周春花，張 駒

(1.四川省氣象災害防御技術(shù)中心，成都 610072；2.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都 610072；3.成都市氣象臺，成都 611133)

引言

西南渦是在青藏高原東側(cè)背風坡地形下，形成于西南地區(qū)的閉合低壓，是我國西南地區(qū)暴雨的重要天氣系統(tǒng)之一。研究表明[1-5]，西南渦發(fā)展東移，往往會引發(fā)下游地區(qū)大范圍的暴雨。在我國的許多重大暴雨過程中，西南渦都扮演了重要角色。熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶洋面上的強烈天氣系統(tǒng)，登陸的熱帶氣旋可以造成嚴重的損失，作為一種熱帶大型災害性天氣，許多學者對形成和發(fā)展機理等做了大量的研究。研究者通常把上述兩種天氣系統(tǒng)作為孤立的系統(tǒng)來進行了大量研究。近年來，越來越多的研究者關(guān)注到臺風對中緯度系統(tǒng)的影響，對熱帶氣旋遠距離暴雨的研究取得了很大的進步。據(jù)統(tǒng)計[6]有14.7%的熱帶氣旋會產(chǎn)生遠距離暴雨，遠距離暴雨具有范圍廣、降雨強度大的特點。而熱帶氣旋能否產(chǎn)生遠距離暴雨的關(guān)鍵在于熱帶氣旋能否將水汽輸送到中緯度。熱帶氣旋和我國中緯度地區(qū)天氣系統(tǒng)的相互作用的研究。主要有雷小途[7-8]對熱帶氣旋的登陸與中緯度環(huán)流系統(tǒng)相互作用進行了研究，他認為熱帶氣旋移動過程中攜帶大量水汽和能量，激發(fā)和增強中緯度氣旋環(huán)流的發(fā)展，同時，熱帶氣旋有時也會截斷水汽和能量輸送。丁治英[9]對非緯向高空急流與遠距離臺風中尺度暴雨進行研究，認為遠距離臺風暴雨的發(fā)生與非緯向高空急流密切相關(guān)。針對熱帶氣旋對西南渦相互作用的方面。主要有陳忠明[10]對其分析得出熱帶氣旋通過偏南氣流改變西南渦的風、壓場激發(fā)西南渦的發(fā)展和暴雨天氣的發(fā)生。李云川等[11]分析了熱帶氣旋對西南渦的穩(wěn)定加強作用，認為熱帶低壓的存在促使西南低渦的發(fā)展，使西南低空急流加強，從而降雨再度加強。李強等[12]分析了臺風遠距離作用下的西南渦大暴雨過程，研究了遠距離臺風作用下的水汽和溫濕輸送特征?？祶筟13]分析一次臺風對四川盆地大暴雨的影響，認為臺風外圍偏南氣流和副高外圍西側(cè)偏南氣流長時間貫通，有利于環(huán)流穩(wěn)定和西南渦發(fā)展。上述的研究表明，遠距離熱帶氣旋對西南渦的形成、發(fā)展及其造成暴雨的水汽、能量收支有著密切的關(guān)系。因此，加強臺風活動與西南渦相互作用誘發(fā)強天氣的研究，對深入認識這類天氣形勢和提高預報水平有著積極意義。

2018年7月10日20:00～7月11日四川盆地西部普遍降了暴雨和大暴雨，最大累計降雨量出現(xiàn)在江油武都鎮(zhèn)為605.8mm，最大小時雨量出現(xiàn)在綿陽涪城區(qū)為92.3mm。在此期間10日20:00～11日02:00時降雨突然增強，最大6小時雨量達105mm，11日02:00～08:00時強降雨繼續(xù)，雨區(qū)進一步擴大，最大6小時雨量達170mm。11日08:00～14:00降雨明顯減小。是什么原因使得降雨突然增強，熱帶氣旋對西南渦如何遠距離影響？熱帶氣旋對本次暴雨如何貢獻？本文將利用自動站雨量資料和NCEP1°×1°再分析資料對上述問題進行診斷分析。

