许多研究^[1-4]表明，我国长江中下游梅雨锋降水有很大的时空不均匀性，一系列中尺度涡旋扰动在长江中下游某些特定地区的发生、发展是造成梅雨锋上强降水的主要原因之一.胡伯威等^[5]将长江中下游的梅雨锋气旋性扰动分为两类，一类是沿青藏高原背风侧向东移过来的α-中尺度西南涡系统，另一类是长江中下游梅雨锋切变线上局地生成的中尺度低涡 (local-gene rated meso scalevo rtex，简称LMV).由于观测资料和计算条件限制，过去的研究主要集中于前一类从青藏高原东侧自西向东移过来的α-中尺度涡旋 (特别是西南涡)^[6-7]，对后一类低涡涉及较少.这类低涡对梅雨锋上暴雨云团有明显的触发和组织作用，且由于它的尺度较小、突发性强，预报难度非常大.LMV与北美气象学家广泛研究的中尺度对流涡旋 (meso scale convective-g eneratedvo rtex，简称MCV) 有许多相同特征^[8-9]，如它们水平尺度一般为β-中尺度，维持时间为几小时到几天，与中尺度对流系统的发生发展密切相关等.但是，我国地处东亚季风区，天气和气候特征与北美大陆有明显差别，我国LMV在活动规律、生成环境等方面都与北美MCV存在较大不同，因此对中尺度强对流系统的触发和组织方面还有待进一步研究.

应用近几年在长江下游地区搜集的常规观测资料，结合卫星云图和中尺度数值模拟结果，对1998-2005年发生在长江下游地区的LMV活动规律进行统计分析，包括LMV的源地、路径、低涡深厚度、分布特征及与暴雨区相对位置、暴雨强度等，对LMV生成大尺度环境和物理条件进行合成诊断分析，为开展长江下游梅雨锋LMV暴雨预报提供参考.

根据长江下游各省气象部门提供的梅雨期气象资料，对1998-2005年长江下游地区梅雨期发生的32次暴雨过程进行统计.其中，1998年属“二度梅”，梅雨期长达48 d，发生6次暴雨过程，在长江中下游地区造成严重梅雨；1999年梅雨期长达45 d，发生7次暴雨过程，是长江下游地区近年来梅雨最为严重的一年；2000年和2001年梅雨期为8 d和21 d，分别发生2次和3次暴雨过程，属弱梅雨年份；2002年和2003年梅雨期为22 d和23 d，分别发生3次和6次暴雨过程，且梅雨量集中，属丰梅年份；2004年和2005年长江下游地区梅雨也并不典型，梅雨期分别为19 d和23 d，各发生2次暴雨过程，梅雨量普遍在300 mm左右.

低涡的识别以对常规观测资料和中尺度数值模拟结果分析为主，识别方法分3步:①对地面至500 hPa各高度层常规观测资料进行客观分析，从绘制的各层流场和气压场判断是否有闭合的气旋式环流且有低压中心配合，如果有，即识别为低涡；②利用WRF中尺度数值预报模式对每次暴雨过程进行模拟，在进行严格模拟结果检验基础上，对地面至500 hPa的各层流场和气压场进行分析，如有闭合的气旋式环流，并有低压中心配合，即认为中尺度低涡存在；③利用雷达速度场资料识别常规观测资料未能分析出的更小尺度低涡，中尺度涡旋在多普勒雷达平均径向速度图上表现为一对沿切向排列的正负速度区，在基本反射率因子图上表现为旋转回波.

低涡的中心位置一般用700 hPa闭合环流中心来确定，如700 hPa以上未见闭合环流中心，从高到低依次用850 hPa，925 hPa中的某一层闭合环流中心来确定；低涡水平范围用925~500 hPa各层中最大闭合流线的范围来确定；低涡的垂直尺度以闭合环流发生的最高位势高度层来确定，即若500 hPa或以上可见闭合环流则判断低涡的垂直尺度为500 hPa，若700 hPa可见闭合环流则判断低涡的垂直尺度为700 hPa，从高到低依此类推；起始识别出涡旋的时间即为低涡出现时间.

对上述识别出的LMV，通过对NCEP资料 (1°×1°) 的合成诊断分析，研究有利于长江下游地区LMV发生的高低空天气形势，绘制出有利于长江下游地区LMV发生的对流层高、中、低层和地面天气形势图.同时，利用LMV附近的常规观测资料或加密观测探空资料 (或风廓线仪温度和风资料)，计算LMV形成过程中水平风垂直切变、对流有效位能、对流不稳定层结等动力和热力学特征量，以考察长江下游地区有利于LMV形成的环境条件.

1998-2005年的32次暴雨过程中，共识别出20个典型的LMV个例，占暴雨个例的62.5 %，由此说明LMV是长江下游梅雨期暴雨的一个重要特征.在20个LMV个例中，85 %发生在6月中下旬，15 %发生在7月.

