高原低涡与西南涡结伴而行的不同活动形式个例的环境场和位涡分析

本文利用NCEP/NCAR-FNL再分析资料、历史天气图、青藏高原低涡切变线年鉴,通过分析1998~2015年持续高原涡影响西南涡结伴而行（简称两涡伴行）过程的活动形式,并对不同活动形式的个例进行了环境场与位涡分析,得出了不同活动形式两涡伴行的环境场特征,揭示了冷空气活动、200 hPa急流对不同活动形式的两涡伴行的影响原因。结果表明:（1）两涡伴行有三种活动形式,它们是高原涡诱发西南涡、高原涡与西南涡耦合以及同一天气系统下两涡,其中以高原涡诱发西南涡的活动形式占多数。（2）两涡伴行的500 hPa环境场主要是40°N以北东亚环流经向度不强,纬向气流主导,受500 hPa低槽、冷空气活动的影响;200 hPa环境场主要与200 hPa急流的强度、距急流核距离、在急流两侧的位置密切相关;不同活动形式的西南涡上空200 hPa、500 hPa环境场特征是有差别的。（3）受500 hPa低槽、冷空气影响的两涡伴行中的西南涡的生成是通过500 hPa高位涡空气伸入西南涡上空,造成西南涡上空斜压不稳定所至;在西南涡上空500 hPa斜压不稳定增强且具有较强的斜压不稳定时西南涡加强;200 hPa西南风急流影响高原涡诱发或耦合、加强西南涡是分别在高空高位涡下传影响到高原涡与西南涡上空、西南涡的情况下实现的,同一天气系统下,高空高位涡下传只影响高原涡,而未影响西南涡。     

冷空气对两例高原低涡移出高原影响的分析

利用NCEP再分析资料对2002年8月12~20日托勒涡及2003年7月12~14日诺木洪涡两例高原低涡在冷空气影响下移出高原的斜压性和温度平流进行诊断分析,结果表明:(1)受切变线影响的托勒低涡移出高原时主要受东北方冷空气不断伸入涡区的影响,西风槽前的诺木洪低涡主要受西北方冷空气伸入涡区的影响。(2)高原低涡是在600 hPa以上涡柱内斜压性较强、500 hPa涡区内斜压性加强情况下移出高原的。不同的是:托勒低涡移出高原,涡柱内对流层中上层斜压性、500 hPa涡区内斜压性都比诺木洪低涡弱;托勒低涡涡柱内北冷南暖现象比诺木洪低涡强。(3)高原低涡是在低涡区内大部分受冷平流控制,涡区西部冷平流比东部强时移出高原的;低涡西部的冷平流加强将会使低涡发展加强,在高原以东持续。不同的是:受切变线影响的托勒低涡移出高原时低涡西部冷平流区强度比受西风槽前诺木洪低涡弱;而托勒低涡区冷平流区比诺木洪低涡移出高原时大。     

冷空气对高原低涡移出青藏高原的影响

在对1998—2004年冷空气影响高原低涡移出青藏高原 (以下简称高原) 观测事实分析的基础上, 利用NCEP再分析资料对2002年8月12—14日托勒低涡移出高原的位涡进行诊断分析, 并通过数值试验揭示了托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征和影响机理。结果表明:这次托勒低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡处在斜压不稳定增强情况下移出高原的。在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱, 从而使高原低涡移出高原的速度减慢, 低涡强度减弱, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 低涡24 h内西退, 在高原边缘徘徊。     