1 環(huán)流背景分析

500hPa我國中高緯地區(qū)，巴湖是一個高脊控制，貝湖附近是一個寬廣的低壓區(qū)，貝湖底部分裂的低槽東移南下影響四川，槽區(qū)在川陜附近，同時南海有一個熱帶氣旋，臺風“瑪莉亞”在西太平洋海域并逐漸向西移動，由于臺風的影響使得副高主體北上，脊線位于38°N附近。在此背景下，7月10日20時(圖1a)，500hPa川陜一帶的高空槽向南加深，其渦度平流促使低層西南渦生成，此時西南渦位于四川盆地西北部，700hPa等壓面上西南渦中心最低氣壓為308百帕，南海有一個熱帶氣旋，中心在(112°E,18°N)，在熱帶氣旋右側(cè)偏南風轉(zhuǎn)為東南風向西延伸與四川盆地的偏南氣流貫通，臺風“瑪莉亞”中心在(124°E,25°N)，強度為強臺風，在臺風右側(cè)的南風氣流向南延伸至27°N附近，受副高和臺風的影響，南風氣流在此轉(zhuǎn)向為偏東氣流，此時臺風和副高之間的氣壓差達到34hPa，由于它們之間的氣壓梯度加大，使得偏東風加大沿副高和臺風外圍向西伸展和四川盆地的偏南氣流貫通，將西太平洋的暖濕氣流輸送至四川盆地，促使西南渦生成并發(fā)展，此時四川盆地內(nèi)700hPa東南風最大風速為10m/s。11日02時(圖1b)，500hPa貝湖低渦底部的低槽略有北抬，四川盆地內(nèi)700hPa有明顯的西南渦，其中心強度維持，但低渦東側(cè)偏南風最大風速加強達14m/s，使得西南渦的不對稱性加大。南海熱帶氣旋向西移動，中心位于(111°E,18°N)，臺風“瑪利亞”繼續(xù)往西北西方向移動，中心位于(122°E，27°N)，此時臺風和副高之間的氣壓差達到30hPa。11日08時(圖1c)，南海熱帶氣旋進一步西移，中心位于(108°E,18°N)。臺風登陸，中心位于(120°E,27°N)，此時臺風和副高之間的氣壓差達到24hPa，臺風與副高之間的氣壓梯度減小，盆地內(nèi)西南渦繼續(xù)發(fā)展，但其中心最低氣壓減弱，東側(cè)偏南風略有減小為10m/s。 11日14時(圖1d)，臺風登陸后強度減弱，其與副高之間的氣壓梯度減小，使得其外圍的偏東風風速也明顯減弱，到達盆地內(nèi)的水汽和南風也減弱，此時西南渦前部的偏南風和后部的北風風速相當，中心氣壓也加大，強度減弱。

通過上面的分析，臺風和副高外圍低層偏東氣流向西伸展與四川盆地內(nèi)的東南氣流貫通，加強盆地內(nèi)的東南風風速，同時南海熱帶氣旋右側(cè)偏南氣流向北延伸也進一步加強盆地內(nèi)的東南氣流，從而促使西南渦生成并發(fā)展。當臺風進一步向西北方向移動并登陸，臺風截斷了西太平洋向西南地區(qū)的水汽輸送，從而使得西南渦減弱，降雨結(jié)束。進一步說明了臺風對西南渦有遠距離加強作用，下面將針對臺風遠距離作用下西南渦是如何加強來進行分析。

