高原低涡有时会东移出高原主体, 使我国广大地区产生暴雨、大暴雨, 影响高原以东广大地区, 甚至造成严重洪涝灾害^[1-3]。

高原低涡是有别于西南低涡的一种天气系统, 我国学者对西南低涡已作了较深入的研究^[4-14], 对高原低涡东移的研究, 也已引起气象工作者的重视, 叶笃正等在1979年指出:高原边界层内浅薄系统遇有适宜的高空条件, 它们也会发展移出高原^[15]。李国平指出在一定的引导条件下可使低涡移出高原^[16]。宋敏红等指出高原中东部气柱平均厚度可指示高原涡的移动^[17]。刘富明等指出高原低涡东移影响四川暴雨的一个重要条件是高空辐散场^[18]。研究也表明对流层中上部水汽涡旋对高原涡活动有指示意义^[19]。高守亭等研究表明:青藏高原东侧背风涡旋一旦形成, 在旋转的配合下, 涡旋会脱落或以波的形式向下游传播^[20]。Hideo Takahashi指出冷空气直接影响高原北部低压发展^[21]。乔全明^[22]、丁治英等^[23]指出高原低涡移动与低涡西部冷槽有关。上述研究丰富了对高原低涡东移的认识, 但冷空气对高原低涡移出高原影响的研究还很缺乏。

为了深入研究冷空气对高原低涡移出高原的影响, 本文分析了造成我国不同地区严重暴雨洪涝的高原涡东移活动过程, 利用对流层中层冷空气对高原低涡移出高原影响的观测事实, 通过诊断分析、数值模拟, 探讨冷空气对高原低涡移出高原的影响。

在普查、分析1998—2004年高原低涡东移的不同活动过程基础上, 选出影响我国不同地区严重暴雨洪涝高原涡活动过程, 进行天气学分析。

以2002年8月12—14日托勒低涡移出高原为例, 使用美国NCEP提供的每日4个时次的再分析资料, 其分辨率为1°×1°, 结合同时次高空观测资料进行高原低涡活动过程的位涡诊断分析, 并使用美国PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力MM5模式V3.4版, 进行数值试验。

位涡 (V_P) 表达式^[24]为

(1)

V_P可分解成两部分, 即与静力稳定度有关的正压项V_P1(式 (1) 右边第1项) 及与风的垂直切变和位温水平梯度有关的斜压项V_P2(式 (1) 右边第2项)。位涡是综合反映大气动力特性与热力特性的物理量。位势涡度的单位PVU^[25], 即为10^-6 m²·K·s^-1·kg^-1。

数值试验中, 模拟区域中心为38°N, 100°E, 采用二重单向嵌套, 粗网格格距为45 km, 格点数是103×79, 覆盖亚洲区域 (约15°~60°N, 75°~125°E), 子域网格格距为15 km, 格点数是151 ×151, 覆盖西南地区 (约26°~46°N, 90°~118°E)。模式垂直坐标采用σ坐标, 垂直方向为不等距的23层, 边界层分为5层。模式的物理过程如下:可分辨尺度降水采用Reisner混合冰相方案, 粗、细网格均采用Grell积云对流参数化方案, 边界层采用M RF高分辨率方案, 辐射采用Dudhia云辐射方案。数值计算采用时间分裂方案, 外部区域积分步长为120 s。两重区域的侧边界条件的处理方法不同:外区采用松弛侧边界条件, 内区采用时变侧边界。分析中, 涡区是指以低涡中心为圆心, 半径为3经/纬度的区域。

利用NCEP再分析资料对高原低涡活动的可应用性分析表明, 以2002年8月12—14日托勒低涡移出高原为例, 将这次低涡移出高原的NCEP再分析资料风矢图反映的低涡中心位置与500 hPa历史天气图反映的低涡中心位置作比较 (图略), 看出NCEP再分析资料风矢图反映的低涡中心位置与500 hPa历史天气图反映的低涡中心位置接近, 相差1°~2°, 移动方向相同。因此可以应用NCEP再分析资料 (1°×1°) 进行高原低涡活动诊断和数值试验。

