(qiáng)，使得西南引導(dǎo)氣流偏強(qiáng)，最終導(dǎo)致西南渦發(fā)展偏弱向東移速偏快。

圖4 “20150721”過程中，700 hPa西南渦系統(tǒng)隨時(shí)間的演變：（a，b，c）對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果；（d，e，f）敏感性試驗(yàn)結(jié)果。陰影為位勢(shì)高度（單位：gpm），矢量是風(fēng)場（單位：m s?1）Fig.4 Evolution in the geopotential height (shaded,units:gpm)and wind field (vector,units:m s?1)at 700 hPa in case 20150721:(a, b,c)Resultsof the control test;(d,e,f)results of the sensitivity test

“20150721”過程，21日12時(shí)至23日12時(shí)都有明顯的西南渦中尺度系統(tǒng)存在，整個(gè)時(shí)段表現(xiàn)為以偏東路徑為主的快速東移過程。ERA5再分析資料中，低渦從（30.75°N，103.5°E）移動(dòng)到（31.25°N，115°E）。對(duì)照試驗(yàn)中，低渦從（30.9°N，104.2°E）移動(dòng)到（31.1°N，113.8°E）。敏感性試驗(yàn)中，低渦從（31.5°N，104.2°E）移動(dòng)到（33.2°N，115.2°E）。22日00～18時(shí)，ERA5再分析資料和對(duì)照試驗(yàn)的西南渦移動(dòng)方向都為東略偏南，而敏感性試驗(yàn)的西南渦則是東略偏北，造成敏感性試驗(yàn)的整體路徑較對(duì)照試驗(yàn)偏北約2個(gè)緯度，而22日00～06時(shí)和22日18時(shí)至23日00時(shí)這兩個(gè)時(shí)段，敏感性試驗(yàn)?zāi)M的低渦移動(dòng)速度比對(duì)照試驗(yàn)顯著偏快，造成西南渦整體移動(dòng)路徑更偏東（圖5）。移動(dòng)路徑的差異直接導(dǎo)致了模擬的降水分布不同（圖2），可見西南渦的移動(dòng)路徑直接決定著降水的分布。因此，正確模擬西南渦的位置是準(zhǔn)確預(yù)報(bào)低渦降水落區(qū)的關(guān)鍵因素。

圖5 “20150721”過程中，ERA5再分析資料（ERA5）、對(duì)照試驗(yàn)（control）以及敏感性試驗(yàn)（sensitivity）模擬的700 hPa西南渦的移動(dòng)路徑（12Z21表示7月21日12時(shí)，18Z21表示7月21日18時(shí)，標(biāo)志點(diǎn)間隔6小時(shí)，以此類推）。相同顏色的方塊、圓點(diǎn)和叉號(hào)代表同一時(shí)次，粉色陰影為模式地形（單位：m）Fig.5 Movement track of the Southwest vortex at 700 hPa base on ERA5 reanalysis data(ERA5), the control test results(control)and the sensitivity test results(sensitivity)in case 20150721.The squares,dots and crosses of the same color indicates the same time,and the pink shadow indicatesthemodel terrain (units:m).

“20150721”過程，對(duì)照試驗(yàn)初生階段（21日00時(shí)）西南渦中心的位勢(shì)高度約為3086 gpm，比敏感性試驗(yàn)和ERA5再分析資料低約10 gpm。隨著模擬時(shí)長的增加，對(duì)照試驗(yàn)的西南渦中心位勢(shì)高度迅速降低，尤其是21日12時(shí)至22日06時(shí)這個(gè)時(shí)段，位勢(shì)高度從3086 gpm快速降低到3051gpm，而同一時(shí)段敏感性試驗(yàn)?zāi)M的西南低渦中心位勢(shì)高度從3097 gpm下降到3087 gpm，降幅僅為10 gpm，顯著偏小，ERA5再分析資料給出的西南低渦中心位勢(shì)高度則從3098 gpm下降到3074 gpm，降幅達(dá)24 gpm。此后，模擬的西南渦中心位勢(shì)高度值繼續(xù)在此基礎(chǔ)上呈現(xiàn)緩慢降低趨勢(shì)（圖6）。整個(gè)“20150721”過程中，對(duì)照試驗(yàn)?zāi)M的西南渦強(qiáng)度比ERA5再分析資料和敏感性試驗(yàn)都偏大，直接導(dǎo)致其模擬的降水強(qiáng)度也比實(shí)況和敏感性試驗(yàn)顯著偏強(qiáng)（圖2），這進(jìn)一步驗(yàn)證了西南渦強(qiáng)度是決定降水強(qiáng)度的直接關(guān)鍵影響因素。