2 熱帶氣旋遠距離對西南渦的加強作用

2.1 熱帶氣旋遠距離作用下的水汽輸送

圖2為850hPa水汽通量空間分布。強降水開始前10日20時(圖2a)，主要有兩條水汽帶向四川盆地輸送水汽，一條從南海偏西路徑經(jīng)熱帶氣旋轉(zhuǎn)向為偏東路徑向西輸送至四川盆地，該條水汽帶的通量值為10～15g·cm-1·hPa-1·s-1。另一條路徑從西太平洋經(jīng)強臺風“瑪莉亞”和副熱帶高壓轉(zhuǎn)向為偏東路徑向西輸送至四川盆地，該條水汽帶的通量值在5～20g·cm-1·hPa-1·s-1之間。兩條水汽帶將南海和西太平洋的暖濕水汽輸送到強降雨區(qū)，此時盆地內(nèi)的通量值為15g·cm-1·hPa-1·s-1。強降雨強盛時11日02時(圖2b)，強臺風登陸，其外圍東北風至23°N轉(zhuǎn)向為偏東風將西太平洋水汽輸送到四川盆地，該水汽帶的通量值維持為5～15g·cm-1·hPa-1·s-1，南海熱帶低壓外圍水汽輸送通量值在10～15g·cm-1·hPa-1·s-1。到達盆地的水汽通量值較上一時次加大至20g·cm-1·hPa-1·s-1。11日08時(圖2c)，臺風“瑪莉亞”進一步向西移動，其外圍水汽由東北路徑至23°N轉(zhuǎn)向為偏東路徑將水汽輸送到四川盆地，該水汽帶通量值減小至5g.cm-1·hPa-1·s-1，位于南海的熱帶氣旋外圍的水汽通量值維持10～15g·cm-1·hPa-1·s-1。此時到達盆地內(nèi)的水汽通量值有所減小為15g·cm-1·hPa-1·s-1，降雨持續(xù)。11日14時(圖2d)，隨著臺風的進一步西移北抬，其外圍至四川盆地的水汽帶被偏北風截斷，位于南海的熱帶氣旋外圍水汽僅有少量向四川盆地輸送，此時四川盆地內(nèi)的水汽通量值達15g·cm-1·hPa-1·s-1，但由于沒有持續(xù)的水汽供應，因此降雨結(jié)束。

通過上面的分析，進一步說明熱帶氣旋和臺風主要通過其外圍的氣流向西南渦輸送水汽，促使西南渦生成，從而得以發(fā)展和持續(xù)，一旦其水汽和熱量輸送被阻斷，西南渦將減弱消亡。下面將進一步分析熱帶氣旋和臺風是如何通過水汽和熱量作用于西南渦。

2.2 熱帶氣旋遠距離作用改變了西南渦的非平衡性

根據(jù)陳忠明[1]的研究表明，大氣運動的非平衡動力強迫可通過激發(fā)散度場演化來促進中尺度系統(tǒng)的發(fā)展。根據(jù)文獻[1]，對于中尺度運動，其非平衡性質(zhì)可用下式診斷：

(1)

10日20時(圖3a)，西南渦渦心處于非平衡負值區(qū)域，其鄰域也均處在非平衡值的負值區(qū)域，并且在西南渦的東北象限內(nèi)有負值中心，中心值達-35×10-9s-2，西南渦區(qū)域內(nèi)的非平衡運動將激發(fā)低層輻合運動增長，使得西南渦發(fā)展。11日02時(圖3b)西南渦略有南壓，其中心和鄰域均處于非平衡值負值區(qū)域，東北象限有一個負值中心，中心值較上一時次略有減小，中心值為-25×10-9s-2，非平衡運動將繼續(xù)激發(fā)低層輻合運動增長。11日08時(圖3c)，西南渦持續(xù)南壓，其區(qū)域內(nèi)處于非平衡值負值區(qū)域，東北象限內(nèi)維持一個負值中心，強度維持在-25×10-9s-2。11日14時(圖3d)，當?shù)蛯訓|南風速減弱，持續(xù)供應水汽減少后，西南渦渦心處于弱的負值區(qū)域，僅西南象限內(nèi)維持負值，其余象限都為正值區(qū)，說明此時的非平衡運動減弱，將激發(fā)低層輻散運動增長，不利于西南渦的發(fā)展，從而使得降雨減弱。

2.3 熱帶氣旋遠距離作用改變了西南渦的暖濕結(jié)構(gòu)

分析西南渦持續(xù)時段的假相當位溫變化，10日20時和11日02時(圖4a、b)有類似的特征，由于熱帶氣旋外圍暖濕氣流的持續(xù)輸送，700hPa西南渦心及其南部區(qū)域為相對一致的暖濕氣流控制，均為355K的假相當位溫區(qū)域，西南渦北部345K區(qū)域，南北兩側(cè)的位溫差值達10K，呈南側(cè)大，北側(cè)小的非對稱分布。到了11日08時(圖4c)，西南渦渦心及其東側(cè)、南側(cè)受持續(xù)暖濕氣流的控制，假相當位溫增大至357K，而西南渦西北側(cè)由于冷空氣的入侵，假相當位溫下降至339K，西南渦南北兩側(cè)的假相當位溫差值達到18K，使得西南渦區(qū)域內(nèi)的非對稱性加大，增強了渦區(qū)的大氣斜壓性特征。隨后11日14時(圖4d)，西南渦及其鄰域均在355K區(qū)域內(nèi)，南北兩側(cè)的位溫梯度減弱，大氣斜壓性減小，西南渦逐漸減弱。