通过普查1998—2004年高原低涡活动情况看出 (表略), 高原低涡移出高原后活动时间长 (≥36 h) 的高原低涡过程, 常带来暴雨、大暴雨天气。高原低涡东移不仅影响高原邻近地区, 还影响到我国长江中游、黄淮, 甚至朝鲜半岛等地^[26]。为此选出了1998年8月17—20日、1999年7月14—16日、2000年7月10—13日、2002年8月12—20日、2003年7月12—14日共5次不同的高原低涡东移过程进行分析。

1998年8月17—20日, 高原低涡17日12:00 (世界时, 下同) 在申扎附近生成 (以下称申扎低涡), 以后东移, 19日12:00后移出高原, 20日00:00移到平武 (图 1), 使甘肃、陕西出现大雨、暴雨天气, 四川出现暴雨、大暴雨天气 (图略), 造成了1998年长江第7次大洪峰。

图 1

图 1. 5次高原低涡移动路径示意图 (1表示1998年8月17日12:00—20日00:00申扎低涡; 2表示1999年7月14日00:00—16日00:00石渠低涡; 3表示2000年7月10日00:00—13日00:00托托河低涡; 4表示2002年8月12日00:00—20日00:00托勒低涡; 5表示2003年7月12日00:00—14日12:00诺木洪低涡) Fig 1. The moving tracks of 5 Plateau vortices (1 indicates the Shenzha Plateau vortex track from 12:00 on August 17 to 00:00 on August 20, 1998;2 indicates the Shiqu Plateau vortex track from 00:00 on July 14 to 00:00 on July 16, 1999;3 indicates the Totohe Plateau vortex track from 00:00 on July 10 to 00:00 on July 13, 2000;4 indicates the Tuole Plateau vortex track from 00:00 on August 12 to 00:00 on August 20, 2002;5 indicates the Nuomuhong Plateau vortex track from 00:00 on July 12 to 12:00 on July 14, 2003)

1999年7月14—16日, 高原低涡14日00:00在石渠附近生成 (以下称石渠低涡), 以后东移, 14日12:00后移出高原, 15日08:00—16日00:00移过平武—达县—宜昌 (图 1)。造成了四川盆地、重庆、湖北省南部暴雨、大暴雨天气 (图略), 使长江中游梅雨期降水再度加强, 洪涝灾害严重。

2000年7月10—13日, 高原低涡10日00:00在托托河附近生成 (以下称托托河低涡), 以后东移。11日00:00后移出高原, 11日12:00—13日00:00移过天水—铜川—邢台—榆林 (图 1)。造成了四川、陕西、河南暴雨、大暴雨天气 (图略), 陕西泥石流滑坡灾害严重, 河南洪涝灾害严重。

2002年8月12—20日, 高原低涡12日00:00在托勒附近生成 (以下称托勒低涡), 以后东移。12日20:00—16日00:00移过吉兰太—同心—环县—铜川—阳城—铜川, 16日12:00以后南移, 移过光化—郧县—奉节—巫山—思南—酉阳, 20日00:00与从南海北面北移伸入我国大陆的热带低压合并 (图 1)。这次高原低涡活动造成了陕西、四川、重庆、湖北、湖南、贵州、广西等大范围暴雨、大暴雨天气 (图略)。

2003年7月12—14日, 高原低涡12日00:00在诺木洪附近生成 (以下称诺木洪低涡), 以后东移, 12日12:00后移出高原, 13日08:00—14日12:00移过河曲—洛阳—呼和浩特—渤海湾中部 (图 1)。造成了山西南部、山东南部、河南等地大雨、局部暴雨 (图略), 致使淮河大水持续, 洪涝灾害严重。

通过分析这5次高原低涡移出高原活动过程的500 hPa高度、温度场看出 (表 1):这5次高原低涡移出高原, 500 hPa环流形势上有差异, 但具有共同特征, 高原低涡将移出高原时都有冷空气影响, 移出高原后低涡中心有较冷 (≤-4 ℃) 或强冷空气 (≤-10 ℃) 影响; 移出高原后伴有强冷空气影响的高原低涡, 活动时间长。可见冷空气对高原低涡移出高原影响明显。

表 1

表 1 不同高原低涡移出高原的500 hPa特征比较 Table 1 The characteristics comparison of different Plateau vortex moving out of the Plateau on 500 hPa

表 1 不同高原低涡移出高原的500 hPa特征比较 Table 1 The characteristics comparison of different Plateau vortex moving out of the Plateau on 500 hPa

