準平直長路徑與多折向路徑東移高原渦的環(huán)境場特征*

郁淑華 高文良,3 彭 駿

1. 中國氣象局成都高原氣象研究所，成都，610072

2. 高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都，610072

3. 四川省雅安市氣象局，雅安，625000

1 引 言

青藏高原低渦（簡稱高原渦）是造成高原降水的主要天氣系統(tǒng)，經(jīng)常移出高原對中國中東部天氣、氣候產生影響（趙平等，2018）。一些高原渦移出高原主體，會使中國廣大地區(qū)產生暴雨、大暴雨，造成災害天氣（Tao，et al，1981；Chang，et al，2000；Wang，et al，1987；張弘等，2006；Kuo，et al，1988；Yu，et al，2014，2016；高 篤鳴等，2018；胡 亮等，2018；Curio，et al，2019；Li，et al，2020）。因此，研究高原渦東移的移動規(guī)律、環(huán)流特征及與周圍天氣系統(tǒng)的相互作用及物理機制對于高原及中國東部地區(qū)降水預報具有重要意義。

一般認為，高原渦移出高原與適宜的高空條件有關（葉篤正等，1979；李國平，2002）。劉富明等（1986） 指出了高原渦東移的3種基本環(huán)流類型，西風槽下高原渦只有在高原西部有爆發(fā)性冷槽時才能移出高原（喬全明，1987）。高原東部低渦在北脊南槽的形勢下有利于低渦東移（丁治英等，1990），影響高原低渦東移出高原有4種天氣系統(tǒng)類型（郁淑華等，2007） 。高空急流的位置及強度變化對高原渦東移發(fā)展非常重要（郁淑華等，2016；肖玉華等，2018），冷、暖空氣交匯導致輻合流場維持和加強是低渦得以維持和加強的重要原因（何光碧等，2009），低渦是沿正渦度變率中心方向移動（肖遞祥等，2016），冷空氣對高原渦持續(xù)東移活動有顯著影響（郁淑華等，2018a）。這些研究豐富了對高原渦東移的認識，但多數(shù)只是個例分析。

Li等（2019a，2019b）合成分析指出高原渦東部較大范圍較強的500 hPa輻合、200 hPa輻散以及相應的上升運動可使低渦移出高原的速度更快；水平位渦輻合是高原渦發(fā)展、東移的動力機制。高原渦在河套地區(qū)打轉的環(huán)境場主要是熱帶低壓向北推進，使高原渦東移受阻造成的（郁淑華等，2018b）。Xiang等（2013）指出，云冰粒子在7—8 km高度快速增加，高原低渦會向西移。這些研究進一步深化了對高原渦東移的機理和高原渦異常路徑的認識，但還缺少對多折向東移路徑的研究，缺少對中國降水影響較大的高原低渦（簡稱高影響高原渦）東移環(huán)境場的批量研究。因此，需要進一步分析不同東移路徑的高影響高原渦環(huán)境場特征的共性與差異，本研究在普查1998—2018年高影響高原渦東移的活動特征基礎上，對準平直長路徑與多折向路徑東移高原渦的環(huán)境場做對比分析，著重分析二者環(huán)境場的共同特征與差異，初步探討低渦折向的主導因素，加深對東移高原渦環(huán)境場的認識，進一步為提高東移高原渦的預報提供參考依據(jù)。

2 資料與方法

2.1 資 料

所用的資料包括：（1）中國氣象局國家氣象信息中心提供的1998—2018年5—9月每日08、20時（北京時，下同）的地面觀測資料、高空探測資料；（2）1998—2018年5—9月美國國家環(huán)境預報中心/國家大氣研究中心的全球最終分析資料（NCEP/NCAR-FNL），時間分辨率為6 h，水平分辨率為1°×1°；（3）青藏高原低渦切變線年鑒1998年冊（李躍清等，2010）至2018年冊（中國氣象局成都高原氣象研究所等，2020）。這些數(shù)據(jù)的可靠性已在以前高原渦研究中得到了驗證（Li，et al，2019a；郁淑華等，2018b）。

