[科普中國(guó)]-西北渦

西北渦生成于青藏高原北部和東北部的渦。主要渦源在柴達(dá)木盆地和青海、甘肅和四川三省交界處，7、8月最多。

概念西北渦（Northwest China vortex）生成于青藏高原北部和東北部的渦。主要渦源在柴達(dá)木盆地和青海、甘肅和四川三省交界處，7、8月最多。在它控制下天氣晴好，只有少數(shù)西北渦能在500hPa西風(fēng)槽的配合下東移，并往往伴有暴雨過(guò)程，是我國(guó)北方夏季重要降水天氣系統(tǒng)之一。

西北渦暴雨的濕位渦診斷分析大暴雨的形成需要有豐富的水汽供應(yīng)以及有利的動(dòng)力、熱力不穩(wěn)定條件濕位渦這一物理量不僅表征了大氣動(dòng)力、熱力屬性而且還考慮了水汽的作用所以對(duì)濕位渦進(jìn)行診斷可以尋求熱力和動(dòng)力及水汽條件與降水的關(guān)系從而揭示降水發(fā)生發(fā)展的物理機(jī)制。近年來(lái)濕位渦理論被廣泛地應(yīng)用于中尺度低渦暴雨、臺(tái)風(fēng)暴雨、爆發(fā)性氣旋、鋒面強(qiáng)降水等研究中對(duì)暴雨形成的物理機(jī)制以及暴雨的強(qiáng)度和落區(qū)方面得到了一些有意義的結(jié)論。提出傾斜渦度發(fā)展理論指出在濕位渦守恒的制約下由于濕等熵面的傾斜大氣水平風(fēng)的垂直切變的增加或水平濕斜壓的增加引起垂直渦度的增長(zhǎng)從而導(dǎo)致暴雨的發(fā)生。而且等熵面傾斜越大氣旋性渦度增長(zhǎng)越劇烈。根據(jù)濕位渦理論分析了一次江淮梅雨鋒暴雨過(guò)程中對(duì)流層低層的中尺度低渦及地面氣旋發(fā)展的原因指出在有利的等熵面形態(tài)下具有較高濕位渦值的高層冷空氣沿等熵面快速南下的過(guò)程中絕對(duì)渦度增加導(dǎo)致了氣旋性渦度的發(fā)展加強(qiáng)。通過(guò)對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的位渦診斷發(fā)現(xiàn)特大暴雨落區(qū)位于低層等熵面位渦高值區(qū)的東北側(cè)與中低層位渦斜壓部分最大負(fù)值區(qū)相對(duì)應(yīng)并隨著位渦斜壓部分負(fù)值中心強(qiáng)度的增強(qiáng)而增幅。

研究選取了2000年7月4～5日在華北南部由西北渦東移停滯造成的大暴雨過(guò)程進(jìn)行了濕位渦的診斷研究來(lái)探討濕位渦場(chǎng)的特征與強(qiáng)降水的關(guān)系從而對(duì)預(yù)報(bào)西北渦暴雨的落區(qū)及移動(dòng)提供有益的參考。

天氣過(guò)程簡(jiǎn)介2000年7月4～6日受東移的西北渦和暖濕氣流的共同影響華北南部出現(xiàn)了一次大范圍的大暴雨天氣過(guò)程。此次降雨過(guò)程強(qiáng)度之大、持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)為歷史同期所罕見(jiàn)。特別是河北省在整個(gè)降雨過(guò)程中有75個(gè)縣市降雨量達(dá)到50mm其中石家莊、邢臺(tái)、邯鄲有20個(gè)縣市超過(guò)250mm。這是繼“96.8”大暴雨后華北地區(qū)又一次連續(xù)的大暴雨過(guò)程。

