青逸雨 周庶 旦增倫珠,2 李起旭,2
(1.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210044;2.西藏自治區(qū)氣象臺(tái),西藏 拉薩 850000)
青藏高原(簡(jiǎn)稱高原)作為全球海拔最高、地形最復(fù)雜的大地形,高原對(duì)中國(guó)的天氣影響大,是影響我國(guó)長(zhǎng)江流域、江淮暴雨的對(duì)流云團(tuán)的源地[1-2]。生成于高原的天氣系統(tǒng)—高原低渦,也是影響中國(guó)天氣的重要天氣系統(tǒng),在一定的環(huán)境條件下能夠加強(qiáng)東移出高原,低渦能夠引發(fā)高原下游廣大地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性的災(zāi)害天氣過程[3-5]。
高原低渦的東移對(duì)降水具有很大的影響,一般高原渦移出高原后會(huì)造成中雨以上降水,有的還可以產(chǎn)生暴雨、大暴雨。郁淑華和高文良指出,高原低渦移出高原后多數(shù)會(huì)使降水強(qiáng)度加大,約有70 %以上移出高原的高原渦可使降水增強(qiáng),其中移出高原后活動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)(在36 h 以上)的低渦使降水增強(qiáng)的超過90 %[6]。Kuo et al.提出東移高原低渦與西南渦共同作用,常在四川盆地產(chǎn)生區(qū)域性暴雨天氣過程[7]。Li et al.對(duì)東移低渦移出后產(chǎn)生的總降水進(jìn)行分析,得出東移低渦產(chǎn)生的降水主要發(fā)生在四川、淮河上游及長(zhǎng)江中下游[8]。黃楚惠等通過分析不同路徑低渦對(duì)降水的影響,指出東移低渦主要影響高原東部降水,而東北移低渦主要影響高原北側(cè)及東北側(cè)降水[9]。此外,對(duì)于低渦對(duì)流特征,Li et al.指出低渦附近強(qiáng)對(duì)流多為西南-東北走向的橢圓形,且多發(fā)生于低渦東南側(cè)[10]。同時(shí),董元昌和李國(guó)平也提出高原低渦降水主要分布在低渦中心的東南側(cè)或南側(cè),認(rèn)為這與高原低渦的環(huán)流以及能量分布特征有關(guān)[11]。前人對(duì)于低渦造成強(qiáng)降水的成因診斷研究比較豐富。黃楚惠和李國(guó)平發(fā)現(xiàn)水汽通量散度的強(qiáng)輻合中心與強(qiáng)降水中心一致[12]。彭新東和陳麟生分析表明水汽凝結(jié)的潛熱釋放對(duì)中尺度系統(tǒng)發(fā)展的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)有決定性影響[13-14]。肖紅茹和陳靜通過數(shù)值模擬分析指出“低渦東移-四川盆地正渦度發(fā)展-上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)-低層輻合高層輻散-降水-凝結(jié)潛熱加熱大氣-低層正渦度發(fā)展”這樣一個(gè)正反饋的循環(huán)機(jī)制是導(dǎo)致四川盆地強(qiáng)降水的原因[15]。然而,前人對(duì)于低渦降水的診斷更多的是集中于低渦對(duì)大暴雨的影響,對(duì)于低渦與大范圍雨帶之間的聯(lián)系研究較少。
本文選取2016年6月28日至7月1日高原一次低渦個(gè)例,此次低渦形成、發(fā)展及東傳引發(fā)長(zhǎng)江中下游地區(qū)暴雨天氣的過程,診斷分析此次低渦的形成、發(fā)展及其與降水雨帶之間的內(nèi)在聯(lián)系。