观测事实说明, 高原低涡移出高原的活动过程一般有冷空气影响, 为进一步分析冷空气作用, 对2002年8月12—14日托勒低涡移出高原进行冷空气侵入特征与影响进行分析。

托勒低涡在东亚40°N以北500 hPa为二槽一脊形势, 蒙古有一高压, 我国东北有一东北—西南向低槽, 并伴有冷温度槽, 12日00:00在蒙古高压与西太平洋副热带高压之间的切变流场中生成 (图 2 a), 此时低涡己受强冷空气 (-11 ℃) 影响。12日12:00(图 2b), 由于新疆高脊向东北伸与蒙古高压打通, 副热带高压稳定稍有西伸, 河套北部形成横切变, 托勒低涡随横切变活动移出高原, 移到吉兰太附近, 此时我国东北冷温度区 (≤-12 ℃) 稍向西南伸, 伸入涡区东北部。移出高原后冷空气影响继续加强, 移出高原后24 h (8月13日00:00) 低涡内冷温度中心己达-13 ℃(表 2)。可见, 托勒低涡主要是随横切变活动而移出高原的, 但此低涡移出高原还与受东北入侵的冷空气影响有关。这与文献[27]指出的西风带下高原低涡在高原西部有爆发性冷槽时才能移出的结果是有区别的。

图 2

图 2. 2002年8月12日00:00(a) 及12:00(b)500 hPa高度场和温度场 (实线为等高线, 单位:gpm; 虚线为等温线, 单位:℃; “C”为低涡中心; 阴影区为青藏高原区域, 下同) Fig 2. 500 hPa geopotential height and temperature field at 00:00 (a) and 12:00 (b) on August 12, 2002 (solid line denotes geopotential height, unit:gpm; dashed line denotes temperature, unit:℃; "C" denotes the vortex center; shade area denotes Tibetan Plateau hereinafter)

表 2

表 2 2002年8月12—14日托勒低涡活动的中心位置、涡区最冷温度、涡区最强日降温 Table 2 The center position, minimum temperature, maximum daily detemperature of the Tole Plateau vortex during August 12—14, 2002

表 2 2002年8月12—14日托勒低涡活动的中心位置、涡区最冷温度、涡区最强日降温 Table 2 The center position, minimum temperature, maximum daily detemperature of the Tole Plateau vortex during August 12—14, 2002

冷空气一般具有干、冷的特征, 为进一步分析在低涡移出高原过程中冷空气侵入低涡移出高原的特征及影响, 给出了托勒低涡移出高原前后500 hPa流场与温度场 (图 3)、流场与相对湿度场分布图 (图 4)。由图 3可直观地看到, 在托勒低涡将移出高原前由来自东北方的冷空气流入低涡东北部、北部, 此时低涡北部、东北部己受到冷平流的影响 (图 3a), 结合图 4a可看到相对湿度≤60%干冷空气已到达低涡东北部、北部, 在低涡北部向东伸有一条狭长的等相对湿度线密集带, 这是我国东北干冷空气西南下与孟加拉湾北上、副热带高压西侧暖湿空气相遇的地带, 极易产生对流不稳定、低涡扰动。

图 3

图 3. 2002年8月12日00:00(a) 和12:00(b)500 hPa流场 (矢量, 单位:m·s-1)、温度 (等值线, 单位:℃) 分布 Fig 3. 500 hPa wind vector field (vectors, unit:m·s-1) and temperature field (contours, unit:℃) at 00:00 (a) and 12:00 (b) on August 12, 2002

图 4

图 4. 2002年8月12日00:00(a) 和12:00(b)500 hPa流场 (矢量, 单位:m·s-1)、相对湿度 (等值线, 单位:%) 分布 Fig 4. 500 hPa wind vector field (vectors, unit:m·s-1) and relative humidity field (contours, unit:%) at 00:00 (a) and 12:00 (b) on August 12, 2002

在12日12:00(图 3b, 4b), 由于我国东北的冷温度区向西南伸展靠近低涡, 我国东北低槽槽后偏北风加强, 造成侵入低涡的冷空气加强、冷平流加强, 再因副热带高压稳定西伸, 使原有的等相对湿度线密集带位置少变, 其西端向西南压 (等相对湿度线密集带的西端由12日00:00在39.5°N, 98°E移到12日12:00在38°N, 95°E) 的情况下, 托勒低涡移出高原, 并处在等相对湿度线密集带中。

