王夢(mèng)玲，陳 誠(chéng)，曹宏健，張文杰

（1.貴州省施秉縣氣象局，貴州 施秉 556200；2.貴州省黃平縣氣象局，貴州 黃平 556100）

高原渦是夏季發(fā)生在青藏高原主體上的一種α中尺度低壓渦旋，是高原地區(qū)特殊地形產(chǎn)生的獨(dú)特的天氣系統(tǒng)，也是夏季高原主要的降水來(lái)源。其垂直厚度普遍在400 hpa以下，平均水平尺度為400～500 km，大多具有暖性結(jié)構(gòu)，生命史為1~3 d，大多生成于高原的中西部，在有利的環(huán)流形勢(shì)下，高原渦能夠東移發(fā)展移出高原，并在高原下游地區(qū)產(chǎn)生強(qiáng)降水、雷暴等災(zāi)害性天氣[1]。高原渦是影響四川地區(qū)的重要天氣系統(tǒng)，而東移出川后又可能影響我國(guó)長(zhǎng)江中下游、黃淮地區(qū)，甚至華北地區(qū)，形成大范圍的強(qiáng)降水天氣[2]。根據(jù)高原渦生命史的長(zhǎng)短將生命史在36 h以上的分為發(fā)展型，不足36 h的分為不發(fā)展型低渦或源地型低渦[3]。

暖性高原渦生成的原因跟熱帶低壓氣旋有相似之處，結(jié)構(gòu)也與熱帶低壓氣旋相似，都具有暖性的低渦中心和渦眼結(jié)構(gòu)。高原暖性低渦常生成于高原大地形對(duì)大氣加熱產(chǎn)生的感熱中心上空，并且隨之移動(dòng)，受此影響，低渦中心氣壓下降，氣流從四周向低渦中心輻合，一般來(lái)說(shuō)在上升運(yùn)動(dòng)過(guò)程中干絕熱過(guò)程會(huì)使氣柱降溫，從而抑制熱低壓的發(fā)展[4]。但是在高原上，地面溫度達(dá)到最高時(shí)，超干絕熱遞減率現(xiàn)象幾乎每天在500 hpa以下出現(xiàn)[5]。但是由于超干絕熱層厚度較淺薄，維持時(shí)間短，所以高原渦大多屬于淺薄的系統(tǒng)，生命周期短。大多高原渦在高原就消失了，沒(méi)有移出高原，有一部分在有利的環(huán)流形勢(shì)下能東移出高原得到進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而影響下游地區(qū)[6]。

本文選取發(fā)生在2005年7月15日至16日的一次伴隨有明顯降水的少動(dòng)型高原渦過(guò)程，對(duì)其不同發(fā)生發(fā)展階段的結(jié)構(gòu)特征和演變過(guò)程進(jìn)行分析。利用高時(shí)空分辨率再分析資料、常規(guī)氣象觀測(cè)資料和降水觀測(cè)資料，對(duì)此次少動(dòng)型高原渦過(guò)程的動(dòng)力結(jié)構(gòu)、熱力結(jié)構(gòu)和降水特征等進(jìn)行分析，探討高原渦初生、成熟和消亡階段結(jié)構(gòu)特征的演變。

1 環(huán)流形式分析

1.1 500 hpa高度場(chǎng)

15日12時(shí)（世界時(shí)，下同）在34°N、85.5°E高度場(chǎng)上有閉合中心和較微弱的氣流輻合區(qū)，輻合區(qū)并不完全對(duì)應(yīng)低渦中心；18時(shí)在槽前有低壓中心，高原渦初生，此時(shí)低壓中心在32°N、88°E。低渦中心西北部為西北氣流，西南部為暖濕的西南氣流，濕度增大，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，低空輻合和高空輻散增強(qiáng)，將暖濕位能更多地轉(zhuǎn)化為渦動(dòng)動(dòng)能，使低渦得到發(fā)生和發(fā)展[7]。此時(shí)低渦處于前部減壓，后部加壓的情況，將向東南方向邊移動(dòng)邊發(fā)展。