文中使用的資料包括:(1)ERA5 再分析資料,包括風(fēng)場(chǎng)、高度場(chǎng)、比濕、氣溫等要素,空間分辨率為0.25°×0.25°,時(shí)間分辨率為1 h;(2)由中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心提供的FY-2E 氣象衛(wèi)星逐小時(shí)云頂亮溫?cái)?shù)據(jù),水平分辨率為0.1°×0.1°;(3)熱帶測(cè)雨衛(wèi)星(TRMM)提供的空間分辨率為0.25°×0.25°,時(shí)間分辨率為3 h的降水資料;(4)中國(guó)2400多個(gè)臺(tái)站逐日降水資料;(5)成都高原氣象研究所整編的2016年《高原低渦和切變線年鑒》。
根據(jù)成都高原氣象研究所整編的2016年《高原低渦和切變線年鑒》,并結(jié)合500hPa環(huán)境場(chǎng)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)此次低渦于2016 年6 月28 日14 時(shí)(北京時(shí),以下同)生成,而后逐漸加強(qiáng),29 日08 時(shí)發(fā)展東移至高原中部地區(qū),30 日06 時(shí)低渦開始移出高原并繼續(xù)東移給下游地區(qū)帶來降水,圖1 為低渦的移動(dòng)路徑及低渦活動(dòng)期間的逐日累積降水量。如圖1b為27日20時(shí)至28 日20 時(shí)降水累計(jì),低渦位于高原主體區(qū)域,其引發(fā)的降水量級(jí)以小雨為主,且降水區(qū)域主要沿著低渦路徑,范圍較小;28 日20 時(shí)至29 日20 時(shí)降水累計(jì)如圖1c 所示,低渦路徑上的降水區(qū)域逐漸擴(kuò)大,降水量級(jí)也逐漸增加。到了29 日20 時(shí)至30 日20 時(shí)降水累計(jì)如圖1d所示,低渦發(fā)展東移至高原東部并開始移出高原,其引發(fā)的降水量級(jí)以中到大雨為主,在川渝等部分地區(qū)達(dá)到暴雨,較強(qiáng)的降水區(qū)域主要出現(xiàn)在低渦南側(cè)。并且從圖1 還可以注意到的是在27 日雖然高原東側(cè)已經(jīng)存在了一條明顯的降水雨帶,但是隨著高原渦的東移,雨帶逐漸北抬,并且在30 日低渦引發(fā)的降水帶與北抬雨帶合并,從而使得西南地區(qū)均出現(xiàn)明顯降水??梢?,本次低渦引發(fā)的降水落區(qū)主要集中在低渦南側(cè)與東側(cè),并且隨著低渦逐漸東移降水的強(qiáng)度與范圍逐漸向東擴(kuò)張,最終造成了此次暴雨過程。
分析此低渦在高原發(fā)生、發(fā)展階段的環(huán)流特征,圖2 給出了2016 年6 月28 日14 時(shí)至6 月30 日06時(shí)500 hPa 風(fēng)場(chǎng)及渦度場(chǎng)的分布。28 日14 時(shí)高原受高壓控制,高原西部整體處在高壓左側(cè)偏南氣流影響下,此時(shí)沒有低渦(圖2a);到28 日20 時(shí)高壓消失,高原西部在南側(cè)偏南風(fēng)和北側(cè)偏北風(fēng)的共同影響下,出現(xiàn)一風(fēng)速輻合帶,伴隨有一條東西走向的正渦度帶,正渦度中心大致位于85°E,36°N 附近(圖2b),而后此正渦度帶逐漸發(fā)展增強(qiáng),產(chǎn)生氣旋性環(huán)流,形成一個(gè)低渦。該地區(qū)背景氣流為西南風(fēng),在平流作用下低渦中心向東北方向移動(dòng)并逐漸增強(qiáng)發(fā)展;29 日15 時(shí)低渦增強(qiáng)東移至高原中部,正渦度區(qū)域內(nèi)氣旋性環(huán)流增強(qiáng),中心C 位勢(shì)高度達(dá)583.9 dagpm(圖2c),此時(shí)低渦在西北氣流的作用下向東南方向移動(dòng);30 日06 時(shí)低渦中心開始移出高原,逐漸演變?yōu)楦呖詹郏矍罢郎u度帶顯著(圖2d)。以上分析表明,高原低渦的移動(dòng)和強(qiáng)度變化與高空環(huán)流形勢(shì)存在著密切的關(guān)系。
