一次東北冷渦的天氣學分析及基于HYSPLIT_4模式的水汽通道特征

馬洪燕,蔣松林,盛升旺,龍凌云

(1.貴州省岑鞏縣氣象局,貴州 岑鞏 557800;2.貴州省丹寨縣氣象局,貴州 丹寨 557500)

0 引言

東北冷渦是影響我國東北地區(qū)重要的天氣系統(tǒng),常引發(fā)強降水、雷暴大風、冰雹等突發(fā)性強對流災害性天氣,對東北地區(qū)經濟造成一定的影響。我國氣象學者對東北冷渦進行天氣學診斷和數(shù)值模擬并研究東北冷渦的氣候效應[1]。由于東北冷渦系統(tǒng)深厚,移動緩慢且持續(xù)時間較長,常引發(fā)持續(xù)性降水天氣,為了更全面地了解東北冷渦發(fā)生發(fā)展對東北地區(qū)降水的影響,本文主要應用拉格朗日追蹤方法追蹤2016年7月一次東北冷降水的水汽輸送特征。

東北冷渦的定義:500 hPa天氣圖上,35～60°N,115～145°E范圍內,有一條或一條以上閉合等高線,并且伴有冷空氣和明顯的冷槽配合,維持3 d或3 d以上的冷性渦旋[2]。張廷治等[3]對東北冷渦造成的東北地區(qū)暴雨進行了研究。孫力等[4]研究指出,夏季東北冷渦持續(xù)性的活動會造成東北地區(qū)低溫冷害,對東北地區(qū)的降水也有重要影響。陳力強等[5]診斷分析了東北冷渦誘發(fā)的一次連續(xù)強風暴的形成條件,指出低層暖濕氣流是冷渦引發(fā)強對流的預報關鍵。張立祥等[6]簡述了東北冷渦的形勢特征、氣候特征和強對流特征。李春影等[7]指出,高層阻塞形勢影響著冷渦的形成和消亡,副熱帶高壓脊線南北向的活動對冷渦的活動也有影響,同時偏南的暖濕氣流和冷渦中心西南方向的干切入是造成冷渦活動強降水的重要原因。林中冠[8]研究得出,夏季東北冷渦活躍時期,東北地區(qū)對流層維持著深厚的偶極型位勢高度異常,低緯地區(qū)西北太平洋反氣旋異常和中緯地區(qū)的東風異常,這種異常有利于東北地區(qū)局地水汽通量的輻合。王黎黎等[9]研究得出,東北冷渦引發(fā)暴雨的水汽主要源地為西太平洋副熱帶高壓南部低緯熱帶地區(qū)和孟加拉灣地區(qū),還有一小部分水汽來自日本海回流。與東北冷渦相似,國外研究學者主要研究切斷低渦(COL),即位于對流層中上層300 hPa層面上的孤立渦旋,它是從西風急流中分離出來的[10]。NIETO等[11]指出,當對流層中下層有充足的水汽時,COL是引發(fā)極端降水的一個重要因素。HIROTA等[12]研究了2014年8月19日廣島極端降水過程中水汽通道(AR)和COL的作用得出,伴隨著冷中心的COL及其前部的上升運動誘發(fā)的不穩(wěn)定能量,與AR自由對流層的水汽共同作用造成廣島強降水。

許多學者對降水的相關水汽通道特征進行了研究[13-16]。近年,越來越多的學者通過基于拉格朗日方法的水汽軌跡追蹤模式(HYSPLIT),對水汽輸送及其來源情況進行研究。如梁卓然等[17]模擬追蹤南海區(qū)域低層4—6月逐日的氣流,定義了1948—2009年南海夏季風的爆發(fā)日期。楊浩等[18]對淮北雨季和江淮梅雨平均水汽通道特征進行了對比,最后得出淮北雨季的水汽來自歐亞大陸、印度洋、孟灣—南海和太平洋,它們的水汽貢獻差別不大;江淮梅雨的水汽主要來源于太平洋、印度洋和孟灣—南海,來自印度洋的水汽貢獻最大。王佳津等[19]應用HYSPLIT4模式對四川盆地一次夏季暴雨的水汽輸送特征和源地進行模擬追蹤,指出此次暴雨過程的水汽主要來源于對流層低層950 hPa和850 hPa,950 hPa上有5條水汽輸送路徑,其中2條來自于北方,另外3條來自于南方。850 hPa的水汽輸送路徑主要有2條,分別為北方路徑和南方路徑。