准平直长路径与多折向路径东移高原涡的环境场特征

利用1998—2018年NCEP/NCAR 全球最终分析数据、大气观测资料、青藏高原低涡切变线年鉴,采用合成方法分析了准平直长路径和多折向路径东移高原低涡的环境场特征,探讨了低涡折向的主导因素。结果表明: 准平直长路径低涡、多折向路径低涡长时间活动的共同环境场特征是有明显影响低涡活动的天气系统, 副热带高压（简称副高）位于高原低涡东南方,高原低涡以北上空伴有东、西段急流;低涡有正涡度平流输入,高原低涡上空为辐散区,高空高位涡下传到低涡。同时,二者环境场特征存在明显差异,多折向路径低涡伴有较强的热带低压活动,是在副高、西风带天气系统、热带低压相互作用的环流背景下,高原涡东移受阻而折向; 准平直长路径低涡是在西风带天气系统为主导的环流背景下向东移动;准平直长路径低涡受冷空气、西南气流与高空锋区的影响比多折向路径低涡强,造成了准平直长路径低涡的正涡度平流、位涡、斜压性、高空辐散比多折向路径低涡强。多折向路径低涡折向的主导因素是环境场条件使低涡在减弱、东移受阻的情况下高空高位涡中心在低涡西部上空,高位涡下传使低涡加强的强正位涡异常区出现在低涡西部,低涡移向低涡加强的区域。      

一次高原涡东移引发江淮强降水的动热力机制分析

利用ERA5(0.25°×0.25°)逐小时再分析资料,TRMM卫星降水资料和FY-2E卫星黑体亮温（TBB）资料等,探讨了2017年7月7-9日的一次移出高原涡形成发展的环流背景和移动特征,以及引发江淮流域强降水的动热力机制,并应用HYSPLIT4模式追踪江淮流域强降水的水汽源地。结果表明：此次高原涡生成于高原中部,先向东南方移动,到达四川中部后转为东北向移动,生命史为39 h。200 hPa南亚高压和高空急流强度较强,低涡位于高空急流入口区右侧的辐散区,促使低涡形成和发展。500 hPa低涡前部的负变高中心以及西太平洋副热带高压边缘的西南气流引导低涡的东移和转向。低涡移出高原后处于高空槽前正涡度平流造成的减压区,加之大地形背风坡有利于气旋性涡度增强,低涡得以发展。低涡下高原后沿江淮切变线移动,槽后的冷空气与携带孟加拉湾和南海水汽的偏南气流汇合,在锋生作用下低涡发展为江淮气旋,降雨量迅速增强达到大暴雨标准。高低空急流的耦合和低层对流不稳定的发展加强了动力抬升作用,有利于江淮强降水的形成。强降水的水汽源地主要为南海和孟加拉湾,降水最强时段对应辐合上升运动最强,对流云发展旺盛使降水得以维...     

移出与未移出高原的两类低涡环流特征的对比分析

利用NECP再分析资料,采用对比分析方法,对2000-2004年汛期(6-9月)的高原低涡活动过程进行普查,并对移出高原低涡与未移出高原低涡在其生成时刻的环流特征场,以及移出高原低涡的移出高原时刻与未移出高原低涡的强盛时刻的环流特征场进行对比分析。分析表明:500 hPa上,移出高原低涡背景环流中巴尔喀什湖低槽、东亚大槽比未移出高原低涡深,蒙古高压脊更强,背景环流经向度大,而且副热带高压比未移出高原低涡西伸明显;暖平流对高原低涡的生成很重要,而涡后新疆冷平流有利于高原低涡移出高原主体;青藏高原上的正涡度平流有利于高原低涡的生成和加深,河套地区正涡度平流带的存在有利于高原低涡的移出。在200 hPa上,南亚高压的存在有利于高原低涡的生成,移出高原低涡上空的南亚高压强度要强于未移出高原低涡;青藏高原东北部、四川盆地到陕西一带位于高空急流入口区南侧时有利于高原低涡东移。找出高原低涡移出与未移出高原主体的环流场、温度平流场、涡度平流场的异同特征,为高原低涡能否东移出高原主体提供科学依据。     