南亞高壓是一個(gè)在盛夏存在于高原上空的大尺度反氣旋,能夠制約中低層不同尺度的系統(tǒng)[16]。前人對(duì)于南亞高壓與高原渦的移動(dòng)路徑有著很深的研究,并且對(duì)于由南亞高壓的影響下東移高原渦造成的強(qiáng)降水同樣有著分析[17]。
為了探究南亞高壓在本次過程中對(duì)高原渦的影響。圖3 給出了各個(gè)時(shí)刻的200 hPa 環(huán)流形勢(shì)。如圖3a 所示,此時(shí)高原渦還未形成,但生成地位于急流入口區(qū)的右側(cè),這是一個(gè)利于對(duì)流發(fā)生發(fā)展的區(qū)域。圖3b可見,西風(fēng)急流持續(xù)維持,此時(shí)高原渦開始生成,并且向東北方向移動(dòng),這與急流的方向是一致的。圖3c所示,雖然急流區(qū)開始崩潰減小,但是這種崩潰對(duì)于高原渦發(fā)展是有利的,高原渦始終位于急流入口的右側(cè),并且此時(shí)高原渦的移動(dòng)已經(jīng)由東北移轉(zhuǎn)向東南移動(dòng)。圖3d 可見,急流區(qū)進(jìn)一步減小,但高原渦由于移出高原水汽條件更加豐富,渦旋快速發(fā)展,降水同樣增大,而降水區(qū)域同樣位于急流入口區(qū)的右側(cè)。可見,200 hPa 的環(huán)流形勢(shì)對(duì)高原渦的發(fā)生發(fā)展與高原上的對(duì)流降水同時(shí)有著影響。
綜上可知,高原渦的發(fā)生發(fā)展受著大環(huán)境場(chǎng)的影響,并且其先東北移再東南移的移向與高層環(huán)流有著很密切的關(guān)系。降水區(qū)與急流入口區(qū)的右側(cè)有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,從這點(diǎn)來看,急流入口區(qū)同時(shí)影響著降水與高原渦,而高原渦與降水同樣存在內(nèi)在的聯(lián)系,那么下一節(jié)將會(huì)分析高原渦如何影響降水,以及與降水帶之間的關(guān)系。
為了研究低渦對(duì)降水的作用,圖4 給出了幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻低渦中心的空間結(jié)構(gòu)狀況。2016 年6 月28 日14 時(shí)在低渦中心位置在350 hPa 以下(上)為輻合(散),對(duì)應(yīng)低渦中心有較弱的上升運(yùn)動(dòng),此時(shí)的低渦水平尺度?。▓D4a);29 日15 時(shí),低渦已經(jīng)開始東移發(fā)展,但未移出高原,在低渦中心(95 °E,33 °N)附近,350 hPa 以下為強(qiáng)盛且范圍較廣的輻合區(qū)域,無輻散層升高,此時(shí)上升運(yùn)動(dòng)明顯增強(qiáng),且此時(shí)低渦水平尺度也顯著增大(圖4b);30 日06 時(shí),低渦開始移出高原,中心位于106°E,31°N 附近,無輻散層繼續(xù)升高,位于300 hPa,以上有較強(qiáng)的輻散中心,上升運(yùn)動(dòng)更為強(qiáng)盛(圖4c)。可見,高原渦由于其低層輻合高層輻散的特殊結(jié)構(gòu),造成強(qiáng)垂直上升運(yùn)動(dòng),可以為降水提供有利的動(dòng)力抬升條件。