本文旨在應用基于拉格朗日方法的軌跡模式(HYSPLIT_4),后向追蹤2016年7月23—29日東北地區(qū)降水的水汽輸送軌跡及其來源情況,結合高低空環(huán)流形勢及物理量場的分析,研究此次過程東北冷渦降水的結構特征。

1 資料方法

1.1 資料

本文所用的資料有:歐洲中心(ECWMF)ERA-Interim水平分辨率為1°×1°的逐12 h預報降水資料;NCEP FNL逐6 h水平分辨率為1°×1°的緯向風、徑向風、溫度、相對濕度和垂直速度等再分析資料;驅動基于拉格朗日方法的軌跡模式的NOAA Reanalysis水平分辨率為2.5°×2.5°的再分析資料。

1.2 軌跡模式(HYSPLIT_4)簡介

基于拉格朗日方法的氣流追蹤模式(HYSPLIT-Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)是由美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的空氣資源實驗室和澳大利亞氣象局在過去20 a間聯(lián)合研發(fā)的一種用于計算和分析大氣污染物輸送、擴散軌跡的專業(yè)模型。

假設空氣中的粒子隨風飄動,HYSPLIT_4的模擬方法[20]是對氣塊移動軌跡的時間和空間上位置矢量進行積分。模式利用NCEP再分析資料,對每一次空氣粒子所在位置的物理量進行差值計算,氣塊的最終位置通過初始位置(P)和第一猜測位置(P1)的平均速率計算得到:

P1(t+△t)=P(t)+V(P,t)△t

(1)

P(t+△t)=P(t)+0.5×[V(P,t)+V(P1,t+△t)]△t

(2)

式中,V為平均速率,△t為時間步長,本文選擇△t為6 h。

1.3 軌跡模擬方案

本文24 h累積的最大降水量的時間為7月25日00時—7月26日00時(世界標準時間UTC,下同),故選取7月26日00時為軌跡追蹤的初始時間,同時該時間對應的前24 h累積降水量最大區(qū)域(41.0～42.5°N,122.5～126.0°E)為軌跡模擬的初始位置。垂直方向上分別選取500 m、1000 m、2000 m、5500 m和10 000 m作為模擬的初始高度,每一初始高度選取15個點作為起始追蹤點,后向追蹤模擬7 d,每隔6 h所有軌跡點重新后向追蹤模擬,每隔12 h輸出一次軌跡點的位置。

2 過程分析及環(huán)流形勢

2.1 過程簡介

本次東北冷渦活動維持的時間較長,從7月23日12時低渦形成持續(xù)到29日18時,由西北緩慢向東南移動,冷渦中心活動的主要范圍為50～60°N,110～130°E。受東北冷渦的影響,東北地區(qū)及內蒙古東北部局地有降水發(fā)生,較強的降水時期,雨帶主要呈東北—西南走向。23日12時東北冷渦開始形成,對應24日00時(圖1a)前24 h累積日降水量主要位于黑龍江北部、吉林及遼寧東部,日降水量≥10 mm。24日冷渦迅速發(fā)展,雨帶向東移且逐步形成東北—西南走向,東北地區(qū)的雨量相對較小(圖1b,24日00時—25日00時)。25—26日凌晨東北冷渦穩(wěn)定維持并向東南方向移動,對應26日00時(圖1c)前24 h日降水量最大,降水區(qū)域主要在冷渦外圍東南部地區(qū)(黑龍江東部,吉林省東部及遼寧省),平均日降水量為40 mm左右,降水大值中心位于遼寧中部,最大日降水量達到65 mm以上。26日夜間—27日白天冷渦穩(wěn)定少動,冷渦中心基本維持在黑龍江西北部,雨帶東移位于東北地區(qū)東部沿岸,降水量減少(圖1d)。28日后冷渦快速消亡,降水明顯減弱,東北大部分地區(qū)還有少量降水,平均日降水量為12 mm左右,30日00時東北冷渦已完全消失。

