西北渦

大暴雨的形成需要有豐富的水汽供應以及有利的動力、熱力不穩定條件濕位渦這一物理量不僅表徵了大氣動力、熱力屬性而且還考慮了水汽的作用所以對濕位渦進行診斷可以尋求熱力和動力及水汽條件與降水的關係從而揭示降水發生發展的物理機制。近年來濕位渦理論被廣泛地應用於中尺度低渦暴雨、颱風暴雨、爆發性氣旋、鋒面強降水等研究中對暴雨形成的物理機制以及暴雨的強度和落區方面得到了一些有意義的結論。提出傾斜渦度發展理論指出在濕位渦守恆的制約下由於濕等熵面的傾斜大氣水平風的垂直切變的增加或水平濕斜壓的增加引起垂直渦度的增長從而導致暴雨的發生。而且等熵面傾斜越大氣旋性渦度增長越劇烈。根據濕位渦理論分析了一次江淮梅雨鋒暴雨過程中對流層低層的中尺度低渦及地面氣旋發展的原因指出在有利的等熵面形態下具有較高濕位渦值的高層冷空氣沿等熵面快速南下的過程中絕對渦度增加導致了氣旋性渦度的發展加強。通過對台風暴雨的位渦診斷髮現特大暴雨落區位於低層等熵面位渦高值區的東北側與中低層位渦斜壓部分最大負值區相對應並隨着位渦斜壓部分負值中心強度的增強而增幅。

研究選取了2000年7月4～5日在華北南部由西北渦東移停滯造成的大暴雨過程進行了濕位渦的診斷研究來探討濕位渦場的特徵與強降水的關係從而對預報西北渦暴雨的落區及移動提供有益的參考。

2000年7月4～6日受東移的西北渦和暖濕氣流的共同影響華北南部出現了一次大範圍的大暴雨天氣過程。此次降雨過程強度之大、持續時間之長為歷史同期所罕見。特別是河北省在整個降雨過程中有75個縣市降雨量達到50mm其中石家莊、邢台、邯鄲有20個縣市超過250mm。這是繼“96.8”大暴雨後華北地區又一次連續的大暴雨過程。

產生此次暴雨過程的環流背景為穩定的經向環流型主要影響系統是東移到河套地區穩定的低渦。由於低渦的東側和北側分別有副熱帶高壓和貝加爾湖阻塞高壓阻擋使低渦穩定少動。西北太平洋洋麪上有3號颱風鴻雁活動為此次暴雨過程提供了充足的水汽條件。在4日08時～5日08時降雨過程中對華北南部而言分別有兩個強的降雨時段即4日下午和5日凌晨。通過對暴雨過程的數值模擬及濕位渦診斷來探討暴雨兩次加強的原因。

(1)濕位渦“正負區疊加”的配置是低渦暴雨發展的有利形勢不但靠正位渦還需要負位渦的配合。高層的正的高值位渦的下傳有利於氣旋性渦度的發展低層的負位渦區有利於對流的發展。這兩者的結合有利於暴雨和低渦的維持。

(2)對流層低層濕位渦正壓項的正值區對暴雨區有指示作用降雨區與700hPa正值區的位置對應得很好強降雨中心位於正值區南側的零線附近。

(3)斜壓項負值位渦舌的向下伸展有利於中低層斜壓性增強促進降水加強。低層斜壓項的負值區對暴雨的落區和移動有指示作用。 ^[1] 

研究表明，冷空氣對暴雨的形成有重要的作用，利用位渦來示蹤冷空氣的軌跡，為暴雨的研究提供了一個重要的工具。應用位渦討論了1991年江淮特大暴雨冷空氣活動的特徵，指出南下的冷空氣在江淮一帶被來自低緯西南暖氣流和東南暖氣流所切斷，形成高位渦冷空氣中心，與兩支暖氣流相互作用，維持梅雨鋒，從而形成持續暴雨。通過討論濕位渦與東南亞強降水形成的關係，表明高層下滑的乾冷空氣與低層上升的高温高濕空氣交匯，容易儲存和釋放濕對流不穩定能量，有利於強降水的產生。