利用時(shí)空分辨率較高的TBB 資料,不僅可觀測(cè)到大范圍的云系分布,而且還可觀測(cè)到中尺度云系的在不同階段演變的全過程,并且能夠更加真實(shí)地反映降水區(qū)域,從而探究低渦對(duì)降水落區(qū)的影響。圖5 分別給出了此次低渦發(fā)生、發(fā)展和消散時(shí)的云頂亮溫分布。此次低渦云系在高原主體區(qū)域持續(xù)了40 h,28 日14時(shí)高原西部及南部存在零星的小尺度對(duì)流云團(tuán),對(duì)流云團(tuán)不斷生成合并,低渦云系逐漸形成(圖5a);29日15時(shí)低渦東移至高原中部,氣旋性環(huán)流增強(qiáng)且低渦外圍的螺旋云帶已經(jīng)形成,對(duì)流旺盛(圖5b);30 日06時(shí)低渦開始移出高原,逐步演變?yōu)楦呖詹?,?duì)流云系呈東北-西南走向,逐漸東移影響下游地區(qū)(圖5c)。由此可見,對(duì)流云系的變化(特別是走向)與低渦活動(dòng)之間存在存在密切的聯(lián)系。
為了了解低渦活動(dòng)和降水雨帶的東移演變過程,圖6a給出了2016年6月28日至7月1日期間沿31°N~36°N平均的500 hPa渦度的時(shí)間-經(jīng)向剖面圖,由該圖可見,2016 年6 月28 日至7 月1 日有一條東傳的渦度大值帶,正渦度東傳特征明顯,正渦度中心28 日14時(shí)開始生成,于30日06時(shí)低渦開始移出高原,移出后渦度明顯增強(qiáng)。圖6b 給出了正渦度區(qū)南側(cè)(29°N~33°N)區(qū)域平均的降水量時(shí)間-經(jīng)向剖面圖,期間自西部向東部存在一條連續(xù)性雨帶,此雨帶的分布、強(qiáng)度變化特征與正渦度帶的東傳過程有著很好的一致性。28 日14 時(shí)在出現(xiàn)正渦度中心(85°E)的偏東一側(cè)產(chǎn)生了降水,降水區(qū)域較小,30 日06 時(shí)隨著正渦度帶的增強(qiáng)也產(chǎn)生較大范圍和較大強(qiáng)度的降水,降水區(qū)域略偏向正渦度中心東側(cè)。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),雨帶隨時(shí)間向下游傳播與低渦東傳之間存在很好地對(duì)應(yīng)關(guān)系。
綜上可見,在低渦逐漸東移的過程中低渦發(fā)展加強(qiáng),與之伴隨的雨帶同樣向東向南擴(kuò)展,并且這種擴(kuò)展與低渦的發(fā)展是一致的,這可能是由于降水過程中有著很強(qiáng)的潛熱釋放,從而加強(qiáng)了低渦的發(fā)展,而低渦的發(fā)展又促進(jìn)降水的形成。因此在這種正反饋?zhàn)饔孟掠陰У穆鋮^(qū)與低渦的移動(dòng)發(fā)展有著高度的聯(lián)系。
本文利用ERA5 再分析資料,對(duì)2016 年6 月28 日至7月1日高原一次低渦的形成和發(fā)展進(jìn)行了診斷并對(duì)低渦與降水的關(guān)系進(jìn)行了分析,主要有以下幾點(diǎn)結(jié)論:
(1)雨帶隨時(shí)間向下游傳播與低渦東傳之間存在密切的聯(lián)系。較強(qiáng)的降水區(qū)域主要出現(xiàn)在低渦南側(cè),并且隨著低渦東移范圍更向南向東擴(kuò)展。
(2)對(duì)流云系的變化(特別是走向)與低渦活動(dòng)之間存在著密切的關(guān)系。從低渦生成時(shí)的小尺度對(duì)流云團(tuán)合并,在低渦發(fā)展強(qiáng)盛后出現(xiàn)中尺度的螺旋對(duì)流云帶。
(3)高低空環(huán)流形勢(shì)對(duì)低渦發(fā)生發(fā)展和東移起著重要影響。低渦的移動(dòng)和強(qiáng)度變化與高空環(huán)流形勢(shì)存在很好地對(duì)應(yīng)關(guān)系。
本文是個(gè)例診斷分析的結(jié)果,今后仍需通過更多低渦個(gè)例,至于降水對(duì)低渦的反饋?zhàn)饔?,也需要進(jìn)一步深入研究。