西南涡东移及其引起的南方暴雨成因分析外文翻译资料

 2022-12-05 17:00:07

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西南涡东移及其引起的南方暴雨成因分析

Yongren Chen,1,2 Yueqing Li,1 and Tianliang Zhao,3

1中国气象局高原气象研究所，四川成都610072

2四川省气象台，四川成都610072

3南京信息工程大学气溶胶云降水重点实验室气象灾害预测与评估协同创新中心，南京210044

在2008年6月11-14日对中国西南涡（SWV）的运动及其引起华南地区的强降雨过程进行了调查。结果表明，在上层高空急流（ULJ）和中层西风槽的转向下，SWV向东移动，从川南高原，跨滇东高原到华南，形成明显的大雨带。 SWV在大风暴相对螺旋度（SRH）环境中发展，随着环境风场的不断转移而积极以支持其发展。在SWV运动前（后）独特的热（冷）平流的热力学结构也是西南低空急流（LLJ）和SWV垂直风切变的重要因素。SWV的发展与负MPV1（湿位涡的正压项）和正MPV2（它的斜压项目）分布有关。 MPV1和MPV2在SWV胚胎形成和进化中起主导作用。中尺度对流系统（MCSs）频繁发生并持续存在于水汽辐合区造成严重的强降雨。高湿度螺旋度分布和强降水区域一致，湿度螺旋度分布可能是暴雨发生的良好指标。

1 简介

由青藏高原（TP）东部边缘的复杂地形产生的中国西南涡（SWV）也称为meso-alpha;尺度低涡，通常起源于中国西南部（98-108°E，26-33°N）对流层低层700 hPa。 因为对具有复杂地形的TP的气象观测非常稀疏，这限制了我们对SWV的理解，导致了SWV以及TP下游灾难性天气的预测存在较大的不确定性和困难。 SWV通常早期形成于浅层天气系统; 然而当它向东移动时，会产生恶劣的天气影响[1]。 例如，1981年7月四川盆地的一场致洪性大降雨[1，2]，1998年夏季长江流域大降水与洪灾[3]，2008年6月中旬华南持续强降雨[4]都与SWV密切相关。SWV在许多暴雨事件中扮演重要角色，并且是主要的影响中国夏半年大雨的系统[1，5]。 SWV引起的降雨[6]研究表明，由SWV引起的强降雨强度和频率可能仅次于热带台风和残余低压。 因此，SWV的形成，发展和相应的洪水是气象学家和天气预报员的热门研究课题。 将大量的研究文章在低涡的源区和运动路径进行了统计分析[7,8]，对低涡的结构特征及其形成和发展的原因进行了讨论[1，9-13]，进行了案例研究[ 14-16]和SWV引起的强降雨的数值模拟[17]。随着卫星观测和雷达观测应用的不断深入，对SWV形成与发展及其内部物理特征及其引起的暴雨发展的进一步认识已逐步取得，并取得了一些初步成果[18 ，19]。事实上，不同SWV的生命周期和运动路径变化很大，这些差异对降雨强度和雨带有显着影响。因此，重要的是彻底了解并准确预测SWV的生命周期和运动路径。使用15年的日常气象观测资料，Chen等人[8]将SWV的运动路径分为东北，东，东南和小运动四种类型;这四种类型分别占移动低涡的33.3％，50.0％，5.0％和11.7％。显然SWV不仅影响中国青藏高原东部的西南地区，而且通过东移也影响华东地区; SWV影响区域与其运动路径密切相关。特别是，SWV可能对华南地区的降水产生很大影响，包括汛期强降水。然而，对SWV引起的南方持续强降雨进行的研究甚少。为了分析SWV的东移和强降雨诱发物理过程，揭示SWV形成和发展的物理原因及其中尺度结构，本研究深入分析了华南地区持续特大暴雨过程 2008年6月11日至14日。

本文组织如下。 第二部分介绍本研究中使用的数据和分析方法。 第三部分描述SWV途径与强降雨之间的关系。 第四部分分析了SWV运动过程中大尺度循环的原因和环境因素。 第五部分分析了引起暴雨的SWV的物理过程。 第6节总结本文。

2 数据和方法

2.1数据。

数据来源包括以下内容：FNL（最终）全国运营全球分析数据环境预测中心（NCEP）的1times;1∘网格和6h时间分辨率数据; 中国气象局气象卫星中心提供的FY2D静态气象卫星为0.1∘times;0.1∘网格的TBB数据; CMA提供的观测降水资料。

