大气热源对高原低涡不同发展阶段的影响——2013年7月个例分析.pdf

9895.2211.21267Stages-一A CaseStudyinJuly2013.ChineseJournalofAtmosphericSciences(inChinese),47(3):907-919.doi:10.3878/j.issn.1006-SUNFang,WANG Meirong,et al.2023.Effect of Atmospheric Heat Source on the Tibetan PlateauVortexDuringDifferentDevelopmental-2013年7 月个例分析 J.大气科学，47(3):9 0 7-9 19.ZHOU Shu,周庶，孙芳，王美蓉，.2023.大气热源对高原低涡不同发展阶段的影响May20232023年5月ChineseouirnaricSciencesVol.47No.3第47 卷第3期学科大气热源对高原低涡不同发展阶段的影响2013年7 月个例分析周庶1,2孙芳1,3王美蓉！周顺武1青逸雨1南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气候与环境变化国际合作联合实验室/资料同化研究与应用中心，南京2 10 0 442毕节市气象局，贵州省毕节市5517 0 03宁夏气象信息中心，银川7 50 0 0 2摘要高原低涡是夏季青藏高原（简称高原）及其下游地区的主要降水系统。本文利用ERA5逐小时再分析资料、FY-2E卫星云顶亮温逐小时数据和TRMM3h降水资料，对2 0 13年7 月19 2 1日活动于高原的一次低涡过程进行了诊断分析。此低涡在高原期间的活动时间长达56 h，将其分为初生、发展及移出高原前三个阶段，着重分析了高原大气热源在低涡不同阶段的关键作用和机理。结果表明：此低涡在发展过程中表现为阶段性增强的特征，位势涡度倾向方程诊断发现非绝热加热的垂直梯度是造成低涡发展增强的主要因素，即非绝热加热极值所在高度的下方和上方分别有正的和负的位涡制造，从而加强了低层的气旋和高层的反气旋。进一步分析可知大气热源在低涡发展过程中也表现出阶段性增强的特征，最大值出现在正午时段，且在低涡移出高原前阶段最强。低涡的生成与地面暖中心有关，这归因于地表感热加热的作用；而低涡的后续发展则主要依赖于凝结潜热加热，加热高度位于对流层中层，这主要是由垂直运动将低层的水汽集中到中层，产生水汽凝结所致。关键词高原低涡不同发展阶段大气热源原感热潜热文章编号号10 0 6-9 8 9 5(2 0 2 3)0 3-0 9 0 7-13中图分类号号P447文献标识码Adoi:10.3878/j.issn.1006-9895.2211.21267Effect of Atmospheric Heat Source on the Tibetan Plateau Vortex DuringDifferent Developmental StagesA Case Study in July 2013ZHOU Shu-2,SUN Fang3,WANG Meirong,ZHOU Shunwu,and QING Yiyu1，31Key Laboratory of Meteorological Disaster,Ministry of Education/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation ofMeteorological Disasters/Joint International Research Laboratory of Climate and Environment ChangelJoint Center for Data AssimilationResearch and Applications,Nanjing University of Information Science&Technology,Nanjing 2100442 Bijie Meteorology Bureau,Bijie,Guizhou Province 5517003Ningxia Meteorology Information Center,Yinchuan750002收稿日期2021-12-21：网络预出版日期月2 0 2 2-10-0 4作者简介周庶，女，19 9 4年出生，硕士研究生，主要从事高原中尺度系统的研究。E-mail:zhoushu_通讯作者王美蓉，E-mail:资助项目中国气象科学研究院青藏高原与极地气象科学研究所开放课题ITPP2021K01，第二次青藏高原综合科学考察研究项目2019QZKK0105，国家自然科学基金重点项目42 0 30 6 0 2Funded byOpen Project of the Institute of Tibetan Plateau and Polar Meteorology(Grant ITPP2021K01),Second Tibetan Plateau ScientificExpedition and Research(STEP)Program(Grant 2019QZKK0105),Key Program of National Natural Science Foundation of China(Grant 42030602)908Vol.47ChineseSciences47卷科学AbstractThe Tibetan Plateau(TP)vortex(TPV)is the main precipitation system in summer over the TP anddownstream regions.This study analyzes a TPV case from 19 to 21 July 2013,based on high-resolution ERA5 reanalysis,the temperature