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        西南低渦研究取得新進展
        雙核西南低渦,暴雨預報新助手

        發布時間:2023年03月31日 來源:中國氣象報社

        專家顧問:中國民航大學航空氣象系教授

        劉海文 北京城市氣象研究院研究員 張文龍

        西南低渦是一種形成于我國青藏高原東南側的中尺度渦旋,被認為是導致中國夏半年暴雨的主要天氣系統之一,它所引起的暴雨天氣的強度、頻次和范圍,僅次于臺風及其殘留低壓。

        近日,中國民航大學航空氣象系教授劉海文團隊繼2017年發現雙核西南低渦后,又聯合中山大學、北京城市氣象研究院等,圍繞雙核西南低渦展開進一步研究,取得新進展。

        研究發現,大氣潛熱釋放和地形因素對典型西南低渦的生成、發展及形成位置等有重要影響。那么,雙核西南低渦相對于經典西南低渦有哪些異同?致災性是否更強?新發現對暴雨預報有哪些啟示?針對這些問題,本報記者采訪了劉海文教授和北京城市氣象研究院研究員張文龍。

        雙核西南低渦——一個關于暴雨預報的“新線索”

        受氣象資料空間分辨率限制,過去通常認為西南低渦僅僅是一個單一尺度約300公里至500公里的α中尺度渦旋。而隨著再分析資料的空間分辨率提高以及中尺度數值模式的迅速發展,專家通過個例研究,首次發現了一個西南低渦中包含兩個更小尺度渦旋的現象,即雙核西南低渦。

        與常規西南低渦不同,雙核西南低渦有兩個明顯的低值中心和兩個垂直上升運動區,在其他條件(如水汽條件)配合下,可能帶來更嚴重的災害性天氣。2018年7月19日至20日發生在華北的大暴雨,就是北上的雙核西南低渦巧遇華北冷渦導致的,這次強降水過程給京津冀地區及北方多個省份造成了重大災害。

        “目前,雖然還不能確認所有雙核西南低渦的兩個低值中心位置附近都會有暴雨天氣出現,但如果出現了雙核西南低渦,可以對暴雨中心落區預報有一定的提醒作用,就像在大的天氣系統上架一個放大鏡,可以重點關注‘雙核’區域的對流發展,增強對局地天氣的把握?!眲⒑N恼f。

        暴雨預報是世界性難題,關于西南低渦雙核結構的研究,對高原大地形的背風坡氣旋的研究,也有重要的參考價值。

        西南低渦不僅能造成我國西南地區的暴雨災害,在其加強東移過程中,還會對我國東部地區包括華南、長江中下游地區、華北以及東北地區帶來暴雨等災害性天氣。

        雙核西南低渦結構意味著在西南渦區域內存在著更強烈的中尺度渦旋,可能會造成較強的極端降水及其次生災害,對提高暴雨等極端天氣的精細化預報具有重要意義。

        潛熱和地形如何影響雙核西南低渦?

        以往的研究已證實潛熱和地形因素對傳統意義上的西南低渦的生成和發展有較大影響,但具體機理尚未形成共識。這次新發現,對兩個因素帶來的具體影響有了更明確的闡釋。

        研究團隊對2010年7月16日發生在四川盆地的雙核西南低渦現象分析發現,這次雙核西南低渦事件的兩個“核”,一個靠近閬中市,一個靠近樂山市,這種結構類似于“雙黃蛋”,即一個較大尺度的渦旋中包含有兩個較小尺度的渦旋。

        研究發現,在這次西南低渦演化過程中,大量來自海上的水汽匯聚到低渦的關鍵區域,水汽輻合引起了顯著的上升運動,強對流導致水蒸氣凝結、潛熱釋放,進而產生了有利于雙核西南低渦出現的大氣物理條件。另一個影響雙核西南低渦的因素是地形,青藏高原和其東麓形成的獨特地形是形成背風坡低值渦旋西南低渦的重要原因之一。印度季風從云貴高原爬升形成的西南氣流在青藏高原東側獨特的地形條件作用下,形成氣旋性環流。通過數值模擬研究表明,高原地形的作用對雙核西南低渦“雙黃蛋”具體的位置和強弱有著重要影響。

        通常來說,雙核西南低渦的“生命史”會經歷五個階段,即母體西南低渦的出現,然后雙核西南低渦在母體低渦中形成,然后進一步發展、加強、減弱直至消散,潛熱釋放對整個演變過程都起著重要作用,尤其對雙核西南低渦系統的生成功不可沒。

        總結來說,大氣的潛熱釋放會對雙核西南低渦系統的生成和維持起主導作用,而青藏高原和云貴高原的高原大地形則會影響雙核西南低渦的形成位置、移動方向。這對于雙核西南低渦的后續研究有著重要意義。

        雙核西南低渦未來有可能被捕捉嗎?

        張文龍認為,以往由于對雙核西南低渦現象缺乏觀測事實,因此對其形成機理的研究可能被忽視。在實際觀測中,在西南低渦中心區域如果出現兩個更小尺度的暴雨云團,就有可能伴隨著西南低渦的雙核結構特征,但雙核西南低渦本身空間和時間尺度較小,就目前常規密度的探空觀測網,尚難以“捕捉”到這種流場上的雙核結構?!叭绻ㄟ^加密探空觀測或者加密垂直風廓線儀或許可以觀測到它,3公里左右的高分辨率數值預報模式資料也可能預報出這種流場的雙核結構?!睆埼凝堈f。

        劉海文表示,西南低渦作為導致中國最強烈的暴雨系統之一,在研究深度和廣度上均較臺風研究有較大差距。盡管西南低渦一年四季均可出現,其出現的頻數遠大于熱帶氣旋和臺風的頻數。后續,研究團隊將對雙核西南低渦的形成機制、東移的雙核西南低渦對下游地區天氣氣候的影響等進行深度研究,針對雙核西南低渦可能導致的次生災害建立相應的預報模型,進一步發揮暴雨研究對防災減災工作的科學支撐作用。

        (作者:張娟 王美麗?責任編輯:張林)

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