楊亦典，彭菊蓉，白愛娟，喬 娟，楊 波

(1.西安市氣象臺，西安 710016；2.漢中市氣象局，陜西漢中 723000；3.成都信息工程大學(xué)，成都 610225；4.勉縣氣象局，陜西勉縣 724200)

西南低渦(簡稱西南渦)是受青藏高原特殊地形影響，生成于我國西南地區(qū)100°～108°E，26°～33°N范圍內(nèi)700或850 hPa等壓面上的氣旋性環(huán)流或有閉合等高線的α中尺度渦旋。西南渦所引發(fā)的暴雨從強(qiáng)度、頻數(shù)和范圍而言，是我國僅次于臺風(fēng)的暴雨天氣系統(tǒng)[1]。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，西南渦全年各月都會出現(xiàn)，以春夏季節(jié)4—9月居多。西南渦的兩個主要生成區(qū)為高原東南緣(九龍生成區(qū)，即九龍、昌都、康定一帶)和四川盆地[2-6]。大部分低渦會在原地生消，部分低渦發(fā)展東移，引發(fā)下游地區(qū)大范圍(如長江流域、淮河流域、華北、東北、華南和陜南等地)暴雨、雷暴等高影響天氣。

近年來，隨著衛(wèi)星、雷達(dá)等非常規(guī)氣象觀測資料的應(yīng)用，對于西南渦結(jié)構(gòu)的研究更加細(xì)致和深入， 對西南渦結(jié)構(gòu)的認(rèn)識逐漸清晰。多位研究人員發(fā)現(xiàn)，西南渦內(nèi)部所包含β中尺度低渦是造成暴雨的重要原因之一。

陜南地區(qū)位于四川盆地東北部，位于西南渦東北移動路徑前沿，是西南渦移出渦的主要影響區(qū)域之一。西南渦的發(fā)生發(fā)展與移動對陜南地區(qū)的降水起著至關(guān)重要的作用。同時，陜南地區(qū)受秦嶺山脈和巴山山脈影響地形復(fù)雜、起伏明顯，造成了其降水分布的不均勻性，極易引發(fā)山區(qū)泥石流、滑坡等次生災(zāi)害，從而造成人員傷亡、植被破壞、交通中斷等問題。例如2020年8月6日洛南縣暴雨過程，造成5人死亡，10人失聯(lián)，部分村電力、通訊中斷，242省道中斷。

本文將回顧近年來各位學(xué)者對西南渦統(tǒng)計(jì)結(jié)果、移動、結(jié)構(gòu)特征、其降水落區(qū)等，并分析其中尺度特征，總結(jié)陜南暴雨主要影響系統(tǒng)，提出西南渦影響下陜南暴雨天氣預(yù)報(bào)的關(guān)注重點(diǎn)。

1 西南渦概況及研究進(jìn)展

1.1 西南渦統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

西南渦生成及活動的統(tǒng)計(jì)是研究西南渦活動的基礎(chǔ)工作。不同單位或個人在不同時期對西南渦的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，西南渦在初夏季節(jié)活動較為活躍[2]，且以九龍地區(qū)為主要渦源發(fā)生地，其次為四川盆地。其中九龍生成區(qū)的低渦大部分會在原地生消，而盆地生成區(qū)低渦則較多移出盆地。其主要移動路徑[4-6]包括以下三類：偏東路徑(占移動類低渦約50.0%)、東北路徑(占移動類低渦約33.3%)，東南路徑(占移動類低渦5.0%)，其中東北路徑經(jīng)陜西南部、華北、山東出海，最遠(yuǎn)可到達(dá)東北地區(qū)。

由于統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同，關(guān)于低渦的季節(jié)變化和移動渦的渦源仍存在一定的分歧。諶貴詢[6]認(rèn)為冬季出渦個數(shù)最多而夏季最少，且移出渦的原地以九龍渦最多，陳啟智[4]則認(rèn)為夏季最多，冬季最少，且移出渦源以盆地渦為主。這樣的統(tǒng)計(jì)差異是否是由于全球氣候變暖所致的則需要進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析。