2.4 熱帶氣旋遠距離作用改變了西南渦的動量結(jié)構(gòu)

暴雨的發(fā)生與中尺度環(huán)流系統(tǒng)有著密切的關(guān)系，根據(jù)文獻[12]，使用25點平滑濾波方法，25點平滑濾波算子不僅考慮了算子的選擇濾波特性，使關(guān)注的中尺度波段的各波分量不受明顯歪曲，而且盡量減小邊界對區(qū)域內(nèi)的影響，能較好的反映系統(tǒng)之間中尺度環(huán)流特征。計算方法如下：

(2)

陳忠明等[10]的研究表明熱帶氣旋增強的外圍氣流，加大了西南渦的南風動量，使得西南渦變成一個動量非對稱的渦旋系統(tǒng)。本文分析利用上述方法濾去小尺度系統(tǒng)的影響，有效獲取西南渦系統(tǒng)自身的主要特征。

通過計算，提取700hPa流場的中尺度信息，10日20時(圖略)西南渦西北側(cè)的風速普遍在2～4m/s左右，東側(cè)的風速在4～8m/s，由于此時臺風外圍水汽和能量輸送，西南渦兩側(cè)的風速差達到2～4m/s，使得西南渦變成一個動量非對稱渦旋系統(tǒng)，西南渦發(fā)展。11日02時(圖5a)西南渦西北側(cè)風速維持在2～4m/s，而東側(cè)由于臺風外圍水汽和熱量的強烈輸送，使得風速加大至8～10m/s，西南渦兩側(cè)的動量非對稱性加大，從而有利于西南渦加強發(fā)展。11日08時(圖5b)，與上一時次相比，西南渦兩側(cè)風速相當，此時渦的強動量非對稱性維持。但由于西北側(cè)冷空氣的南下，使得西南渦向東南移動。而到了11日14時(圖略)，由于臺風外圍偏東風速帶的斷裂，使得盆地內(nèi)西南渦東側(cè)東南風風速減小至2～4m/s，同時冷空氣侵入西南渦。西南渦東西兩側(cè)風速一致，都在2～4m/s左右，西南渦的動量非對稱性消失，西南渦也將減弱。

3 結(jié)論

通過分析2018年7月10～11日四川盆地大暴雨過程的環(huán)流背景，研究了熱帶氣旋遠距離作用下水汽輸送特征，以及熱帶氣旋遠距離對西南渦的加強作用，主要結(jié)論如下：

(1)南海熱帶氣旋通過外圍氣流將偏南風向北輸送，西太平洋上的熱帶氣旋通過其外圍偏東氣流向西延伸，兩股氣流與西南地區(qū)東部的東南氣流貫通，建立水汽和熱量輸送帶。為西南渦的生成、發(fā)展提供有利的條件。

(2)熱帶氣旋通過改變西南渦周圍的風壓場，從而改變西南渦周圍的非平衡性。當東南風風速加大，西南渦周圍的大氣運動加快，使得西南渦處于強非平衡狀態(tài)，從而促進低層輻合增長，進而使得西南渦發(fā)展。

(3)熱帶氣旋通過改變西南渦的暖濕結(jié)構(gòu)，從而改變西南渦的斜壓性。當東南風持續(xù)供應水汽時，西南渦暖濕結(jié)構(gòu)非對稱性加強，增強渦區(qū)的大氣斜壓性，使得西南渦進一步發(fā)展。

(4)熱帶氣旋通過改變西南渦區(qū)域的風場，從而使得西南渦周圍的動量發(fā)生改變。當西南渦東部東南風風速加大，與西南渦西側(cè)風速差值增大，西南渦兩側(cè)的動量非對稱性加大，從而有利于西南渦加強發(fā)展。