中国西南涡东移以及因其在中国南方产生暴雨的原因分析外文翻译资料

英语原文共 23 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

中国西南涡东移以及因其在中国南方产生暴雨的原因分析

陈永仁[1][2]，李跃清[1]，赵天良[3]

[1]高原气象研究所，成都，四川，610072，中国

[2]四川省气象台，成都，四川，610072，中国

[3]气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京信息工程大学、中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室，南京，210044，中国

摘要：

在2008年6月11日-14日期间，西南涡（SWV）的移动以及其在中国南方产生的暴雨过程已经被研究过。此次研究结果表明，在高空急流（ULJ）和中层西风槽的影响下，西南涡从四川高原南部经云贵高原东部向东移动到华南，形成一条明显暴雨带。西南涡生成于风暴相对螺旋度较大的环境中，因为环境风场不断为它输送正涡度以维持其发展。在西南涡运动的前方的暖平流或者其后方的冷平流的热力学结构以及西南低空急流（LLJ）和垂直风切变对于西南涡的演变过程也是重要的影响因素。西南涡的发展还和负的湿位涡的正压项（MVP1）以及正的湿位涡的斜压项（MVP2）的分布规律有关系。湿位涡正压项和湿位涡斜压项分别在西南涡的形成和演变过程中占主导地位。中尺度对流系统（MCSs）经常发生并停留在水汽汇集的地方，造成剧烈的暴雨。高的湿螺旋散度和暴雨的区域是相一致的，并且，湿螺旋散度是暴雨发生的一个良好的指示。

1. 引言

在青藏高原（TP）东部由于复杂地形而产生，故西南涡也叫做alpha;中尺度低涡，比较代表性的西南涡起源于中国西南地区（98-108°E，26-33°N），低于700hPa的对流层下层。青藏高原拥有复杂的地形，气象学观测非常稀少，导致在预测青藏高原下游的西南涡和灾害性天气时具有很大的不确定性和困难。西南涡在早期形成过程中通常是一个浅薄的天气系统，但当它东移，它能造成剧烈的天气影响[1]。比如，1981年7月在四川盆地的一次暴雨和洪水[1,2]，1998年夏季发生在长江流域的一次暴雨和洪水灾害[3]，2008年6月中旬华南的一次持续性暴雨过程[4]都和西南涡紧密相关。西南涡在许多暴雨事件中扮演者重大角色，并且它是中国夏半年暴雨过程的主要影响系统[1,5]。关于由西南涡诱发的降雨的研究[6]表明由西南涡造成的暴雨的强度和频率仅次于热带台风和残余低气压。因此，西南涡的形成，发展以及产生的洪水影响是气象学家们和天气预报员们的热点研究主题。低涡的源地和移动路径已经在许多研究中做了统计分析[7,8]，并且讨论了低涡的结构特点，其形成和发展的原因[1,9-13]，做了由西南涡造成的暴雨的个案研究[14-16]和数值模拟实验[17]。随着卫星和雷达观测的普遍应用，对西南涡的发生发展认识的深入，它的内部物理特性，以及由于西南涡逐渐发展移动而造成的暴雨的发展过程，和一些该领域的初步成果已经呈现[18,19]。事实上，不同的西南涡的生命周期和移动路径有很大不同，这些不同对降雨的强度和雨带位置有很大的影响。所以，彻底地了解并且能精确地预测西南涡的生命周期和移动路径非常重要。使用15年的常规气象观测数据，陈等人[8]将西南涡的移动路径分为四种，东北移，东移，东南移以及几乎不移动的。这四种类型分别占移动低涡的33.3%，50.0%，5.0%和11.7%。显然，西南涡影响的不仅仅是青藏高原东部的我国西南地区，还有由于东移影响的华东，西南涡的影响区域和它的移动路径有关。尤其的，西南涡会影响华南的降雨，包括前汛期的降水。然而，关于华南的西南涡造成的持续暴雨几乎没有研究实施。为了分析西南涡东移运动过程和产生暴雨的物理机制，并且揭开西南涡发生发展的物理原因和它们的中尺度结构，该论文深入分析了在2008年6月11日-14日期间华南的一次持续性暴雨过程。

这篇论文组织如下：第二部分陈述本文所用的数据和分析方法；第三部分描述西南涡路径和暴雨之间的关系；第四部分分析西南涡运动过程中大尺度环流的环境要素和因子；第五部分分析西南涡造成暴雨的物理过程；第六部分总结全文。

1. 资料及方法

2.1资料

资料来源包括如下：NCEP资料，1°times;1°网格，6h分辨率；CMA提供的风云二号气象卫星的TBB数据，0.1°times;0.1°网格分辨率；CMA提供的降水资料。