16日0時(shí)，高原渦發(fā)展為成熟渦，此時(shí)低壓中心在31.5°N、88.5°E，稍向東南移動(dòng)，有明顯輻合氣流，低渦中心等壓線密集，不斷有西南暖濕氣流補(bǔ)充，對(duì)流運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，產(chǎn)生降水釋放潛熱，潛熱使云團(tuán)進(jìn)一步增暖變得深厚，低渦發(fā)展成熟。在36°N、88°E也有輻合氣流，高度場(chǎng)上有對(duì)應(yīng)的閉合中心；6時(shí)，低渦中心在32.5°N、89°E，稍向東北移動(dòng)，低渦中心范圍減小，輻合氣流減弱。低渦中心西北部的西北氣流逐漸轉(zhuǎn)為平直的西風(fēng)，偏北分量減小，仍有西南氣流補(bǔ)充，但由于高原上水汽匱乏，降水逐漸減小，釋放的潛熱減小，高原渦熱力條件不足開(kāi)始消亡。12時(shí)，已經(jīng)不能看出有閉合中心，原來(lái)低渦中心西北部的西北氣流已經(jīng)大部分轉(zhuǎn)為西風(fēng)。

15日12~18 時(shí)，溫度場(chǎng)落后于高度場(chǎng)構(gòu)成斜壓系統(tǒng)，18時(shí)32°N、88°E有閉合中心，處于溫度場(chǎng)脊區(qū)，因此低渦為暖性低渦。溫度場(chǎng)和高度場(chǎng)垂直相交，證明相交處氣旋性輻合較強(qiáng)。溫度場(chǎng)零線穿過(guò)低渦中心，低渦中心前部有暖平流、正渦度平流，后部有冷平流、負(fù)渦度平流，在這種情況下，因?yàn)楦呖詹矍坝姓郎u度平流，根據(jù)渦度方程，氣旋性渦度加強(qiáng)，高空氣壓場(chǎng)和流場(chǎng)不適應(yīng)，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，高空的氣旋性流場(chǎng)產(chǎn)生輻散運(yùn)動(dòng)，高空輻散又導(dǎo)致地面減壓[8]。地面減壓后氣壓場(chǎng)和流場(chǎng)不適應(yīng)，產(chǎn)生負(fù)變壓區(qū)，氣流向負(fù)變壓區(qū)輻合，此時(shí)就形成了高空輻合、低空輻散的系統(tǒng)。

16日0時(shí)，溫度場(chǎng)依然落后于高度場(chǎng)，但比15日18時(shí)更為接近，低渦中心仍然在槽前，沒(méi)有與暖中心重合，暖中心此時(shí)處于低渦的東北部。溫度場(chǎng)與高度場(chǎng)仍有垂直相交，輻合運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，低渦受正渦度平流和暖平流的影響低渦發(fā)展成熟，略向東南方向移動(dòng)。低渦邊移動(dòng)邊發(fā)展，同時(shí)西南暖濕氣流帶來(lái)的水汽供應(yīng)充足，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，有降水產(chǎn)生。降水結(jié)束之后釋放的潛熱減小，低渦上空因輻合上升運(yùn)動(dòng)溫度逐漸降低，同時(shí)因?yàn)榈蜏u后有冷平流，所以溫度場(chǎng)與高度場(chǎng)逐漸靠近，之后低渦向東北方向移動(dòng)。到6時(shí)，溫度場(chǎng)脊區(qū)逐漸東移，低渦中心逐漸被后方的冷平流填充，但溫度場(chǎng)與高度場(chǎng)之間的夾角變小，渦度平流和溫度平流減弱，近地面的感熱加熱減小，氣壓變化減小，所以低渦已經(jīng)發(fā)展到成熟并開(kāi)始減弱，移動(dòng)變得緩慢。之后溫度場(chǎng)追上高度場(chǎng)與之重合，低渦走向消亡。