伴随托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征是:由来自东北方的冷空气流入低涡东北部、北部, 且冷空气在加强、槽后偏北风在加强; 相对湿度≤60%的干冷空气由低涡东北部、北部再向西南压。冷空气侵入低涡使低涡东北部、北部受到冷平流的影响, 且在加强; 使低涡北部东伸干冷空气与暖湿空气相遇, 极易产生对流不稳定、低涡扰动地带存在, 使低涡及以东区域存在有利于低涡持续活动的条件。

500 hPa位涡水平分布图上, 2002年8月12日00:00(图 5a), 从我国东北伸向青藏高原东部有一东北—西南向不低于0.6 PVU的高位涡区, 这是我国东北冷空气向西南伸展造成的。在此高位涡区内有两个相对独立的大值中心区, 一个在高原东北边缘———宁夏、甘肃, 一个在山东、河北、重庆———高原东南边缘, 结合流场可以看出这两个位涡大值中心区是由于我国东北冷空气向两个方向伸入内陆的结果。托勒低涡位于前一个位涡大值中心区内。12日12:00(图 5b), 原从我国东北伸向高原的高位涡区形状与12 h前无大变化, 说明此时我国东北冷空气仍维持原有伸入内陆的两条路径。但此高位涡区有些东移, 强度略有减弱, 这是由与冷温度中心区相伴的我国东北低槽东移引起的。此时低涡仍处在原有的一个位涡大值中心区内。说明此时托勒低涡移出高原仍受我国东北冷空气的影响。

图 5

图 5. 2002年8月12日00:00(a) 和12:00(b)500 hPa位涡水平分布图 (图中数值×1000, 单位:PVU) Fig 5. 500 hPa horizontal potential vorticity field (the value is multiplied by 1000, unit:PVU) at 00:00 (a) and 12:00 (b) on August 12, 2002

从500 hPa位涡斜压项变化分析看出, 12日00:00(图略), 在托勒低涡将移出高原时低涡处在V_P2>-0.02 PVU的负值区内, 中心值为-0.015 PVU。12日12:00 (图略), 此低涡移出高原后处在-0.02 PVU >V_P2 >-0.04 PVU的负值区内, 中心值为-0.037 PVU, 托勒低涡在移出高原过程中V_P2负值的强度在增强。说明托勒低涡是在斜压性增强的情况下移出高原的。

由上面位涡分析看出, 这次托勒低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡是在斜压不稳定增强情况下移出高原的。这与文献[28]指出的西南涡是在冷空气与暖湿空气交汇有利于斜压发展情况下的发展结果相似。

观测事实和诊断分析说明, 这次托勒低涡移出高原及在高原以东持续是与来自我国东北向西伸展的冷温度槽影响密切相关, 托勒低涡是在低涡东北部、北部受到冷平流的影响且在加强, 斜压性增强情况下移出高原的。为探讨东北冷温度槽、入侵低涡的冷空气对低涡移出有何影响, 结合2002年8月12日00:00托勒低涡东南部及其以南地区500 hPa 24 h降温3 ℃。为此, 以2002年8月12日00:00为初始时刻, 采用MM5 V3.4模式进行48 h数值模拟, 作为控制试验 (简称CTR), 在控制试验基础上进行取消低涡区域及附近冷空气影响试验, 即将500 hPa上, 32°~40°N, 100°~110°E内温度增加3 ℃, 作为试验1;取消我国东北冷温度槽试验, 即将500 hPa上, 40°~50°N, 110°~120°E内温度增加4 ℃, 作为试验2, 以揭示不同区域冷空气对低涡移出的影响。

2002年8月12日00:00 500 hPa高度图 (图略) 上, 东亚40°N以北为二槽一脊形势, 贝加尔湖附近为高脊, 其两侧为低槽。副热带高压西伸到广西西部, 印度北部有低压, 高原北部有低涡。与此同时, 500 hPa高度客观分析场 (图略) 上的天气系统位置与实况相近, 说明模式的客观分析是可信的。