高原涡移出高原后持续的对流层高层环流特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、历史天气图与青藏高原低涡切变线年鉴,继高原涡移出高原后持续的对流层中层环流特征分析基础上,依据持续强影响高原涡的分类,对1998-2012年持续强影响高原涡不同类型在生成、移出高原、持续强盛与将减弱消失时的对流层上部多种物理场进行了合成与对比分析。结果表明:持续强影响高原涡持续的对流层高层共同的环流特征是,南亚高压脊线在25°N-28°N,东伸到100°E以东;低涡附近或以北的200 h Pa上空有≥32 m·s-1急流核区的西风急流,和300 h Pa上空有≥20 m·s-1中心区的较强偏西风气流,影响低涡活动的500 h Pa天气系统与低涡的上空200 h Pa有辐散区。反映了高空辐散、高空锋区分别对低涡起了利于低涡辐合加强、高位涡下传引起低涡涡度增加的作用。研究分析还揭示了各类高原涡移出高原后持续的对流层高层的环流特征的主要差异和物理图象。     

高原低涡移出高原的观测事实分析

应用天气学、统计学原理,结合TRMM资料,分析了1998—2004年5—9月移出高原的低涡的活动特征。结果指出:6—8月是高原低涡移出高原影响中国东部天气的主要时段,它与高原低涡在高原上的活动特征及西南低涡移出高原特征均不同;移出高原的高原低涡的涡源主要在曲麻莱附近、德格附近,这与高原上产生低涡的涡源不同;移出高原的高原低涡的移动路径多数是随低槽的活动而向东、向东南移动,这与高原低涡在高原上多数是沿切变线移向东北不同,高原低涡移出高原后,不仅影响中国的范围广,还可能影响到朝鲜半岛、日本;高原低涡移出高原后涡的强度、性质会有变化,在高原以东活动时间长(≥36 h)的高原低涡,移出高原前多数为暖性低涡,移出高原后多数为斜压性低涡,低涡加强、多数可产生暴雨、大暴雨;高原低涡移出高原后移到海洋上,往往因下垫面不同而变化,出海后都有降水加强、多数位势高度下降的现象;移出高原后的高原低涡因东面海上热带气旋活动而少动,与其南面热带气旋活动相向而行,因季风低压少动而少动的现象。     

高原低涡东移出高原的平均环流场分析

利用美国国家环境预测中心(NCEP)再分析资料,挑选出1998—2004年夏季高原涡移出高原多、少的年、月对它们的环流场进行对比分析。对比分析指出,6~8月是高原涡最易移出的月;当500hPa孟湾季风槽偏北,或西太副高明显西伸,高原东部有切变线活动;当200hPa南亚高压东伸明显,高原东部为南亚高压脊前西北气流控制时,有利于高原涡东移出高原。为高原低涡暴雨预报的气候背景提供了科学依据。     

1998年夏季两例青藏高原低涡结构特征的比较

利用1998年Micaps历史天气图、1998年第二次青藏高原科学试验资料和NCEP/NCAR 1°×1°分辨率的再分析资料,对该年夏季两例移出与未移出高原的低涡活动过程及特征进行了对比分析,结果表明,移出与未移出高原低涡的低涡结构特征差异显著:(1)移出高原低涡,低涡环流呈圆形,厚度有3000 m左右,降水区呈环状分布;未移出高原低涡,低涡环流呈椭圆形,厚度为1500 m左右,降水区在低涡的南、西南方。(2)移出高原低涡,低涡区内绝大部分为上升运动区,并且强度在加强、区域扩大;未移出低涡,涡区内上升运动在减弱,上升运动区在缩小。(3)移出高原低涡,涡区内斜压性强,比未移出的大近一倍。(4)移出高原低涡,涡区内500 hPa有高位涡沿东北方向向上输送位涡平流,未移出高原低涡的有次高位涡沿东南方向向下输送位涡平流。(5)移出高原低涡是下层‘正涡度、暖区’、上层‘负涡度、冷区’;未移出高原低涡是下层‘正涡度、冷区’、中层‘负涡度、弱暖区’、上层‘正涡度、冷区’。     