圖6 “20150721”過程中，ERA5再分析資料（ERA5）以及對(duì)照試驗(yàn)（control）、敏感性試驗(yàn)（sensitivity）模擬的700 hPa西南渦中心位勢(shì)高度隨時(shí)間的演變（單位：gpm）Fig.6 Evolution of the center potential height of the Southwest vortex at 700 hPa over time base on ERA5 reanalysis data(ERA5),the control test results(control)and the sensitivity test results(sensitivity)in case 20150721(units:gpm).

通過對(duì)西南渦演變過程的對(duì)比發(fā)現(xiàn)：兩個(gè)試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果在21日18時(shí)至22日06時(shí)這個(gè)時(shí)段演變最為劇烈。因此，下面重點(diǎn)對(duì)22日00時(shí)和06時(shí)兩個(gè)時(shí)次展開對(duì)比分析，由此探討造成西南渦演變過程差異的關(guān)鍵影響因素。

3.4 西南渦演變過程差異的關(guān)鍵影響因素

22日00時(shí)，西南渦中心入流的整層水汽主要來源于西南和西北兩個(gè)方向，且以西南氣流為主，一部分水汽在西南渦附近產(chǎn)生明顯的氣旋性輻合，另一部分從東北方向流出。對(duì)照試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)的差異清晰地顯示：對(duì)照試驗(yàn)中無論西北方向還是東南方向的入流水汽都顯著多過敏感性試驗(yàn)的結(jié)果（圖7a、c）。22日06時(shí)，東南方向輸送來的水汽更加充沛，且隨著西南渦強(qiáng)度的加深，在其附近產(chǎn)生的氣旋性輻合也隨之增強(qiáng)，二者的差異與00時(shí)相似，主要體現(xiàn)在對(duì)照試驗(yàn)入流的水汽明顯大于敏感性試驗(yàn)，而出流則相反（圖7b、d），該差異直接說明了對(duì)照試驗(yàn)中有更多的水汽輻合并垂直向上輸送，必然造成更強(qiáng)的潛熱反饋?zhàn)饔?，從而更有利于西南渦的不斷發(fā)展。

圖7 2015年7月22日00時(shí)和06時(shí)的整層水汽通量（陰影和流線，單位：kg m?1 s?1）：（a，b）對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果；（c，d）敏感性試驗(yàn)結(jié)果。白色圓點(diǎn)是700 hPa低渦中心位置Fig.7 Water vapor flux for the whole layer(shaded and streamline, units:kg m?1 s?1)at 0000 UTCand 0600 UTC 22 Jul 2015:(a,b)Resultsof the control test;(c,d) resultsof thesensitivity test.Thewhite dot isthecenter of the Southwest vortex at 700 hPa

22日00時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)西南渦中心的假相當(dāng)位溫明顯高于其它區(qū)域，尤其是低渦中心低層存在明顯的假相當(dāng)位溫高值區(qū)，而中間層的假相當(dāng)位溫垂直梯度小，自下而上整層結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為：強(qiáng)不穩(wěn)定層結(jié)—中性層結(jié)—穩(wěn)定層結(jié)，這樣的大氣垂直結(jié)構(gòu)非常有利于對(duì)流的發(fā)生發(fā)展（圖8a），敏感性試驗(yàn)的假相當(dāng)位溫垂直分布與對(duì)照試驗(yàn)相似，但低層假相當(dāng)位溫的極值區(qū)與西南渦中心位置略有偏離（圖8c）。22日06時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)假相當(dāng)位溫繼續(xù)增高，層結(jié)顯得更加不穩(wěn)定（圖8b），敏感性試驗(yàn)的西南渦中心與低層假相當(dāng)位溫的極值區(qū)偏離距離有所增大，由此造成其對(duì)流發(fā)展弱于對(duì)照試驗(yàn)（圖8d）。

圖8 經(jīng)過西南渦中心的假相當(dāng)位溫經(jīng)向剖面（陰影，單位：K）：（a，b）對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果；（c，d）敏感性試驗(yàn)結(jié)果。豎虛線是700 hPa西南渦中心位置Fig.8 Meridional section of pseudo-equivalent potential temperature(units:K) passing through the center of the Southwest vortex:(a,b)Results of the control test;(c,d) results of thesensitivity test.Thevertical dotted lineis the center of the Southwest vortex at 700 hPa

