芦笑玉
甘南夏河机场,747000
摘要:主要回顾了近5年青藏高原所围绕高原天气研究中的高原天气系统(包括高原涡、西南涡、高原切变线)活动,特别是东移出高原后的高原低涡活动,低涡暴雨机理以及西南涡加密观测资料在天气预报与分析中的应用等方面的研究成果,在此基础上指出研究存在的不足,如多尺度天气系统相互作用研究不多,高原天气系统的发展维持机理、加密观测资料的应用等还有待深入,以此推动高原天气研究向深入开展。
关键词:高原天气;研究;回顾;展望;
1引言
高原天气涵盖多方面,包括高原周边地区的高原天气观测、高原天气系统、高原周边地区各类天气发生发展机制以及预报预测技术等。本文基于中国气象局成都高原气象研究所(以下简称高原所)近5年围绕高原天气开展的一些研究工作,回顾总结相关研究成果,寻找不足,为进一步开展高原天气研究提供参考。本文分以下几个方面:首先简述高原天气系统方面的研究进展,其次是高原天气系统对周边地区暴雨影响的研究进展,接下来是西南涡加密观测资料的应用研究进展,最后在已有的工作基础上,指出研究中的不足和有待努力的方向
2高原天气系统对周边地区暴雨影响
研究盆地西南低涡暴雨有3个落区,分别位于盆地西北部的广元,绵阳一线(简称西北型),盆地东北部的巴中达州一带(简称东北型),盆地西南部的雅安、乐山、眉山附近(简称西南型),四川盆地的地理特征决定其降水分布与地形密不可分,西北型和西南型主要是受青藏高原大地形的阻挡抬升,而东北型则是由于大巴山脉的抬升作用;盆地内有明显的风速辐合,向盆地输送水汽的通道建立;由于风速的辐合,水汽在盆地内堆积上升,加上沿山迎风坡地形的强迫抬升,皆为暴雨提供了很好的条件;整层水汽和850hPa的比湿大值区与地面降水落区范围相当一致,中纬度低值系统(槽/低涡)的位置和强度对落区起到关键作用。开展了青藏高原周边地区持续性暴雨统计特征分析,首次提出高原及周边地区局地持续性暴雨标准和区域持续性暴雨标准,研究得到四川西部至中东部是持续性暴雨高发区,西藏波密是局地持续性暴雨发生频率最高地区,通常持续性暴雨过程伴随高原低值系统活动,西南低涡是最主要的影响系统。开展了极端暴雨、暖区暴雨等强降水个例分析,不同程度揭示了暴雨发生成因,丰富了对低涡暴雨的认识[1]。
四川盆地极端暴雨主要出现在“东高西低”型和“两高切变”型,“东高西低”型暴雨主要触发系统是西南涡和高原涡,“两高切变”型暴雨主要触发系统是切变线。高原低涡与西南低涡耦合有利于低涡发展维持,中层的正涡度平流、低层的辐合上升运动是低涡发展的重要机制。对一次低涡低槽互演过程并诱发四川盆地东部暴雨过程中对流特征分析得到倒槽和西南涡互演中MCSs活动特征,指出暴雨是在中高层环流稳定的背景下,由850hPa倒槽和西南涡演变中产生的4次MCSs活动造成,并揭示了MCSs增强、减弱所反映出的动力调整与系统配置及暴雨区的纬向环流上升支的变化较为密切。
针对2013年7月上到中旬的一次四川盆地持续性暴雨过程,研究发现此次暴雨过程的水汽来源和气候平均状态并不完全一致,此过程除了南海、西太平洋地区的偏南风水汽输送,孟加拉湾北部的西南风水汽输送以及高原主体上空的偏西风水汽输送以外,还出现了一条新的水汽输送路径:阿拉伯海北部的西南风水汽输送途经高原主体、高原东南部进入四川,持续性暴雨与水汽输送异常密切相关。对高原低涡影响下的一次暖区强降水特征分析研究指出,高原低涡缓慢东移过程中,涡前的正涡度平流使低层涡度增加、垂直上升运动加强,触发强对流活动,是本次暴雨过程的触发机制之一;暴雨过程临近时具有不稳定能量特别高、地面和低层露点温度大、抬升凝结高度低、湿层非常深厚等显著特征,十分有利于强降水的发生。通过一次非典型西南低涡与降水过程分析,揭示了西南低涡和降水系统之间的相互关系,研究指出西南低涡发生之前的降水使得降水区空气的非绝热加热率随高度不断增加从而促进了此次西南低涡的生成;强盛期的西南低涡伴随有次级环流,次级环流既促进了低涡的进一步发展,又有利于触发涡心东侧的对流从而引发强降水[2]。
3西南涡加密观测资料的应用
研究高原所自2020年开始每年夏季实施6月20日~7月31日为期41天的西南涡加密观测试验,在四川加密布置4个探空观测点,进行每日4次全川7个常规探空站和4个加密探空站的观测,获取西南涡活跃期大气信息。近年来,利用西南涡加密观测资料开展了多方面的应用研究工作。基于西南涡观测资料,对ERA-Interim,JRA-55,NCEP-CFSv2,NCEP-FNL,NASA-MERRA五种格点资料的温度,风矢量,相对湿度三种要素在青藏高原东坡及下游地区的质量进行了评估,揭示了格点资料在高原和盆地的优劣,指出五种格点数据在盆地内的平均误差要明显高于高原地区,数据质量存在明显的日变化特征,盆地内均方根误差明显大于高原地区,格点数据的质量存在一定的年际变化,数据的质量均受到天气状况的影响,平均而言高原地区格点数据质量对天气状况的变化更为敏感,同时指出五种格点数据各有所长,不存在哪种数据有压倒性优势,NASA-MERRA数据拥有高质量比湿数据,ERA-Inter-im风场数据的平均值,均方差,均方根误差都优于其它格点数据,NCEP-FNL数据质量的年际变化比较稳定,JRA-55数据各项指标都比较中庸,但有明显的日变化特征,CFSv2数据质量优劣势不明显[3]。
4结论
综上工作还可见,在西南复杂地形区,持续开展汛期西南涡加密气象观测非常必要,有利于揭示西南涡的发生、发展及其低涡暴雨机理,也有助于提升数值预报业务技术水平。同时,对高原低值系统的基础性研究方面取得了较好的效果,但对其机理机制研究还不够深入;作为高原周边地区重要的天气系统之一-高原切变线系统研究相对薄弱,多尺度天气系统相互作用研究不多,如中纬度低涡(高原涡、西南涡)与低纬度热带气旋相互作用方面;加密观测资料在业务与科研工作中发挥了重要的支撑作用,还有必要更深入挖掘资料,在模式物理过程参数化改进和高影响天气中发挥作用。致谢感谢中国气象局成都高原气象研究所同仁就本文撰写给予的支持。
参考文献
[1]彭广,李跃清,郁淑华,等.《2013青藏高原低涡切变线年鉴》[M].北京:科学出版社,2015:2-328
[2]彭广,李跃清,郁淑华,等.《2014青藏高原低涡切变线年鉴》[M].北京:科学出版社,2015:2-282
[3]彭广,李跃清,郁淑华,等.《2015青藏高原低涡切变线年鉴》[M].北京:科学出版社,2016:2-255