2.2 高原渦定義與選例

500 hPa等壓面上生成于青藏高原，凡有閉合等高線的低壓或3個站風向呈氣旋式環(huán)流的均稱為高原渦（青藏高原氣象科學研究拉薩會戰(zhàn)組，1981）。高原渦渦區(qū)是指以渦中心為圓心、半徑為3經(jīng)/緯距的區(qū)域（郁淑華等，2017），高原渦中心區(qū)是指渦中心為圓心、半徑為1經(jīng)/緯距的區(qū)域（郁淑華等，2018a）。高原渦過程降水量是指由高原渦過程內高原渦系統(tǒng)與環(huán)流造成的降水量之和（李躍清等，2010）。

個例選取的原則：（1）選取高影響高原渦，即選取高原渦移出高原后造成在高原以外2個省有暴雨的站點，或1個省有大暴雨的站點，或1個省以上有過程雨量≥150 mm站點的活動過程。（2）為減少季節(jié)不同對高原渦移出以及活動的影響，選取5—9月中國主汛期個例。（3）由于高原渦移出高原后的路徑中東移路徑占了一半以上（郁淑華等，2006），因此選取東移路徑，即選取高原渦活動的起點與終點連線與正東方向夾角＜15°的路徑。依據(jù)以上原則選出的1998—2018年5—9月東移路徑高影響高原渦共15例，根據(jù)活動特征可分為3類，一類是高原渦東移過程中路徑較平直，移動路徑長，橫跨大陸出海的準平直長路徑（4例）；一類是高原渦東移過程中路徑較平直，東移未超過116°E的準平直短路徑（5例）；一類是高原渦移出高原后有2次以上明顯折向的多折向路徑（6例，簡稱多折向渦）。因準平直長路徑與多折向路徑的高原渦活動范圍廣，對中國影響比準平直短路徑更大，所以文中挑選的一類是準平直長路徑渦，即高原渦移出高原后路徑較平直（在陸上12 h內移動距離＞1經(jīng)/緯距的時次的移向與緯圈的夾角＞45°的次數(shù)小于1次），橫跨大陸的長路徑（圖1a）；另一類是多折向渦，即高原渦移出高原后，有明顯的折向（在陸上12 h內移動距離＞1經(jīng)/緯距的時次的移向與前12 h的移向夾角＞45°次數(shù)在2次以上） （圖1b）。這2組高影響高原渦移出高原后活動時間長（超過48 h）（表1），對中國降水影響大，準平直長路徑渦主要影響長江流域，造成5個大于300 mm降水中心區(qū)（圖2a，數(shù)值為降水量）。多折向渦主要影響黃河以南、長江流域及華南，造成7個大于400 mm降水中心區(qū)（圖2b，數(shù)值為降水量）。

圖1 1998—2018年5—9月東移路徑 （a） 準平直長路徑渦，（b） 多折向渦 （數(shù)字為表1中高原渦序號；實心圓為08時高原渦位置，空心圓為20時高原渦位置）Fig. 1 The eastward paths of （a） QSLTPVs and （b） MTTPVs from May to September during 1998—2018 （the numbers denote the sequence of TPVs as listed in Table 1；the solid circle and hollow circle are the positions of TPV at 08：00 and 20：00 BT，respectively）

表1 1998—2018年5—9月東移路徑的準平直長路徑渦、多折向渦過程Table 1 List of processes of quasi-straight long-path plateau vortices （QSLTPVs） and multi-turning path plateau vortices（MTTPVs） from May to September during 1998 to 2018

圖2 降水量 （色階，單位：mm） 分布 （a. 準平直長路徑渦4例之和，b. 多折向路徑渦6例之和）Fig. 2 Total process precipitation of （a） four cases of QSLTPVs and （b） six cases of MTTPVs （shaded，unit：mm）

高原渦強度以高原渦中心位勢高度表征。加強時是指高原渦移出高原后中心位勢高度第一個下降期中下降最明顯的時次。持續(xù)時是指加強時后高原渦中心位勢高度再次最明顯下降的時次，若加強時后高原渦中心位勢高度增高則選增高最小的時次。

準平直長路徑渦，記為組1渦，主要分析時次為移出高原時（簡稱移出時）、加強時、持續(xù)時；多折向渦，記為組2渦，因多折向路徑渦最明顯折向時多發(fā)生在移出高原后與加強時之前（文中6例有5例是此種情況），因此此組主要分析時次為移出時、折向時、加強時、持續(xù)時。