在对NCEP再分析资料和MM5 V3.4控制试验积分输出的8个时次低涡中心位置与500 hPa高度场平均图 (图略) 比较发现, 500 hPa上模拟结果与NCEP再分析资料反映的平均低涡、副热带高压、高原西部低值区位置相近, 低涡活动总体相似, 因此模拟是成功的。

控制试验:积分12~48 h, 在40°N以北东亚地区上空500 hPa维持东西低中间高的流场, 积分12 h, 蒙古高压环流北扩, 积分24~48 h, 蒙古高压环流逐渐缩小, 演变成一高脊; 西太平洋副热带高压环流在积分12~48 h过程中西伸, 使蒙古高压环流与副热带高压环流之间有切变线存在, 托勒低涡积分12, 24, 36, 48 h, 分别移到了39.2°N, 102.8°E (图 6a)、39.6°N, 1 03°E (图 6b)、39.5°N, 105.2°E (图略) 和39.2°N, 106°E (图略)。

图 6

图 6. 500 hPa流场积分结果 (a) 控制试验积分12 h, (b) 控制试验积分24 h, (c) 试验1积分12 h, (d) 试验1积分24 h, (e) 试验2积分12 h, (f) 试验2积分24 h Fig 6. Output of 500 hPa stream field (a) the control experiment with 12 hours integration, (b) the control experiment with 24 hours integration, (c) experiment 1 with 12 hours integration, (d) experiment 1 with 24 hours integration, (e) experiment 2 with 12 hours integration, (f) experiment 2 with 24 hours integration

试验1:积分12 h, 蒙古高压环流与我国东北低压环流比控制试验有些南移, 副热带高压环流位置与控制试验相同, 托勒低涡的位置比控制试验偏南, 在38.8°N, 102.7°E (图 6c)。积分24 h, 蒙古高压环流比控制试验有些北挺、南扩, 副热带高压环流位置与控制试验的无大变化, 低涡的位置比控制试验向西南退了0.4经/纬距, 在39.3°N, 102.7°E (图 6d)。积分36 h, 我国东北低压环流、副热带高压环流位置与控制试验的无大变化, 蒙古高压环流比控制试验中稍向东南移动, 低涡的位置比控制试验的向东偏0.1经/纬距, 在39.5°N, 105.3°E (图略)。积分48 h时, 我国东北低压环流比控制试验向东南伸展, 蒙古高压环流比积分36 h时弱, 但仍有环流中心区, 与控制试验相比, 高压环流变弱, 低涡的位置比控制试验的向东北偏0.7经/纬距, 在39.8°N, 106.5°E (图略)。说明在低涡区域及附近没有冷空气存在的情况下, 可影响蒙古高压环流有些南移或加强, 使24 h内低涡移出高原的速度有些减慢, 48 h反而加快。

试验2:积分12 h, 我国东北低压环流比控制试验稍向东北收缩, 蒙古高压环流比控制试验稍向东南伸, 副热带高压环流位置与控制试验的无大变化, 托勒低涡的位置比控制试验的偏西了0.6经/纬距, 在39.5°N, 102.2°E (图 6e)。积分24 h, 我国东北低压环流比控制试验稍向东南移, 蒙古高压环流比控制试验稍向西南移, 副热带高压环流位置与控制试验相比无大变化, 低涡位置比控制试验向西退1.4经/纬距, 在39.5°N, 101.6°E (图 6f), 比积分12 h时西退了0.6经/纬距。积分36 h, 我国东北低压环流、蒙古高压环流比控制试验的稍向东移, 副热带高压环流位置与控制试验的无大变化, 低涡的位置比控制试验的向西北退了0.9经/纬距, 在40.2°N, 104.5°E (图略)。积分48 h, 我国东北低压环流比控制试验的稍向东南移, 蒙古高压环流比控制试验的稍向东扩, 副热带高压环流位置与控制试验无大的变化, 低涡位置比控制试验向西北退了0.5经/纬距, 在39.5°N, 105.5°E (图略)。说明在我国东北不存在冷温度槽情况下, 可影响我国东北低压环流向东北收缩或东南移, 使24 h内低涡西退, 在高原边缘徘徊, 在24 h以后到48 h, 低涡移动位置偏西。

以上试验500 hPa流场分析看出, 冷空气对高原低涡移出高原是有影响的。在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使高原低涡移出高原的速度减慢, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 24 h内低涡西退, 在高原边缘徘徊。