2.2方法

为了分析环境风场对低涡的影响，采用风暴相对螺旋度(SRH)[20-23]这一概念，其数学表达式为SRH （1），为水平环境风矢量，为风暴运动矢量，为水平旋转矢量，=。显然，SRH反映了在某一确定厚度的大气层中环境风场的旋转程度和对流系统的涡度。实际上，该计算公式是由Davies-Jones等人[24]提出。考虑SRH= （2），和是风暴运动矢量的水平分量。在这篇文章中，75%的质量加权平均风速取自于950hPa至400hPa，其速度偏离右边40°的分量被认为是风暴速度。[25]

只有考虑了垂直螺旋度和水汽通量散度因子，湿螺旋散度（MHD）才能如此定义：MHD= （3），omega;是P系垂直速度，xi;是垂直涡度，是水汽通量散度。

1. 西南涡的移动路径和暴雨

图片1 展示了在2008年6月10日世界时18时每隔6h西南涡的移动路径（图1（a））和中心涡度位置（图1（b）），该低涡产生于四川高原南部地区（29°N，102.5°E），并且沿着云贵边界向南移动，直到世界时6月11日18时。移动路径经向分布是从北方到南方(这是第一阶段)。第二阶段从世界时2008年6月11日18时开始，此时低涡进入广西省并且剧烈发展，然后途径湖南和广东北部进入江西省，直到消失，这一长生命周期持续了超过三天。另外，西南涡的强度在第一阶段低于10*10^-5 s^-1，在第二阶段大于10*10^-5 s^-1（图1（b）），意味着在华南地区低涡加深。

随着西南涡移动（图1），根据24h累计降水量的分布(图2)，雨带首先从北向南建立，然后逐渐从西向东发展。暴雨首先开始于四川高原南部（图2（a）A区域）。暴雨同时也发生在长江流域（图2（a）B区域），但这和切变线有关。自世界时6月12日00时起（图2（b）），50-200mm的暴雨主要集中在云贵边界和广西北部（图2（b）C区域）。自世界时6月13日00时起（图2（c）），暴雨（100-300mm）主要集中在广西和广东（图2（c）D区域）。自世界时6月14日00时起（图2（d）），暴雨主要集中在广东，湖南南部和江西。（图2（d）E区域）。

显然，雨带形势和低涡的移动路径一致。为了理解暴雨的物理过程，西南涡移动和发展的流场背景和其结构特点，以及西南涡强烈发展的原因，在下一小节将会进行更深入地分析。

图1：西南涡（a）移动路径（带有箭头的黑线）和（b）每隔6h700hPa上的涡度变化追踪，从世界时2008年6月10日18时到2008年6月13日18时（涡度的单位是10^-5s^-1）；D代表涡度中心。

图2：每日降水量分布（mm）从世界时00时至24时，2008年的（a）6月11日，（b）6月12日，（c）6月13日，（d）6月14日。

1. 西南涡发展的原因

4.1大尺度环流

良好的大尺度环流对西南涡的移动和发展是至关重要的[1]。时间平均环流表明西南涡的移动和发展与第一阶段（图3（a）、3（c）、3（e）），第二阶段（图3（b）、3（d）、3（f））时250hPa的高空急流（ge;30m/s）、500hPa上具有强烈上升运动的向西的槽以及700hPa的低空急流紧密相关。这种关系反映了三个问题：（1）西南涡移动总是沿着250hPa高空急流的右边入口的一强烈辐散区。在第一阶段时（图3（a）），四川南部和云贵高原有一个强烈的辐散区，相应的西南涡集中于此运动。第二阶段（图3（b）），强烈的辐散区位于华南，相应的低涡集中于此运动。（2）500hPa的位势高度为东高西低，这是向西的槽和西太平洋副热带高压（WPSH）影响的结果，并且低涡总是在西移的槽的前面一具有剧烈上升运动的区域存在。比如，强烈上升运动区在第一阶段位于云贵高原（图3（c）），第二阶段位于华南（图3（d））。（3）在第一阶段（图3（e）），低涡的辐合区域在云贵高原，但是低空急流在东边的海洋上；在第二阶段（图3（f）），低涡前方低空急流明显的辐合区域主要在广西和广东。

图3：在250hPa（a，b），500hPa（c，d），700hPa（e，f）上的风场和位势高度场。（a）（c）（e）是世界时2008年6月10日18时至6月11日18时的平均场。（b）（d）（f）是世界时2008年6月11日18时至6月13日18时的平均场。阴影部分在（a）（b）中表示散度（10^-5 s^-1），在（c）（d）中表示垂直速度（Pa/s），在（e）（f）中表示水平风速（ge;12m/s）。

上述讨论是时间平均环流，大气环流的分布被画在了不同时次（图4），并且可以看到250hPa上的高空急流在世界时00时位于四川北部，在其入口的右侧是辐合区（图4（a））。500hPa向西的槽是不断变化的，呈现出阶梯槽的特点，这些槽的一部分位于四川西部，其前面的上升运动位置符合低涡的运动部分（图4（b）），还有另外一部分位于中国中东部，阶梯槽的分布有利于西南涡向南移动。在世界时18时，高空急流已到达重庆地区，强辐散区在华南之上（图4（c）），500hPa的阶梯槽已经合并并且形成了一条向西的经向跨度更大的槽，槽前的垂直上升运动在广西，相应的低涡已经改变了运动方向，进入广西。直到世界时13日12时，高空急流移动到长江流域下游，向西的槽轻微向东移动。相应的低涡继续向东移动至强辐散区域，位于500hPa西移的槽前上升运动加强。