1.2 200 hpa高度場(chǎng)

初生階段的高原渦在200 hpa上，流場(chǎng)與高度場(chǎng)平行，平直的西風(fēng)變成西北風(fēng)之后轉(zhuǎn)變?yōu)闁|北風(fēng)，有輻散下沉運(yùn)動(dòng)。15日18時(shí)，32°N、92°E有輻散區(qū)，高空輻散下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，此時(shí)低渦發(fā)展得較為淺薄，輻散中心并不對(duì)應(yīng)低層的低渦中心，處在低渦中心的東北部。低渦550～200 hpa均為暖層，200 hpa暖中心在低渦中心東北部，與低渦中心并不對(duì)應(yīng)，約為-46.5℃。大氣層結(jié)不穩(wěn)定增強(qiáng)，因此對(duì)流運(yùn)動(dòng)易發(fā)生在這種低層暖、高層較冷的結(jié)構(gòu)中。

16日0時(shí)，200 hpa仍然是輻散下沉運(yùn)動(dòng)，32°N、92°E的輻散區(qū)仍然存在，此時(shí)低渦發(fā)展比上一時(shí)刻深厚，已經(jīng)達(dá)到了250 hpa的高度，所以在32°N、88°E上出現(xiàn)新的輻散區(qū)，對(duì)應(yīng)低層的低渦中心，因?yàn)楦呖蛰椛⒓訌?qiáng)，為了補(bǔ)償高空輻散損失的氣流，此時(shí)低層的輻合運(yùn)動(dòng)也加強(qiáng)，低渦得到進(jìn)一步發(fā)展，大氣層結(jié)不穩(wěn)定增強(qiáng)促進(jìn)對(duì)流運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生降水。到6時(shí)，32°N、88°E處的輻散中心強(qiáng)度減弱，低渦中心上空200 hpa逐漸變?yōu)槠街钡奈黠L(fēng)控制，到了12時(shí)，低渦中心上方的輻散區(qū)基本消失，逐漸轉(zhuǎn)由西風(fēng)控制，低渦走向消亡。這次高原渦過(guò)程結(jié)束，生命史為12 h。

2 物理量分析

2.1 渦度、散度、垂直速度剖面分析

15日18時(shí)為初生渦。（1）渦度，550～400 hpa為正渦度，500 hpa為正渦度最大值，400 hpa以上為負(fù)渦度，負(fù)渦度最大值出現(xiàn)在200 hpa，因此這時(shí)低渦是一個(gè)較淺薄的系統(tǒng)。（2）散度，550～400 hpa散度為正值，輻合上升區(qū)，4 000～100 hpa散度為負(fù)值，輻散下沉區(qū)，這種低層輻合高層輻散的形式有利于低渦的發(fā)生發(fā)展。（3）垂直速度，32°N處550～200 hpa垂直速度為負(fù)值，有上升運(yùn)動(dòng)，400～300 hpa上升運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)，在上升區(qū)兩側(cè)有微弱的正值區(qū)，有下沉運(yùn)動(dòng)。

16日0時(shí)低渦發(fā)展為成熟渦。（1）渦度，550～200 hpa為正渦度，較上一時(shí)次發(fā)展深厚，渦度正值最大出現(xiàn)在400 hpa，正渦度四周均為負(fù)渦度。（2）散度，550～250 hpa為輻合上升區(qū)，250～200 hpa為輻散下沉區(qū)，較上一時(shí)次輻合向高空發(fā)展，輸送更多的近地面感熱和產(chǎn)生降水釋放潛熱，加熱空氣柱，使低渦得到發(fā)展。（3）垂直速度，與渦度正值區(qū)相對(duì)應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)垂直速度負(fù)值區(qū)，上升運(yùn)動(dòng)旺盛，同時(shí)在兩側(cè)出現(xiàn)弱的下沉區(qū)，此后低渦將向下沉區(qū)移動(dòng)，消亡。