为比较低涡区域及附近冷空气、我国东北冷温度槽对低涡移出的影响, 将控制试验、试验1、试验2积分12, 24, 36, 48 h反映低涡特征的一些要素列于表 3中。

表 3

表 3 各试验低涡特征值 Table 3 The eigenvalue of different numerical experiments

表 3 各试验低涡特征值 Table 3 The eigenvalue of different numerical experiments

试验1:低涡强度在积分12~48 h比控制试验的低, 其中积分48 h低涡强度减弱最多, 减弱达13.6 gpm。涡区内最大风速在积分24~48 h比控制试验的也低, 其中积分36 h时减弱最多, 为1.4 m/s。涡区内平均气旋性涡度在积分12, 24, 36 h时比控制试验的分别增加18%, 12%, 4%, 积分48 h时减弱7%。

试验2:低涡强度在积分12~48 h比控制试验的低, 减弱程度比试验1的大, 其中积分24 h低涡强度减弱最多, 比控制试验的减弱了21.3 gpm。涡区内最大风速在积分12~48 h比控制试验的也低, 其中积分48 h减弱最多, 减弱3.4 m/s, 试验2在积分12~48 h涡区内最大风速的减弱程度比试验1大。涡区内平均气旋性涡度积分12, 24 h时比控制试验的分别减弱35%, 13%, 积分36, 48 h时与控制试验的相近 (分别增加3%, 1%)。

由上分析看出, 在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使高原低涡的强度减弱, 涡区内最大风速减弱。尤其是我国东北冷温度槽的影响使低涡强度、涡区内最大风速、涡区内平均气旋性涡度减弱更为明显。

控制试验:500 hPa位涡场上, 初始时刻, 青藏高原东部向东有一高位涡区, 此高位涡区内南北有两个相对独立的大值中心区 (图略), 与2002年8月12日00:00 500 hPa位涡水平分布 (图 5a) 相似。积分12 h, 此高位涡区及高位涡区内两个相对独立的大值中心区比初始时刻的有些东移, 北面的大值中心区强度≥1.0 PVU区比初始时刻偏小, 南面的大值中心区强度比初始时刻的增强, 出现了不低于1.2 PVU区 (图略)。积分24 h, 北面的不低于0.6 PVU大值区比积分12 h向西伸展, 大值中心区 (不低于1.0 PVU) 比积分12 h多了1个, 在高原东北部, 南面的大值区比积分12 h缩小, 中心区强度比积分12 h减弱 (图略)。控制试验积分24 h, 低涡都位于北面的一个位涡大值中心区 (不低于1.0 PVU) 内。

由控制试验中500 hPa位涡斜压项水平分布图看出:初始时刻, 低涡中心处在斜压项值小于零, 不低于-0.02 PVU的弱斜压不稳定区, 河北—山西有中心不高于-0.06 PVU的不高于-0.02 PVU区域 (图略)。积分12 h, 低涡中心所处区域斜压项负值比初始时刻增强, 斜压项值不高于-0.02 PVU, 不低于-0.04 PVU, 低涡北部有一不低于0的区域, 河北—山西小于-0.02 PVU区域内不高于-0.06 PVU的中心区有些东移 (图略)。积分24 h, 低涡中心处在斜压项值≤0, 不低于-0.02 PVU区域内, 低涡东北部有不低于-0.08 PVU, 不高于-0.06 PVU区域 (图略), 河北—山西有中心小于-0.06 PVU的不高于-0.02 PVU区域, 比积分12 h的向东北扩到了陕西北部—内蒙古中部。

控制试验表明:在24 h内我国东北冷空气维持两条伸入内陆的路径, 其中一条在逐渐向高原北部伸展, 斜压不稳定向东北伸展。此托勒低涡是在受到我国东北冷空气影响, 斜压不稳定增强情况下移出高原的。

试验1:500 hPa位涡场上, 积分12 h, 青藏高原东部向东的一高位涡区及两个相对独立的大值中心区分布与控制试验的相似, 但北面的大值中心区东移、加强明显, 出现了不低于1.2 PVU区 (图略)。积分24 h, 北面的大值中心区比控制试验的偏向东, 强度减弱, 已无不低于1.0 PVU区, 南面的大值区分布与控制试验的相似 (图略)。试验1积分24 h, 低涡都位于北面的位涡不低于0.8 PVU的大值区内, 但非大值中心区内。