在本次東北冷渦降水過程中,冷渦形成初期開始有少量降水。隨著冷渦的發(fā)展降水強度增強,在冷渦快速發(fā)展期間,降水區(qū)域狹窄位于冷渦中心東側和東南側,雨帶呈東北—西南走向。冷渦成熟時期,強度穩(wěn)定維持并向東南方向移動,雨量相對較大,雨帶東移。而冷渦消亡時期,降水顯著減弱,但降水區(qū)域相對較大,東北大部分地區(qū)都有降水的發(fā)生。

2.2 環(huán)流形勢分析

23日06時對應冷渦形成前期,東亞中高緯地區(qū)高空200 hPa上主要呈現(xiàn)兩脊一槽的形勢,蒙新高地高壓脊,貝加爾湖上空有一低壓槽,低壓槽前有風速≥40 m·s-1的高空西風急流,暖中心在內蒙古東北部與東北三省的交界處,其西南側有高空急流,黑龍江、吉林、遼寧中東部有一呈東北—西南走向的高壓脊,溫度脊落后于高度脊。貝加爾湖槽向南加深,而東北東部的脊向北發(fā)展,23日12時,低壓槽被切斷,在貝加爾湖東北側形成閉合低壓,與之相配的是溫度為-44 ℃的暖中心,低壓外圍南側的高空急流帶向東移動。24日18時低壓稍稍南壓東移發(fā)展加強,低壓中心南部等高線逐漸變得密集,暖中心也有所加強,其中心溫度為-40 ℃。但是暖中心稍稍超前于低壓中心,其南側的高空急流也向東移發(fā)展,急流中心最大風速達到50 m·s-1以上。25日00—06時低壓維持在黑龍江西北側,暖中心與低壓中心基本重合,低壓中心強度繼續(xù)維持,急流帶位于黑龍江中部及遼寧北部,且急流帶由位于低壓中心南側轉為東南側。25日12時后,低壓中心等高線漸漸變得稀疏,但強度變化不大,急流最大風速減弱為40 m·s-1。26日00時東北地區(qū)東北—西南向的顯著流線最大風速為30 m·s-1,急流消失,且低壓中心也開始減弱。27日12時—28日00時,低壓又稍稍增強,與-44 ℃的暖中心重合。隨后,低壓東移減弱,29日18時低壓閉合中心已消失(圖略)。

對流層中層500 hPa上,23日06時冷渦形成前期,貝加爾湖北側有一呈東西走向的高壓脊,貝加爾湖東側有一大槽并且有一溫度槽與之相配,副熱帶高壓脊北伸到了東北北部地區(qū),中空急流不是很顯著。貝加爾湖東側的冷槽向南加深發(fā)展,加上副熱帶高壓北抬,其脊線向西北方向加深,冷槽被切斷。23日12時(圖2a)在貝加爾湖與我國東北地區(qū)的西北側之間形成閉合的低壓,與之對應的冷中心為-16℃,即東北冷渦生成,冷渦中心位于(56°N,116°E),中心強度為560 dagpm。隨后,冷渦開始發(fā)展并向東南方向移動,冷渦中心的等高線漸漸趨于密集,其南側有風速≥20 m·s-1的西風急流,副熱帶高壓588線已位于日本海南部40°N左右,脊線繼續(xù)向北伸。24日00—18時(圖2b),冷渦迅速增強,中心強度變?yōu)?56 dagpm,冷渦中心等高線也相對密集,伴隨著冷渦的增強其中心南側的西風急流也增強,最大風速達到24 m·s-1以上,副熱帶高壓強度加強,4日12時副熱帶高壓中心強度達到592 dagpm,并且在冷渦迅速發(fā)展期間稍稍向西推進。25日00時,冷渦中心強度還是556 dagpm,但其南側中空急流相對減弱風速為20 m·s-1,副熱帶高壓強度不變(圖略)。25日06時—27日期間,東北冷渦中心強度都維持在560 dagpm左右,冷渦及副熱帶高壓外圍的影響,東北地區(qū)主要受西南風氣流的影響,且在冷渦維持的過程中。25日06—18時吉林省和遼寧省交界處生成一較短的偏西南風中空急流帶(如圖2c),同時冷渦向東南方向移動,副熱帶高壓逐漸南退。27日06時—28日凌晨東北冷渦中心強度變?yōu)?64 dagpm,溫度中心也減弱到-12℃,冷渦穩(wěn)定少動,基本維持在52.5°N,125°E左右,等高線變得相對稀疏,副熱帶高壓588線南退至35°N位置,東北地區(qū)主要受偏西風氣流的影響(如圖2d)。28日白天后冷渦迅速東南方向移動減弱,30日00時冷渦已完全消失。

