郁淑華，高文良,3，彭駿

(1.中國(guó)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;3.雅安市氣象局，雅安 625000）

引言

西南低渦(以下簡(jiǎn)稱西南渦)是在青藏高原特殊地形影響下，在一定的環(huán)流形勢(shì)下產(chǎn)生的，它在影響降水的天氣系統(tǒng)中，占有重要的地位。四川“81.7”、河南“75.8”等特大暴雨中，西南渦是主要的影響天氣系統(tǒng)之一(盧敬華，1986；陳忠明等，2003；孫婕和李國(guó)平，2013)。

西南渦的研究，一直受到氣象工作者的重視(陶詩(shī)言，1980；韋統(tǒng)鍵和薛建軍，1996；陳忠明等，1998；李躍清和黃儀方，1994；趙平和孫淑清，1991；朱禾等，2002；黃福均和肖洪郁，1989；高守亭，1987；陳忠明，1990；李國(guó)平等，1991；吳國(guó)雄和劉還珠，1999；Chang et al.，2000；Wang and Gao，2003)。近十多年來，在西南渦的研究方面，更加關(guān)注西南渦的動(dòng)力學(xué)研究與數(shù)值模擬研究。陳忠明等(2007)從位渦方程出發(fā)導(dǎo)出描述三維渦度強(qiáng)度變化方程，分析大氣層結(jié)及其變化等對(duì)三維渦度強(qiáng)度變化的影響。姜勇強(qiáng)等(2004)分析表明，冷空氣活動(dòng)和干濕對(duì)比明顯的能量鋒系統(tǒng)對(duì)西南渦也有明顯的影響。陳麗芳等(2004)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，鋒面最強(qiáng)位置與低渦最強(qiáng)位置在緯向上是接近一致的，低渦加強(qiáng)發(fā)展時(shí)鋒生東傳明顯。何光碧等(2005)數(shù)值模擬表明，西南低空急流在暴雨出現(xiàn)前建立，四川暴雨和四川盆地渦(以下簡(jiǎn)稱盆地渦)同時(shí)出現(xiàn)。周國(guó)兵和沈桐立(2006)的研究表明，“桑達(dá)”臺(tái)風(fēng)西側(cè)吹入內(nèi)陸的東北氣流在西南渦的東南側(cè)出現(xiàn)氣流輻合并使得水汽迅速聚積，從而觸發(fā)了在西南渦附近的特大暴雨天氣過程。陳棟等(2007)指出，在“鞍”型大尺度環(huán)流背景下利于西南渦發(fā)展。蔣璐君等(2015)利用TRMM資料分析低渦降水指出，西南渦降水中對(duì)流降水所占比例比高原渦的大，西南渦降水過程中對(duì)流旺盛程度強(qiáng)于高原渦。

一些研究(馬振鋒和汪之義，1993；陳忠明和閔文彬，1999；陳啟智等，2007)指出西南渦活動(dòng)的一些基本事實(shí)、活動(dòng)特征與成因。李超等(2015)首次揭示了西南渦三個(gè)主要渦源的相互聯(lián)系，指出上游九龍、小金渦對(duì)于下游盆地渦有重要的影響。慕丹和李躍清(2018)指出了西南渦之九龍渦與川西高原南側(cè)地形密切聯(lián)系。Yu等(2016)也指出了高原低渦與西南渦共同活動(dòng)的基本事實(shí)與活動(dòng)特征。但這些研究對(duì)不同渦源的西南渦還缺少研究，不同渦源西南渦的活動(dòng)情況如何、各自形成原因有何異同還不清楚，值得進(jìn)一步探討。這些對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)西南渦形成的機(jī)理、指導(dǎo)西南渦的預(yù)報(bào)和減少其造成的災(zāi)害具有十分重要的意義。為此，本文利用多種資料，分析2012—2017年不同渦源西南渦的活動(dòng)情況、環(huán)境風(fēng)場(chǎng)、冷暖空氣、鋒生的作用，試圖揭示不同渦源西南渦多發(fā)成因方面的一些認(rèn)識(shí)。

1 研究方法及選例

在分析2012—2017年不同渦源西南渦活動(dòng)情況的基礎(chǔ)上，對(duì)不同渦源生成最多月份的西南渦生成時(shí)的合成風(fēng)場(chǎng)、鋒生、鋒消等物理特性合成場(chǎng)與生成前進(jìn)行比較分析研究。

1.1 合成分析方法及選例

西南渦指700 hPa等壓面上生成于青藏高原背風(fēng)坡(99°—109°E、26°—33°N)，連續(xù)出現(xiàn) 2次有閉合等高線的低壓或有三個(gè)站風(fēng)向呈氣旋式環(huán)流的低渦。根據(jù)低渦生成區(qū)域，西南渦又分為九龍渦、盆地渦和小金渦(中國(guó)氣象局成都高原氣象研究所和中國(guó)氣象學(xué)會(huì)高原氣象學(xué)委員會(huì)，2013)。圖1給出九龍渦、盆地渦、小金渦的生成區(qū)域及其海拔高度，由圖1可以看出，九龍渦、小金渦分別生成在青藏高原的東南側(cè)、東側(cè)，盆地渦主要生成在四川盆地上空。西南渦移出是指九龍渦、盆地渦、小金渦移出其生成的區(qū)域。

圖1 九龍渦、盆地渦、小金渦的渦源區(qū)域與海拔高度（1、2、3分別示為九龍渦、盆地渦、小金渦的渦源區(qū)域，陰影區(qū)為海拔高度，單位:m）Fig.1 The elevation and vortex source region of Jiulong vortex,basin vortex and Xiaojing vortex(The number 1，2，3 indicate the Jiulong vortex,basin vortex,and Xiaojin vortex respectively.Boxs indicate vortex source region).

