一次暖季少动型高原涡个例分析

王梦玲，陈 诚，曹宏健，张文杰

（1.贵州省施秉县气象局，贵州 施秉 556200；2.贵州省黄平县气象局，贵州 黄平 556100）

高原涡是夏季发生在青藏高原主体上的一种α中尺度低压涡旋，是高原地区特殊地形产生的独特的天气系统，也是夏季高原主要的降水来源。其垂直厚度普遍在400 hpa以下，平均水平尺度为400～500 km，大多具有暖性结构，生命史为1~3 d，大多生成于高原的中西部，在有利的环流形势下，高原涡能够东移发展移出高原，并在高原下游地区产生强降水、雷暴等灾害性天气[1]。高原涡是影响四川地区的重要天气系统，而东移出川后又可能影响我国长江中下游、黄淮地区，甚至华北地区，形成大范围的强降水天气[2]。根据高原涡生命史的长短将生命史在36 h以上的分为发展型，不足36 h的分为不发展型低涡或源地型低涡[3]。

暖性高原涡生成的原因跟热带低压气旋有相似之处，结构也与热带低压气旋相似，都具有暖性的低涡中心和涡眼结构。高原暖性低涡常生成于高原大地形对大气加热产生的感热中心上空，并且随之移动，受此影响，低涡中心气压下降，气流从四周向低涡中心辐合，一般来说在上升运动过程中干绝热过程会使气柱降温，从而抑制热低压的发展[4]。但是在高原上，地面温度达到最高时，超干绝热递减率现象几乎每天在500 hpa以下出现[5]。但是由于超干绝热层厚度较浅薄，维持时间短，所以高原涡大多属于浅薄的系统，生命周期短。大多高原涡在高原就消失了，没有移出高原，有一部分在有利的环流形势下能东移出高原得到进一步发展，进而影响下游地区[6]。

本文选取发生在2005年7月15日至16日的一次伴随有明显降水的少动型高原涡过程，对其不同发生发展阶段的结构特征和演变过程进行分析。利用高时空分辨率再分析资料、常规气象观测资料和降水观测资料，对此次少动型高原涡过程的动力结构、热力结构和降水特征等进行分析，探讨高原涡初生、成熟和消亡阶段结构特征的演变。

1 环流形式分析

1.1 500 hpa高度场

15日12时（世界时，下同）在34°N、85.5°E高度场上有闭合中心和较微弱的气流辐合区，辐合区并不完全对应低涡中心；18时在槽前有低压中心，高原涡初生，此时低压中心在32°N、88°E。低涡中心西北部为西北气流，西南部为暖湿的西南气流，湿度增大，大气层结不稳定，低空辐合和高空辐散增强，将暖湿位能更多地转化为涡动动能，使低涡得到发生和发展[7]。此时低涡处于前部减压，后部加压的情况，将向东南方向边移动边发展。

16日0时，高原涡发展为成熟涡，此时低压中心在31.5°N、88.5°E，稍向东南移动，有明显辐合气流，低涡中心等压线密集，不断有西南暖湿气流补充，对流运动加强，大气层结不稳定，产生降水释放潜热，潜热使云团进一步增暖变得深厚，低涡发展成熟。在36°N、88°E也有辐合气流，高度场上有对应的闭合中心；6时，低涡中心在32.5°N、89°E，稍向东北移动，低涡中心范围减小，辐合气流减弱。低涡中心西北部的西北气流逐渐转为平直的西风，偏北分量减小，仍有西南气流补充，但由于高原上水汽匮乏，降水逐渐减小，释放的潜热减小，高原涡热力条件不足开始消亡。12时，已经不能看出有闭合中心，原来低涡中心西北部的西北气流已经大部分转为西风。

15日12~18 时，温度场落后于高度场构成斜压系统，18时32°N、88°E有闭合中心，处于温度场脊区，因此低涡为暖性低涡。温度场和高度场垂直相交，证明相交处气旋性辐合较强。温度场零线穿过低涡中心，低涡中心前部有暖平流、正涡度平流，后部有冷平流、负涡度平流，在这种情况下，因为高空槽前有正涡度平流，根据涡度方程，气旋性涡度加强，高空气压场和流场不适应，在地转偏向力的作用下，高空的气旋性流场产生辐散运动，高空辐散又导致地面减压[8]。地面减压后气压场和流场不适应，产生负变压区，气流向负变压区辐合，此时就形成了高空辐合、低空辐散的系统。

16日0时，温度场依然落后于高度场，但比15日18时更为接近，低涡中心仍然在槽前，没有与暖中心重合，暖中心此时处于低涡的东北部。温度场与高度场仍有垂直相交，辐合运动加强，低涡受正涡度平流和暖平流的影响低涡发展成熟，略向东南方向移动。低涡边移动边发展，同时西南暖湿气流带来的水汽供应充足，大气层结不稳定，有降水产生。降水结束之后释放的潜热减小，低涡上空因辐合上升运动温度逐渐降低，同时因为低涡后有冷平流，所以温度场与高度场逐渐靠近，之后低涡向东北方向移动。到6时，温度场脊区逐渐东移，低涡中心逐渐被后方的冷平流填充，但温度场与高度场之间的夹角变小，涡度平流和温度平流减弱，近地面的感热加热减小，气压变化减小，所以低涡已经发展到成熟并开始减弱，移动变得缓慢。之后温度场追上高度场与之重合，低涡走向消亡。