圖2 2016年7月23日12時(a)、24日18時(b)、25日12時(c)、27日12時(d)500 hPa位勢高度場(實線,單位:dagpm)、溫度場(虛線,單位:℃)和≥20 m的中空急流(陰影,單位:s-1)

在冷渦降水過程中,冷渦生成前期,中空冷槽發(fā)展,其槽前對應的對流層低層850 hPa上,我國東北地區(qū)西北側有渦旋生成,渦旋的四周風速都較大,風速≥12 m·s-1。直到冷渦的生成(23日12時),500 hPa上西南氣流引導850 hPa上低空渦旋發(fā)展,并向東北方向移動,該渦旋向南伸展一低壓槽(圖3a)。冷渦發(fā)展期間,低空渦旋逐漸減弱,并向北移動,海上高壓北抬,低槽也隨之向東北方向移動,到24日18時(圖3b)冷渦發(fā)展強盛時期,底層渦旋移動到黑龍江西北部,低槽影響東北中東部地區(qū)。冷渦成熟穩(wěn)定期間,低空渦旋相對較弱,等高線逐漸變得稀疏,在華北北部有新的渦旋生成。25日12時(圖3c)華北北部生成的渦旋移動到吉林和遼寧的交界處,其東南部的西南風低空急流風速達到16 m·s-1及以上,對應25日00時—26日00時的降水大值區(qū)域。26日00時(圖3d),東北西北部的渦旋向東南方向移動減弱,但影響范圍擴大,東北東部沿海地區(qū)維持著狹長的西南風低空急流帶,海上高壓也向東南方向移動。26日12時以后,東北地區(qū)大部分受渦旋控制,急流不明顯。

圖3 2016年7月23日12時(a)、24日18時(b)、25日12時(c)、26日00時(d)850 hPa位勢高度場(實線,單位:dagpm)和風場

冷渦形成前期對應的 925 hPa上,東北地區(qū)西北部有渦旋向東北方向移動,渦旋東側西南風急流軸顯著。在冷渦形成之后,低空渦旋有減弱的趨勢,且東側急流軸風速也有所減弱。冷渦成熟期,低空渦旋向東擴散,強度減弱,其東側急流軸向東移動,而在華北地區(qū)北部有新的渦旋生成,向東北方向移動,在降水較大時期(25日00時—26日00時)華北一帶的渦旋移動到東北東南部地區(qū),伴有較強的低空西南風急流,與降水大值區(qū)域相對應。隨后東北西北部的渦旋與東南部的渦旋合并,東移影響整個東北地區(qū),且東北東部保持著顯著的西南風流線(圖略)。

綜合上述,冷渦生成前,對流層上層西部貝加爾湖的槽加深發(fā)展,溫度槽落后于高度槽,對應的中層槽也加強,同時副熱帶高壓脊線向西北方向延伸,冷槽被切斷形成冷渦,此時低空渦旋也得到加強,并受高空西南氣流的影響向東北方向移動。在冷渦發(fā)展時期,中層及高層的急流也隨之加強,而低空急流卻有減弱的傾向,所以冷渦發(fā)展期間降水相對較弱,但高低空的急流都為西南風,雨帶在冷渦發(fā)展期間逐漸形成東北—西南走向。在冷渦成熟穩(wěn)定后,高空維持偏西風急流,低層東北東南側為西南風低空急流,且遼寧中部處于低空急流左側,對應著降水大值中心。在冷渦的消亡階段,中高層副熱帶高壓南退,低層東北主要受渦旋控制,大部分地區(qū)有降水,但降水量減小。