of black body(TBB)obtained from the Fengyun-2E(FY-2E)satellite,and precipitation amount fromTRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission).The TPV case keeps active on the TP for about 56 h,which can bedivided into three stages:Initial,development,and moving-out.Further,the roles of atmospheric heat sources in TPVduring different stages and the related mechanisms are investigated.The results show that the TPV intensity increaseswith fluctuations.Furthermore,by diagnosing the potential vorticity(PV)tendency equation,it was found that the verticalgradient of diabatic heating is the main factor causing TPV development,i.e.,a positive(negative)PV is produced below(above)the height where the maximum center of diabatic heating is situated,strengthening the low-level cyclonic andhigh-level anticyclonic circulations.Further analyses indicate that the atmospheric heat source increased with fluctuations,with the maximum value appearing at noon and the strongest in the moving-out stage.Notably,the formation of TPV isrelated to the surface warming center driven by surface sensible heat,while its enhancement is mainly dependent on thelatent heat of condensation.Furthermore,the main contributor to the latent heat is analyzed as a vertical transport of watervapor that promotes TPV development.Keywordss Tibetan Plateau vortex,Different development stages,Atmospheric heat source,Surface sensible heat,Latentheat1引言青藏高原（简称高原）特殊的热力和动力作用对其局地及我国东部的天气和气候变化有重要影响（丁一汇，19 9 3；张顺利等，2 0 0 1；吴国雄等，2 0 0 5,2018）。夏季高原上大气层结常处于强烈的位势不稳定，较北半球同纬度其他地区而言，高原上低压系统出现频繁（叶笃正和高由禧，19 7 9），其中高原低涡作为高原特有的产物，是夏季高原地区主要的降水系统，甚至部分高原低涡移出高原后可导致下游地区的暴雨和强对流天气（杨克明等，2 0 0 1；郁淑华等，2 0 12）。青藏高原低值系统协作组（19 7 8）在早期的研究中指出高原低涡的形成与地表感热、地形、静力稳定度、边界层摩擦作用或中纬度槽、气旋等大尺度环流有关。随后关于高原低涡的研究和应用逐渐增多，大多指出热力强迫是高原低涡形成过程中必不可少的影响因子（罗四维和杨洋，19 9 2；刘晓冉和李国平，2 0 0 6;何光碧等，2 0 0 9;Zhangetal.,2021)。郑永骏等（2 0 13）指出由于非绝热加热引起的位涡变化对垂直涡度发展起主导作用，非绝热加热过程在气旋中心东侧制造正位涡促使气旋发展。刘云丰和李国平（2 0 16）发现高原低涡的生成频数与高原大气热源有密切联系，当高原主体大气热源偏强（弱）时，高原低层易（不易）产生低涡。马婷等（2 0 2 0）通过分析2 0 16 年6 月的一次高原低涡个例，指出低涡的形成与夏季高原地表加热的日变化关系密切，当夜间的位涡制造大于白天的位涡耗散时，高原低涡形成。事实上，高原非绝热加热形式复杂，一般以感热、潜热和辐射等形式直接加热对流层，在影响低涡的高原热源中，感热作用为主还是潜热作用为主是一个重要问题。李国平等（2 0 0 2）研究表明，低涡源地附近地表感热加热和暖平流对于产生正值非热成风涡度有重要贡献，但这种作用是否有利于高原低涡的发展与低涡中心和感热加热中心的配置有关。田珊儒等（2 0 15）发现高原西部和中部的地表感热加热在高原低涡的生成、增强和东移过程中起重要作用。而DellOsso and Chen（19 8 6）用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）有限区域格点模式模拟了低涡发生和发展，认为地表感热加热对低涡的发展有减弱作用。许威杰和张耀存（2 0 17）通过数值模拟研究指出凝结潜热加热能增强气旋性环流，在低涡进入成熟阶段后，凝结潜热的贡献减小。宋雯雯等（2 0 12）通过敏感性试验发现没有凝结潜热加热的情况下，高原低涡强度显著减弱。而Wuetal.（2 0 18）通过对2 0 13年5月一次高原低涡开展W