青藏高原低涡形成、发展和东移影响下游暴雨天气个例的位涡分析

发布时间：2020-11-22 01:31

　　 在引发我国东部地区夏季降水的天气系统中,青藏高原低涡扮演着十分重要的角色。高原低涡不仅是高原地区夏季的降水系统,在一定的环流形势配合下,一些高原低涡能够发展加强并东移出高原,导致高原下游我国东部地区出现暴雨等灾害性天气过程。位涡作为一种能够综合反映大气动力学和热力学性质的物理量,被广泛应用于天气系统的诊断与分析中。2016年6月28日至7月1日在我国副热带地区发生了一次青藏高原低涡形成、发展及东传引发长江中下游地区暴雨天气的过程。本文在位涡理论框架内,利用MERRA2再分析资料和TRMM降水资料对该过程进行诊断分析,探究了本次过程中高原低涡形成和发展的物理机制,及其东移出高原后对下游地区大尺度动力背景的影响,得到的主要结论如下:(1)夏季青藏高原地表加热具有强烈的日变化,高原地表加热由白天感热加热源到夜间辐射冷却源的转变直接影响高原上空非绝热加热率的垂直梯度,使高原近地层白天有位涡耗散,夜间有位涡制造,呈现明显的昼夜循环。当夜间高原上空出现有积云凝结潜热释放时,夜间的位涡制造将增强,当夜间制造的位涡不为白天的耗散所抵消时,通常位涡制造的昼夜循环被破坏,高原低涡形成。(2)在高原低涡的快速发展阶段,非绝热加热项对局地位涡的增长起主要贡献。由于此时高原低涡中心附近已有明显的降水出现,降水凝结潜热加热随高度的急剧增加会造成低空位涡的剧烈增长,导致高原低涡迅速发展,此时地表加热场的日变化对其影响较小。(3)随着低涡系统的持续东移,移出高原的位涡中心可导致长江中下游地区对流层中层出现正的纬向位涡平流、低层出现负的经向位涡平流,降水中心附近出现位涡平流随高度增加的大尺度动力背景,有利于垂直上升运动的发展。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P458.121.1
【部分图文】：

(b)对截面积 不变的流柱，以质量为权重的位涡的增加（减少）必伴有以 为权重的绝对涡度的增加（减少）。图 2.2.1 为大气环流对外部热源 Q 的热力适应发展过程示意图。考虑静力稳定的静止大气中有 3 个水平分布的等熵面，在区域 中，非绝热加热 Q 在下层( 1~ 2)中由 0 增加到 Q，在上层( 2~ 3)中由 Q 递减至 0（图 2.2.1a）。取 1面为地面，此时在气柱中将发生如下两个过程：(a)热力过程：图 2.2.1b 中 2面上的加热使得此处的等熵面由 A 点下降至 1点，由（2.9）式可得静力稳定度和位涡在下层增加，在上层减小。同时低层变薄，质量减小；高层增厚，质量增大。在流场不变的情况下，质量的变化抵偿了位涡的变化。(b)动力过程：因副热带地区 Burger 数大，温度平流作用较弱，热力学方程可表示为： 2 ≈ 。当质点在 A 处受热上升，有底层辐合、高层辐散。根据（2.9）式，低层有气旋式涡度发展，高层有反气旋式涡度增长，流场因此向加热场适应。

图 3.3 2016 年 6 月 27 日 12 时-7 月 1 日 15 时(a) 500hPa 低涡中心的移动路径；(b) 500hPa 低涡中心的强度(折线，单位：PVU，1PVU=10-6K m2s-1kg-1) 和低涡中心附近 1°×1°面积平均降水(直方图，单位：mm h-1)。三个蓝色阴影区分别表示高原低涡形成阶段和低涡中心的快速发展阶段及高原低涡影响下游地区降水阶段。3.3 大尺度环流背景天气系统的移动会受到环流形势的制约，研究表明高层南亚高压和高空西风急流对高原低涡的移动有所影响[41,44]。图 3.4（a-c）给出了高原低涡形成时（6 月 27 日 18 时）、低涡移动至高原东部时（6 月 29 日 12 时）及低涡影响下游地区降水时（7 月 1 日 06 时）200hPa 环流位势高度场、风场及高空急流的分布。高原低涡形成时(图 3.4a)，200hPa南亚高压呈东西向带状分布，高压脊线位于 27°N 附近。在高压的北侧有一支东西向带状分布的西风急流，有超过 50m/s 的急流核区。中纬度地区（32°N-55°N，86°E）有一脊线，高原低涡生成于脊线底部，南亚高压北部，高空西风急流入口区的偏西气流中，

第三章 高原低涡影响厂长江中下游地区暴雨天气的过程断开，靠近高原一侧的急流范围虽较低涡形成时的缩小，但仍，核区位置南压了 2.5 个纬距。低涡此时位于南亚高压脊前，的西北气流中。高压脊前的西北气流有利于高层形成辐散环流用，而急流入口区存在直接力管环流，入口区的南侧有暖空气步加强高空辐散环流，有利于高原低涡的发展。7 月 1 日 06 时移，南亚高压东部脊线北抬东伸。高原东部地区上空有一新的槽前的西南风气流中，高空急流的范围有所减小。高原低涡此偏西气流中，尔后将继续东移直至到达洋面减弱消失。从以上的活动与高空环流形势与高空急流的变化有着密切的联系。
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本文编号：2893902