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]，其数学表达式为

是横向的环境风向量，是风暴运动矢量，是水平涡旋矢量,并且
显然，SRH反映了一定厚度的大气层环境风场旋转程度和涡量输入对流系统。 在实践中，计算公式是由Davies-Jones等人提出的。[24]。考虑到

和为风暴运动矢量的水平分量，在这篇论文中，从950hPa到400hPa的质量加权的平均风速的75％并向右偏转40°方向的速度被认为是风暴速度[25]。

只考虑垂直螺旋度和水汽通量散度因子，湿度螺旋度散度（MHD）被定义[26,27];那就是

omega;是P坐标的垂直速度，是垂直涡度，nabla;sdot;?是水汽通量的散度。

3 SWV运动与大暴雨的路径

图1显示了形成于世界时2008年6月10日18时川南高原地区（29°N，102.5°E），并沿云南贵州边界向南移动24小时的SWV运动的路径（图1（a））和SWV的中心涡度（图1（b），移动路径是经向分布从北到南（这是第一阶段）。第二阶段从2008年6月11日18时开始，当时低涡进入广西省并集中发展，然后经湖南和广东北部进入江西，直至消失; 这个阶段持续了3天以上，这是一个漫长的生命周期。 此外，SWV的强度在第一阶段通常低于，在第二阶段强度大于（图1（b）），这意味着低涡在华南地区变得更深。

伴随着SWV运动（图1），雨带先是由北向南，然后由西向东按照24 h累积分布降水（图2）。 在川南高原（图2（a）的A区）开始发生强降雨。 长江以南地区也出现了强降雨（图2（a）中的B区），但与切变线有关。 截至6月12日的世界时0点（图2（b）），50-200mm的强降雨主要集中在云贵黔交界和广西北部（图2（b）C区）。 截至6月13日世界时0点（图2（c）），强降雨量（100-300mm）主要集中在广西和广东（图2（c）D区）。 6月14日世界时0点（图2（d）），广东，湘南和江西（图2（d）E区）出现大范围降水。显然，雨带形态与低涡的运动路径一致。 为了解暴雨的物理过程，下一节将进一步分析SWV传播和发展的环流背景，以及SWV强烈发展的结构特征和原因。

图1：世界时2008年6月10日18时至2008年6月13日18时，每隔6小时SWV（a）运动路径（带箭头的黑线）和（b）700 hPa的中心涡度变化（涡度单位为 10-5 s-1）; D表示SWV中心。

图2：（a）6月11日，（b）6月12日，（c）6月13日和（d）世界时2008年6月14日00 至24 UTC的每日降水分布（毫米）

4 SWV的发展成因

4.1大尺度流场。

有利的大规模流通对SWV的运动和发展至关重要[1]。 时均环流显示SWV运动在第一阶段（图3（a） ，3（c）和3（e））和第二阶段（图3（b），3（d）和3（f））与250 hPa高空急流（ge;30m / s），500 hPa西风槽前强上升运动和700 hPa 低空急流密切相关。 这种关系体现在三个方面。1）SWV总是沿着250hPa 高空急流入口右侧的强发散区移动。

图3：（a，b）250 hPa，（c，d）500 hPa和（e，f）700 hPa的风场和位势高度场。（a），（c）和（e）是从世界时2008年6月10日18时至11日18时的平均值 。 （b），（d）和（f）是从世界时2008年6月11日18时至13日18时的平均值 。阴影区域表示（a）和（b）中的散度（10-5s-1），（c）和（d）中的垂直速度（Pa / s），以及水平 （e）和（f）中的风速（ge;12m/ s）。

第一阶段川南和云贵边界存在较强的发散区（图3（a）），相应的 SWV运动集中。 在第二阶段（图3（b）），强烈的发散区域在中国南方，相应的低涡旋运动集中。西风槽和西太平洋副热带高压（WPSH）的配置使500hpa位势高度东高西低，低涡总是在西风前强的上升运动区槽。例如，第二阶段云南 - 贵州边界地区（图3（c））和华南地区（图3（d））强烈上升运动。 （3）在第一阶段（图3（e）），低涡的辐合流场位于云贵黔交界地区，而低空急流在东部海面; 在第二阶段（图3（f）），辐合流场主要位于广西和广东，在涡旋前有明显的低空急流。

