[科普中国]-西北涡

西北涡生成于青藏高原北部和东北部的涡。主要涡源在柴达木盆地和青海、甘肃和四川三省交界处，7、8月最多。

概念西北涡（Northwest China vortex）生成于青藏高原北部和东北部的涡。主要涡源在柴达木盆地和青海、甘肃和四川三省交界处，7、8月最多。在它控制下天气晴好，只有少数西北涡能在500hPa西风槽的配合下东移，并往往伴有暴雨过程，是我国北方夏季重要降水天气系统之一。

西北涡暴雨的湿位涡诊断分析大暴雨的形成需要有丰富的水汽供应以及有利的动力、热力不稳定条件湿位涡这一物理量不仅表征了大气动力、热力属性而且还考虑了水汽的作用所以对湿位涡进行诊断可以寻求热力和动力及水汽条件与降水的关系从而揭示降水发生发展的物理机制。近年来湿位涡理论被广泛地应用于中尺度低涡暴雨、台风暴雨、爆发性气旋、锋面强降水等研究中对暴雨形成的物理机制以及暴雨的强度和落区方面得到了一些有意义的结论。提出倾斜涡度发展理论指出在湿位涡守恒的制约下由于湿等熵面的倾斜大气水平风的垂直切变的增加或水平湿斜压的增加引起垂直涡度的增长从而导致暴雨的发生。而且等熵面倾斜越大气旋性涡度增长越剧烈。根据湿位涡理论分析了一次江淮梅雨锋暴雨过程中对流层低层的中尺度低涡及地面气旋发展的原因指出在有利的等熵面形态下具有较高湿位涡值的高层冷空气沿等熵面快速南下的过程中绝对涡度增加导致了气旋性涡度的发展加强。通过对台风暴雨的位涡诊断发现特大暴雨落区位于低层等熵面位涡高值区的东北侧与中低层位涡斜压部分最大负值区相对应并随着位涡斜压部分负值中心强度的增强而增幅。

研究选取了2000年7月4～5日在华北南部由西北涡东移停滞造成的大暴雨过程进行了湿位涡的诊断研究来探讨湿位涡场的特征与强降水的关系从而对预报西北涡暴雨的落区及移动提供有益的参考。

天气过程简介2000年7月4～6日受东移的西北涡和暖湿气流的共同影响华北南部出现了一次大范围的大暴雨天气过程。此次降雨过程强度之大、持续时间之长为历史同期所罕见。特别是河北省在整个降雨过程中有75个县市降雨量达到50mm其中石家庄、邢台、邯郸有20个县市超过250mm。这是继“96.8”大暴雨后华北地区又一次连续的大暴雨过程。

产生此次暴雨过程的环流背景为稳定的经向环流型主要影响系统是东移到河套地区稳定的低涡。由于低涡的东侧和北侧分别有副热带高压和贝加尔湖阻塞高压阻挡使低涡稳定少动。西北太平洋洋面上有3号台风鸿雁活动为此次暴雨过程提供了充足的水汽条件。在4日08时～5日08时降雨过程中对华北南部而言分别有两个强的降雨时段即4日下午和5日凌晨。通过对暴雨过程的数值模拟及湿位涡诊断来探讨暴雨两次加强的原因。

研究结论(1)湿位涡“正负区叠加”的配置是低涡暴雨发展的有利形势不但靠正位涡还需要负位涡的配合。高层的正的高值位涡的下传有利于气旋性涡度的发展低层的负位涡区有利于对流的发展。这两者的结合有利于暴雨和低涡的维持。

(2)对流层低层湿位涡正压项的正值区对暴雨区有指示作用降雨区与700hPa正值区的位置对应得很好强降雨中心位于正值区南侧的零线附近。

(3)斜压项负值位涡舌的向下伸展有利于中低层斜压性增强促进降水加强。低层斜压项的负值区对暴雨的落区和移动有指示作用。1

冷空气在西北涡暴雨中的作用研究表明，冷空气对暴雨的形成有重要的作用，利用位涡来示踪冷空气的轨迹，为暴雨的研究提供了一个重要的工具。应用位涡讨论了1991年江淮特大暴雨冷空气活动的特征，指出南下的冷空气在江淮一带被来自低纬西南暖气流和东南暖气流所切断，形成高位涡冷空气中心，与两支暖气流相互作用，维持梅雨锋，从而形成持续暴雨。通过讨论湿位涡与东南亚强降水形成的关系，表明高层下滑的干冷空气与低层上升的高温高湿空气交汇，容易储存和释放湿对流不稳定能量，有利于强降水的产生。