引发四川盆地西南地区暴雨的高原涡特征分析

为进一步认识高原涡对盆地西南地区暴雨过程的影响,总结该区域暴雨预报经验,本文利用2001～2011年高原涡切变线年鉴、MICAPS实况天气图、盆地西南地区气象站日降雨量资料以及NCEP再分析资料,对引起盆地西南地区暴雨过程的高原涡特征进行总结分析,得到结论:1)引发盆地西南地区产生暴雨量级以上降雨的高原涡过程多发生在每年7月;高原涡东移将对盆地西南地区产生明显降雨;48小时后大部分高原涡减弱消失,少数继续东移或东南移;2)引发盆地西南地区产生暴雨的高原涡通常是暖性高原涡,高原涡东移48小时后有明显的冷平流入侵转变成斜压性低涡;这一类高原涡常常与高原切变、西南低涡、副高、低空急流以及南亚高压等影响系统相配合,共同作用产生一次暴雨过程;3)引发的盆地西南地区暴雨的高原涡过程的温湿场特征为:500hPa高原东部到盆地上空的大气高温高湿的特征明显,700hPa和850hPa盆地高温高湿,同时垂直上升运动旺盛且随高度向北倾斜。      

南支气流对高原低涡移出青藏高原影响的诊断分析

利用NCEP再分析资料对2001年以来移出青藏高原后活动时间长(>48小时)的3次高原低涡在南支气流影响下移出高原的个例,进行了325°K等熵面分析、500hPa水汽输送、涡度平流的诊断分析,得出了南支气流影响高原低涡移出高原的共同特征与差异,给出了南支气流对高原低涡移出高原影响的综合作用的概念模型。丰富了高原低涡东移的认识,为高原低涡洪涝暴雨的预报提供了科学依据。      

基于NCEP资料的近30年夏季青藏高原低涡的气候特征

基于NCEP/NCAR再分析资料并通过人工识别与天气图对比,本文对1981～2010年夏季高原低涡的气候特征进行了统计分析,对比研究了高原低涡高发年和低发年的大气环流场和低频分量场的特征,主要结果有:（1）近30年来夏季高原低涡平均每年生成32个,低涡发生频数呈现较明显的增多趋势,并具有较强的年际变化特征,低涡频数在2000年和2005年出现显著突变,在2000年由增多趋势转为减少趋势,在2005年又转为增多趋势,同时低涡频数具有显著的准5年、准9年和准15年周期振荡,6月生成的高原低涡呈减少趋势,而7月和8月生成的高原低涡均呈现增多趋势;（2）夏季高原低涡生成源地主要集中在西藏双湖、那曲和青海扎仁克吾一带,其中高原中部涡占50.8%,西部涡占27.0%,东部涡占22.2%,6月、7月和8月生成的高原低涡分别占夏季低涡总数的44.7%、29.9%和25.4%,高原低涡生成时绝大多数为暖性涡,占总数的90.7%。近30年来平均每年夏季有1.3个高影响高原低涡移出高原并在下游大范围地区产生强降水天气;移出的高原低涡以东移为主,占移出高原低涡的56.4%,而东北移和东南移的分别占移出高原低涡的20.1%和20.5%;（3）高原低涡高发年,低层的大气环流场和低频大气环流分量场均表现出较强的水平辐合及偏南气流,高层的青藏高压在高原主体范围内较气候态偏强;高原低涡低发年的情况则与之相反,伊朗高原上空的气旋、青藏高原低槽和高原南侧反气旋的配置对高原低涡的发生具有重要作用。     

高原涡、西南涡研究的新进展及有关科学问题

简要回顾了青藏高原天气研究的历史,重点综述了进入21世纪后的近十年来青藏高原天气研究领域中有关高原低涡、西南低涡的若干重要进展,总结了相关研究取得的主要成果,在此基础上归纳出了当前高原天气研究存在的主要问题和需要加强的研究方向,以期有助于更好地梳理青藏高原天气影响的科学问题,推动青藏高原大气科学试验及研究的有序开展。     

