1 引言
西南低涡是在青藏高原特殊地形影响和一定环流条件下， 发生于我国西南地区（100°E -108°E， 26°N -33°N）700 hPa或850 hPa等压面上生成的具有气旋性环流的中尺度涡旋（以下简称西南涡）。根据低涡生成源地， 西南涡可分为九龙涡、 小金涡和盆地涡（陈忠明和闵文彬， 2000）。初生时段的西南涡是一个浅薄的中尺度系统， 大多在源地停滞发展或消失， 少数在合适的环流形势下可移出源地， 其东移发展可给长江中下游、 淮河流域、 华南甚至华北地区带来强降雨过程（卢敬华， 1986； 陶诗言等， 1980； 段炼， 2006； 刘金卿等， 2020； 李跃清， 2021）。西南涡的生成和东移往往会引发大范围的暴雨（陈忠明等， 2004； 顾清源等， 2008； 刘国忠等， 2007； 陈启智等， 2007； 韩林君和白爱娟， 2019； 李强等， 2020； 张芳丽等， 2020）， 就其诱发暴雨的强度、 频次和区域而言， 是仅次于台风及其残余低压的低涡系统（王作述等， 1996）。
由于西南涡是我国暴雨天气的主要触发系统之一， 众多学者对西南涡的活动规律进行了大量的统计分析。陈忠明和闵文彬（2000）以及马勋丹等（2018）分别利用1983 -1992年的逐日实况观测资料和1979 -2016年ERA-interim再分析资料对西南涡进行了统计， 均认为九龙地区、 小金地区和四川盆地是三个西南涡集中生产地， 其移动路径主要有偏东路径、 东南路径和东北路径。叶瑶和李国平（2016）统计分析了1954 -2014年间夏半年西南涡发生次数的年际变化特征， 认为除地形和加热作用外， 西风带以及季风环流带来的水汽和角动量输送也是影响低涡发生的重要因子。吴瑞姣等（2019）统计2007 -2017年5 -7月西南涡活动特征发现， 移出型西南涡与我国中东部降水关系密切， 低涡南侧偏南风气流越强对降水越有利。在此基础上， 广大学者对西南涡发展东移的诱发因子和暴雨过程中低涡的结构特征进行了大量研究。赵玉春和王叶红（2010）、 高文良和郁淑华（2018）研究表明， 高原涡东移可诱发西南涡发展和东移， 高原涡与西南涡伴行与涡区的正涡度平流及其随高度增加的强迫上升作用密切相关。方从羲和李子良（2016）研究表明， 西南涡沿切变线东移发展和低空西南急流的增强是触发暴雨的主要原因， 沿西南涡移动方向， 其前部暖平流后部冷平流有利于其前移。康岚等（2011）研究表明， 引发暴雨的西南涡在形成阶段， 具有深厚的上升气流和暖心结构， 在发展旺盛阶段， 正涡度呈上升趋势， 对流层中低层转为冷心结构， 中高层则以暖心结构为主。陈贵川等（2018）研究表明， 西太副高形成的阻塞形势、 高原涡东侧正涡度平流以及冷空气缓慢侵入是低涡在四川盆地持续发展的主要原因， 西南涡成熟阶段， 高低层正涡度柱几乎垂直耦合。赵玉春和王叶红（2010）、 肖玉华等（2018）研究表明， 非绝热加热对西南涡发展至关重要， 不仅决定着西南涡的生命史长度， 也决定着西南涡发展的强度。
上述研究表明， 在有利的环流形势条件下， 西南涡将发展东移， 低涡移动路径、 维持机制和结构特征受环流场、 冷暖平流和非绝热因子等多方面因素的影响。对于移出涡源后仍长时间维持的西南涡， 其暴雨影响范围广、 强度大、 致灾性强， 但在不同的环流形势下， 西南涡的移动路径和结构特征都会有所差异， 目前对于西南涡东移后所表现出的不同活动特征的对比研究还较少。例如， 九龙涡移出涡源后， 有些在四川盆地停滞少动， 给四川盆地造成持续性暴雨， 有些则继续东移影响我国东部地区， 它们的结构特征变化如何， 值得探讨， 这对指导西南涡的预报和减少其造成的暴雨等灾害都具有十分重要的意义。为此， 本文对东北向移出涡源后维持在四川盆地和持续向东北方向移动的两类九龙涡分别进行合成分析， 探讨其移出源地后持续活动期间， 在环流形势和结构演变方面的共性特征和主要差异， 以期增进对西南涡东移后持续活动特征的认识。
2 资料选取与方法介绍
2.1 资料选取
所用的资料包括： （1）西南涡年鉴2012 -2018年（中国气象局成都高原气象研究所和中国气象学会高原气象学委员会编， 2013， 2015， 2016， 2017， 2017， 2019， 2020）； （2）中国气象局下发的2009 -2011年MICAPS高空观测资料和2009-2018年降雨量观测资料； （3）2009 -2018年美国NCEP/ NCAR-FNL（时间分辨率为6 h， 空间分辨率为1°×1°）再分析资料。
2.2 方法介绍
方法是在分析2009 -2018年西南涡的活动情况基础上， 选出移至四川盆地后停滞的九龙涡与移出四川盆地后持续东北移的九龙涡两类个例， 进行环流形势分析与采用动态合成方法对两类九龙涡进行涡度、 散度、 视热源和视水汽汇等合成诊断、 比较分析。