2000年7月4~6日，华北南部遭遇一次持续的大暴雨天气，主要影响系统是东移停滞在华北地区的西北涡，冷空气在低层以东、西两个路径入侵，先后同西南暖湿急流、东南暖湿急流共同作用。本文通过对此次过程的湿位涡及其倾向的诊断分析，研究冷空气在西北涡暴雨形成和发展中的作用。

降雨概况及环流形势特征分析2000年7月4～6日，受东移的西北涡影响，华北南部出现了一次大范围的大暴雨天气过程。此次降雨过程强度之大、持续时间之长为历史同期所罕见。特别是河北省，在整个降雨过程中，有75个县市降雨量达到50mm，其中石家庄、邢台、邯郸有20个县市超过250mm。这是继“96.8”大暴雨后华北地区又一次连续的大暴雨过程。

暴雨发生前期，7月3日08时500hPa在乌拉尔山以东的中高纬度呈两脊一槽型，从巴尔喀什湖到贝加尔湖为一宽广的低压槽，乌拉尔山和鄂霍茨克海为稳定的高压脊。由于西北太平洋洋面上3号台风“鸿雁”的作用，副热带高压北抬与鄂霍茨克海高压的打通，我国东北到华北东部为强大的高压脊控制，在沈阳一带有588位势什米等值线的高压闭合中心。我国新疆到西藏为强大的大陆高压所控制，使华北西部处于副热带高压与大陆高压之间的低压区内。原位于青海湖的低槽东移至河套地区，槽前开始出现少量降雨。7月4日08时，500hPa上贝加尔湖高压脊建立，从贝加尔湖东部南下的弱冷空气在河套北部侵入，低涡生成。700hPa上蒙古国为西风带小高压控制，低涡位于陕、晋北部。华北地区位于低涡的前部，西南低空急流将暖湿气流从南海向华北地区输送，与贝加尔湖东部南下的弱冷空气交绥，大范围的暴雨天气开始。4日20时，随着3号台风向西北方向移动靠近我国东南沿海，台风低压与副热带高压之间的东南急流加强，而西南急流逐渐减弱消失，转为东南急流向华北输送水汽。冷空气主体则向东移动，从东北方向在对流层低层侵入到华北地区，使夜间降雨再次加强。7月5日08时，贝湖高压脊东移与鄂霍茨克海稳定的高压再次叠加，与副热带高压一起，形成西北～东南向强大的高压坝。低涡向东南方向移动，到达山西中南部，华北南部的暴雨得以持续。

分析4日08时~5日08时华北南部的暴雨特点，发现有两次降雨高峰时段，一是午后，二是午夜到凌晨。环流形势上也有两个特点，一是冷空气从西北和东北两个路径向暴雨区侵入，二是暖湿气流先后以西南急流和东南急流的形式北上至华北南部地区。因此本文通过中尺度MM5模式模拟了4日08时~5日08时的暴雨发生发展的过程，来研究冷空气在西北涡暴雨过程中的作用。

研究结论(1)冷空气主体西路向东移动过程中，分离出的小股冷空气从东路在对流层低层向暴雨区侵入，先后与西南暖湿气流和东南暖湿气流相互作用，对暴雨有触发作用。西路冷空气则促使低涡系统发展东移。

(2)湿位涡的正负值区域的变化可分别示踪冷暖空气的活动。具有高位涡的冷空气叠加在低层扰动所对应的负位涡中心之上，有利于位势不稳定能量的储存和释放。

(3)对流层的低层小值的正位涡舌与东路弱冷空气相对应，它的加强和维持，与边界层的扰动叠加，对暴雨触发和维持起到重要作用。

(4)湿位涡倾向的变化对降雨区的移动和降雨强度的变化有指示作用，水平平流项正值区和垂直输送项的负值区与雨区对应得相当好，而且两者的变化趋势也非常一致。2

本词条内容贡献者为:

胡芳碧 - 副教授 - 西南大学