2.3 合成方法

考慮到高原渦是一個移動的天氣系統(tǒng)，臺風適用的動態(tài)合成方法（李英等，2004）已被用于高原天氣低渦系統(tǒng)的分析、研究（Li，et al，2019a，2019b；屈頂?shù)龋?021）。文中采用伴隨高原渦 （TPV）的移動坐標系（x，y），跟隨TPV的動態(tài)合成方法。公式（李英等，2004）如下

式中，t為不同時刻，為t時刻物理量場，為樣本平均場，N為樣本量，x，y為所選區(qū)域的坐標。合成圖像選取的范圍依據(jù)天氣系統(tǒng)活動的連續(xù)性，選擇在2組渦最重要時刻（組1渦加強時、組2渦折向時）各組方差較小的區(qū)域。

2.4 位渦及其組成

位渦（PV）表達式（于玉斌等，2000）為

式中，g為重力加速度，ζ為等壓面上相對渦度垂直分量，f為牽連渦度，θ為位溫，p為氣壓。PV可分解成2部分，即與靜力穩(wěn)定度有關的正壓項（（PV）1）和與風的垂直切變和位溫水平梯度有關的斜壓項（（PV）2）。位渦是綜合反映大氣動力特性與熱力特性的物理量，單位：PVU=10-6m2·K/（s·kg）（劉健文等，2005）。

3 對流層中層環(huán)境場

3.1 500 hPa環(huán)流、影響系統(tǒng)

從合成的500 hPa位勢高度、溫度場（圖3）可以看出：組1、組2渦的環(huán)流場有相似之處，在TPV坐標系的東南象限，組1、組2渦在活動過程中有≥5860 gpm等高線，可反映西太平洋副熱帶高壓（簡稱副高）的位置；移出時（圖3a、d）高原渦以北為高脊，以南為低槽，槽后有冷槽，即高原渦是在北脊南槽中，且低槽將加強時移出高原的。

圖3 合成的500 hPa位勢高度 （黑色實線，單位：gpm）、溫度 （紅色虛線，單位：℃） 分布 （a. 組1渦移出時，b. 組1渦加強時，c. 組1渦持續(xù)時，d. 組2渦移出時，e. 組2渦折向時，f. 組2渦加強時，g. 組2渦持續(xù)時；紅色原點為高原渦中心，棕色粗實線表示槽線或切變線，藍色粗實線表示副熱帶高壓脊線，綠色框線表示鋒區(qū)位置；x、y軸分別是以低渦中心為中心的緯線、經(jīng)線方向的相對位置）Fig. 3 Distributions of composite 500 hPa geopotential height （black solid line，unit：gpm） and temperature （red dashed line，unit：℃）（a. Group 1 moving out，b. Group 1 during strengthening，c. Group 1 persistence，d. Group 2 moving out，e. Group 2 turning direction，f. Group 2 during strengthening，g. Group 2 persistence；the red solid circle is the centre of TPV，the brown thick solid line denotes the trough line or shear line，the blue thick solid line denotes the ridge line of the western Pacific Subtropical High，and the green frame line represents the position of the front area；the coordinates in the x-axis and y-axis are the relative coordinates from the center of vortices in zonal and meridional directions）