由于不同渦源西南渦生成的區(qū)域不大，因此對(duì)同一渦源西南渦的各物理量場(chǎng)的合成，是對(duì)某一時(shí)刻某種物理場(chǎng)作算術(shù)平均。當(dāng)選取某渦源西南渦合成分析個(gè)例時(shí)為消除日變化的影響，選取以在2012—2017年中某渦源西南渦生成的最多月份內(nèi)，以某年的最多個(gè)例中挑選出出現(xiàn)最多時(shí)次的個(gè)例，九龍渦選取的是2012年6月的20時(shí)(北京時(shí)，下同)，盆地渦選取的是2012年3月的08時(shí)，小金渦選取的是2013年3月的20時(shí)。

依據(jù)合成分析個(gè)例的選取原則，選取的不同渦源西南渦的合成分析個(gè)例見表1。

1.2 鋒生診斷

鋒生、鋒消函數(shù)（劉健文等，2011）為

其中F可分解成三級(jí)部分，即與水平運(yùn)動(dòng)有關(guān)的水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)-F1；與垂直運(yùn)動(dòng)有關(guān)的垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)-F2；與非絕熱變化有關(guān)的的非絕熱項(xiàng)F3。正值表示鋒生，負(fù)值表示鋒消。鋒生消單位簡(jiǎn)寫為FU，單位為10-10m-1·K·s-1。

2 資料及可行性分析

2.1 資料

本文所用的資料包括:(1)2012—2017年每日08時(shí)、20時(shí)的700 hPa高空探測(cè)資料、地面觀測(cè)資料；(2)時(shí)間分辨率為 6 h，水平分辨率為 1°×1°的 NCEP/FNL 2012—2016年3、6月資料；(3)中國(guó)氣象局成都高原氣象研究所、中國(guó)氣象學(xué)會(huì)高原氣象學(xué)委員會(huì)編著出版的現(xiàn)有的西南低渦年鑒2012—2017年冊(cè)。

2.2 NCEP/FNL的可信性分析

雖然NCEP再分析資料已在西南渦研究中得到了廣泛應(yīng)用(周國(guó)兵等，2006；黃楚惠等，2011)，為慎重起見，首先比較九龍渦、盆地渦、小金渦的各合成個(gè)例生成時(shí)次的常規(guī)氣象觀測(cè)資料的700 hPa形勢(shì)場(chǎng)(簡(jiǎn)稱實(shí)況)及NCEP/FNL得到的700 hPa形勢(shì)場(chǎng)。以位勢(shì)高度代表低渦中心強(qiáng)、弱。表1給出九龍渦、盆地渦、小金渦的各合成個(gè)例生成時(shí)次的實(shí)況與NCEP/FNL分析的低渦中心位置及強(qiáng)度。由表1所見，NCEP/FNL分析的低渦位置、強(qiáng)度與實(shí)況比較接近，東西最大偏差在1.5個(gè)經(jīng)度內(nèi)，南北最大偏差在2.4個(gè)緯度內(nèi)，低渦中心強(qiáng)度最大偏差不超過2 dagpm。由此可見，NCEP/FNL提供的格點(diǎn)分析資料是可信的，NCEP/FNL能較好地反映九龍渦、盆地渦、小金渦的各合成個(gè)例生成。

表1 各渦源西南渦合成個(gè)例生成時(shí)實(shí)況與NCEP/FNL的中心位置及強(qiáng)度Table 1 The center position and intensity reflected by NCEP/FNL and observational data in the composite cases of the SCV generation phase with different vortex sources.

2.3 個(gè)例的降水情況

西南渦編號(hào)是以“D”字母開頭，按年份的后二位數(shù)與當(dāng)年低渦順序二位數(shù)組成(中國(guó)氣象局成都高原氣象研究所和中國(guó)氣象學(xué)會(huì)高原氣象學(xué)委員會(huì)，2013)。為了解三個(gè)源地西南低渦多發(fā)的活動(dòng)與降水的聯(lián)系，現(xiàn)將不同渦源西南渦合成分析個(gè)例的過程雨量分布情況與雨量中心強(qiáng)度、位置列于表2。由表2可以看出，大部分個(gè)例能造成跨省的中雨以上降水，其中暴雨過程4次，3次中心雨量在100 mm以上，過程雨量100 mm以上的都是九龍渦造成的，分別是D12066西南渦過程(四川犍為1 d雨量為117 mm)、D12063西南渦過程(湖南慈利2 d雨量為243.3 mm)、D12062西南渦過程(廣西昭平4 d雨量為441.3 mm)。3月份的8次過程中，中雨以上過程占63%，我國(guó)西南地區(qū)3月份中雨過程是不多見的(徐裕華，1991)。這些合成分析個(gè)例的過程，影響區(qū)域跨3個(gè)省份的占93%，跨5個(gè)省份的占三分之二強(qiáng)，其中有一次降水影響區(qū)域跨12個(gè)省份。說明雖然盆地渦、小金渦的多發(fā)月份在3月份，九龍渦的多發(fā)月份在6月份，都不在主汛期內(nèi)，但九龍渦、盆地渦、小金渦對(duì)我國(guó)西南部、中部降水影響很大。

表2 各渦源西南渦合成分析個(gè)例的雨區(qū)范圍與極值分布Table 2 The rainfall distribution region and extremum of composite SCV cases for different vortex sources.