產(chǎn)生此次暴雨過(guò)程的環(huán)流背景為穩(wěn)定的經(jīng)向環(huán)流型主要影響系統(tǒng)是東移到河套地區(qū)穩(wěn)定的低渦。由于低渦的東側(cè)和北側(cè)分別有副熱帶高壓和貝加爾湖阻塞高壓阻擋使低渦穩(wěn)定少動(dòng)。西北太平洋洋面上有3號(hào)臺(tái)風(fēng)鴻雁活動(dòng)為此次暴雨過(guò)程提供了充足的水汽條件。在4日08時(shí)～5日08時(shí)降雨過(guò)程中對(duì)華北南部而言分別有兩個(gè)強(qiáng)的降雨時(shí)段即4日下午和5日凌晨。通過(guò)對(duì)暴雨過(guò)程的數(shù)值模擬及濕位渦診斷來(lái)探討暴雨兩次加強(qiáng)的原因。

研究結(jié)論(1)濕位渦“正負(fù)區(qū)疊加”的配置是低渦暴雨發(fā)展的有利形勢(shì)不但靠正位渦還需要負(fù)位渦的配合。高層的正的高值位渦的下傳有利于氣旋性渦度的發(fā)展低層的負(fù)位渦區(qū)有利于對(duì)流的發(fā)展。這兩者的結(jié)合有利于暴雨和低渦的維持。

(2)對(duì)流層低層濕位渦正壓項(xiàng)的正值區(qū)對(duì)暴雨區(qū)有指示作用降雨區(qū)與700hPa正值區(qū)的位置對(duì)應(yīng)得很好強(qiáng)降雨中心位于正值區(qū)南側(cè)的零線附近。

(3)斜壓項(xiàng)負(fù)值位渦舌的向下伸展有利于中低層斜壓性增強(qiáng)促進(jìn)降水加強(qiáng)。低層斜壓項(xiàng)的負(fù)值區(qū)對(duì)暴雨的落區(qū)和移動(dòng)有指示作用。1

冷空氣在西北渦暴雨中的作用研究表明，冷空氣對(duì)暴雨的形成有重要的作用，利用位渦來(lái)示蹤冷空氣的軌跡，為暴雨的研究提供了一個(gè)重要的工具。應(yīng)用位渦討論了1991年江淮特大暴雨冷空氣活動(dòng)的特征，指出南下的冷空氣在江淮一帶被來(lái)自低緯西南暖氣流和東南暖氣流所切斷，形成高位渦冷空氣中心，與兩支暖氣流相互作用，維持梅雨鋒，從而形成持續(xù)暴雨。通過(guò)討論濕位渦與東南亞強(qiáng)降水形成的關(guān)系，表明高層下滑的干冷空氣與低層上升的高溫高濕空氣交匯，容易儲(chǔ)存和釋放濕對(duì)流不穩(wěn)定能量，有利于強(qiáng)降水的產(chǎn)生。

2000年7月4~6日，華北南部遭遇一次持續(xù)的大暴雨天氣，主要影響系統(tǒng)是東移停滯在華北地區(qū)的西北渦，冷空氣在低層以東、西兩個(gè)路徑入侵，先后同西南暖濕急流、東南暖濕急流共同作用。本文通過(guò)對(duì)此次過(guò)程的濕位渦及其傾向的診斷分析，研究冷空氣在西北渦暴雨形成和發(fā)展中的作用。

降雨概況及環(huán)流形勢(shì)特征分析2000年7月4～6日，受東移的西北渦影響，華北南部出現(xiàn)了一次大范圍的大暴雨天氣過(guò)程。此次降雨過(guò)程強(qiáng)度之大、持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)為歷史同期所罕見(jiàn)。特別是河北省，在整個(gè)降雨過(guò)程中，有75個(gè)縣市降雨量達(dá)到50mm，其中石家莊、邢臺(tái)、邯鄲有20個(gè)縣市超過(guò)250mm。這是繼“96.8”大暴雨后華北地區(qū)又一次連續(xù)的大暴雨過(guò)程。

