高原低涡东移过程中三维结构及其演变特征研究

基于国家自然基金探索类项目（40975034）已取得的研究结果（在等sigma坐标中引入相当位势高度变量，可直接在sigma面上分析出天气系统），首先对东移低涡进行天气学分析和数值模拟，用sigma面上的相当位势高度分析方法直接在模式sigma面上分析出低涡系统后，进一步对模式输出的其它各个气象变量(如风场、温度、湿度、涡度、散度及位涡等)进行诊断，揭示东移过程中的高原低涡在近地面的环流特点及其东移过程中的三维结构及其演变特征（在等压坐标中，在高原东部斜坡地形上不能实现），并对其结构变化的原因进行探讨，实现低涡系统结构特征的数值模拟、诊断分析及结构演变机理探讨的结合。由于高原低涡东移出高原后往往引发下游地区暴雨天气的发生，对高原低涡东移过程中结构及其演变特征进行研究，可深化对低涡结构的认识，有助于下游地区暴雨等灾害性天气的分析和预报准确率的提高，在科学意义和实用价值上都非常的必要和迫切。

对高原低涡东移过程进行了天气学分析和WRF模式的高分辨数值模拟，用sigma面上的相当位势高度分析方法直接在模式sigma面上分析出低涡系统，对模式输出的其它各个气象变量(如风场、温度、湿度、涡度、散度及位涡等)进行诊断，揭示了所选个例中高原低涡东移出高原前后的动热力结构特征。新引入了加速度迁移项位势变量，可反映水平风场平流的辐合辐散特征，能够较好指示出高原低涡移出高原前后的强度演变。利用NCEP/NCAR分析资料、ECMWF-interim再分析资料和中国气象局6h降水实况以及MICAPS系统提供的海平面气压、卫星TBB资料及雷达资料，对2008年7月20～22日高原低涡东移和2011年6月16日～17日由高原低涡东移出高原引发低层西南涡发生发展导致西南地区强降水的过程进行诊断和模拟，模式最高分辨率为3km。结果发现：高原低涡东移出高原后，持续东移，引发西南涡生成或发展，都造成西南地区暴雨。不同的是，2008年7月的低涡移出高原后向东南方向移动，强度加强；2011年6月的低涡移出高原后，向偏东方向移动，强度减弱。2008年个例中，中纬度环流为典型的两槽一脊，高原低涡位于阻高南部的低压区中，低涡以东为东北冷涡、西太平洋副高及副高西南侧的0807号台风海鸥。低涡移出高原后，位于阻高和副高间的低压区内，与东北冷涡环流相连，强度增强。移出高原前，四川盆地附近，低层850hPa的西南涡已经存在，在高原低涡向东南移动过程中，低层850hPa的西南涡得到加强，并与500hPa的高原低涡垂直耦合，表现为低涡环流从低层向中上层发展，垂直涡度强烈加强，垂直运动增大，把孟加拉湾季风和海鸥台风输送的水汽向高层抬升，导致四川盆地强暴雨发生。2011年6月的低涡在东移出高原后，诱发西南涡在低层850hPa生成。西南涡生成后，先在原地发展，随后向西北方向有微微移动，在位置上逐步与700hPa等压面上的低涡接近，低涡上空垂直上升运动也加强，对流层低层辐合高层辐散的动力结构增强，对流发展，引发了四川和重庆附近的暴雨，强降水出现在高原低涡南部和西南涡东侧。中低层涡度平流和低层温度平流变化及配置均有利于高原低涡和西南涡的发展东移。低涡东移过程中，中层冷空气侵入加强了低层不稳定能量的释放，有利于降水的发生。