3 九龍渦、盆地渦、小金渦的活動(dòng)情況

圖2給出了2012—2017年西南渦與九龍渦、盆地渦、小金渦生成及其移出的各月次數(shù)。從圖2a看出，3—6月是西南渦的多發(fā)時(shí)段，3—6月每月的總次數(shù)都在54次以上，平均每年每月有9次以上；同時(shí)3—6月也是西南渦移出渦源的多發(fā)時(shí)段，3—6月各月移出渦源總次數(shù)在19次以上，平均每年每月有3次以上。從圖2b看出，九龍渦的各月生成次數(shù)變化曲線與西南渦(圖2a)相似，6月生成次數(shù)最多，6月之前呈上升趨勢(shì)，6月之后呈下降趨勢(shì)，反映了九龍渦在西南渦生成中占有最重要的位置。這與陳啟智等(2007)提出的的結(jié)果一致。羅清等(2018)也指出，西南渦生成最多的是春季，其中九龍渦生成最多的季節(jié)是夏季，盆地渦生成最多的是冬季，其次是春季；小金渦生成最多的是春季。從圖2c看出，盆地渦3月生成次數(shù)最多，3月之后緩慢下降，但是6月份生成次數(shù)仍有19次之多，說明3—6月是西南渦多發(fā)時(shí)段，主要是由九龍渦其次是盆地渦造成的。這與盧敬華(1986)指出的結(jié)果相一致。從圖2d看出，小金渦雖然各月生成次數(shù)比九龍渦、盆地渦少很多，但它移出渦源的幾率最高，3月、8月生成的小金渦，都能移出其渦源區(qū)，因此小金渦的活動(dòng)不容忽視。另外，6月份是九龍渦的多發(fā)月份，其中，2012年6月最多，共12次；3月份是盆地渦、小金渦的多發(fā)月份，其中，2012年3月盆地渦最多，共7次；2013年3月小金渦最多，共4次。這也為選擇不同渦源西南渦合成分析個(gè)例提供了佐證。

圖2 2012—2017年西南低渦(a)、九龍渦(b)、盆地渦(c)與小金渦(d)生成(實(shí)心圓)及其移出(空心圓)渦源的各月次數(shù)Fig.2 The generation(solid circle)and departure source region(opening circle)occurrence time in months of(a)Southwest vortex,(b)Jinlong vortex,(c)basin vortex,and(d)Xiaojing vortex.

4 環(huán)境風(fēng)場(chǎng)

盧敬華(1986)指出青藏高原東側(cè)的摩擦作用和四川盆地的特殊障礙作用，對(duì)該地氣旋性環(huán)流的形成占有相當(dāng)重要的地位。高守亭(1987)指出四川盆地及其周圍地形是西南渦形成的一個(gè)直接動(dòng)力原因。其中的西南渦是九龍渦、盆地渦、小金渦的統(tǒng)稱。下面對(duì)九龍渦、盆地渦、小金渦這些不同渦源生成期間700 hPa合成風(fēng)場(chǎng)、南風(fēng)增量場(chǎng)、渦度場(chǎng)進(jìn)行比較分析，加以探討在高原地形作用下，環(huán)境風(fēng)場(chǎng)對(duì)不同渦源西南渦影響有何差異。

4.1 偏南氣流對(duì)九龍渦的影響

圖3、4給出了九龍渦、盆地渦、小金渦生成時(shí)、生成前12 h、生成前24 h的700 hPa合成風(fēng)場(chǎng)、700 hPa合成南風(fēng)24 h增量分布。從九龍渦生成時(shí)與生成前12 h、24 h的700 hPa合成風(fēng)場(chǎng)(圖3a、b、c)比較看出，青藏高原以南的天氣系統(tǒng)，從九龍渦生成前24 h無低槽，以西風(fēng)氣流為主(圖3c)，生成前12 h有淺槽(圖3b)，到生成時(shí)的低槽(圖3a)，使孟加拉灣(以下簡(jiǎn)稱孟灣)流入九龍渦區(qū)的氣流，在九龍渦生成前24 h、12 h無，到生成時(shí)流入九龍渦區(qū)，且氣流一直增強(qiáng)。從九龍渦生成時(shí)與生成前12 h、24 h的700 hPa合成24 h南風(fēng)增量(4a、b、c)也可以看出，由于渦區(qū)及渦區(qū)西南部以南都是偏南風(fēng)(圖3a、b、c)，因此圖4a、b、c的南風(fēng)增量正值是反映南風(fēng)的增強(qiáng)量。由圖4a、b、c可以看出，九龍渦生成前24 h到生成時(shí)，渦區(qū)及渦區(qū)西南部以南都存在正值區(qū)即南風(fēng)增強(qiáng)區(qū)，且逐步擴(kuò)大、加強(qiáng)。這一增強(qiáng)的西南氣流從四川南部開口地形(101°—104°E、26°—29°N，圖1)進(jìn)入九龍渦區(qū)，受此渦區(qū)地形影響，在九龍渦區(qū)形成明顯的氣旋曲度(由于6個(gè)個(gè)例合成的原因，未出現(xiàn)閉合低壓環(huán)流)。由圖3a、b、c還可以看出，生成時(shí)九龍渦區(qū)內(nèi)的氣旋曲度(圖3a)比生成前12 h、24 h的明顯(3b、c)，反映九龍渦生成時(shí)九龍渦區(qū)曲率渦度正值比之前加大，與此同時(shí)，九龍渦生成時(shí)氣旋性渦度由生成前12 h的3.009×10-5s-1增加到3.859×10-5s-1(表3)。由此可以看出6月份九龍渦多發(fā)是與高原以南700 hPa低槽南伸、孟灣西南氣流加強(qiáng)、從高原東南側(cè)開口地形流入，使氣旋性渦度增加有關(guān)的。

