[科普中國]-西南低渦

簡介

西南低渦是在青藏高原特殊地形和一定環(huán)流條件下，發(fā)生于我國西南地區(qū)700或750hPa等壓面上的氣旋性環(huán)流或有閉合等高線的低渦，是一個尺度約為300-500km的中尺度系統(tǒng)，屬中尺度渦旋。西南低渦是影響我國降水的重要天氣系統(tǒng)之一。最初對于西南低渦的研究可以追溯到20世紀(jì)40年代前后。

西南低渦呈近圓形而非對稱特性，西南低渦在不同發(fā)展階段其結(jié)構(gòu)是不同的。初生階段的西南低渦是一個暖性淺薄天氣系統(tǒng)；成熟階段的強烈發(fā)展的西南低渦正渦度可伸展到100hPa以上，是一個深厚的暖濕低壓系統(tǒng)，渦區(qū)內(nèi)動量、層結(jié)、垂直運動等呈非對稱分布；減弱階段的西南低渦是一個斜壓淺薄系統(tǒng)，對流層低層低渦為冷性結(jié)構(gòu)。1

主要特征（1）西南低渦的發(fā)生具有明顯的年、季、月和日變化，其中夏季出現(xiàn)最多，以4—9 月居多，春秋季次之， 冬季出現(xiàn)最少；7月出現(xiàn)最多，2 月出現(xiàn)最少；低渦在夜間生成的幾率比白天高一倍多。

（2）西南低渦主要集中出現(xiàn)在九龍、巴塘、德欽、康定、昌都一帶，其次為四川盆地。

（3）半數(shù)以上的西南低渦生命史低于36 h , 但個別低渦在夏季可維持6 ～ 7 天。長生命史低渦主要出現(xiàn)在春夏季節(jié), 這可能與大氣層結(jié)和水汽供應(yīng)有關(guān)。

（4）西南低渦生成后, 僅有三分之一(38 %)左右的低渦位勢高度降低, 12 h 平均降幅為-3 .1 g pdm ;大多數(shù)低渦在源地減弱消亡。

（5）移動類西南低渦僅占低渦總數(shù)的20 .5 %, 且主要取偏東路徑(70 .7 %), 沿長江流域東移入海;東北路徑(21 .2 %)與東南路徑(8 .1 %)不足三分之一。

（6）低渦生成后有的在源地減弱消失，有的能夠移出源地，移出源地的西南低渦以5—8月的幾率最大。

（7）移出渦源的渦以偏東路徑居多，即由源地沿長江流域東移入海。

（8）尺度約為300-500km的中尺度系統(tǒng)，屬中尺度渦旋。

（9）西南低渦呈近圓形而非對稱特性，西南低渦在不同發(fā)展階段其結(jié)構(gòu)是不同的。2

形成機制西南低渦形成的大尺度環(huán)流背景低渦的生成與發(fā)展有兩個重要條件，其一是高原東側(cè)要有旺盛的偏南氣流，使等壓面高度因增溫降壓而不斷降低，其二是要有促使低渦生成的引發(fā)條件，例如低槽自西北迅速東移，使南北氣流相遇發(fā)生強烈輻合。同時高原側(cè)邊界的摩擦作用也是極有利的條件，這是由于高原東南方的偏南氣流受到高原側(cè)邊界的摩擦?xí)a(chǎn)生氣旋性切變，高原東北方的偏北氣流則產(chǎn)生反氣旋性切變，因輻合作用產(chǎn)生低渦。

西南低渦形成與南支氣流輸送有很大關(guān)系，印度季風(fēng)槽位置偏北，有利于西南低渦生成，這不僅是印度季風(fēng)槽輸送了正渦度，同時還輸送了暖濕氣流?；诮莿恿績A向方程，分析表明角動量平流與低渦出現(xiàn)頻率關(guān)系密切，角動量平流變化是導(dǎo)致低渦逐月出現(xiàn)頻率變化的原因之一。而分層流與地形的相互作用也在一定程度上解釋了初夏低渦活躍，盛夏低渦活動減弱的事實。高原東側(cè)邊界層摩擦作用普適性地解釋了西南低渦為何常出現(xiàn)在高原東側(cè)的西南地區(qū)大氣邊界層內(nèi)。