2.2 降水特征

15日在低渦發(fā)展區(qū)域無(wú)降水產(chǎn)生。16日降水多集中在低渦的范圍內(nèi)，從環(huán)流形勢(shì)上看有來(lái)自西南的暖濕氣流補(bǔ)充，水汽條件充足，有正渦度平流，上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，對(duì)流云爬升到達(dá)一定高度后產(chǎn)生降水，降水中心降水強(qiáng)度最大，達(dá)到30 mm。降水釋放大量潛熱，低渦在降水過(guò)程中發(fā)展，到16日0時(shí)發(fā)展至200 hpa的高度，但是高原上水汽匱乏，再加上對(duì)流云爬升到最大降水高度之后降水隨高度減弱，且16日低渦已經(jīng)開(kāi)始減弱稍向東南移動(dòng)，沒(méi)有充足的水汽條件，所以低渦動(dòng)力、熱力條件不足，高原渦開(kāi)始消亡。

3 結(jié)論

（1）2005年7月15日至16日的暖季少動(dòng)型高原渦為暖性低渦，整體具有暖性結(jié)構(gòu)，環(huán)流形式為西風(fēng)環(huán)流，500 hpa上高原渦初生、發(fā)展成熟時(shí)低渦中心西北處均為西北氣流，西南處為西南暖濕氣流。西南處的西南氣流與來(lái)自印度洋的暖濕氣流相遇獲得較好的水汽條件，與北部氣流在高原西側(cè)通過(guò)高原熱力作用，大氣獲得地面感熱加熱有輻合上升運(yùn)動(dòng)，向上運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生降水釋放潛熱，不斷地加熱周圍大氣，從而形成暖性的低渦結(jié)構(gòu)。

（2）高原渦15日18時(shí)初生時(shí)550～400 hpa為正渦度，400 hpa以上為負(fù)渦度，較為淺薄。16日0時(shí)發(fā)展到成熟渦時(shí)550～200 hpa為正渦度，200 hpa以上為負(fù)渦度，較初生時(shí)深厚，高原渦得到發(fā)展，然而由于高原上水汽較為匱乏，16日6時(shí)高原渦已經(jīng)開(kāi)始消亡，從6時(shí)的500 hpa環(huán)流形式上也可以看出，低渦中心西北部的西北氣流的偏北分量開(kāi)始減小，到了12時(shí)，已經(jīng)大部分轉(zhuǎn)為了西風(fēng)。此次高原渦過(guò)程生命史只有12 h，可以看作生成并消失于原地，沒(méi)有發(fā)生東移，屬于不發(fā)展的低渦。

（3）對(duì)高原渦的物理量進(jìn)行分析，得到的結(jié)論為：15日18時(shí)初生渦的渦度正值區(qū)對(duì)應(yīng)散度輻合區(qū)和垂直速度負(fù)值區(qū)，均為輻合上升運(yùn)動(dòng)區(qū)。散度上，550～400 hpa為輻合上升區(qū)，對(duì)應(yīng)渦度正值區(qū)；400 hpa以上為輻散下沉區(qū)，對(duì)應(yīng)渦度400 hpa以上為負(fù)渦度。表明近地面為輻合上升運(yùn)動(dòng)，高空為輻散下沉運(yùn)動(dòng)，這種低層輻合高層輻散的結(jié)構(gòu)有利于高原渦的生成和發(fā)展。16日0時(shí)發(fā)展成熟時(shí)，高原渦從各物理量上看出渦度正值區(qū)明顯向高空發(fā)展，散度的輻合區(qū)也向高空發(fā)展，垂直速度中可看出上升運(yùn)動(dòng)顯著。

（4）在降水特征上，降水落區(qū)集中在高原渦影響區(qū)域，低渦在發(fā)展中產(chǎn)生降水并在降水中繼續(xù)發(fā)展，在降水結(jié)束后低渦慢慢消亡。這次高原渦過(guò)程降水時(shí)間短，降水強(qiáng)度不大，24 h降水量達(dá)到30 mm，為大雨。