總而言之，不同時期對西南渦的統(tǒng)計(jì)能夠得出基本一致的結(jié)果，但存在的分歧也是顯而易見的，這與統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、觀測手段、數(shù)據(jù)來源等多方面有關(guān)。不同的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對西南渦的深入研究造成了一定的不確定性，因而制定統(tǒng)一且科學(xué)的西南渦統(tǒng)計(jì)判定指標(biāo)是必須的，同時還需要采用新型探測資料對西南渦的活動特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出更為確切的結(jié)果。另外，不同資料所造成差異的原因也值得進(jìn)一步關(guān)注和研究。

1.2 西南渦結(jié)構(gòu)特征

盧敬華[2]提出西南渦是對流層中、下層的淺薄擾動，呈近圓形而非對稱的中性氣旋。陳忠明[7]通過對西南渦診斷分析揭示了西南渦成熟期的三維結(jié)構(gòu)。成熟階段的西南渦正渦度可延伸至100 hPa以上，中心軸線垂直。其流場和高度場表現(xiàn)為貫穿對流層的中尺度氣旋和低壓；渦區(qū)內(nèi)動量、層結(jié)、垂直運(yùn)動等呈非對稱結(jié)構(gòu)，是一個準(zhǔn)圓形而非對稱的中尺度系統(tǒng)。Wang等[8]研究表明發(fā)展成熟的低渦可從地面延伸到300 hPa，氣旋附近非常潮濕，溫度廓線近濕絕熱，風(fēng)速很小，近乎無風(fēng)切變。王新敏等[9]研究表明西南渦正渦度中心可延伸到200 hPa以上，成熟階段西南渦正渦度具有明顯的向西傾斜的垂直結(jié)構(gòu)，同時正渦度中心有向下游和低層傳播的特征，次正渦度中心能夠預(yù)示著未來西南渦的移向。

對西南渦的結(jié)構(gòu)研究表明，西南渦呈近圓形而非對稱結(jié)構(gòu)，西南渦在不同發(fā)展階段結(jié)構(gòu)不同。成熟階段的西南渦正渦度可延伸至200～100 hPa以上，且500 hPa以上開始有明顯的向西傾斜的結(jié)構(gòu)。

1.3 西南渦的降水落區(qū)

西南渦作為重要的降水天氣系統(tǒng)，其暴雨產(chǎn)生的區(qū)域與西南渦位置的關(guān)系也是研究的重點(diǎn)方向之一。李明等[10]在對2010年7月發(fā)生在川陜地區(qū)的大暴雨天氣研究時發(fā)現(xiàn)，對流渦度矢量(convective vorticity vector, CVV)的垂直分量和氣柱云水量中心值的重合區(qū)是大暴雨的發(fā)生區(qū)。同時，雨帶與高相位溫(θe)弧帶形態(tài)一致，高θe中心即大降水所對應(yīng)的區(qū)域。陳棟等[11]對2005年7月6—9日發(fā)生于川東和陜南交界處的暴雨過程通過濕位渦診斷分析研究發(fā)現(xiàn)低層暖濕空氣相當(dāng)位溫的水平梯度對西南渦的發(fā)展和暴雨發(fā)生有重要影響，并且暴雨發(fā)生在高溫高濕的對流不穩(wěn)定地區(qū)，濕位渦水平分量(Pm2)正中心對暴雨落區(qū)有很好的指示性。同時，以上兩項(xiàng)研究表明θe對雨帶有很好的指示作用。李明發(fā)現(xiàn)，雨帶與高θe弧帶形態(tài)一致，高θe中心即大降水所對應(yīng)的區(qū)域，陳棟則提出相當(dāng)位溫的水平梯度對暴雨發(fā)生和降水區(qū)都有很好的指示性，在暴雨區(qū)低層相當(dāng)位溫有向高空強(qiáng)烈發(fā)展的趨勢，并且在暖濕能量鋒出現(xiàn)后高層出現(xiàn)相當(dāng)位溫為345 K的冷空氣活動跡象。王新敏等[9]提出，成熟期的西南渦渦度場和垂直運(yùn)動同相，對應(yīng)降水發(fā)生的旺盛期，整層強(qiáng)上升運(yùn)動區(qū)與西南渦暴雨區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系，暴雨和大暴雨區(qū)位于西南渦移動方向的右前方，距西南渦中心2～4個經(jīng)度。