發(fā)生發(fā)展機制大氣環(huán)流與地形的相互作用不僅對低渦的形成，而且對其維持都有著重要的影響。凝結(jié)潛熱釋放、低空急流的形成與維持均有利于低渦的發(fā)展。高層位渦擾動機制、傾斜渦度發(fā)展機制和大氣非平衡強迫機制都較好地解釋了西南低渦的發(fā)生發(fā)展。

西南低渦是在特定地區(qū)生成的中尺度系統(tǒng)，關(guān)于地形和其他因素對西南低渦形成影響已經(jīng)作了許多研究。凝結(jié)潛熱釋放與大氣的對流活動及所帶來的降水密切相關(guān)。目前關(guān)注點可能應(yīng)該放在降水發(fā)生前西南低渦的發(fā)展機制研究上，以及降水發(fā)生后凝結(jié)潛熱釋放能夠多大程度加強西南低渦并使西南低渦維持多久等問題的研究上，這有助于做好對西南低渦及所帶來降水的預(yù)報。1

研究歷史及進展最初對于西南低渦的研究可以追溯到20世紀(jì)40年代前后。我國的氣象科技工作者針對西南低渦活動及結(jié)構(gòu)特征、形成維持機制、發(fā)展東移機制等開展了一系列的研究，其研究成果對正確預(yù)報強降水，對西南地區(qū)及我國東部地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)決策具有重要的指導(dǎo)意義。

馬振鋒、陳忠明等、劉紅武等曾分別在上世紀(jì)末和本世紀(jì)初就西南低渦研究總結(jié)了關(guān)注的不同時期、不同方面的一些研究成果，如陳忠明等總結(jié)第二次大氣科學(xué)試驗前后西南低渦研究進展，劉紅武等從研究方法上概述西南低渦研究成果。

從近50 年來對西南低渦活動的統(tǒng)計分析，在西南低渦的結(jié)構(gòu)研究，西南低渦形成的大尺度環(huán)流背景及氣候成因研究，西南低渦發(fā)生發(fā)展機制研究，西南低渦移動機制研究，西南低渦與高原低渦、熱帶氣旋相互作用機制研究等六個方面都取得了很大的進展。

西南低渦活動的統(tǒng)計分析西南低渦活動的統(tǒng)計分析工作是一項基礎(chǔ)性工作，也是非常必要和有意義的工作。這方面的工作開展的比較早，且不定期的有新的時間序列的統(tǒng)計研究成果盡管統(tǒng)計西南低渦的范圍，樣本長度不同，低渦的標(biāo)準(zhǔn)略有差異，但得到的結(jié)論基本一致，如南低渦活動頻繁期在初夏，渦源最為集中在九龍其次是四川盆地區(qū)，移出渦源的渦以偏東路徑居多，即由源地沿長江流域東移入海。

在統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，在西南低渦源地和主要移動路徑上增設(shè)觀測站點，將有助于監(jiān)測西南低渦的活動。統(tǒng)一西南低渦活動特征判定指標(biāo)，將能夠更清楚地認識西南低渦氣候特征。同時，在統(tǒng)計分析研究工作中也看到，沒有西南低渦致災(zāi)的評價標(biāo)準(zhǔn)，及相應(yīng)的西南低渦災(zāi)害數(shù)據(jù)庫。因此，將西南低渦活動與相關(guān)的災(zāi)害性天氣進行長時間序列分析，提出西南低渦強度及其災(zāi)害的評價標(biāo)準(zhǔn)，建立西南低渦數(shù)據(jù)庫將是很有必要作的基礎(chǔ)性研究工作。