2.3 物理量場分析

沿東北冷渦中心的渦度平流和溫度平流的經向垂直剖面(圖4)分析本次冷渦發(fā)生發(fā)展的熱力、動力條件。冷渦發(fā)展初期23日12時(圖4a),即剛生成的時刻,冷渦西側為正渦度平流區(qū)域,中心在400～300 hPa之間,其東側為負渦度平流,冷渦向東移動,同時,對流層中上層冷渦后部為冷平流,為冷渦的發(fā)展提供有利條件,冷渦的東側為暖平流。24日冷渦迅速加強,18時(圖4b)達到最強,此時冷渦中心及東側都為正渦度平流,其中心在500～400 hPa之間,對流層中低層的冷平流加強并東移擴散,冷渦在一定程度上穩(wěn)定維持,對流層上層為弱的暖平流和正渦度平流控制,而低層為負渦度平流,隨高度呈現(xiàn)西傾結構,有利于對流的發(fā)生。25日12時(圖4c)正渦度平流減小,對流層中低層東西兩側都為負渦度平流,低層西側由冷平流轉為暖平流,冷渦仍向東移動,但強度有所減弱。27日12時(圖4d),冷渦大部為正渦度平流區(qū)域,中低層都是弱的暖平流控制,低層1000～900 hPa上還有弱的冷平流,對流層上層為負渦度平流和冷平流,冷渦減弱。冷渦發(fā)展初期,對流層中高層槽前的正渦度平流和槽上冷平流對冷渦的發(fā)展加強起著重要作用;冷渦成熟期間對流層低層開始轉為暖平流,中層的冷平流使冷渦強度繼續(xù)維持;在冷渦消亡時期,高低空冷暖平流交匯,造成弱的降水。

圖4 2016年7月23日12時(a)、24日18時(b)、25日12時(c)、27日12時(d)沿冷渦中心56°N、54°N、54°N、52.5°N的渦度平流(陰影,單位:10-5 K·s-1)和溫度平流(實線,單位:10-10·s-2)的經向垂直剖面

圖5給出了本次低渦過程4個代表時次的低空急流、高空急流、200 hPa與850 hPa散度差的特點。在23日12時(圖5a),低層有明顯的低空急流,不斷向東北地區(qū)輸送水汽,使得整個東北地區(qū)處于充沛水汽中。高層,在東北地區(qū)西側,有高空急流存在,急流中心值維持在45 m·s-1以上,東北地區(qū)中心位于急流軸前方。在24日18時(圖5b),低層明顯的低空急流消失,低空急流向東北移動,離開我國。高層,高空急流中心值加強到50 m·s-1以上,并向東北移動到東北地區(qū)中西部,影響東北地區(qū)。在25日12時(圖5c),低層低空急流再次出現(xiàn),位于東北地區(qū)東南部,不斷向東北地區(qū)輸送水汽。高層,高空急流繼續(xù)東移,急流中心值減小,維持在45 m·s-1以上,東北地區(qū)中心位于急流軸左后方。27日12時(圖5d),高低空急流基本消失,過程強度減弱,降水減弱。

圖5 2016年7月23日12時(a)、24日18時(b)、25日12時(c)、27日12時(d)200 hPa風速≥40 m·s-1的高空急流(虛線)、850 hPa風速≥12 m·s-1的低空急流(實線)和200 hPa與850 hPa的散度差(陰影,單位:s-1)

200 hPa與850 hPa的散度差,反映過程的垂直運動情況。23日12時(圖5a),東北大部處于散度差的正值區(qū)域,即為較強的上升運動,有利于對流的發(fā)展。24日18時(圖5b)黑龍江北部和東部及遼寧大部仍然處于散度差的正值區(qū)域,低層輻合高層輻散,處于良好的上升運動區(qū)域,且數(shù)值也有所上升,說明上升運動略有增強,有利于降水。25日12時(圖5c)散度差正值區(qū)域向東移動,在東北地區(qū)東部處于上升運動區(qū)域,遼寧中部散度差值最大。27日12時(圖5d),散度差正值區(qū)域明顯減弱,上升運動減弱,降水減弱。