1.4 秦巴山區(qū)對西南渦活動的影響

除青藏高原特殊地形對西南渦發(fā)生、發(fā)展和移動的影響外，近年來，逐漸有學(xué)者開始關(guān)注秦巴山脈對于西南渦活動的影響。

母靈[12]在利用中尺度非靜力平衡模式對2010年7月16—18日西南渦暴雨過程的控制實(shí)驗(yàn)和地形敏感性實(shí)驗(yàn)的研究中發(fā)現(xiàn)，秦嶺大巴山山脈對西南渦的形成不具有決定性影響，但對西南渦的維持和發(fā)展有著重要的作用。王沛東[13]利用CFSv2再分析資料和中尺度數(shù)值模式對2014年8月8—9日四川東北部、陜西南部的一次西南渦強(qiáng)降水過程進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)分析了秦巴山區(qū)對此次暴雨的影響作用。研究表明，秦巴山區(qū)地形對西南渦降水的增幅作用明顯，且隨地形高度的升高，降水強(qiáng)度增大，雨帶位置向西偏移。

總體來講，秦巴山區(qū)對西南渦的發(fā)展、移動有明顯影響。秦巴山區(qū)對南北氣流的阻擋影響了西南渦的移動方向，同時，其特殊地形影響水汽輸送、輻合和垂直運(yùn)動，進(jìn)一步影響降水的強(qiáng)度和分布。

2 陜南暴雨的特征及近年主要暴雨過程

陜南位于長江、黃河兩大水系之間的秦巴山區(qū)，山大溝深，地形復(fù)雜，是我國南北過渡的亞熱帶北沿地區(qū)，其暴雨影響系統(tǒng)復(fù)雜多變，值得關(guān)注。

不同的研究人員采用REOF、五年滑動平均等方法統(tǒng)計(jì)了陜西地區(qū)降雨量的氣候變化，均得出陜南地區(qū)的降水量主要集中在夏季，夏季降水量占全年降水量的47%，并且夏季降水呈現(xiàn)增加態(tài)勢[14-16]。王蒙等[15]發(fā)現(xiàn)2006—2008年前后至今，陜南的年極端降水日數(shù)、年極端降水量、年極端降水強(qiáng)度均呈現(xiàn)顯著上升的趨勢，進(jìn)入了新的一輪極端降水波峰期。

利用中國氣象局武漢暴雨研究所以及中央氣象臺對2008年、2011—2019年(部分年份中斷)中國4—10月暴雨天氣過程的分析結(jié)果[17-26]統(tǒng)計(jì)該時段內(nèi)陜南暴雨天氣過程，并分析其主要影響系統(tǒng)。

該時段內(nèi)陜南地區(qū)共發(fā)生35次暴雨天氣過程，其中有12次過程受到了西南渦的影響(表1)，占比高達(dá)34.3%。此外，還有8次暴雨過程受到了低渦切變線的影響。以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果充分說明西南渦對于陜南暴雨天氣的發(fā)生發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。同時，存在明顯的月季特征，由表2可知，9月發(fā)生暴雨的頻率最高為34.3%，其次為7月和6月，分別為28.6%和25.7%。

表1 陜南地區(qū)暴雨過程中不同影響系統(tǒng)發(fā)生頻次及占比

表2 陜南地區(qū)5—9月暴雨過程發(fā)生頻次及占比

3 西南渦的中尺度特征

對不同西南渦降水的個例研究發(fā)現(xiàn)，部分降水是由于西南渦的中尺度系統(tǒng)直接引起的。陶詩言[27-28]根據(jù)1953—1977年的中國大暴雨資料研究了歷史上發(fā)生的中國大暴雨，指出暴雨雖然是中尺度現(xiàn)象，卻是幾種不同尺度天氣系統(tǒng)相互作用的結(jié)果。造成暴雨的天氣系統(tǒng)是尺度為25～250 km的中尺度系統(tǒng)，它對暴雨有兩個作用：(1)產(chǎn)生強(qiáng)上升運(yùn)動并造成水汽通量的輻合和明顯的位勢不穩(wěn)定層，其強(qiáng)度一般要比天氣尺度大1個量級。(2)對積云對流活動起明顯的組織與增強(qiáng)作用。在這種25～250 km的中尺度系統(tǒng)中，包含有若干尺度為2.5～25 km的直接造成暴雨的積雨云團(tuán)，而25～250 km的中系統(tǒng)又是在尺度250～2 000 km的系統(tǒng)里生成的。