参照北美中尺度对流涡旋 (MCV) 研究中对涡旋诱发中尺度对流系统分类方法^[8-9]，若LMV生命史过程中，先后有两个以上中尺度对流云团 (MCS) 伴随，且12 h降水量 (只参考与LMV有关的降水，下同) 超过100 mm，定义LMV诱发中尺度对流系统为多次MCS类型；若LMV生命史过程中只有1个中尺度对流云团伴随，且12 h降水量超过50 mm，定义LMV诱发中尺度对流系统为强MCS类型；若在LMV生命史过程中没有明显的中尺度对流云团伴随，但24 h降水量仍大于50 mm，则定义LMV诱发的中尺度对流系统为弱MCS类型.从表 1可以发现，70 %的LMV与强或多次MCS强烈发展密切相关，LMV的出现对降水增幅起到重要作用.

表 1

表 1 1998-2005年长江下游LMV过程 Table 1 L ist of LMV in the lower reaches of the Yangtze during 1998-2005

表 1 1998-2005年长江下游LMV过程 Table 1 L ist of LMV in the lower reaches of the Yangtze during 1998-2005

图 1给出了表 1所列出的LMV过程的移动路径情况.从图 1可以发现，长江下游LMV发生的源地集中在30°~35°N，110°~118°E范围内.由此可见，影响长江下游梅雨锋暴雨的LMV主要生成在大别山山脉及山脉两侧，低涡的生成与大别山地形密不可分.

图 1

图 1. 长江下游LM V移动路径 Fig 1. Moving path of the LMV in the lower reaches of the Yangtze

统计的LMV移动路径大致分为两类，一类是东北路径，LMV生成后向东东北方向移动，这类个例中也包括少数先移向东北，再转向东东北，这样的LMV个例有13个，占统计总数的65 %；另一类是东南偏东路径，LMV移动趋势是朝向东东南方向，这类中也包括一些移向为偏东和移向为东南的个例，共有7个，占总数的35 %.LMV的这两类移动路径与700~500 hPa的高空平均引导气流有关，东北路径较多表现了副热带高压边缘强西南暖湿气流的作用，而东南偏东类路径可能与副热带高压位置偏南有关.此外，LMV大多消散在120°E附近或以东的沿海海面.

如图 2a所示，识别出的20个LMV中，水平尺度在500 km以下有19个，占LMV总数的95 %.其中，100~200 km的有4个，200~300 km有8个，300~400 km有5个，分别占总数的20 %，40 %和25 %，而400~500 km有2个，占总数的10 %.可见，长江下游地区LMV都属β-中尺度系统，其典型的水平尺度是200~300 km.分析发现，低涡水平尺度与降水量没有直接关系，有的LMV尺度很小 (200 km)，却出现较大降水；有的LMV尺度很大 (500 km)，只出现了小雨.

从LMV的垂直尺度看 (图 2b)，LMV发展高度到700 hPa及以下的有18个，占LMV总数的90 %，而发展高度达到500 hPa的只有2例，仅占个例总数10 %.其中，发展到700 hPa的有11例，占到总数的55 %；发展到850 hPa的有5例，占25 %；发展到925 hPa的有2例，占10 %.这说明长江下游地区梅雨暴雨过程中的LMV绝大多数存在于700 hPa以下的对流层低层，而北美地区中尺度对流诱生涡旋 (MCV) 主要发生在对流层的中层^[10]，两者有较大区别.

图 2

图 2. 长江下游LMV的尺度特征 (a) 水平尺度，(b) 垂直发展高度 Fig 2. Scale features of the LMV in the lower reaches of the Yangtze (a) horizontal scale, (b) vertical deve loping height

15个LMV生命期在48 h以内，占LMV总数的75 %，仅有5个生命期超过48 h，说明长江中下游梅雨期内，中低层低涡天气系统主要表现为切变线附近生命期较短的低涡活动.值得注意的是，LMV的生命期与LMV的水平尺度没有明显相关，有的个例尺度很小，如2003年7月4-7日的个例，水平尺度为200 km，生命期为48 h，而2000年6月22-23日的个例水平尺度在500 km以上，生命期却不超过24 h.

图 3

图 3. 长江下游LMV生命期 Fig 3. The life cycle features of the LM Vin the lowerr eaches of the Yangtze

如表 1所示，LMV生成后直至消亡，先后有两个以上MCS伴随，且12 h降水量 (只参考与LMV有关的降水) 超过100 mm的LMV个例有6个，占总数的30 %；在LMV生命史过程中，只有1个MCS发展，但12 h降水量仍超过50 mm的LMV有8个，占个例总数40 %；在LMV生命史过程中，没有12 h降水量大于50 mm的中尺度对流云团发展，暴雨过程是由于持续时间较长的弱对流云团产生的LMV也有6个，占个例总数30 %.可见，70 %的LMV与梅雨锋中尺度对流系统强烈发展密切相关，LMV对降水增幅起重要作用.