由试验1中500 hPa位涡斜压项水平分布图出:积分12 h, 低涡中心处在斜压项不高于0.02 PVU, 且不低于-0.02 PVU区域内, 比控制试验的斜压项负值减弱 (图略)。积分24 h, 低涡中心处在斜压项值≤0, 不低于-0.02 PVU区域内, 低涡东北部有不低于-0.06 PVU, 且不高于-0.04 PVU小区域, 比控制试验的斜压项负值减弱 (图略)。

试验1表明:在500 hPa低涡区域没有冷空气情况下, 仍维持有我国东北冷空气伸入内陆的两条路径, 但伸向高原东北部的冷空气主力偏东, 影响到高原东北部的冷空气减弱, 此托勒低涡移出高原受到了我国东北冷空气的影响, 但强度减弱, 斜压不稳定减弱。

试验2:500 hPa位涡场上, 积分12 h, 青藏高原东部向东的一高位涡区及两个相对独立的大值中心区分布与控制试验的相似, 但北面的大值区 (不低于0.8 PVU) 和大值中心区 (不低于1.0 PVU) 都比控制试验的缩小 (图略)。积分24 h, 北面的大值区、大值中心区 (不低于1.0 PVU) 都比控制试验的缩小, 并在大值 (不低于0.6 PVU) 区内出现了小于0.6 PVU的区域, 南面的大值中心区也比控制试验的缩小 (图略)。积分24 h, 低涡都位于北面的一个位涡不低于0.6 PVU的大值区内, 逐渐远离位涡大值中心区。

由试验2中500 hPa位涡斜压项水平分布图看出:积分12 h, 低涡中心处在斜压项≤0, 不低于-0.02 PVU区域内, 比控制试验的斜压项负值减弱, 控制试验在山西—河北有中心小于-0.06 PVU的不高于-0.02 PVU区域, 试验2已变为有中心小于0的区域 (图略)。积分24 h, 低涡中心处在斜压项值≤0, 不低于-0.02 PVU一宽度为3~5经/纬距的长条形弱负值区内, 控制试验在内蒙古中部—陕西北部—山西—河北有中心小于-0.06 PVU的不高于-0.02 PVU区域, 试验2己减弱区域明显缩小, 仅仅在内蒙古中部 (图略)。

试验2表明:在500 hPa, 我国东北不存在冷温度槽情况下, 伸向高原东北部的冷空气主力范围在缩小, 强度在减弱, 我国东北冷空气影响的斜压不稳定区缩小, 强度减弱, 此托勒低涡受到我国东北冷空气影响在减弱, 斜压不稳定在减弱。

500 hPa位涡变化分析表明, 在500 hPa低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 伸向高原东北部的冷空气主力范围缩小。将会使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱。

通过以上分析, 得出如下认识:

1) 高原低涡移出高原后活动时间长 (≥36 h) 的高原低涡活动过程, 在移出高原前、后都有冷空气影响。

2)2002年8月12—14日托勒低涡主要是随横切变活动而移出高原的, 但此低涡移出高原还与受东北入侵的冷空气影响有关。这与西风带下高原低涡在高原西部有爆发性冷槽时才能移出的结果是有区别的。

3) 这次托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征是:由来自东北方的冷空气流入低涡东北部、北部, 且冷空气在加强、槽后偏北风在加强; 相对湿度≤60%的干冷空气由在低涡东北部、北部再向西南压。使低涡东北部、北部受到冷平流的影响, 且在加强; 使低涡北部向东伸的干冷空气与暖湿空气相遇存在有利于低涡持续活动的条件。

4) 由对这次托勒低涡移出高原500 hPa位涡分析看出:低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡处在斜压不稳定增强情况下移出高原的。这与西南涡是在冷空气与暖湿空气交汇有利于斜压发展情况下发展的结果相似。

5) 对这次托勒低涡冷空气影响的数值试验表明:在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱; 同时使高原低涡移出高原的速度减慢, 低涡强度减弱, 涡区内最大风速减弱。我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 伸向高原东北部的冷空气主力范围缩小, 24 h内低涡西退, 在高原边缘徘徊。

以上仅探讨了冷空气对高原低涡移出高原的影响, 其他影响高原低涡移出高原的因素有待进一步研究。