分析本次降水過程850 hPa上水汽通量(圖6),可以看到明顯的水汽帶演變特征。從孟加拉灣分支向東北方向輸送水汽,在我國西南部與南海過來的水汽合并,共同繼續(xù)向東北方向輸送,途經渤海在東北地區(qū)交匯,還有少量水汽來自日本海的回流。23日12時(圖6a),水汽帶相對強盛,主要交匯于黑龍江東北部,整個東北地區(qū)水汽較充足。24日18時(圖6b),由于低層渦旋的東移發(fā)展和華北一帶切變的影響,水汽主要交匯于華北地區(qū),東北東部沿岸有少量的渤海支流和日本海的回流,東北地區(qū)的水汽帶向東推移,也是造成本次降水雨帶東移的原因。25日12時(圖6c),對應低空急流軸左側,在吉林南部和遼寧中北部地區(qū)水汽交匯,并且形成水汽大值區(qū),水汽輸送帶狹長,水汽主要來源于渤海。27日12時(圖6d),水汽輸送薄弱,東北地區(qū)水汽輸送不明顯。

圖6 2016年7月23日12時(a)、24日18時(b)、25日12時(c)、27日12時(d)850 hPa水汽通量(矢量,單位:g·cm-1·hPa-1·s-1;陰影部分為水汽通量矢量和≥6 g·cm-1·hPa-1·s-1)

根據(jù)以上水汽實況和相關環(huán)流形勢及物理量的分析,25日00時—26日00時期間24 h累積日降水量相對較大,因此通過這期間降水大值區(qū)域中心沿42°N的相對濕度和垂直速度的經向垂直剖面圖來分析此次過程降水的上升運動和濕度狀況。選擇東北地區(qū)115～135°E區(qū)域,圖中黑色實線框為降水大值中心區(qū)域。25日00時(圖7a),整個對流層的相對濕度都在80%以上,水汽充足,降水大值區(qū)域的垂直上升運動相對較強,有利于對流的發(fā)生。25日06時(圖7b),低層的相對濕度維持在70%以上,中層出現(xiàn)小范圍的干區(qū),高層水汽狀況相對較好,而降水大值區(qū)域東側為弱的下沉運動,西側上升運動較強,對流在一定程度上受到限制。25日12時(圖7c),中層干區(qū)向西擴張,低層轉為弱的下沉運動,降水減少。25日18時(圖7d),相對濕度為90%及以上,濕度相對較好,垂直運動較弱,降水減小。通過這4個時次的分析,本降水過程為一個減弱的過程,但對流層高層濕度高,基本維持在90%及以上,中層后期有干區(qū)入侵,不利于對流發(fā)展。垂直運動方面,西側基本處于上升運動區(qū)域,東側中低層由上升運動轉為下沉運動,25日18時后低層維持一個較弱的垂直運動,水汽也相對較好,有相對弱的對流運動,造成少量降水。

圖7 2016年7月25日00時(a)、25日06時(b)、25日12時(c)、25日18時(d)沿42°N的相對濕度(陰影,單位:%)和垂直速度(實線,單位:Pa·s-1)的經向垂直剖面