4.2 北支、南支氣流交匯對(duì)盆地渦的影響

從盆地渦生成時(shí)與生成前12 h、24 h的700 hPa合成風(fēng)場(chǎng)(圖3d、e、f)比較看出，盆地渦生成前24 h、12 h以及生成時(shí)，高原南部以及北部，以西風(fēng)氣流為主，高原以東-盆地渦處于北、南兩支氣流的匯合處，反映了西風(fēng)氣流經(jīng)過高原大地形分支、繞流明顯。受北支偏東北氣流與南支偏西南氣流的交匯影響，盆地渦生成前24 h在30.5°N，104°—106°E有弱切變(圖3f)；生成前12 h由于入流盆地渦區(qū)的東北氣流加強(qiáng)，比入流的西南氣流的加強(qiáng)明顯，此弱切變南壓并加強(qiáng)，位置位于29.5°N，106°—108°E(圖3e)；生成時(shí)切變線長(zhǎng)度大于5個(gè)經(jīng)/緯距，切變線上有圓性氣旋性閉合環(huán)流，并伴有低壓中心，盆地渦生成(圖3d)。另外，從盆地渦生成時(shí)與生成前12 h、24 h的700 hPa合成南風(fēng)24 h增量(圖4d、e、f)比較可以看出，盆地渦生成前24 h、12 h以及生成時(shí)渦區(qū)內(nèi)橫切變線以北的南風(fēng)增量分別為-9 m·s-1、-5 m·s-1、-3 m·s-1，渦區(qū)內(nèi)橫切變線以南的南風(fēng)增量分別為負(fù)值、3 m·s-1、2 m·s-1，相應(yīng)在盆地渦區(qū)內(nèi)橫切變線附近(29°—31°N)的最大合成渦度、平均合成渦度在盆地渦生成時(shí)分別為6.025×10-5s-1、2.824×10-5s-1，生成前 12 h 分別為 4.295×10-5s-1、2.555×10-5s-1，生成前 24 h 分別為 3.899×10-5s-1、2.029×10-5s-1(表3)，盆地渦生成時(shí)最大合成渦度、平均合成渦度比生成前12 h、24 h明顯增加，尤其是最大合成渦度。說明盆地渦生成前24 h到生成時(shí)渦區(qū)內(nèi)橫切變線北、南兩側(cè)風(fēng)加強(qiáng)，使橫切變線加強(qiáng)而產(chǎn)生輻合作用，這種輻合作用產(chǎn)生渦度傾向，從而導(dǎo)致盆地渦生成。由此不難看出，3月份盆地渦多發(fā)，是與西風(fēng)氣流經(jīng)過高原大地形分支，繞流后，在盆地渦區(qū)內(nèi)形成切變線，并且切變線北、南兩側(cè)風(fēng)加強(qiáng)密切相關(guān)的。

圖3 九龍渦、盆地渦、小金渦生成時(shí)(a、d、g)、生成前12 h(b、e、h)、生成前24 h(c、f、i)700 hPa合成風(fēng)場(chǎng)(單位:m·s-1)(彩色陰影區(qū)代表海拔高度≥3 km區(qū)域，框線示為渦源區(qū)域)Fig.3 The composite wind field(unit:m·s-1)in(a,d,g)generation phase,(b,e，h)12 h prior the generation phase,and(c,f,i)24 h prior the generation phase on 700 hPa of the Jiulong vortex,basion vortex,and Xiaojin vortex,respectively(The color shadowed area is the area with altitude more than 3 km.Boxs indicate vortex source region).

4.3 北伸的偏南氣流對(duì)小金渦的影響

圖3為九龍渦、盆地渦、小金渦生成時(shí)與生成前12 h、24 h的700 hPa合成風(fēng)場(chǎng)，從小金渦(圖3 g、h、i)的合成風(fēng)場(chǎng)可以看出，小金渦生成前24 h孟灣以北90°E有一低槽(圖3i)，生成前12 h此低槽東移到93.5°E，南伸到21°N(圖3h)，生成時(shí)此低槽繼續(xù)加強(qiáng)南伸(圖3g)。從小金渦生成時(shí)與生成前12 h、24 h的700 hPa合成南風(fēng)增量(圖4g、h、i)也可以看出進(jìn)入四川南部的偏南氣流強(qiáng)度比九龍渦的大。由于渦區(qū)東部及其以東、以南都是偏南風(fēng)，渦區(qū)西部都是偏西風(fēng)(圖3 g、h、i)，因此那里的南風(fēng)增量正值是反映南風(fēng)增強(qiáng)量。由圖4g、h、i可以看出，小金渦生成前24 h到生成時(shí)，渦區(qū)東部及其以東、以南，存在較強(qiáng)正值帶區(qū)，小金渦區(qū)東南部有明顯的南風(fēng)增強(qiáng)區(qū)，這一增強(qiáng)的偏南氣流進(jìn)入小金渦區(qū)東南部開口地形(102°—104°E、30.5°—32.5°N，圖1)后，受此渦區(qū)地形影響，在小金渦區(qū)形成明顯的氣旋曲度，生成時(shí)小金渦區(qū)內(nèi)的氣旋曲度(圖3g)，比生成前12 h、24 h的明顯(圖3h、i)，反映了小金渦生成時(shí)渦區(qū)曲率渦度正值比之前加大。與此同時(shí)，小金渦生成時(shí)渦區(qū)最大渦度、平均渦度生成時(shí)分別為2.46×10-5s-1、0.362×10-5s-1，生成前12 h分別為2.452×10-5s-1、0.109×10-5s-1，生成前 24 h 分別為1.924×10-5s-1、-0.344×10-5s-1(表3)，小金渦生成時(shí)氣旋性渦度比生成前12 h、24 h增加。不難看出3月份小金渦多發(fā)，是與700 hPa高原以南的低槽比九龍渦的偏東、南伸，流入四川南部的偏南氣流比九龍渦的強(qiáng)且偏北有關(guān)。

表3 不同渦源西南渦各時(shí)次渦區(qū)內(nèi)合成渦度(單位:10-5s-1)Table 3 The composite vorticity of different vortex sources of SCV in different times(unit:10-5s-1).

圖4 九龍渦、盆地渦、小金渦生成時(shí)(a、d、g)、生成前12 h(b、e、h)、生成前24 h(c、f、i)700 hPa合成南風(fēng)分量24 h增量(等值線，單位:m·s-1,框線和彩色陰影區(qū)說明同圖3)Fig.4 The 24 h south wind increment field(contour lines,unit:m·s-1)in(a,d,g)generation phase,(b,e,h)12 h before the generation phase,and(c,f,i)24 h before the generation phase of the Jiulong vortex,basion vortex,and Xiaojin vortex,respectively(The box line and color shadowed area is same as Fig.3).