黃福均等[29]對1979—1987年5—9月發(fā)生的西南渦暴雨的研究發(fā)現(xiàn)，西南渦暴雨雨團(tuán)之下有數(shù)個中尺度對流系統(tǒng)和中尺度雨團(tuán)存在，這些系統(tǒng)可在雷達(dá)回波和降水自記的雨強(qiáng)中追蹤到，這類中小尺度降水系統(tǒng)活動特征有三。其一，它們活動于西風(fēng)擾動前的西南季風(fēng)氣流中；其二，初生于水陸交錯的江河區(qū)域，在盆地內(nèi)多由南向北或沿江河北移；其三，停留并合并與地形切割的高原東側(cè)邊界河口或低層輻合線附近。這些中小尺度對流系統(tǒng)的活動存在明顯的日變化。這一點(diǎn)在陳貴川等[30]對發(fā)生于2012年7月21日重慶盤龍的特大暴雨的研究中得到了很好的認(rèn)證，在盤龍的此次降水過程中，對單站多普勒雷達(dá)、多站SWAN拼圖以及TBB衛(wèi)星云圖的研究表明，僅僅兩個小時就完成了超級單體的生消活動，并且在盤龍的小時降水量達(dá)到了180.9 mm。中小尺度對流系統(tǒng)的傳播方式與我國北方中尺度回波單體產(chǎn)生于原單體東側(cè)的生命史截然不同。初生的中小尺度對流系統(tǒng)的雷達(dá)探測較衛(wèi)星探測有明顯的先兆性。

趙玉春[31]研究表明2008年7月20—21日西南渦引發(fā)的川中特大暴雨由中尺度對流系統(tǒng)(mesoscale convective system,MCS)的活動直接引起；王新敏[10]在對此次西南渦向東北移動中造成7月21—23日河南東南部(南陽、信陽、周口、商丘)、山東等地出現(xiàn)的區(qū)域性大暴雨的地面風(fēng)場和中尺度雨團(tuán)活動研究發(fā)現(xiàn)，在西南渦移動路徑右前方、低層切變線附近，對應(yīng)多條中尺度輻合線和多個輻合中心；顧清源等[32]利用Barnes帶通濾波和非平衡動力強(qiáng)迫的中尺度特征分析方法針對2007年7月9日西南渦誘發(fā)的川南特大暴雨中尺度系統(tǒng)活動特征分析發(fā)現(xiàn)，特大暴雨過程中西南渦內(nèi)存在一個向西傾斜的、深厚的β中尺度低渦；劉瑞芳和趙奎鋒[33-34]分別對發(fā)生在2007年8月6—7日和2009年7月10—11日發(fā)生陜南地區(qū)的降雨進(jìn)行了研究，結(jié)果表明MCS是造成安康兩次暴雨天氣過程的直接原因，最強(qiáng)降水出現(xiàn)在MCS的成熟期。

陳忠明等[7]對誘發(fā)大暴雨天氣過程的西南渦進(jìn)行中尺度濾波分析得出，強(qiáng)烈發(fā)展的西南渦在流場和高度場上表現(xiàn)為貫穿對流層的中尺度氣旋或低壓，是一個準(zhǔn)圓形且非對稱的中尺度系統(tǒng)。張秀年等[35]對8個典型個例低緯高原西南渦暴雨的研究指出，向東南方向移動的西南渦是造成低緯高原暴雨的重要天氣系統(tǒng)，并指出中尺度濾波分析是一個重要而有效的工具，特別是通過對流場的濾波可以從大尺度流場中濾出直接造成暴雨的中尺度系統(tǒng)。陳茂強(qiáng)等[36]發(fā)現(xiàn)暴雨是由西南渦內(nèi)4個中尺度對流云團(tuán)，即2個中尺度對流復(fù)合體(mesoscal convective complex，MCC)和2個MCS連續(xù)生消造成的，這幾個對流云團(tuán)發(fā)展強(qiáng)度依次減弱，時空尺度依次減小。在其開始階段，有一巨大的中尺度對流復(fù)合體(MCC)沿基本氣流、高TBB梯度方向發(fā)展，是一個向前發(fā)展的系統(tǒng)，強(qiáng)降水出現(xiàn)位置與云團(tuán)發(fā)展方向一致，但在時間上滯后，站點(diǎn)上空TBB曲線和降水曲線位相有一致性。師銳等[37]利用衛(wèi)星云圖對發(fā)生在2014年秋季一次受西南渦影響的暴雨過程研究發(fā)現(xiàn)，中尺度系統(tǒng)是暴雨發(fā)生的直接原因，在有利的中尺度系統(tǒng)穩(wěn)定少動的情況下，中尺度對流云團(tuán)活動異?；钴S，在減弱的冷云罩中，與中小尺度對流云團(tuán)相互嵌套、演變，中尺度對流云團(tuán)的發(fā)展、旺盛導(dǎo)致較強(qiáng)降水的發(fā)生。