1.2 200 hpa高度场

初生阶段的高原涡在200 hpa上，流场与高度场平行，平直的西风变成西北风之后转变为东北风，有辐散下沉运动。15日18时，32°N、92°E有辐散区，高空辐散下沉运动加强，此时低涡发展得较为浅薄，辐散中心并不对应低层的低涡中心，处在低涡中心的东北部。低涡550～200 hpa均为暖层，200 hpa暖中心在低涡中心东北部，与低涡中心并不对应，约为-46.5℃。大气层结不稳定增强，因此对流运动易发生在这种低层暖、高层较冷的结构中。

16日0时，200 hpa仍然是辐散下沉运动，32°N、92°E的辐散区仍然存在，此时低涡发展比上一时刻深厚，已经达到了250 hpa的高度，所以在32°N、88°E上出现新的辐散区，对应低层的低涡中心，因为高空辐散加强，为了补偿高空辐散损失的气流，此时低层的辐合运动也加强，低涡得到进一步发展，大气层结不稳定增强促进对流运动并产生降水。到6时，32°N、88°E处的辐散中心强度减弱，低涡中心上空200 hpa逐渐变为平直的西风控制，到了12时，低涡中心上方的辐散区基本消失，逐渐转由西风控制，低涡走向消亡。这次高原涡过程结束，生命史为12 h。

2 物理量分析

2.1 涡度、散度、垂直速度剖面分析

15日18时为初生涡。（1）涡度，550～400 hpa为正涡度，500 hpa为正涡度最大值，400 hpa以上为负涡度，负涡度最大值出现在200 hpa，因此这时低涡是一个较浅薄的系统。（2）散度，550～400 hpa散度为正值，辐合上升区，4 000～100 hpa散度为负值，辐散下沉区，这种低层辐合高层辐散的形式有利于低涡的发生发展。（3）垂直速度，32°N处550～200 hpa垂直速度为负值，有上升运动，400～300 hpa上升运动最强，在上升区两侧有微弱的正值区，有下沉运动。

16日0时低涡发展为成熟涡。（1）涡度，550～200 hpa为正涡度，较上一时次发展深厚，涡度正值最大出现在400 hpa，正涡度四周均为负涡度。（2）散度，550～250 hpa为辐合上升区，250～200 hpa为辐散下沉区，较上一时次辐合向高空发展，输送更多的近地面感热和产生降水释放潜热，加热空气柱，使低涡得到发展。（3）垂直速度，与涡度正值区相对应区域出现垂直速度负值区，上升运动旺盛，同时在两侧出现弱的下沉区，此后低涡将向下沉区移动，消亡。

2.2 降水特征

15日在低涡发展区域无降水产生。16日降水多集中在低涡的范围内，从环流形势上看有来自西南的暖湿气流补充，水汽条件充足，有正涡度平流，上升运动强，大气层结不稳定，对流云爬升到达一定高度后产生降水，降水中心降水强度最大，达到30 mm。降水释放大量潜热，低涡在降水过程中发展，到16日0时发展至200 hpa的高度，但是高原上水汽匮乏，再加上对流云爬升到最大降水高度之后降水随高度减弱，且16日低涡已经开始减弱稍向东南移动，没有充足的水汽条件，所以低涡动力、热力条件不足，高原涡开始消亡。

3 结论

（1）2005年7月15日至16日的暖季少动型高原涡为暖性低涡，整体具有暖性结构，环流形式为西风环流，500 hpa上高原涡初生、发展成熟时低涡中心西北处均为西北气流，西南处为西南暖湿气流。西南处的西南气流与来自印度洋的暖湿气流相遇获得较好的水汽条件，与北部气流在高原西侧通过高原热力作用，大气获得地面感热加热有辐合上升运动，向上运动中产生降水释放潜热，不断地加热周围大气，从而形成暖性的低涡结构。

（2）高原涡15日18时初生时550～400 hpa为正涡度，400 hpa以上为负涡度，较为浅薄。16日0时发展到成熟涡时550～200 hpa为正涡度，200 hpa以上为负涡度，较初生时深厚，高原涡得到发展，然而由于高原上水汽较为匮乏，16日6时高原涡已经开始消亡，从6时的500 hpa环流形式上也可以看出，低涡中心西北部的西北气流的偏北分量开始减小，到了12时，已经大部分转为了西风。此次高原涡过程生命史只有12 h，可以看作生成并消失于原地，没有发生东移，属于不发展的低涡。

（3）对高原涡的物理量进行分析，得到的结论为：15日18时初生涡的涡度正值区对应散度辐合区和垂直速度负值区，均为辐合上升运动区。散度上，550～400 hpa为辐合上升区，对应涡度正值区；400 hpa以上为辐散下沉区，对应涡度400 hpa以上为负涡度。表明近地面为辐合上升运动，高空为辐散下沉运动，这种低层辐合高层辐散的结构有利于高原涡的生成和发展。16日0时发展成熟时，高原涡从各物理量上看出涡度正值区明显向高空发展，散度的辐合区也向高空发展，垂直速度中可看出上升运动显著。

（4）在降水特征上，降水落区集中在高原涡影响区域，低涡在发展中产生降水并在降水中继续发展，在降水结束后低涡慢慢消亡。这次高原涡过程降水时间短，降水强度不大，24 h降水量达到30 mm，为大雨。