移出高原之后，這2組高原渦在活動過程中環(huán)流特征明顯不同（圖3）。差異表現(xiàn)在：（1）高原渦以北環(huán)流形勢不同，組1渦活動過程中維持一槽一脊形勢，組2渦環(huán)流多變。（2）影響高原渦活動的天氣系統(tǒng)不同，組1渦一直處在低槽中，組2渦在切變線、低槽交替出現(xiàn)中。（3）鋒區(qū)位置不同，組1渦的低渦以北鋒區(qū)明顯，鋒區(qū)在逐漸靠近低渦（圖3a、b、c），低渦受冷平流影響明顯；組2渦在折向時弱鋒區(qū)在高原渦以西（圖3e），之后無鋒區(qū)（圖3f、g）。（4）副熱帶高壓的影響不同，在其東南象限中，組1渦各時次有5880 gpm等高線區(qū)域，組2渦只在移出與持續(xù)時有，并且各時次組1渦所伴的副熱帶高壓脊線位置比組2渦偏北。組1渦在低渦南部附近一直伴有較強的西南氣流中心區(qū)（≥14 m/s），組2渦在持續(xù)時才有較強的西南氣流中心區(qū)，且范圍比組1渦小。結合渦度平流（圖略）可以得到，組1渦在加強時、持續(xù)時高原渦以南接近渦區(qū)處有強正渦度平流，分別為40×10-10和27×10-10s-2，比組2渦（12.9×10-10和20.3×10-10s-2） 明顯大。反映組1渦副熱帶高壓活動、副熱帶高壓外圍西南氣流強度、輸入渦區(qū)的正渦度平流比組2渦強。（5）熱帶天氣系統(tǒng)的影響不同，在高原渦坐標系的東南象限，一般為副高、熱帶低壓活動區(qū)，在此象限組2渦各時次都伴有＜5840 gpm的閉合低壓，多數(shù)時次低壓＜5820 gpm，有熱帶低壓活動；組1渦則為副高控制，沒有熱帶低壓活動。組2渦折向時，熱帶低壓向北移，影響副熱帶高壓外圍北拱和高原渦以北高壓脊位置同位相疊加，形成高原渦以東為明顯高壓脊，高原渦東移受阻而折向向偏北移；加強時，熱帶低壓向東南移，高原渦以東的高壓脊變平，使高原渦出現(xiàn)折向后繼續(xù)東移。這是多折向渦不同于準平直長路徑渦的500 hPa突出的環(huán)流特征。不難看出，組2渦以北環(huán)流及影響系統(tǒng)的演變，都與熱帶低壓活動有關。說明準平直長路徑渦是在副熱帶高壓適度位置下，西風帶天氣系統(tǒng)為主導的環(huán)境中東移的，多折向渦是在副熱帶高壓、西風帶天氣系統(tǒng)、熱帶低壓系統(tǒng)相互作用的環(huán)境下東移受阻而折向的。

3.2 冷空氣侵入特征

從合成的500 hPa相對濕度和風場（圖4）可以看出：2組渦在活動過程中冷空氣（相對濕度＜50%）侵入特征明顯不同。一是侵入低渦的冷空氣復雜程度不同，組1渦移出高原后受東、西方冷空氣影響，組2渦大多數(shù)時間受一個方向—北方冷空氣影響（圖4d、e、f）。二是侵入低渦的冷空氣強度不同，組1、組2渦分別有相對濕度≤20%（圖4a、b、c）、≥30%（圖4d、e、f、g）的干冷空氣侵入，組1渦的冷空氣侵入比組2渦強。三是冷空氣侵入低渦的范圍不同，組1渦干冷空氣侵入渦區(qū)范圍在渦區(qū)的1/4以上，組2渦則在渦區(qū)的1/8以下。上述分析反映了組1渦受冷空氣的影響比組2渦明顯。這可能是組2渦有熱帶低壓活動，形成低渦以東的高脊突起，阻塞了東路空氣入侵低渦造成的。

圖4 合成的500 hPa相對濕度 （色階，單位：%）、溫度 （紅色虛線，單位：℃） 和風 （矢量，單位：m/s） 分布 （a. 組1渦移出時，b. 組1渦加強時，c. 組1渦持續(xù)時，d. 組2渦移出時，e. 組2渦折向時，f. 組2渦加強時，g. 組2渦持續(xù)時；紅色原點為高原渦中心）Fig. 4 Distributions of composite 500 hPa relative humidity （shaded，unit：%），temperature （red dashed line，unit：℃） and wind（vector，unit：m/s）（a. Group 1 moving out，b. Group 1 during strengthening，c. Group 1 persistence，d. Group 2 moving out，e. Group 2 turning direction，f. Group 2 during strengthening，g. Group 2 persistence；the red solid circle is the centre of TPV）

4 200 hPa 高空鋒區(qū)

從合成的200 hPa位勢高度和風場（圖5）可以看出：2組渦在活動過程中，TPV坐標系的西南、東南象限中有12480 gpm的南亞高壓外圍線，高原渦都位于南亞高壓東北側下空，渦區(qū)上空有≥1×10-5s-1的最大輻散強度（表2）。2組渦在TPV坐標系的西北、東北象限中有≥24 m/s的急流，東、西段分別有大片急流核心區(qū)，簡稱為東、西段急流，且西段急流相對穩(wěn)定。