22日00時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)中，西南渦中心北側(cè)低層有較強(qiáng)的偏北風(fēng)氣流，南側(cè)低層之上為較強(qiáng)的偏南風(fēng)氣流，東西風(fēng)氣流在低渦中心附近交匯，且偏東風(fēng)氣流從低層入侵現(xiàn)象明顯（圖9a）。敏感性試驗(yàn)中，低渦中心北側(cè)低層也有較強(qiáng)的偏北風(fēng)氣流，南側(cè)低層之上為較強(qiáng)的偏南風(fēng)氣流，東西風(fēng)氣流同樣在低渦中心附近交匯，低層偏東風(fēng)氣流也有顯著的入侵現(xiàn)象，只是這股偏東氣流略弱于對(duì)照試驗(yàn)（圖9c）。22日06時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)的低層偏北氣流基本維持略有減弱，但低渦南側(cè)低層之上的偏南風(fēng)入流在整層都有顯著增強(qiáng)，此地交匯的南北風(fēng)氣流比22日00時(shí)更強(qiáng)大，表現(xiàn)出非常強(qiáng)烈的暖濕氣流抬升和氣旋性輻合特征（圖9b）。敏感性試驗(yàn)中，低渦中心南側(cè)低層之上偏南風(fēng)入流非常強(qiáng)，而北側(cè)低層的偏北風(fēng)入流則明顯較弱，東西方向的交匯氣流呈現(xiàn)為低層偏東風(fēng)控制，低層之上則是偏西風(fēng)為主（圖9d），敏感性試驗(yàn)在2個(gè)時(shí)刻的低層偏北風(fēng)都弱于對(duì)照試驗(yàn)，冷空氣的影響被極大地削弱。由此可知：對(duì)照試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)都表現(xiàn)出了西南渦北側(cè)低層的偏東偏北氣流與南側(cè)低層之上的偏西偏南氣流的交匯和氣旋式輻合以及高緯氣流低層入侵和低緯氣流抬升的基本特征，但具有強(qiáng)度、范圍、結(jié)構(gòu)等的明顯差異。

圖9 同圖8 ，但為水汽通量經(jīng)向剖面（單位：g cm?1 hPa?1 s?1），其中陰影為南北向通量，等值線為東西向的水汽通量Fig.9 Same as Fig.8,but for the meridional section of the water vapor flux (units:g cm?1 hPa?1 s?1).The shaded area is the north–south flux and the contour line isthe east–west water vapor flux

22日00時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)中，西南渦中心東側(cè)低層的偏東風(fēng)氣流明顯強(qiáng)于中高層的偏西風(fēng)出流，南北風(fēng)氣流在低渦中心附近交匯，且偏北風(fēng)氣流從低層入侵現(xiàn)象明顯（圖10a）。敏感性試驗(yàn)中，西南渦中心東側(cè)低層的偏東風(fēng)氣流和中高層的偏西風(fēng)出流強(qiáng)度相當(dāng)，南北風(fēng)氣流同樣在低渦中心附近交匯，低層偏北風(fēng)氣流也有顯著的入侵現(xiàn)象，只是這股偏北氣流略弱于對(duì)照試驗(yàn)（圖10c）。22日06時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)的低層偏東氣流有所減弱，但低渦西側(cè)的偏西風(fēng)入流在整層都有顯著增強(qiáng)，在此地交匯的南北風(fēng)氣流比22日00時(shí)更強(qiáng)，表現(xiàn)出非常強(qiáng)烈的氣旋性輻合特征（圖10b）。敏感性試驗(yàn)中，低渦中心東側(cè)的低層偏東風(fēng)入流和中高層偏西風(fēng)出流顯著弱于對(duì)照試驗(yàn)的結(jié)果，其西側(cè)低層也沒有像對(duì)照試驗(yàn)?zāi)菢映霈F(xiàn)強(qiáng)的偏西風(fēng)入流，南北方向的交匯氣流（尤其是低層偏北風(fēng)）同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于對(duì)照試驗(yàn)的結(jié)果（圖10d），表現(xiàn)為敏感性試驗(yàn)的整體水汽輻合顯著弱于對(duì)照試驗(yàn)。

圖10 同圖9 ，但為緯向剖面（單位：g cm?1 hPa?1 s?1），其中陰影為東西向通量，等值線為南北向的水汽通量Fig.10 Same as Fig.9, but for the zonal section of water vapor flux(units:g.cm?1 hPa?1 s?1).The shaded area is the east–west flux,and the contour line isthesouth–north water vapor flux.