由以上分析看出，不同渦源西南渦多發(fā)的環(huán)境風(fēng)場(chǎng)是不同的。九龍渦、小金渦多發(fā)，與偏南氣流流入各自渦區(qū)南部的開口地形有關(guān)，不同的是在高原以南的低槽，小金渦的比九龍渦的偏東且更南伸，南部的氣流比九龍渦的強(qiáng)，盆地渦多發(fā)與西風(fēng)氣流經(jīng)高原繞流后，北、南兩支氣流在四川盆地匯合形成的切變線有關(guān)。還可看出，盆地渦的強(qiáng)度比九龍渦強(qiáng)，小金渦是西南渦中最弱的一類，這可能是與氣流經(jīng)高原地形繞流后匯合的輻合作用產(chǎn)生渦度傾向而產(chǎn)生的低渦，比氣流流入開口地形后受地形影響使曲率渦度加大，而形成高原東側(cè)、東南側(cè)中尺度氣旋性環(huán)流的影響更大有關(guān)。

5 冷暖空氣與鋒生作用

西南渦多發(fā)的成因比較復(fù)雜，有諸多因素參與作用。高守亭和周玉淑(2019)指出，在鋒面附近，由于鋒面上風(fēng)的垂直切變很大，加之鋒面抬升使垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，也極易形成中尺度對(duì)流渦，是具有高慣性穩(wěn)定性的中尺度氣旋性渦旋系統(tǒng)，西南渦就是其中之一。反映了鋒面是與中尺度渦旋相聯(lián)系的。鋒的特征可以在對(duì)流層各層出現(xiàn)，一般把在對(duì)流層低層具有明顯鋒特征的鋒稱為“低層鋒”，強(qiáng)溫度梯度集中的狹長(zhǎng)區(qū)域?yàn)殇h面(壽紹文等，2009)。對(duì)九龍渦、小金渦、盆地渦而言，由于九龍渦、小金渦、盆地渦分別處在青藏高原東南側(cè)、東側(cè)、高原東部周邊，高原受地表影響溫度高，在受東北方向冷空氣侵入影響的情況下，會(huì)在高原邊緣或高原附近區(qū)形成溫度梯度集中帶，可視為700 hPa高原邊緣或高原附近存在鋒面，一般鋒面兩側(cè)分別存在直接環(huán)流、間接環(huán)流(柳俊杰等，2003)，因此在九龍渦、小金渦、盆地渦的鋒面西(東)側(cè)存在直接環(huán)流(間接環(huán)流)，暖區(qū)的直接環(huán)流可將700 hPa以上的高位渦下傳至此鋒面附近，吳國(guó)雄和劉還珠(1999)指出高位渦下傳，會(huì)引起低層垂直渦度發(fā)展，從而加強(qiáng)低渦。所以，高位渦下傳會(huì)造成700 hPa原有的氣旋彎曲(九龍渦、小金渦)或切變線低渦(盆地渦)正位渦異常，使氣旋彎曲或切變線低渦的等壓面向下彎曲，位勢(shì)高度降低，可誘生一個(gè)氣旋性環(huán)流，使在原有的氣旋彎曲處或切變線處疊加一個(gè)氣旋性環(huán)流，起到加強(qiáng)在原有的氣旋彎曲或切變線低渦的氣旋性渦度的作用。朱乾根等(1981)指出，鋒生作用加強(qiáng)處，經(jīng)過一段時(shí)間后低層流場(chǎng)就會(huì)發(fā)生變化，風(fēng)的氣旋性切變也將明顯起作用加強(qiáng)。因此，鋒生是與氣旋性渦度增強(qiáng)相聯(lián)系的。下面對(duì)九龍渦、盆地渦、小金渦生成期間，700 hPa合成溫度、溫度平流與水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、非絕熱加熱引起的鋒生作用進(jìn)行比較分析，以探討冷暖空氣與鋒生作用對(duì)不同渦源的西南渦多發(fā)的影響。

5.1 對(duì)九龍渦的影響

圖5給出了九龍渦、盆地渦、小金渦生成時(shí)、生成前12 h、生成前24 h的700 hPa合成溫度、溫度平流、垂直速度分布。從圖5a、b、c比較可以看出，九龍渦生成前24 h，有來自東北方的冷空氣入侵渦區(qū)東北部(11℃)，渦區(qū)西南部有≥13℃的暖區(qū)(圖5c)，這一暖區(qū)呈西北-東南向，與海拔高度分布較一致，此處地形高度接近700 hPa，反映了這一暖區(qū)主要是由高原東南側(cè)地面加熱造成的，由于此時(shí)渦區(qū)大部分區(qū)域?yàn)槠珫|南風(fēng)(圖3c)，造成了此時(shí)渦區(qū)大部分區(qū)域?yàn)槔淦搅?圖5c)；生成前12 h，來自東北方的冷空氣從渦區(qū)東北部深入到了渦區(qū)西南部，渦區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域溫度≤11℃(圖5b)，由于渦區(qū)大部分區(qū)域?yàn)槠珫|南風(fēng)(圖3b)，造成了渦區(qū)大部分區(qū)域?yàn)榕搅鲄^(qū)(＜0.5×10-5K·s-1，圖5b)；生成時(shí)的九龍渦區(qū)東部溫度≤11℃，渦區(qū)內(nèi)西北向東南大部為溫度≥13℃的暖區(qū)(圖5a)，此時(shí)渦區(qū)東部為偏東風(fēng)，渦區(qū)西南部為偏西南風(fēng)(圖3a)，造成了渦區(qū)東部、西南部為冷平流區(qū)，渦區(qū)西北、東南部為暖平流區(qū)，最大值為0.869×10-5K·s-1，渦區(qū)內(nèi)明顯的氣旋曲度處在暖平流區(qū)內(nèi)、且暖平流在增強(qiáng)。相應(yīng)生成時(shí)九龍渦區(qū)內(nèi)上升運(yùn)動(dòng)速度(-0.528 Pa·s-1)比生成前12 h(-0.362 Pa·s-1)、24 h(-0.467 Pa·s-1)增強(qiáng)，這一上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)可能是由于九龍渦生成前12 h到生成時(shí)在渦區(qū)西北、東南部暖平流分布不均勻引起的，上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)利于低渦生成。根據(jù)非絕熱、有摩擦情況下的熱成風(fēng)適應(yīng)原理，暖平流分布不均勻之處，熱成風(fēng)平衡被破壞，產(chǎn)生正的非熱成風(fēng)渦度，在熱成風(fēng)適應(yīng)過程中將產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)、利于低渦生成(李國(guó)平等，1991)。說明地形高度接近700 hPa的九龍渦渦區(qū)的暖平流分布不均勻是利于九龍渦生成的。