表2 與高原渦相伴合成的200 hPa最大散度Table 2 Composite 200 hPa maximum divergence accompanied with the TPVs

2組渦相伴的高空急流特征差異表現(xiàn)在：（1）高空急流的強度不同，組1渦的西段急流比組2渦的偏強，核心區(qū)的風速比組2渦大4—6 m/s，且急流范圍比組2渦大；低渦移出高原后，組1渦東段急流核心區(qū)的風速比組2渦大4—8 m/s。（2）高空急流變化不同，組1渦的西段急流稍向南移，組2渦的西段急流在移出高原、折向時比組1渦在移出高原、加強時偏南；（3）低渦所處的高空急流下空的位置差異大，組1渦的西段急流核區(qū)比組2渦更接近高原渦。

由組1、組2渦的200 hPa西段急流活動、變化（圖5），結合500 hPa環(huán)流形勢（圖3）可以看出，組1渦活動過程中，500 hPa鋒區(qū)明顯，逐漸靠近低渦，不斷分裂冷空氣侵入低渦，是與其相伴的200 hPa西段急流強，且急流核區(qū)接近高原渦相匹配；組2渦活動過程中，500 hPa鋒區(qū)比組1渦偏南、偏弱，是與其相伴的200 hPa西段急流比組1渦偏南、偏弱相聯(lián)系的。

圖5 合成的200 hPa風 （矢量，色階為大風速區(qū)，單位：m/s）、位勢高度 （黑色實線，單位：gpm） 分布 （a. 組1渦移出時，b. 組1渦加強時，c. 組1渦持續(xù)時，d. 組2渦移出時，e. 組2渦折向時，f. 組2渦加強時，g. 組2渦持續(xù)時；紅色原點為高原渦中心）Fig. 5 Distributions of composite 200 hPa wind （vector，color-shaded areas denote large wind velocity areas，unit：m/s） and geopotential height （black solid line，unit：gpm）（a. Group 1 moving out，b. Group 1 during strengthening，c. Group 1 persistence，d. Group 2 moving out，e. Group 2 turning direction，f. Group 2 during strengthening，g. Group 2 persistence；the red solid circle is the centre of TPV）

組1、組2渦的南亞高壓特征差異主要表現(xiàn)在強度、位置、形狀方面（圖5）。低渦移出高原后，組2渦南亞高壓比組1渦強，位置相對比組1渦偏南，組1渦南亞高壓形狀比組2渦北拱些。造成了組1渦相伴的200 hPa大片輻散區(qū)強度比組2渦大（表2），使組1渦的渦區(qū)上空“抽氣作用”比組2渦強，即組1渦具有比組2渦更利于低渦加強的高空條件。這與Li等（2019b）得出的結論相似。反映了高原渦長時間東移一般高空具有較強的輻散條件，但準平直長路徑渦的輻散更強。

5 位渦特征

由上述分析可知，準平直長路徑渦與多折向渦活動都與500 hPa冷空氣侵入低渦、200 hPa急流的活動有關，為此進行如下位渦分析。

5.1 500 hPa位渦分布特征

從合成的500 hPa位渦場（圖略）分析發(fā)現(xiàn)，2組渦從移出高原時開始，渦區(qū)一直伴有PV≥1.0 PVU 的高位渦中心。說明高影響高原渦受冷空氣影響明顯。差異在于：（1）組1渦從移出時到持續(xù)時渦區(qū)內位渦一直在增強，組2渦在活動過程中渦區(qū)內位渦增強、減弱交替出現(xiàn)。（2）高原渦移出高原后，組1渦渦區(qū)內位渦比組2渦大。（3）組1渦在加強時有位渦≥0.8 PVU環(huán)形高位渦帶通過高原渦，組2渦環(huán)形高位渦帶不明顯。上述特征主要是因低渦受冷空氣侵入特征的差別造成的。

5.2 500 hPa位渦正壓項、斜壓項特征

組1與組2渦的位渦正壓項分布（圖略）與各自的位渦分布相似，說明組1、組2渦的位渦主要受位渦正壓項控制。

從渦中心區(qū)500 hPa位渦正壓項（（PV）1）的變化（表3）來看，2組渦的相似之處是從高原渦形成到持續(xù)時（PV）1在增加。差異是從高原渦移出時到持續(xù)時組1渦的 （PV）1比組2渦略大，反映了組1渦移出高原后正壓項控制的影響比組2渦大。