2000年7月4~6日，華北南部遭遇一次持續的大暴雨天氣，主要影響系統是東移停滯在華北地區的西北渦，冷空氣在低層以東、西兩個路徑入侵，先後同西南暖濕急流、東南暖濕急流共同作用。本文通過對此次過程的濕位渦及其傾向的診斷分析，研究冷空氣在西北渦暴雨形成和發展中的作用。

2000年7月4～6日，受東移的西北渦影響，華北南部出現了一次大範圍的大暴雨天氣過程。此次降雨過程強度之大、持續時間之長為歷史同期所罕見。特別是河北省，在整個降雨過程中，有75個縣市降雨量達到50mm，其中石家莊、邢台、邯鄲有20個縣市超過250mm。這是繼“96.8”大暴雨後華北地區又一次連續的大暴雨過程。

暴雨發生前期，7月3日08時500hPa在烏拉爾山以東的中高緯度呈兩脊一槽型，從巴爾喀什湖到貝加爾湖為一寬廣的低壓槽，烏拉爾山和鄂霍茨克海為穩定的高壓脊。由於西北太平洋洋麪上3號颱風“鴻雁”的作用，副熱帶高壓北抬與鄂霍茨克海高壓的打通，我國東北到華北東部為強大的高壓脊控制，在瀋陽一帶有588位勢什米等值線的高壓閉合中心。我國新疆到西藏為強大的大陸高壓所控制，使華北西部處於副熱帶高壓與大陸高壓之間的低壓區內。原位於青海湖的低槽東移至河套地區，槽前開始出現少量降雨。7月4日08時，500hPa上貝加爾湖高壓脊建立，從貝加爾湖東部南下的弱冷空氣在河套北部侵入，低渦生成。700hPa上蒙古國為西風帶小高壓控制，低渦位於陝、晉北部。華北地區位於低渦的前部，西南低空急流將暖濕氣流從南海向華北地區輸送，與貝加爾湖東部南下的弱冷空氣交綏，大範圍的暴雨天氣開始。4日20時，隨着3號颱風向西北方向移動靠近我國東南沿海，颱風低壓與副熱帶高壓之間的東南急流加強，而西南急流逐漸減弱消失，轉為東南急流向華北輸送水汽。冷空氣主體則向東移動，從東北方向在對流層低層侵入到華北地區，使夜間降雨再次加強。7月5日08時，貝湖高壓脊東移與鄂霍茨克海穩定的高壓再次疊加，與副熱帶高壓一起，形成西北～東南向強大的高壓壩。低渦向東南方向移動，到達山西中南部，華北南部的暴雨得以持續。

分析4日08時~5日08時華北南部的暴雨特點，發現有兩次降雨高峯時段，一是午後，二是午夜到凌晨。環流形勢上也有兩個特點，一是冷空氣從西北和東北兩個路徑向暴雨區侵入，二是暖濕氣流先後以西南急流和東南急流的形式北上至華北南部地區。因此本文通過中尺度MM5模式模擬了4日08時~5日08時的暴雨發生發展的過程，來研究冷空氣在西北渦暴雨過程中的作用。

(1)冷空氣主體西路向東移動過程中，分離出的小股冷空氣從東路在對流層低層向暴雨區侵入，先後與西南暖濕氣流和東南暖濕氣流相互作用，對暴雨有觸發作用。西路冷空氣則促使低渦系統發展東移。

(2)濕位渦的正負值區域的變化可分別示蹤冷暖空氣的活動。具有高位渦的冷空氣疊加在低層擾動所對應的負位渦中心之上，有利於位勢不穩定能量的儲存和釋放。

(3)對流層的低層小值的正位渦舌與東路弱冷空氣相對應，它的加強和維持，與邊界層的擾動疊加，對暴雨觸發和維持起到重要作用。

(4)濕位渦傾向的變化對降雨區的移動和降雨強度的變化有指示作用，水平平流項正值區和垂直輸送項的負值區與雨區對應得相當好，而且兩者的變化趨勢也非常一致。 ^[2]