圖5 九龍渦、盆地渦、小金渦生成時(shí)(a、d、g)、生成前12 h(b、e、h)、生成前24 h(c、f、i)700 hPa合成溫度(紅色虛線，單位:℃)、溫度平流(綠色等值線，單位:10-5K·s-1)、垂直速度(藍(lán)色等值線，單位:Pa·s-1，框線和彩色陰影區(qū)說明同圖3 )Fig.5 The composite temperature field(red dotted line,unit:℃)on 700 hPa，the temperature advection(green contour,unit:10-5K·S-1)on 700 hPa,and the vertical wind speed(blue contour line,unit:Pa·s-1)on 700 hPa in(a,d,g)generation phase,(b,e,h)12 h prior the generation phase,and(c,f,i)24 h prior the generation phase to Jiulong vortex,basion vortex,and Xiaojin vortex,respectively(The box line and color shadowed area is same as in Fig.3).

由溫度場(chǎng)分析可以看出，九龍渦生成時(shí)從高原東南側(cè)經(jīng)云南北部到高原南側(cè)的等溫線(圖5a)比生成前12 h(圖5b)明顯加密，反映了九龍渦生成時(shí)從高原東南側(cè)經(jīng)云南北部到高原南側(cè)有鋒面存在。圖6給出了九龍渦渦區(qū)內(nèi)生成前12 h、生成時(shí)的700 hPa鋒生函數(shù)值及生成時(shí)各分量水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)、垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)、非絕熱項(xiàng)分布。從圖6可以看出，生成前12 h渦區(qū)內(nèi)鋒生、鋒消值的F分布，渦區(qū)內(nèi)絕大部分區(qū)域?yàn)樨?fù)值，即鋒消區(qū)占絕大部分，最大鋒消值在渦區(qū)東北部，為-12.684 FU。只有渦區(qū)西南、西北、中部有鋒生區(qū)(圖6a)。生成時(shí)渦區(qū)內(nèi)鋒生區(qū)比生成前12 h明顯擴(kuò)大，集中分布在二個(gè)成片的區(qū)域(圖6b)，一個(gè)位于渦區(qū)東北、東、東南、南部成片的區(qū)域(簡(jiǎn)稱:渦區(qū)東部鋒生區(qū))，另一個(gè)位于渦區(qū)西北、北部成片的區(qū)域(簡(jiǎn)稱:渦區(qū)北部鋒生區(qū))。這二個(gè)成片的鋒生區(qū)與九龍渦生成時(shí)的明顯氣旋曲度處(圖3a)相吻合，并在北、南部分別伴有13.441 FU、3.737 FU中心，F(xiàn)值比前12 h明顯增加，渦區(qū)北部鋒生強(qiáng)度很強(qiáng)。反映了鋒生是利于九龍渦生成的。還可看出，渦區(qū)東部鋒生區(qū)主要是由垂直運(yùn)動(dòng)、水平運(yùn)動(dòng)與非絕熱變化過程共同影響造成的(圖6d、c、e)，渦區(qū)北部鋒生區(qū)主要是由非絕熱變化過程影響造成的(圖6e)，此鋒生區(qū)地形高度最接近700 hPa。說明九龍渦生成是以非絕熱變化過程對(duì)鋒生的正貢獻(xiàn)為主，也與垂直運(yùn)動(dòng)、水平運(yùn)動(dòng)對(duì)鋒生的正貢獻(xiàn)加入密切相關(guān)。

圖6 九龍渦渦區(qū)內(nèi)700 hPa鋒生函數(shù)值及各分量分布(單位:10-10m-1·K·s-1)：生成前12 h F值(a)；生成時(shí)F值(b)；生成時(shí)F1值(c)；生成時(shí)F2值(d)；生成時(shí)F3值(e)Fig.6 The distribution fields of frontogenesis function and its components on 700 hPa of Jiulong vortex zone(unit：10-10m-1·K·s-1)(a)12 h prior the generation of F,(b)on generation time of F,(c)on generation time of F1,(d)on generation time of F2,and(e)on generation time of F3.

5.2 對(duì)盆地渦的影響

從盆地渦生成時(shí)與生成前12、24 h渦區(qū)內(nèi)700 hPa合成溫度、溫度平流場(chǎng)(圖5d、e、f)的比較可以看出，盆地渦生成前24 h(圖5f)，有來自北方的冷空氣入侵渦區(qū)北部(-5℃)，冷溫度槽伸到了渦區(qū)西南部，由于此時(shí)渦區(qū)北半部與南半部分別為偏東風(fēng)與偏西南風(fēng)(圖3f)，造成了此時(shí)渦區(qū)北半部與南半部分別為暖平流與冷平流；之后，隨著盆地渦區(qū)以北冷溫度槽東移，南方暖空氣北進(jìn)勢(shì)力加強(qiáng)，生成前12 h入侵渦區(qū)北部的冷空氣稍有北推(圖5e)，由于此時(shí)渦區(qū)北半部與南半部分別為東北風(fēng)與西南風(fēng)(圖3e)，且加強(qiáng)，尤其是南半部，造成了此時(shí)渦區(qū)暖平流范圍擴(kuò)大，渦區(qū)中西部為暖、冷平流相間區(qū)；盆地渦生成時(shí)(圖5d)，又有北方冷溫度波動(dòng)?xùn)|傳經(jīng)向疊加在渦區(qū)北部的冷溫度槽上，入侵渦區(qū)的冷空氣(-5℃)比盆地渦生成前12 h明顯南伸，造成了此時(shí)渦區(qū)南半部的冷平流區(qū)擴(kuò)大，盆地渦在切變線上渦區(qū)中西部的冷平流(-6～-9×10-5K·s-1)區(qū)內(nèi)生成，即存在受冷平流影響，斜壓性增強(qiáng)利于低渦生成的條件(郁淑華，2018)。反映了盆地渦生成時(shí)冷空氣入侵渦區(qū)的情況及溫度平流的分布與九龍渦是不同的，受北方冷空氣影響，斜壓性增強(qiáng)是利于盆地渦生成的。