就LMV所引发的暴雨发生的位置而言 (图 4)，暴雨区主要发生在LMV的南侧，尤其是在LMV的东南侧，只有极个别发生在紧靠LMV中心的西侧或西南侧，且所有的暴雨区中心离LMV中心距离在250 km以内.这样的暴雨区分布显示了副热带高压外围中低空西南急流对LMV暴雨的重要作用，另一方面说明LMV路径与暴雨落区没有一定的对应关系.

图 4

图 4. 暴雨区中心相对于LMV中心位置 (矩形框数字代表多次MCS，三角框数字代表强MCS，无框数字代表弱MCS) Fig 4. The rainso trm position relative to the center of low vortex (the number with rectangular box represents as serial MCSs, the number with triangle box represents as severe MCSs, and the number without box represent sas weak MCSs)

在暴雨强度方面，当LMV在700 hPa和850 hPa都存在，且700 hPa LMV中心位于850 hPa LMV西北时，所引发的暴雨强度较强，而LMV仅存在于850 hPa及以下层次，引发强暴雨比例较小.此外，在引发暴雨的LMV个例中，绝大多数在700 hPa以下各层存在T-T_d＜3 ℃的高湿区，并常伴有西南低空急流.说明长江下游地区梅雨锋暴雨，特别是强暴雨的发生受环境等多种因素影响.

根据统计出的LMV新生阶段相对500 hPa槽脊位置，可将LMV的生成环境分为3类:槽前西南气流型 (Ⅰ类)，槽底型 (Ⅱ类) 和横槽南侧偏西气流型 (Ⅲ类).分析表明，20个LMV中，有10个中尺度LMV生成在500 hPa槽前的西南气流中 (图 5a)，占所分析LMV总数的一半，生成在500 hPa槽底的LMV有7个 (图 5b)，另有3个LMV生成在500 hPa横槽南侧的偏西气流中 (图 5c).可见，LMV的生成与500 hPa槽的移动、发展密切相关，槽前的涡度平流输送是LMV形成的必要条件之一，槽前或横槽南侧的西南或偏西暖湿汽流，还为LMV的发展提供了水汽和不稳定能量^[11].

图 5

图 5. LMV生成时500 hPa位势高度场 (单位:dagpm) 和风场 (a)2004年6月12日, (b)1998年7月21日, (c)1999年6月29日 (图中粗短线为槽线，“D”表示LMV位置) Fig 5. The observed 500 hPa geo potential height fields (unit :dagpm) and wind at the initial time of LMV (a)12 June 2004, (b)21 July 1998, (c)29 June 1999 (the thick solid line represents the trough, "D" rep resents the center of LMV)

利用水平分辨率为1°×1°的NCEP再分析资料 (1998年资料水平分辨率为2.5°×2.5°)，对这20个LMV进行综合分析.图 6a为200 hPa流场，从图中可以看到，南亚高压在26°N附近，且在35°N以北有一高空急流 (阴影区，风速大于32 m/ s) 存在，此急流在115°E附近有断裂带，在断裂带西侧的急流出口处右侧的气流呈反气旋，而LMV源地正处于断裂带西侧高空急流出口区的南侧，断裂带东侧急流入口区的南侧.图 6b为500 hPa位势高度场，西太平洋副热带高压位于25°N附近，有一弱槽在LMV源地西侧，有正涡度平流输送，LMV源地处于500 hPa急流入口区南侧 (辐散区)，同时LMV源地还位于850 hPa低空急流出口区的北侧 (辐合区)，这种高低空急流配置形成抽吸式的次级环流，有利于对流发生发展^[12-13].低层850 hPa (图 6c)，LMV源地处于低空急流出口区的北侧，LMV源地所处位置正是气流气旋曲率最大的位置，有利于LMV的生成.低空急流的存在和维持保证了充足的水汽供应，为对流发展提供了良好的水汽条件，从图 6c可看到水汽的源地为孟加拉湾和南海.相应地面形势图 (图 6d) 表明，在LMV源地有一低气压存在，从温度分布上看，LMV源地处于冷暖空气交汇处，说明北方冷空气与南方的暖湿空气在此交汇，形成锋面.