西南低渦的結(jié)構(gòu)研究西南低渦的結(jié)構(gòu)研究表明，西南低渦呈近圓形而非對稱特性，西南低渦在不同發(fā)展階段其結(jié)構(gòu)是不同的。

對于一個典型的西南低渦，初生階段的西南低渦是一個暖性淺薄天氣系統(tǒng)；成熟階段的強烈發(fā)展的西南低渦正渦度可伸展到100hPa 以上，是一個深厚的暖濕低壓系統(tǒng)，渦區(qū)內(nèi)動量、層結(jié)、垂直運動等呈非對稱分布；減弱階段的西南低渦是一個斜壓淺薄系統(tǒng)，對流層低層低渦為冷性結(jié)構(gòu)。西南低渦活動期的邊界層結(jié)構(gòu)及其演變非常復(fù)雜，加之，西南低渦在不同階段溫濕場、動力場特征還有待更全面地刻畫。

因此，采用更多的非常規(guī)觀測資料，如雷達、衛(wèi)星資料，大氣科學(xué)試驗加密觀測資料，采用數(shù)值預(yù)報模擬技術(shù)和資料同化技術(shù)，將有助于更細致和客觀地揭示西南低渦結(jié)構(gòu)及其演變。1

西南低渦移動機制冷空氣入侵、風(fēng)場分布的不均勻性以及物理量場分布的不均勻性使低渦易朝著正渦度中心、輻合中心和冷暖平流中心（取決于冷暖空氣勢力強弱）移動。西南低渦是中尺度系統(tǒng)，可進一步加強物理量計算分析，并結(jié)合數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，探索物理量與西南低渦移動和發(fā)展關(guān)系，基于物理量變化的西南低渦移動發(fā)展機理和可預(yù)報性。

移動特征①西南低渦移出的年平均頻數(shù)占其總數(shù)的41%；

②西南渦的移向與相應(yīng)的500百帕面上氣流方向基本一致，但略偏南些；

③移速則為500百帕面上風(fēng)速的50%-70%；

④位于切變線上的西南渦，常沿切變線東移；

⑤500百帕上青藏高原低槽發(fā)展東移，有利于西南渦的東移和發(fā)展。

西南低渦移動路徑① 向東南移動經(jīng)貴州、湖南、江西、福建出海，有時會影響到廣西、廣東；

② 沿長江東移入海；

③ 向東北方向移動，經(jīng)陜西、華北地區(qū)出海，有時甚至可進入東北地區(qū)。

西南低渦與太平洋高壓的關(guān)系① 東亞沿海大槽顯著發(fā)展，太平洋高壓位置偏南，低渦多向東南方向移動；

② 東部無大槽，太平洋高壓較強，低渦多向東北方向移動；

③ 太平洋高壓強度較弱或正常，低渦都向正東方向移動。

機制研究西南低渦移動機制研究非常重要，西南低渦移出源地，將影響下游地區(qū)的天氣。

葉篤正等指出位于槽的底部或前部，離鋒區(qū)較近的低渦，小股冷空氣能在渦生成后12天內(nèi)侵入，渦得以發(fā)展東移，由于渦位于槽前部的暖濕氣流中，在槽前西南氣流引導(dǎo)下向東北方向移動。而位于較均一暖區(qū)中的西南低渦，對應(yīng)500hPa較寬的暖脊中，常伴有切變線配合，從而引導(dǎo)700hPa低渦東移。