22日00時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)中，西南渦中心低層輻合和高層輻散特征明顯，最大正渦度中心位于700 hPa高度附近，其值超過4×10?4s?1（圖11a）。敏感性試驗(yàn)中，低渦中心低層輻合略強(qiáng)于對(duì)照試驗(yàn)，但高層輻散弱于對(duì)照試驗(yàn)且輻散大值區(qū)位于500 hPa高度附近，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照試驗(yàn)，最大正渦度中心位于750 hPa附近，其值同樣超過4×10?4s?1，與對(duì)照試驗(yàn)相當(dāng)（圖11c）。22日06時(shí)，對(duì)照試驗(yàn)的低層輻合和高層輻散皆顯著增強(qiáng)，垂直方向上正渦度的范圍增大，強(qiáng)度有所增強(qiáng)，最大正渦度中心位置也相應(yīng)地變高，低渦呈現(xiàn)明顯的發(fā)展增強(qiáng)狀態(tài)（圖11b）。敏感性試驗(yàn)中，低渦低層的輻合強(qiáng)度變化不大，垂直方向上范圍有所增加，高層輻散強(qiáng)中心高度抬高，強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，但與對(duì)照試驗(yàn)相比，輻合和輻散強(qiáng)度都明顯偏弱。正渦度也同樣發(fā)展增強(qiáng)，最大正渦度達(dá)到5×10?4s?1，位于750 hPa高度附近（圖11d）。整層的輻合輻散強(qiáng)度對(duì)西南渦的發(fā)展演變起著非常重要的作用，尤其是高層輻散的作用。

圖11 同圖8 ，但為渦度和散度（單位：10?4 s?1）。其中陰影為散度，等值線為渦度Fig.11 Sameas Fig.8,but for vorticity and divergence (units:10?4 s?1).The shaded area is the divergenceand the contour isthevorticity

4 結(jié)論和討論

本文以“20150721”過程為例，通過增強(qiáng)副高強(qiáng)度的敏感性數(shù)值試驗(yàn)和對(duì)照數(shù)值試驗(yàn)的對(duì)比分析，探討了增強(qiáng)副高強(qiáng)度對(duì)伴隨副高東退而東移的西南渦發(fā)展演變過程的影響，得到以下主要結(jié)論：

（1）副高強(qiáng)度增強(qiáng)以后，可長時(shí)間的保持其強(qiáng)度，通過系統(tǒng)間的相互作用能對(duì)同樣是大尺度系統(tǒng)的北方冷渦造成一定的影響，更能對(duì)西南渦這樣的中小尺度天氣系統(tǒng)發(fā)展演變過程造成持續(xù)影響。西南渦路徑和強(qiáng)度的變化直接改變了降水的落區(qū)和強(qiáng)度。

（2）副高強(qiáng)度增大以后，隨之改變的是環(huán)流場：入侵的北風(fēng)偏弱，西南引導(dǎo)氣流偏強(qiáng)，最終導(dǎo)致西南渦發(fā)展偏弱移速偏快。

（3）流場的改變直接影響到水汽輸送和輻合輻散：低層偏北冷空氣的影響被極大地削弱的同時(shí)，西南暖濕氣流的水汽輻合和垂直向上輸送也顯著減弱，使得潛熱反饋?zhàn)饔秒S之減弱，因此不利于西南渦的發(fā)展。整層的輻合輻散強(qiáng)度對(duì)西南渦的發(fā)展演變起著非常重要的作用，尤其是高層輻散的作用。

（4）副高強(qiáng)度增大以后，西南渦移速過快，導(dǎo)致了低渦中心與低層熱力中心偏離，使得動(dòng)力和熱力作用不能完全協(xié)調(diào)發(fā)展，由此削弱西南渦的發(fā)展強(qiáng)度。

以上結(jié)論僅是針對(duì)一次伴隨副高東退而快速東移的西南渦發(fā)展過程的敏感性數(shù)值試驗(yàn)研究結(jié)果，今后還需通過更多類似的西南渦過程進(jìn)行深入分析，以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)副高強(qiáng)度變化對(duì)東移型西南渦的具體影響。