3 基于拉格朗日方法的水汽軌跡追蹤

垂直高度為500 m(圖8a)的水汽追蹤,水汽主要來源于我國東部海岸帶東海、黃海及渤海地區(qū)偏北路線輸送,源于900～850 hPa的水汽塊7月19日00時向北輸送并下沉,22日00時與1000～950 hPa的水汽塊匯合并后水平向北輸送,25日00時水汽塊開始抬升。垂直高度為1000 m(圖8b)的水汽源主要分為2條,第一條來自于南海海域,向東北方向移動,23日左右與另一條來自于東海海域的水汽塊共同向北輸送,到達遼寧地區(qū)。垂直高度為2000 m(圖8c)的追蹤水汽來源也分為2條,一條來自于孟加拉灣,另一條來自于南海,都向西北方向移動,來源于孟加拉灣的水汽在移動過程中先抬升后下沉,來源于南海的水汽主要以水平運動為主。垂直高度為5500 m(圖8d)的水汽主要來源于孟加拉灣,有一小部分來源于里海,孟加拉灣水汽向東北方向輸送,里海水汽緯向輸送,在內蒙中部地區(qū)匯合,繼續(xù)向東輸送到東北地區(qū)。垂直高度為10 000 m(圖8e)的水汽主要來源于里海,沿緯向向東輸送到東北地區(qū)。

圖8 2016年7月26日拉格朗日后向軌跡追蹤模式,垂直方向高度為500 m(a)、1000 m(b)、2000 m(c)、5500 m(d)、10 000 m(e)的水汽追蹤軌跡圖

綜合上述,從500 m、1000 m、2000 m高度的水汽軌跡圖上可看出本次降水過程低層的水汽主要來源于南海和孟加拉灣,與上文分析的水汽通量的水汽帶相對吻合。結合環(huán)流形勢場的分析,水汽主要受海上高壓外圍氣流的影響,向東北方向輸送,到達華北地區(qū)后,在低渦和海上高壓的共同作用下繼續(xù)向東北方向輸送,在東北地區(qū)輻合上升,造成東北地區(qū)東部的降水。對流層中層水汽主要來源于孟加拉灣,少部分來自里海,孟加拉灣源地的水汽是由副熱帶高壓外圍氣流帶動到東北地區(qū),里海源地的水汽主要是在西風氣流的影響下向東輸送到達東北地區(qū)。對流層高層的水汽來源于里海,受高層西風氣流引導影響東北地區(qū)。

4 結論與討論

本文通過基于拉格朗日方法的水汽追蹤模式(HYSPLIT_4)追蹤2016年7月23—29日東北冷渦降水過程的水汽輸送及其來源情況,并通過分析本次過程的環(huán)流形勢和物理量場特征,對造成東北地區(qū)降水的影響因子進行總結,得出結論如下:

(1)本次東北冷渦降水過程中,隨著冷渦的發(fā)展降水強度增強,雨帶逐步呈現(xiàn)東北—西南走向并向東移動。冷渦成熟時期降水達到最大,而冷渦消亡期,降水顯著減弱,但降水區(qū)域相對較大,東北大部分地區(qū)都有降水的發(fā)生。

(2)通過環(huán)流形勢的分析,冷渦發(fā)生發(fā)展時期,東北地區(qū)影響系統(tǒng)在垂直方向上形成西傾的結構,有利于對流發(fā)展。成熟時期,西太平洋副熱帶高壓的加強及北抬,冷渦穩(wěn)定維持,高層西風急流與低層西南風急流的配置,對應著降水大值區(qū)。副熱帶高壓南退減弱,冷渦快速東移消亡,低層受渦旋控制,東北大部分地區(qū)仍有降水。

(3)對流層中高層槽前的正渦度平流和槽上冷平流對冷渦的發(fā)展加強起著重要作用,同時東北地區(qū)東西兩側冷暖平流的交匯,對應低層急流區(qū)域濕氣流的輻合上升運動,造成較強降水。而冷渦開始消亡時,低層暖濕空氣與中層干冷空氣作垂直運動,產生較弱的降水。

(4)通過水汽通量的分析和水汽追蹤,得出本次東北冷渦降水低層水汽主要來源于南海和孟加拉灣,中層水汽主要來源于西北方向輸送的孟加拉灣和少量來自于緯向輸送的里海,而高層水汽受西風氣流影響來源于里海一帶。

本文主要通過HYSPLIT_4模式分析了2016年7月一次東北冷渦個例的降水通道特征及主要的影響系統(tǒng),在后續(xù)工作中,將會深度研究多個個例,整合分析東北冷渦降水的水汽通道特征,并研究不同通道水汽的貢獻率及不同水汽通道對東北冷渦降水強度的影響。