陳忠明等利用兩層模式將環(huán)境場與擾動場分開，得到了環(huán)境場及其分布特征對西南低渦移動的影響，認為西南低渦的移動受到許多因子影響，其中環(huán)境流場的引導(dǎo)起著較重要作用，并進一步用正壓模式討論了低渦結(jié)構(gòu)的非對稱性及其與環(huán)境的相互作用是導(dǎo)致低渦移動偏離引導(dǎo)氣流的一個重要原因，經(jīng)向流的存在使得低渦朝著最大風(fēng)速區(qū)風(fēng)向右偏一小角的方向移動，這與臺風(fēng)沿最大風(fēng)速區(qū)風(fēng)向移動的情況類似。實際大氣中，低渦的結(jié)構(gòu)常常是風(fēng)場環(huán)流近圓形，風(fēng)速分布非對稱，特別是在低渦發(fā)展時期，預(yù)報員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)蜏u東北象限出現(xiàn)偏東南大風(fēng)時，低渦常向偏北方向緩慢移動，有時甚至停止少動，造成川西發(fā)生持續(xù)性暴雨天氣，而當(dāng)?shù)蜏u東南象限出現(xiàn)西南大風(fēng)時，低渦向東北方向移動較快，暴雨天氣也由川西較快地轉(zhuǎn)移到川東北，這兩種低渦暴雨的典型特征，可能與低渦結(jié)構(gòu)非對稱性使低渦產(chǎn)生一個偏北和偏東北方向的移速有關(guān)。

丁治英等選取的個例發(fā)生在1981—1987 年4—7 月西南渦，通過對發(fā)展東移和不發(fā)展東移的西南渦的物理量以及動能的合成診斷發(fā)現(xiàn)：移出渦渦前為暖平流，渦后為冷平流，高層為暖平流控制，西南風(fēng)低空急流較強，低層以輻合為主，上升運動區(qū)位于低渦的東北部；移出渦在200hPa有較弱的負渦度平流與之對應(yīng)；移出渦擾動動能的制造大于消耗，低渦移出后積云對流為維持低渦的主要因子。

丁治英等對一次西南低渦的數(shù)值模擬得到，積云對流因子對西南低渦的移動有一定的影響。當(dāng)冷暖平流較弱時，強大的積云對流可使低渦附近的西南風(fēng)分量加大，促使低渦東部負渦度加大，不利于低渦東移。高空冷暖平流強弱對低渦的移動影響很大，當(dāng)?shù)蜏u附近冷暖平流較強時有利于低渦東移。

盧敬華等通過對個例進行6層斜壓模式的數(shù)值計算和診斷分析，認為700hPa高度上物理量場不均勻分布，使西南渦向700hPa輻合中心、正渦度平流增大的方向及動量垂直渦旋通量的旋度中心移動；西南低渦的移動很大程度上取決于引導(dǎo)氣流的作用；700hPa高度附近大氣的斜壓性強度的分布不均勻，將影響低渦的移動方向。

潘旸等對1991—2004 年夏季（6—8月）西南四川盆地的低渦活動進行統(tǒng)計分類，分析了移動類低渦與停滯類低渦環(huán)流背景三維空間結(jié)構(gòu)的差異以及氣象要素偏差分布特征，總結(jié)出影響低渦東移的三維環(huán)流結(jié)構(gòu)的氣候?qū)W特征：東亞中緯度地區(qū)對流層中高層的冷空氣入侵造成中高層氣溫偏低，位勢高度降低，伴隨冷偏差中心南側(cè)20°30°N 由對流層頂至850hPa 都出現(xiàn)偏強西風(fēng)，最大的西風(fēng)偏差位于長江下游地區(qū)上空200hPa。一方面，高層風(fēng)速差異的緯向梯度加強了長江中游地區(qū)的高空輻散，在西南低渦東部形成有利于降水和氣旋性環(huán)流發(fā)展的動力抬升機制。另一方面，對流層低層的西風(fēng)偏差在青藏高原南麓至我國東部長江以南形成一條異常的水汽輸送帶，加強了低渦南側(cè)的偏西風(fēng)水汽輸送作用，為低渦東部的降水潛熱反饋作用提供了充足的水汽。西南低渦在這樣有利的環(huán)流形勢和水汽條件下更容易移出盆地。