表3 高原渦合成的渦中心區(qū)（PV）1平均值Table 3 Composite mean values of （PV）1 in vortex central area for the TPVs

從渦中心區(qū)500 hPa位渦斜壓項（（PV）2） 的變化（表4）來看，2組渦在活動過程中，渦中心區(qū)（PV）2為負值，并且加強時比上一時次減小，反映2組渦加強時中心區(qū)斜壓性在增強。二者差異在于：（1）在形成時與移出時，組2渦中心區(qū)斜壓性比組1渦強；在加強時，組1渦中心區(qū)斜壓性比組2渦強；在持續(xù)與將消失時，組2渦中心區(qū)斜壓性比組1渦強。結合冷空氣侵入特征看出，這是與組1渦移出高原后受東、西方冷空氣影響，組2渦只在持續(xù)與將消失時才受東、西方冷空氣影響造成的。（2）組1渦中心區(qū)斜壓性從形成到加強時在增強，組2渦中心區(qū)斜壓性從形成到折向時在減弱。

表4 高原渦合成的渦中心區(qū)（PV）2 平均值Table 4 Composite mean values of （PV）2 in vortex central area for the TPVs

5.3 高空位渦下傳特征

從過渦中心的合成位渦緯向垂直剖面（圖6）分析看出，組1渦與組2渦的高空高位渦下傳特征有顯著差別。（1）低渦形成時，組1渦未受高空高位渦下傳影響（圖略）；組2渦受200 hPa高位渦下傳影響，渦中心位渦為0.8 PVU（圖略）。這是由于組2渦200 hPa急流比組1渦偏南造成的。（2）低渦移出高原時，組1渦區(qū)西部上空200 hPa位渦有≥2.5 PVU的區(qū)域，此時受高空高位渦區(qū)下傳影響，渦中心的位渦增強（1.1 PVU）（圖6a）。組2渦上空200 hPa位渦增強（2.5 PVU），下傳到了組2渦，渦中心位渦增強（1.26 PVU）（圖6d）。結合圖5看出，這與組1渦西段急流南移，組2渦西段急流偏南有關。（3）低渦移出高原后，高空高位渦中心，組1渦在低渦東部上空逐漸增強，組2渦折向時增強在低渦西部上空（圖6e），加強時減弱在低渦東部上空（圖6f），持續(xù)時再增強在低渦西部上空（圖6g），但組2渦的值比組1渦大。結合圖5看出，高空高位渦中心值的變化與急流核區(qū)強度、位置變化一致。組1渦在加強時、持續(xù)時、將消失時，200 hPa高位渦分別下傳到低渦、350 hPa、370 hPa；渦中心位渦分別為增強為1.2 PVU（圖6b）、少變（圖6c）、減弱為1.09 PVU（圖略）。組2渦在折向時、加強時、持續(xù)時、將消失時，200 hPa高位渦分別下傳到400 hPa、低渦東部、低渦西部、低渦東部；渦中心位渦分別為減弱為1.137 PVU（圖6e）、增強為1.15 PVU（圖6f）、少變?yōu)?.14 PVU（圖6g）、增強為1.36 PVU（圖略）。反映了高空高位渦下傳對低渦的位渦增加有較大影響。依據(jù)PV=2 PVU的等位渦面接近實際大氣對流層頂（壽紹文等，2009），組1渦與組2渦在移出高原后，渦區(qū)上空出現(xiàn)了對流層頂斷裂帶，恰好與這段時間高空高位渦明顯下傳相匹配。結合組1渦與組2渦渦區(qū)平均渦度演變（表略） 看出，組1、組2渦在高空高位渦下傳影響時低渦明顯加強，與高空高位渦下傳引起對流層中低層垂直渦度發(fā)展、從而加強低渦（吳國雄等，1999）相一致。也反映了高空高位渦中心位置對低渦移向有指示意義。