由溫度場(chǎng)分析看出，盆地渦生成時(shí)(圖5d)與生成前12 h(圖5e)從四川盆地內(nèi)的長(zhǎng)江附近到高原東南側(cè)有等溫線密集帶，盆地渦生成時(shí)此等溫線密集帶比生成前12 h偏南，反映盆地渦生成時(shí)從四川盆地內(nèi)的長(zhǎng)江附近到高原東南側(cè)有鋒面存在。圖7給出了盆地渦渦區(qū)內(nèi)生成前12 h、生成時(shí)700 hPa鋒生函數(shù)值及生成時(shí)各分量的水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)、垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)、非絕熱項(xiàng)分布。從盆地渦生成時(shí)、生成前12 h渦區(qū)內(nèi)700 hPa鋒生、鋒消分布看出，生成前12 h渦區(qū)內(nèi)鋒生、鋒消值F分布(圖7a)，渦區(qū)內(nèi)絕大部分區(qū)域?yàn)樨?fù)值，即鋒消區(qū)占絕大部分，最大鋒消值在渦區(qū)西部，為-19.56 FU；鋒生區(qū)主要分布在渦區(qū)西南部、西北部。生成前12 h渦區(qū)內(nèi)鋒消區(qū)域占渦區(qū)面積67%，比九龍渦的(77%)稍小些，但負(fù)值強(qiáng)度比九龍渦的強(qiáng)，即鋒消強(qiáng)度比九龍渦的強(qiáng)。生成時(shí)渦區(qū)內(nèi)鋒生區(qū)比生成前12 h擴(kuò)大(圖7b)，渦區(qū)內(nèi)鋒生區(qū)域比鋒消區(qū)域大。F正值區(qū)主要分布在渦區(qū)內(nèi)28°N以南區(qū)域與渦區(qū)中部、東、東北部成片區(qū)域(圖7b)，對(duì)照盆地渦生成時(shí)的流場(chǎng)圖(圖3d)不難看出，盆地渦所處的橫切變線及其以南有大片F(xiàn)正值區(qū)，盆地渦中心處在F正值區(qū)內(nèi)，伴有5.17 FU中心，F(xiàn)值比前12 h增加6.71 FU，反映了鋒生是利于盆地渦生成的。還可看出，渦區(qū)內(nèi)28°N以南區(qū)域的鋒生區(qū)主要是由非絕熱變化項(xiàng)F3影響造成的(圖7e)，渦區(qū)中部、東、東北部成片的鋒生區(qū)主要是由垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)F2影響造成的(圖7d)，盆地渦中心區(qū)鋒生大值主要也是由垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)F2影響造成的(圖7d)，水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)F1起鋒消作用(圖7c)。說明盆地渦生成是由垂直運(yùn)動(dòng)比非絕熱變化過程影響更大的兩者對(duì)鋒生的正貢獻(xiàn)密切相關(guān)的。這與九龍渦生成是由非絕熱變化過程對(duì)鋒生的正貢獻(xiàn)為主是有區(qū)別的。

圖7 同圖6,渦源為盆地渦Fig.7 Same as fig.6 but for Basin Vortex.

5.3 對(duì)小金渦的影響

從小金渦生成時(shí)、生成前12、24 h渦區(qū)內(nèi)700 hPa合成溫度、溫度平流場(chǎng)(圖5g、h、i)比較看出，小金渦生成前24 h(圖5i)，有來自東北方的冷空氣入侵渦區(qū)東南部(3℃)，渦區(qū)大部有≥9℃的暖區(qū)，這一暖區(qū)呈西—東向，與海拔高度分布較一致，此處地形高度接近700 hPa，反映了這一暖區(qū)主要是由高原東側(cè)地面加熱造成的，暖中心在渦區(qū)中部，由于此時(shí)渦區(qū)東部與西部分別為偏東南風(fēng)與偏西南風(fēng)(圖3i)，造成了渦區(qū)中部有小區(qū)域?yàn)榕搅?，大部分區(qū)域?yàn)槔淦搅鳎恢罄錅囟炔勐晕⑽魃?，生成?2 h小金渦區(qū)東部有溫度≤1℃區(qū)域(圖5h)，由于此時(shí)渦區(qū)內(nèi)為偏南風(fēng)(圖3h)，造成了渦區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域?yàn)榕搅?＜1.6×10-5K·s-1)；小金渦生成時(shí)(圖4g)，冷溫度槽繼續(xù)西南伸，由于我國(guó)南方暖空氣勢(shì)力穩(wěn)定，和高原背風(fēng)坡地面加熱作用，使渦區(qū)東部出現(xiàn)明顯的溫度梯度，又由于此時(shí)渦區(qū)東、西部，分別為偏東南風(fēng)、偏西風(fēng)(圖3g)，造成了渦區(qū)北、南、東南部均為暖平流，最大值為6.308×10-5K·s-1，暖平流加強(qiáng)，其余區(qū)域?yàn)槔淦搅鳎瑴u區(qū)內(nèi)明顯的氣旋曲度處在渦區(qū)東南部的暖平流區(qū)內(nèi)，且暖平流在增強(qiáng)，由于在渦區(qū)東南部暖平流分布不均勻，類同九龍渦，產(chǎn)生正的非熱成風(fēng)渦度，在熱成風(fēng)適應(yīng)過程中將產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)地生成時(shí)小金渦區(qū)內(nèi)上升運(yùn)動(dòng)速度(圖5g，-0.781 Pa·s-1)比生成前12 h(圖5h，-0.205 Pa·s-1)增強(qiáng)，利于小金渦生成。說明小金渦渦區(qū)的溫度平流分布是利于小金渦生成，小金渦生成有與九龍渦類同之處，但渦區(qū)東南部的暖平流區(qū)沒有九龍渦大，暖平流強(qiáng)度比九龍渦強(qiáng)，即造成小金渦渦區(qū)內(nèi)產(chǎn)生正的非熱成風(fēng)渦度區(qū)范圍比九龍渦的小。