楊帥等研究梅雨暴雨中高低空急流與西南渦的活動，發(fā)現(xiàn)高空急流的走向與西南渦的活動關(guān)系密切，當(dāng)我國東部位于西北風(fēng)急流時，西南低渦穩(wěn)定少動；位于西風(fēng)急流時，西南渦快速東移；位于西南風(fēng)急流時，西南渦加強，移速減慢。

王新敏等認為冷空氣侵入路徑是影響西南渦發(fā)展、移動的關(guān)鍵。環(huán)境場的引導(dǎo)氣流（高空急流、500hPa氣流）對西南低渦的移動起著重要的作用，低渦的非對稱結(jié)構(gòu)與環(huán)境流場的相互作用機制可以合理地解釋低渦移動。1

西南低渦天氣天氣特征(1) 低渦在原地時,可產(chǎn)生陰雨天氣；低渦移出時，95.5%有降水，雨區(qū)主要分布在低渦的中心區(qū)和低渦移向的右前方。

(2) 低渦天氣有日變化，一般夜間或清晨比白天壞些。

(3) 西南渦發(fā)展東移時，雨區(qū)也擴大東移，降水強度增加，同時引起地面鋒面氣旋的發(fā)生發(fā)展，大風(fēng)、低云、惡劣能見度等也隨之出現(xiàn)。

西南低渦雷雨產(chǎn)生于我國西南四川盆地，雷雨多產(chǎn)生在西南渦的東南方，由于水氣充分，當(dāng)?shù)蜏u東移出川時，常引起長江中下游、黃淮流域、華北等大范圍的暴雨。

特點：不出川，沒有什么危險天氣現(xiàn)象，雷雨白天、夜間都會出現(xiàn)，特別是晚上更壞。

與高原低渦和熱帶氣旋的關(guān)系許多西南低渦引發(fā)強降水的天氣過程個例都表明，西南低渦與高原低渦和熱帶氣旋有著密切的關(guān)系。當(dāng)西南渦與高原渦耦合時，西南渦與高原渦都得到發(fā)展；當(dāng)熱帶氣旋登陸西進北上時，一方面對西南低渦有阻擋作用，另一方面輸送水汽和能量，使低渦得以發(fā)展。但西南低渦與其他天氣系統(tǒng)如西風(fēng)槽、切變線、副熱帶高壓、南亞高壓等不同尺度系統(tǒng)之間相互作用關(guān)系又如何，將是深入開展西南低渦研究的又一方面。1

影響西南低渦在影響我國降水的天氣系統(tǒng)中，占有相當(dāng)重要的地位。就西南低渦所造成的暴雨天氣的強度、頻數(shù)和范圍而言，僅次于臺風(fēng)，許多我國歷史上罕見的特大洪澇災(zāi)害，都與西南低渦活動密切相關(guān)。2

四川位于西南低渦源地，受西南低渦影響大，頻數(shù)高，如1981年7月11—15日四川盆地受強烈發(fā)展的西南低渦影響，發(fā)生了百年不遇的特大洪災(zāi)；

1993 年7 月28—30 日四川盆地西南部出現(xiàn)了特大暴雨，峨眉山市24 小時降水量達509．5mm，打破四川40年日降水量極值；

2005年7月6—9日四川東部達州市出現(xiàn)了持續(xù)大暴雨天氣過程，宣漢縣累計降雨量達320．9 mm，其鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量累計達500mm 左右，西南低渦長時間穩(wěn)定在四川盆地東北部是造成這次持續(xù)大暴雨天氣過程的重要原因。

西南低渦不僅影響源地的天氣，當(dāng)它外移發(fā)展時，影響源地以東地區(qū)，如1974年5月4—7日一次西南低渦東移，在湖南、江西兩省的部分地區(qū)造成暴雨，產(chǎn)生“63．8”河北特大暴雨的重要影響系統(tǒng)之一就是東移北上的西南低渦，1998 年長江流域發(fā)生了自1954年以來的一次全流域性大洪水，與西南低渦頻繁出現(xiàn)及東移活動密切相關(guān)。