在大尺度环流背景下，西南涡和高空急流、西移槽前的强上升运动有密切关系。当高空急流向南发展，500hPa西移槽波动并呈现阶梯槽时，有利于低涡的南移；当高空急流和500hPa西移的槽向东移动，有利于低涡的东移。

图4：如图3所示，但，在250hPa和500hPa用黑线突出表示槽，用箭头代表西南涡的移动方向。

4.2环境场条件

4.2.1 垂直风切变和风暴相对螺旋度（SRH）

经向剖面（图5（a）和5（b））和纬向剖面（图5（c）-5（f））取自于涡度中心。在垂直方向，风和涡度变化呈现出一些特点。（1）有垂直风切变存在。有垂直风切变的区域暗示了强烈的上升运动，有利于西南涡的发展和移动。（2）正涡度是深厚的（950hPa-400hPa）；其来自正涡度平流，能为低涡的发展提供动力条件。（3）低空急流存在。在低涡强烈发展的阶段，低空急流达到20m/s（图5（a）和5（e））。另外，低涡经常随着南风移动。当它从北方移动向南时，低层的风是南风；当它从西方移动向东时，在它前面有西南风。在这样的环境条件下，如何在环境场中保持为西南涡发展提供正涡度？风暴相对螺旋度的分布已经分析过了（图6），其表明对流系统的相对速度（V-C）将环境风场速度传输给对流系统，向上气流将进入对流系统的涡度改变为垂直涡度，而垂直涡度对于对流系统的形成至关重要。所以，拥有高风暴相对螺旋度的环境条件有利于对流系统和低涡的形成和发展[21，25]。在世界时11日00时（图6（a））和11日12时（图6（b））西南涡聚集的云贵地区，此时有高的风暴相对螺旋度；700hPa风场呈现出alpha;中尺度和beta;中尺度的特征。同时在低涡的移动方向上，也有高的风暴相对螺旋度特征。当西南涡在华南是活跃的（图6（c）-6（f）），风暴相对螺旋度的分布表明当风场明显旋转并且有较大的上升速度时，环境中的涡度被不断运输给西南涡。所以，垂直风切变，深厚的正涡度和强烈的上升运动有利于高风暴相对螺旋度的形成和低涡的形成和发展。

图5：风和垂直涡度的垂直分布（x10^-5 s^-1）（有颜色的区域代表涡度；实线代表每x10^-1Pa/s单位的垂直速度；水平风场速度的单位是m/s）分别在如下经纬度（a）104°E；（b）105°E；（d）24°N；（c，e，f）25°N

图6：风暴相对螺旋度的分布（实线单位为m^2/s^2）以及在2008年6月11-13日700hPa水平风速（m/s）和涡度（阴影部分，单位：10^-5 s^-1））

• • 1. 热力条件

对于影响西南涡的物理因素，除了动力条件，热力因素也同样重要。不同时次的假相当位温（Theta;se）的分布和其对应平流展示在了图中（图7）。假相当位温线是集中的，并且在700hPa高度以下逐渐降低，表明低层大气是不稳定的，热力不稳定对于西南涡发展是一个重要条件[1]。从图7可以看到，在世界时11日00时，低涡的北边有冷平流，南边有暖平流（图7（a））；这样的热力结构有利于西南涡的南移。在世界时11日12时（图7（b）），假相当位温平流在西南涡前面部分变冷，后面部分变暖；西南涡在此时强度减弱（图1（b））。在很大程度上，为了维持或者发展西南涡，像在低涡前（后）的暖（冷）平流这样的热力结构应该被加强；否则它很难发展。另外，对于这样的冷暖平流结构，除了促进低涡发展，它对低涡还有突然改变其运动方向的重要影响吗？为了分析这样突然的方向改变的热力学环境，对12日00时的假相当位温的经向剖面和纬向剖面进行了分析；在经向剖面上（图7（c）），低涡基本被暖平流围绕，然而在纬向剖面上（图7（d）），在低涡的前（后）部有暖（冷）平流，并且冷平流促进了西南涡向东移动。同时，如此的冷暖平流充分反映了低涡的纬向运动（图7（e）（f））。而且，冷暖平流的结构在云贵地区（图7（h））和华南（图7（i））的700hPa上是明显的，并且平流的零线基本和低涡的移动路径一致。当低层大气是不稳定的，有利于涡旋的形成和发展；涡旋前（后）部持续的假相当位温热（冷）平流有利于其移向暖区。<!--

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[21768]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word