由溫度場(chǎng)分析看出，小金渦生成時(shí)從高原東側(cè)、東南側(cè)經(jīng)云南北界到高原南側(cè)等溫線(圖5g)比生成前12 h(圖5h)明顯加密，反映小金渦生成時(shí)從高原東側(cè)、東南側(cè)經(jīng)云南北界到高原南側(cè)有鋒面存在。圖8給出了小金渦渦區(qū)內(nèi)生成前12 h、生成時(shí)700 hPa鋒生函數(shù)值及生成時(shí)各分量的水平運(yùn)動(dòng)項(xiàng)、垂直運(yùn)動(dòng)項(xiàng)、非絕熱項(xiàng)分布。從小金渦生成時(shí)、生成前12 h渦區(qū)內(nèi)700 hPa鋒生、鋒消分布看出，生成前12 h(圖8a)，渦區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域?yàn)樨?fù)值，即鋒消區(qū)占大部分，最大鋒消值在渦區(qū)東南部，為-8.672 FU。只有渦區(qū)西北部、中部有鋒生區(qū)。生成時(shí)(圖8b)，渦區(qū)內(nèi)鋒生區(qū)比生成前12 h擴(kuò)大，渦區(qū)內(nèi)鋒生區(qū)比鋒消區(qū)大。小金渦生成時(shí)的明顯氣旋曲度處(圖3g)有9.536 FU中心，F(xiàn)值比前12 h增加10.364 FU，反映了鋒生是利于小金渦生成的，但鋒生區(qū)域比九龍渦小，強(qiáng)度比九龍渦強(qiáng)。還可看出，這一鋒生中心區(qū)主要是由非絕熱變化過程影響造成的(圖8e)，水平運(yùn)動(dòng)影響鋒消明顯(圖8c)，垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)鋒消稍有影響(圖8d)。說明小金渦生成是與非絕熱變化過程對(duì)鋒生的正貢獻(xiàn)密切相關(guān)的。

圖8 同圖6,渦源為小金渦Fig.8 Same as Fig.6 but for Xiaojing vortex.

從以上分析可以看出，不同渦源西南渦的多發(fā)受冷暖空氣影響、鋒生作用是不同的。九龍渦、小金渦是受到高原東南側(cè)地面加熱與西南氣流影響，在不斷加強(qiáng)的暖區(qū)、暖平流區(qū)內(nèi)受正的非熱成風(fēng)渦度的影響上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)而生成的，所不同的是九龍渦所處的暖平流區(qū)、上升運(yùn)動(dòng)范圍比小金渦的大，但強(qiáng)度遠(yuǎn)不如小金渦的強(qiáng)；盆地渦是在冷空氣影響較大、700—500 hPa有干冷空氣侵入渦區(qū)、且斜壓增強(qiáng)的情況下生成的。九龍渦、小金渦與盆地渦的生成都與鋒生作用加強(qiáng)有關(guān)，但受到鋒生作用的影響是不同的，小金渦生成是受非絕熱變化過程影響的鋒生作用；九龍渦生成是受非絕熱變化過程影響為主，與垂直、水平運(yùn)動(dòng)共同影響的鋒生作用，盆地渦生成是受垂直運(yùn)動(dòng)、非絕熱變化過程共同影響的鋒生作用。其中，小金渦生成時(shí)鋒生強(qiáng)度最強(qiáng)，盆地渦次之，九龍渦最弱；但低渦所處的鋒生區(qū)域卻是九龍渦最大，盆地渦次之，小金渦最小。

6 結(jié)論

本文利用多種資料，在分析2012—2017年不同渦源西南渦的活動(dòng)情況基礎(chǔ)上，對(duì)各種不同渦源西南渦生成時(shí)與生成前的風(fēng)場(chǎng)、其它物理特性場(chǎng)進(jìn)行合成分析與對(duì)比分析，探討了環(huán)境風(fēng)場(chǎng)、冷暖空氣與鋒生作用對(duì)不同渦源西南渦生成的影響，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)3—6月是西南渦的多發(fā)時(shí)段，也是西南渦移出渦源的多發(fā)時(shí)段。西南渦中以九龍渦為主，其次是盆地渦。小金渦出現(xiàn)次數(shù)最少，但移出渦源的幾率最高。

(2)不同渦源西南渦的生成都與環(huán)境風(fēng)場(chǎng)有關(guān)。九龍渦、小金渦的生成與偏南氣流流入各自渦區(qū)南部的開口地形有關(guān)，但小金渦流入四川南部的氣流比九龍渦的強(qiáng)。盆地渦的生成與北、南兩支氣流在四川盆地匯合形成的切變線有關(guān)。

(3)不同渦源西南渦的生成還與冷暖空氣的影響有關(guān)。九龍渦、小金渦是受高原東南側(cè)地面加熱與西南氣流影響，在正在加強(qiáng)的暖區(qū)、暖平流區(qū)內(nèi)受正的非熱成風(fēng)渦度的影響生成的，但是小金渦渦區(qū)東南部的暖平流區(qū)沒有九龍渦大，但強(qiáng)度比九龍渦強(qiáng)。盆地渦是受冷空氣影響，700—500 hPa有干冷空氣侵入渦區(qū)，在斜壓增強(qiáng)情況下生成的。

(4)不同渦源西南渦的生成還與等溫線密集帶的鋒生作用密切相關(guān)，都在鋒生作用加強(qiáng)情況下生成。不同的是，小金渦生成是受非絕熱變化過程影響的鋒生作用，九龍渦生成是受非絕熱變化過程影響的鋒生作用為主，與水平、垂直運(yùn)動(dòng)共同影響的鋒生作用，盆地渦生成是受垂直運(yùn)動(dòng)比非絕熱變化過程影響更大的兩者共同影響的鋒生作用。