圖6 過高原渦中心 （紅色圓點） 的合成位渦（等值線，單位：PVU） 緯向垂直剖面 （a. 組1渦移出時，b. 組1渦加強時，c. 組1渦持續(xù)時，d. 組2渦移出時，e. 組2渦折向時，f. 組2渦加強時，g. 組2渦持續(xù)時）Fig. 6 Height-zonal cross-sections of composite potential vorticity （contour，unit：PVU） passing through the center of the plateau vortex （red dot）（a. Group 1 moving out，b. Group 1 during strengthening，c. Group 1 persistence，d. Group 2 moving out，e. Group 2 turning direction，f. Group 2 during strengthening，g. Group 2 persistence）

為探討高空高位渦中心位置對低渦移向的影響，分析了2組渦的高空高位渦中心位置變化與500 hPa低渦渦區(qū)位渦增量（與前一時次）分布（圖略）。結果顯示，2組渦移出高原后，組1渦各時次高空高位渦中心位置都在低渦東部上空（圖6b、c），低渦渦區(qū)位渦增量正值區(qū)范圍是各時次在渦區(qū)東半部都比渦區(qū)西半部大，即組1渦各時次位渦增量主要分布區(qū)在渦區(qū)東半部，低渦準平直向東移。組2渦高空高位渦中心位置，折向時在低渦西部上空（圖6e）、加強時在低渦東部上空（圖6f）、持續(xù)時在低渦西部上空（圖6g），位渦增量正值區(qū)范圍分別是在渦區(qū)西半部大、渦區(qū)東半部大、渦區(qū)西半部大，即組2渦在折向時、加強時、持續(xù)時位渦增量主要分布區(qū)分別在渦區(qū)西半部、渦區(qū)東半部、渦區(qū)西半部，低渦移向分別是偏向西、向東、向西?？梢姼呖崭呶粶u中心位置在低渦上空的部位與位渦增量主要分布區(qū)在低渦中的部位較一致。由圖4看出，組1渦冷空氣入侵渦區(qū)的范圍比組2渦大，加強時在西、西北、北、東北部，持續(xù)時在西北、北、東北部。組2渦空氣入侵渦區(qū)范圍折向時在西北邊緣，加強時在北部，持續(xù)時在北、東北邊緣，可見組1、組2渦冷空氣入侵渦區(qū)的范圍與各時次位渦增量主要分布區(qū)很不一致。反映了高空高位渦中心位置會影響正位渦異常區(qū)在低渦中出現(xiàn)的部位，對低渦移向有指示意義。究其原因，可能與高空急流相關聯(lián)的高空高位渦下傳有關。組1、組2渦移出高原后活動時，低渦上空有對流層頂斷裂帶。根據(jù)Hoskins等（1985）提出的如果不計非絕熱加熱和摩擦效應，等壓面位渦具備守恒性，5.2節(jié)分析表明，組1、組2渦的位渦主要是正壓部分控制，符合非絕熱加熱和摩擦效應條件。與高空急流相關聯(lián)的高空高位渦下傳與對流層頂下降相對應的冷空氣下沉，使低渦附近層次正位渦異常，這一正位渦異常區(qū)正是高空冷空氣下傳到低渦附近層次的體現(xiàn)。組1、組2渦移出高原后活動時，高空冷空氣下傳到低渦附近層次，出現(xiàn)位渦增量主要分布區(qū)，即正位渦的異常區(qū)，是高空冷空氣下傳到低渦附近層次的體現(xiàn)。位于低渦西（或東）部上空的高空高位渦下傳，會使低渦西（或東） 部正位渦更異常，使低渦西（或東）部層次的等壓面更向下彎曲，位勢高度更減低，可誘生一個低壓氣旋性環(huán)流（更偏向在低渦西（或東）部）疊加在原有的氣旋性環(huán)流上，起到了低渦在西（或東）部更加加強的作用，低渦移向低渦加強的區(qū)域，隨之移向西（或東），造成低渦折向（或東移）。與姚秀萍等（2007）研究梅雨鋒上低渦降水相伴的干侵入指出的梅雨鋒上低渦降水有高空高位渦下傳現(xiàn)象相似。準平直長路徑渦和多折向渦的環(huán)境場共同特征與差異可由圖7說明。