暴雨發(fā)生前期，7月3日08時(shí)500hPa在烏拉爾山以東的中高緯度呈兩脊一槽型，從巴爾喀什湖到貝加爾湖為一寬廣的低壓槽，烏拉爾山和鄂霍茨克海為穩(wěn)定的高壓脊。由于西北太平洋洋面上3號(hào)臺(tái)風(fēng)“鴻雁”的作用，副熱帶高壓北抬與鄂霍茨克海高壓的打通，我國(guó)東北到華北東部為強(qiáng)大的高壓脊控制，在沈陽(yáng)一帶有588位勢(shì)什米等值線的高壓閉合中心。我國(guó)新疆到西藏為強(qiáng)大的大陸高壓所控制，使華北西部處于副熱帶高壓與大陸高壓之間的低壓區(qū)內(nèi)。原位于青海湖的低槽東移至河套地區(qū)，槽前開(kāi)始出現(xiàn)少量降雨。7月4日08時(shí)，500hPa上貝加爾湖高壓脊建立，從貝加爾湖東部南下的弱冷空氣在河套北部侵入，低渦生成。700hPa上蒙古國(guó)為西風(fēng)帶小高壓控制，低渦位于陜、晉北部。華北地區(qū)位于低渦的前部，西南低空急流將暖濕氣流從南海向華北地區(qū)輸送，與貝加爾湖東部南下的弱冷空氣交綏，大范圍的暴雨天氣開(kāi)始。4日20時(shí)，隨著3號(hào)臺(tái)風(fēng)向西北方向移動(dòng)靠近我國(guó)東南沿海，臺(tái)風(fēng)低壓與副熱帶高壓之間的東南急流加強(qiáng)，而西南急流逐漸減弱消失，轉(zhuǎn)為東南急流向華北輸送水汽。冷空氣主體則向東移動(dòng)，從東北方向在對(duì)流層低層侵入到華北地區(qū)，使夜間降雨再次加強(qiáng)。7月5日08時(shí)，貝湖高壓脊東移與鄂霍茨克海穩(wěn)定的高壓再次疊加，與副熱帶高壓一起，形成西北～東南向強(qiáng)大的高壓壩。低渦向東南方向移動(dòng)，到達(dá)山西中南部，華北南部的暴雨得以持續(xù)。

分析4日08時(shí)~5日08時(shí)華北南部的暴雨特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)有兩次降雨高峰時(shí)段，一是午后，二是午夜到凌晨。環(huán)流形勢(shì)上也有兩個(gè)特點(diǎn)，一是冷空氣從西北和東北兩個(gè)路徑向暴雨區(qū)侵入，二是暖濕氣流先后以西南急流和東南急流的形式北上至華北南部地區(qū)。因此本文通過(guò)中尺度MM5模式模擬了4日08時(shí)~5日08時(shí)的暴雨發(fā)生發(fā)展的過(guò)程，來(lái)研究冷空氣在西北渦暴雨過(guò)程中的作用。

研究結(jié)論(1)冷空氣主體西路向東移動(dòng)過(guò)程中，分離出的小股冷空氣從東路在對(duì)流層低層向暴雨區(qū)侵入，先后與西南暖濕氣流和東南暖濕氣流相互作用，對(duì)暴雨有觸發(fā)作用。西路冷空氣則促使低渦系統(tǒng)發(fā)展東移。

(2)濕位渦的正負(fù)值區(qū)域的變化可分別示蹤冷暖空氣的活動(dòng)。具有高位渦的冷空氣疊加在低層擾動(dòng)所對(duì)應(yīng)的負(fù)位渦中心之上，有利于位勢(shì)不穩(wěn)定能量的儲(chǔ)存和釋放。

(3)對(duì)流層的低層小值的正位渦舌與東路弱冷空氣相對(duì)應(yīng)，它的加強(qiáng)和維持，與邊界層的擾動(dòng)疊加，對(duì)暴雨觸發(fā)和維持起到重要作用。

(4)濕位渦傾向的變化對(duì)降雨區(qū)的移動(dòng)和降雨強(qiáng)度的變化有指示作用，水平平流項(xiàng)正值區(qū)和垂直輸送項(xiàng)的負(fù)值區(qū)與雨區(qū)對(duì)應(yīng)得相當(dāng)好，而且兩者的變化趨勢(shì)也非常一致。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡芳碧 - 副教授 - 西南大學(xué)