高原气象

作者：李驰钦,鲁蓉,张万诚,金小霞,高守亭

单位：1. 江苏省气象台，江苏 南京 210041 ","2. 中国气象局交通气象重点开放实验室，江苏 南京 210041 ","3. 南京市气象局，江苏 南京 210019 ","4. 云南省气象科学研究所，云南 昆明 650034 ","5. 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室，北京 100029

关键词：湿斜压不稳定,气旋新生,暴雨,位涡反演,广义垂直运动方程

基金：国家自然科学基金面上项目(42075013),中国气象局复盘总结专项(FPZJ2023-049),江苏省气象局面上项目(KM202302),北极阁开放研究基金重点项目(NJCAR2018ZD02)

作为温带气旋形成的主要机制， 湿斜压不稳定在气旋动热力学研究中占据中心地位， 其可进一步分为干斜压不稳定、 湿不稳定、 非绝热Rossby波和Type C气旋新生（对流层顶干侵入）四类。2016年7月18日黄河气旋快速生成后东移进入华北造成“7·20”特大暴雨， 相比气旋成熟期， 其初生阶段的动热力机制尚不清楚。本文利用ERA5再分析资料与WRF模式， 对该气旋新生过程的湿斜压不稳定机制进行了数值模拟研究。模拟结果指出， 对流层中低层呈非绝热Rossby波形态， 即系统东移发展主要由垂直运动-非绝热效应的循环所推动， 其中波动触发和传播所依赖的垂直运动更多由涡度平流提供； 高层位涡汇与非地转风延缓了对流层顶干侵入位涡的东移， 维持了高低层相位差， 最终在干侵入前部发展出贯穿对流层的位涡柱。利用非线性片段位涡反演， 分别从初始场中移除非平衡分量、 对流层顶干侵入位涡、 低层非绝热源位涡， 设计了若干敏感性试验， 结合广义垂直运动方程分析可得： 本次过程斜压波必须在充足水汽条件下与非绝热过程耦合才能强烈发展， 关闭潜热气旋新生将被抑制， 干斜压不稳定无法解释本次过程； 初始非平衡场的去除不影响本次斜压不稳定性质但将延后系统发展时间， 受湿度条件和中尺度环流结构限制， 低层非平衡风的活跃区域主要由干斜压动力学控制； 该个例近地面位温梯度小， 仅依赖低层初始位涡难以有效组织起非绝热Rossby波东传， 同时有别于Type C气旋新生， 高层位涡异常也不足以激发起强大的中低层非绝热加热。于本次黄河气旋新生而言， 一方面要求初始低层位涡异常具有一定强度， 以抵消高层干侵入前部伴随的冷却下沉对其的抑制； 另一方面也需要高层位涡异常通过垂直渗透以涡度平流形式加强低层位涡东侧上升运动， 在高低层初始相位差合适情况下， 持续促使非绝热Rossby波东移发展， 推动系统进入水汽条件更好的华北地区。干斜压不稳定、 非绝热Rossby波和Type C气旋新生机制均不能独立解释本次事件， 此次黄河气旋新生是在非绝热Rossby波和对流层顶干侵入混合作用下， 初始时刻最优扰动增长形成的。

来源：2024年第3期

《高原气象》期刊编辑部

查看高原气象杂志2024年第3期