Satellite-based Observational Study of the Tibetan Plateau Vortex:Features of Deep Convective Cloud Tops

In this study, an east-moving Tibetan Plateau vortex (TPV) is analyzed by using the ERA-5 reanalysis and multi-source satellite data, including FengYun-2E, Aqua/MODIS and CALIPSO. The objective is to demonstrate: (i) the usefulness of multi-spectral satellite observations in understanding the evolution of a TPV and the associated rainfall, and (ii) the potential significance of cloud-top quantitative information in improving Southwest China weather forecasts. Results in this study show that the heavy rainfall is caused by the coupling of an east-moving TPV and some low-level weather systems [a Plateau shear line and a Southwest Vortex (SWV)], wherein the TPV is a key component. During the TPV's life cycle, the rainfall and vortex intensity maintain a significant positive correlation with the convective cloud-top fraction and height within a 2.5° radius away from its center. Moreover, its growth is found to be quite sensitive to the cloud phases and particle sizes. In the mature stage when the TPV is coupled with an SWV, an increase of small ice crystal particles and appearance of ring- and U/V-shaped cold cloud-top structures can be seen as the signature of a stronger convection and rainfall enhancement within the TPV. A tropopause folding caused by ageostrophic flows at the upper level may be a key factor in the formation of ring-shaped and U/V-shaped cloud-top structures. Based on these results, we believe that the supplementary quantitative information of an east-moving TPV cloud top collected by multi-spectral satellite observations could help to improve Southwest China short-range/nowcasting weather forecasts.     

2008年初“低温雨雪冰冻”灾害天气的持续性原因分析

从预报角度出发,初步分析了2008年初"低温雨雪冰冻"天气的主要特点和环流特征,对冻雨、暴雪的成因也进行了初步分析:2008年初低温雨雪冰冻期间,大气环流形势稳定,极涡中心偏向于东半球,强而稳定,来自极地的冷气团与来自热带洋面的暖气团长时间在长江中下游地区交汇是主要原因;贝加尔湖以西地区阻塞高压强而稳定,中亚、西亚低槽(涡)位置稳定、发展活跃;对流层700 hPa等压面西南气流稳定,850 hPa低层多切变、低涡活动,为降水提供了非常有利的低空辐合条件;对流层中层高原有低涡发展,高原不断有正涡度向东传播至东部沿海;西太平洋副热带高压(副高)强盛,位置偏西、偏北;副热带锋区强盛,南北温度梯度大;南支槽比较活跃;华南准静止锋、滇黔准静止锋稳定维持;热带洋面上暖气团活跃;逆温层稳定,融化层厚度较厚,是长时间冻雨天气的主要原因之一.2008年初低温雨雪冰冻期间的第1次过程为强冷、暖气流共同作用所致,其后是华南、滇黔准静止锋稳定,扩散冷空气渗透所为;2008年初暴雪天气的主要因四川盆地有正涡度向东传播至中国东部沿海地区,水汽充沛,上升运动强烈所致.     

2008年初低温雨雪冰冻灾害期间青藏高原低值系统持续活跃机制分析

运用Ncep再分析资料和常规观测资料,针对2008年1月11~24日四川盆地长时间持续的低温雨雪天气,分析巴湖低涡长时间稳定的机制,以及巴湖低涡在稳定的同时怎么使得青藏高原低值系统持续活跃,分析发现巴湖低涡维持阶段其后部的乌拉尔山高压长时间稳定的同时,前侧深厚的北风气流使得高纬对流层高层的高位涡向对流层中层的巴湖地区输送,从而促使巴湖低涡稳定并维持。在巴湖低涡稳定期间,巴湖低涡一带维持正涡度,并不断的向青藏高原东部输送正涡度平流和冷平流,使得青藏高原上空低值系统持续活跃。