圖7 環(huán)境場概念模型 （a. 組1渦加強時，b. 組2渦折向時；括號內數(shù)字是物理量的值）Fig. 7 Conceptual models of ambient fields （a. Group 1 during strengthening，b. Group 2 turning direction；the number in parentheses is the value of the physical quantity）

6 結論與討論

文中分析了1998—2018年5—9月高原渦活動情況，選取對中國影響較大的東移路徑高原渦過程，并以準平直長路徑渦和多折向渦為個例組，對2組渦進行了對流層高、中層高度、溫度、風場與位渦等的合成分析，探討了準平直長路徑渦與多折向渦的環(huán)境場條件共性與差異，及造成多折向渦折向的主導因素，得到以下初步結論：

（1） 2組渦能長時間活動的共同環(huán)境場條件是：有明顯影響低渦活動的低值系統(tǒng)、副熱帶高壓位于高原渦東南方、高原渦位于南亞高壓東北側下空、高原渦以北上空伴有高空急流。共同的環(huán)境場條件使低渦有正渦度平流輸入，正渦度增加；使高原渦上空為輻散區(qū)，高空有高位渦下傳至低渦及附近層次，低渦得以加強、維持。

（2） 2組渦對流層中層環(huán)境場條件的差別是：多折向渦活動是由于熱帶低壓活動改變了低渦以北的環(huán)流形勢，使影響低渦活動的低槽東移受阻，后演變?yōu)橄鄬^弱的切變線，東方冷空氣受阻而不能侵入低渦，導致高原渦東移受阻而折向、繼續(xù)向東移、再折向。準平直長路徑渦以北500 hPa鋒區(qū)明顯，并且逐漸靠近低渦，低渦一直處在低槽中，由東、西向冷空氣入侵低渦。準平直長路徑渦移出高原后，副熱帶高壓比多折向渦強，副熱帶高壓脊線位置比多折向渦偏北。說明準平直長路徑渦是在副熱帶高壓適當位置的情況下，隨西風帶天氣系統(tǒng)移動；多折向渦是受西風帶、副熱帶、熱帶天氣系統(tǒng)共同影響下活動的。這些差異造成了準平直長路徑渦移出高原后輸入渦區(qū)的正渦度平流比多折向渦強，正渦度比多折向渦大；準平直長路徑渦加強時斜壓性比多折向渦折向時、加強時強。

（3）2組渦高空環(huán)境場條件的差別是：準平直長路徑渦移出高原后相伴的南亞高壓比多折向渦偏北，且北拱比多折向渦明顯，使準平直長路徑渦移出高原后高空輻散比多折向渦偏強。準平直長路徑渦相伴的高空西段急流比多折向渦偏強，移出高原后增強、南移；多折向渦西段急流比準平直長路徑渦偏南，減、增交替變化。造成了移出高原后準平直長路徑渦高空高位渦在增強，多折向渦高空高位渦在減、增交替變化。準平直長路徑渦相伴的200 hPa高位渦中心區(qū)一直在低渦東部上空，而多折向渦在折向時在低渦西部上空，高空高位渦下傳，影響加強低渦的區(qū)域偏向，從而影響低渦移向。200 hPa高位渦中心區(qū)位置對低渦移向有指示意義。

（4）多折向渦造成折向的主導因素可能是：環(huán)境場條件使低渦斜壓性減弱、輸入渦區(qū)的正渦度平流減弱，即在低渦減弱、東移受阻情況下，高空高位渦中心在低渦西部上空，高空高位渦下傳使加強低渦的強正位渦異常區(qū)出現(xiàn)在低渦的西部，低渦移向低渦加強的區(qū)域，造成東移的低渦折向。

本研究是合成分析結果，對同類路徑高原渦有代表性，集中了該類渦一些最本質共性。研究表明，當高原渦移出高原后，依據(jù)環(huán)境場的特征差異，可以初步判斷其是長時間準平直東移還是多折向東移。文中對東移路徑的準平直長路徑渦、多折向渦的環(huán)境場進行合成對比分析，初步探討了多折向渦造成折向的主導因素，今后需對多折向渦造成折向的成因做進一步研究。還需對東移路徑中的準平直短路徑渦，及東北、東南路徑作合成對比分析，進一步了解高原渦活動的環(huán)境場條件。水汽、非絕熱加熱、能量等對準平直長路徑渦、多折向渦活動的影響也有待深入研究。