图 6

图 6. MV生成阶段天气形势合成分析 (a)200 hPa流场 (浅色阴影区代表风速大于20 m/ s区域, 深色阴影区代表大于32m/ s急流, 圆圈代表LMV源地), (b)500 hPa高度场 (单位:gpm, 黑色实箭头代表 500 hPa急流, 黑色虚线箭头代表 850 hPa急流, 虚线代表 500 hPa槽线, 圆圈代表LMV源地), (c)850 hPa风矢量场和等风速线 (单位:m/ s, 圆圈代表LMV源地), (d) 地面气压场 (实线, 单位:hPa) 和温度场 (单位:K, 浅色阴影区为大于297 K暖区, 深色阴影区为大于298 K暖区) Fig 6. Compo sites of synoptic charts at the initial time of LMV (a) stream fields at 200 hPa (wind speed greater than 20 m/s is shaded with light grey, wind speed greater than 32 m/s is shaded with dark grey; the dark circle indicat es the initial location of LMV), (b) geopo tential height fields at 500 hPa (unit :gpm, dark solid arrow represent sas jet location at 500 hPa, dark dashed arrow rep resent sas jet at 850 hPa, and dashed line indicatest rough at 500 hPa; the dark circle indicates the initial location of LM V), (c) wind vector and isotach ana lysis at 850 hPa (unit :m/s; the dark circle indicates the initiall ocation of LMV), (d) surface pressure analysis (unit:hPa) and temperature (unit:K, temperatu regreater than 297 Kis denoted by light shaded, and temperatu regreater than 298 Kis denoted by darks haded)

利用搜集的探空资料，本文计算了每个LMV个例新生阶段3个邻近探空站的K指数和沙氏指数，并分类进行平均.结果表明 (表 2):3类LMV生成阶段的K指数都大于35 ℃，沙氏指数都小于0 ℃，说明LMV形成于高能高湿的不稳定环境条件中，且层结不稳定度较大，这与中尺度对流系统发生的条件是一致的^[14-15].值得注意的是，生成于槽底的低涡 (第Ⅰ类) K指数平均高达39.14 ℃，平均沙氏指数为-1.43 ℃，极易诱发强对流天气.

表 2

表 2 LMV新生阶段物理量指数特征值 Table 2 Typical values of physical factors at initial stage of LMV

表 2 LMV新生阶段物理量指数特征值 Table 2 Typical values of physical factors at initial stage of LMV

同样，本文利用探空资料进一步计算了每个LMV个例新生阶段3个邻近探空站的风暴相对螺旋度和对流有效位能，并分类进行平均.结果表明:LMV新生阶段Ⅰ类 (槽前) 和Ⅲ类 (横槽南侧) 风暴相对螺旋度都大于Lilly^[16]统计得出的强对流风暴发生判据 (螺旋度≥150 m² · s^-2)，而Ⅱ类 (槽底) 风暴相对螺旋度较小；对流有效位能则不同，Ⅱ类 (槽底) 对流有效位能明显大于其他两类.这说明，Ⅰ类、Ⅱ类LMV由于槽前 (或横槽南侧) 强西南偏西气流将环境涡度输送到对流系统，在上升气流作用下将水平涡度转换为垂直涡度，促进LMV的生成和发展，而Ⅱ类槽底无明显急流，LMV的发展主要是槽底附近辐合运动在地转偏向力的作用转换为正涡度造成的.这说明LMV形成于不同的天气形势下，其形成原因有差异，对其后LMV及所伴随的强对流系统发展造成的影响也不同.

综上所述，90 %以上的LMV是生成于槽底和槽前 (包括南支槽)，槽前的涡度平流输送是低涡形成的必要条件之一.高低层急流配置、低层水汽输送、低层锋区和地形的存在都对LMV的生成起到至关重要的作用.

通过对1998-2005年梅雨期长江下游地区LMV个例的统计分析和合成分析，得到如下结论:

1) 长江下游地区LMV源地在大别山地区，水平尺度多为100~400 km，其中200~300 km尺度范围内的LMV个数最多，一般在1000~700 hPa高度层内.

2) LMV生成后的移动路径有两类:一类沿东北方向移动，在山东北部沿海入海，另一类沿东南方向移动，在江苏南部到浙江北部沿海入海.这两类路径下LMV在陆地上的生命期一般小于48 h，而且LMV的生命期与LMV尺度没有明显相关.

3) 约70 %以上的LMV因激发一次或多次强中尺度对流系统发展而产生强降水，暴雨区主要发生在LMV的南侧或东南侧，与中低空暖湿气流相关.而且生成于槽底的LMV很有可能引发强对流天气.

4) 对LMV形成的天气形势和环境条件分析表明，90 %以上的LMV是生成于槽底和槽前.槽前的涡度平流输送是其形成的必要条件之一，而高低层急流配置、中层扰动、低层水汽输送、低层锋区和地形的存在都对LMV的生成起到至关重要的作用.

上述研究可为长江下游梅雨锋低涡暴雨预报提供参考，但有关LMV的成因与维持机制、LMV对中尺度强对流系统的触发和组织作用的机制等有待进一步研究.