图4：如图3所示，但在250 hPa和500 hPa时，暗线表示槽和SWV运动方向的箭头。

以上讨论的是时间平均环流，大气环流分布在不同的时间（图4），11日08时，250 hPa高空急流在川北，在其入口的右侧为发散面积（图4 （a））。 500 hPa西风槽呈波动性，呈现阶梯槽特征，其中位于川西地区的一个波谷与其前面的上升运动对应着低涡运动区域（图4（b）），另外还有一个在中国东部中部，这种梯槽分布有利于SWV向南移动。世界时11日18时，高空急流推进至重庆地区，强烈发散区位于华南以上（图4（c）），500 hPa阶梯槽合并形成了具有较大径向跨度的西风槽，垂直上升运动位于广西地区，而相应的低涡则改变了运动方向进入广西。到世界时13日12时，高空急流移动到长江流域下游，西风槽略微向东移动。在500 hPa西风槽前高层强烈切变和上升运动区域内对应的低涡继续向东移动。

在大尺度大气环流下，SWV与高空急流，西风槽前的强上升运动有密切相关。 当高空急流向南发展时，500 hPa西风槽波动并呈现阶梯槽，有利于低涡向南运动; 当高空急流和500 hPa西风槽东移时，有利于低涡东移。

4.2环境场条件

4.2.1垂直风切变和风暴相对螺旋度。

沿涡旋中心取得子午剖面（图5（a）和5（b））和带状剖面（图5（c）-5（f））。在垂直方向上，风和涡度变化呈现出一些特征。 （1）存在垂直风切变;具有明显垂直风切变的地区通常意味着强烈的上升运动，这有利于SWV的形成和发展。 （2）正涡度较深（950 hPa-400 hPa），它可以形成正涡度圆柱体，为低涡形成提供了动态条件。 （3）低空急流的存在于低涡急剧发展期间，低空急流可能达到20 m / s（图5（a）和图5（e））。

图5：风和垂直涡度分布的垂直分布（times;10-5s-1）（有色区域表示涡度;实线表示垂直速度以times;10-1 Pa / s为单位; 水平风速以米/秒为单位），沿（a）104°E; （b）105°E; （d）24°N;和（c，e和f）25°N。

另外，低涡通常沿着南风移动。从北向南移动时，低空风是南风，当它从西向东移动时，它前面有西南风;在这样的环境条件下，如何从环境领域获得SWV发展的正涡度？

图6：2008年6月11 - 13日，风暴相对螺旋度（实线为m2 / s2）和700 hPa水平风向量（m / s）和涡度（阴影在10-5 s-1）的分布。

分析SRH的分布（图6），SRH显示对流系统（V-C）的相对速度将环境涡度传输到对流系统，上升气流使进入对流系统的涡度转变为垂直涡度，垂直涡度对于形成对流系统至关重要。因此，高SRH的环境条件有利于对流系统和低涡的形成和发展[21,25]。云南 - 贵州地区在世界时11日0点（图6（a））和世界时11日12点（图6（b））的SRH较高，SWV波动集中; 700hPa风场具有中alpha;尺度和中尺度beta;尺度特征。在低涡的运动方向前面也有很高的SRH值。当SWV在华南地区活动时（图6（c）-6（f）），SRH的分布表明当风场有明显的旋转和显著的上升速度时，环境涡度不断向SWV转移。因此，垂直风切变，强的正涡度和强烈的上升运动有利于低涡的形成发展和形成高SRH。

4.2.2热条件。

对于影响SWV的物理因素，除动态条件外，热力学因素也很重要。在不同时间点绘制假相当位温（theta;se）及其平流点的分布（图7）。随着高度低于700hPa，theta;se线集中并逐渐减小，表明低层大气不稳定，热不稳定是SWV发展的重要条件[1]。

图7：假设等效位势温度theta;se（K）和平流-?⃗sdot;nabla;theta;se（着色在10-5Ksdot;s-1）的分布沿（a）104°E，（b）105°E和（c）106°E的垂直剖面; （d，f和g）25°N和（e）24°N以及（h）的水平分布平均（世界时2008年6月10日18时至11日18时），以及（i）世界时2008年6月11日18 UTC至13日00时的平均-?⃗sdot;theta;se。

从图7可以看出，在世界时11日0点（图7（a）），低涡旋北侧和南侧的暖平流有冷平流。这种热结构有利于SWV向南移动。在世界时11日12时（图7（b）），SWV前方（后方）theta;se平流结构变冷（暖）;此时SWV减弱（图1（b））。在很大程度上，为了维持或发展SWV，应建立低涡旋前（后）的暖（冷）平流等热结构;否则很难发展。而对于这样的冷暖平流结构，除了促进涡旋运动的发展外，它是否也会对涡旋产生重要影响以突然改变其运动方向？为了

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