多項(xiàng)研究表明，西南渦的中尺度系統(tǒng)是造成西南渦暴雨發(fā)生的直接原因，大部分西南渦影響下的暴雨伴隨著中尺度系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展，暴雨發(fā)生的位置也同中尺度系統(tǒng)位置相對應(yīng)。因此研究西南渦中尺度特征，對指導(dǎo)降雨落區(qū)的預(yù)報(bào)有非常重要的作用。

4 總結(jié)

西南渦作為重要的暴雨天氣系統(tǒng)，對其移動所經(jīng)之地的天氣造成了巨大的影響。作為西南渦東北路徑移動時的主要影響區(qū)域，陜南地區(qū)受其影響明顯；而且，該地區(qū)地形復(fù)雜，降水分布不均勻，極易引發(fā)氣象災(zāi)害。文章著重回顧和總結(jié)了西南渦的研究成果，分析其對陜南地區(qū)降水的影響，為進(jìn)一步開展該區(qū)域西南渦影響下的暴雨研究提供一定的方向。

(1)對于西南渦源地、生消、移動等特征已取得一定的成果。西南渦在初夏季節(jié)活動較為活躍，主要渦源為九龍地區(qū)和盆地地區(qū)。西南渦呈現(xiàn)近圓形而非對稱結(jié)構(gòu)，在不同發(fā)展階段結(jié)構(gòu)不同。成熟階段的西南渦正渦度可延伸至200～100 hPa以上，且500 hPa以上開始有明顯的向西傾斜的結(jié)構(gòu)，并且存在一向西傾斜的中尺度低渦。由于統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和所用資料的差異，不同學(xué)者的研究存在一定的差異；而且部分低渦生消時間過短，常規(guī)觀測資料不利于捕捉其變化規(guī)律。因此，制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并引入雷達(dá)、衛(wèi)星、高分辨率再分析資料等非常規(guī)氣象資料對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)有利于進(jìn)一步開展對西南渦的特征研究。

(2)西南渦的移動路徑主要有偏東路徑、東北路徑和東南路徑，但對其移動機(jī)制的研究結(jié)論仍不夠明確；因此，進(jìn)一步對西南渦移動機(jī)制的研究將是改進(jìn)西南渦降水預(yù)報(bào)的重要環(huán)節(jié)。

(3)秦巴山區(qū)對于西南渦的生成無直接作用，但對西南渦的發(fā)生、維持、移動和降水落區(qū)影響明顯。由于以上研究僅基于兩次個例，需加強(qiáng)研究以形成具有普適性的研究結(jié)論。

(4)西南渦內(nèi)的β中尺度系統(tǒng)是影響降水落區(qū)和大小的主要因素，但目前結(jié)論仍為學(xué)者基于單一個例的研究，對于西南渦的中尺度特征的刻畫仍缺乏統(tǒng)一的認(rèn)知。基于一定分類方法對多個西南渦中尺度系統(tǒng)的研究，從而得出較為一致的、具有預(yù)報(bào)可參考價值的結(jié)論尤為重要，需要進(jìn)行更加深入的研究和討論。例如，通過對多個不同移動路徑、降水量等級、低渦強(qiáng)度和范圍的低渦中尺度特征開展針對性分析。

(5)作為陜南暴雨的主要影響系統(tǒng)，西南渦在35次陜南暴雨過程中共有13次為直接影響，8次為低渦切變線影響，說明西南渦對于陜南暴雨的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。陜南地區(qū)地形復(fù)雜、降水局地性強(qiáng)，利用雷達(dá)、衛(wèi)星等非常規(guī)氣象資料開展西南渦影響下降水的研究，能夠有效彌補(bǔ)常規(guī)觀測資料的時空分辨率問題，為預(yù)報(bào)員開展汛期西南渦暴雨的短時臨近預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)提供參考方法或指標(biāo)。