个例的选取： 2009 -2011年的个例根据中国气象局提供的MICAPS显示历史天气图资料得出， 2012 -2018年的个例由西南涡年鉴得出。西南涡选取标准同2012西南涡年鉴册（中国气象局成都高原气象研究所和中国气象学会高原气象学委员会， 2013）。由分析2009 -2018年5 -10月西南涡出现情况看出， 九龙涡出现的频次最高， 占西南涡的53%， 移出九龙涡涡源区域的有108次， 占九龙涡总数的54%。但移出涡源后维持时间达48 h以上的九龙涡却不多， 仅有22次， 经分析发现引发大范围暴雨的九龙涡主要是移至四川盆地后停滞的九龙涡与移出四川盆地后持续东北移的九龙涡， 为此， 挑选移出九龙涡涡源区后经四川盆地继续向东北方向移动， 活动持续时间>48 h， 并引发了大范围暴雨［相邻两省范围内有10站以上（国家站， 下同）在同一24 h内降雨量≥50 mm］的称为移出型， 与移出涡源后在四川盆地停滞少动， 活动持续时间>48 h， 并引发了大范围暴雨（四川省境内10站以上在同一24 h内降雨量≥50 mm）的称为停滞型。这两种个例九龙涡共有9例， 其中有5例移出型， 4例停滞型。由于分别有1次个例的维持时间和活动路径与其余个例差异较大， 不适合进行合成分析， 因此本文分别选取了其余较为相似的4次移出型和3次停滞型个例进行合成分析。合成过程分为形成、 加强和消亡三个时刻（表1 ）， 形成时刻为开始观测到西南涡时刻， 加强时刻为造成大范围暴雨（大范围暴雨标准同移出型和停滞型定义）时段内西南涡位势高度场最小的时次， 消亡时刻为西南涡消失的上一时刻。
表1 持续活动九龙涡活动情况Table 1 Characteristics of Jiulong vortex activity |
| 类型 | 形成时刻 中心位置（经纬度）， 位势高度/dagpm | 加强时刻 中心位置（经纬度）， 位势高度/dagpm | 消亡时刻 中心位置（经纬度）， 位势高度/dagpm |
|---|---|---|---|
| 移出型 | 2009-05-18-20:00 （101°E， 29.2°N）， 309 | 2009-05-20-08:00 （114.1°E， 32°N）， 303 | 2019-05-21-20:00 （128.5°E， 40.5°N）， 289 |
| 2013-05-23-20:00 （101°E， 31.5°N）， 308 | 2013-05-26-08:00 （112.5°E， 33°N）， 301 | 2013-05-27-20:00 （121°E， 36.5°N）， 301 | |
| 2014-05-08-14:00 （101°E， 29.8°N）， 306 | 2014-05-11-08:00 （116°E， 37.8°N）， 296 | 2014-05-14-20:00 （141.5°E， 48°N）， 288 | |
| 2014-07-03-08:00 （100.5°E， 28.5°N）， 308 | 2014-07-05-08:00 （118.8°E， 33.5°N）， 308 | 2014-07-07-20:00 （125.5°E， 35°N）， 309 | |
| 停滞型 | 2013-07-18-08:00 （103.6°E， 29.6°N）， 306 | 2013-07-19-08:00 （105.8°E， 31.2°N）， 309 | 2013-07-20-20:00 （105°E， 30.5°N）， 310 |
| 2014-07-09-20:00 （103.7°E， 29.6°N）， 309 | 2014-07-11-08:00 （106.4°E， 31.5°N）， 309 | 2014-07-11-20:00 （106.4°E， 31.5°N）， 309 | |
| 2018-07-02-08:00 （102.4°E， 29.7°N）， 304 | 2018-07-03-08:00 （105°E， 31°N）， 304 | 2018-07-05-20:00 （106°E， 30.8°N）， 308 |
九龙涡大尺度环流形势合成采用算数平均方法， 其动力、 热力结构特征采用动态合成方法来合成， 具体方法如下（曾波等， 2017）：
式中： 为样本平均场； 为 时刻物理量场； 为样本总数。
刘屹岷等（1999）提出， 假设不考虑摩擦耗散和倾斜涡度发展作用， 仅保留外热源加热， 全型垂直涡度方程为简化为（ ）：
式中： 为非绝热加热率， 根据上式， 在非绝热加热垂直梯度为正的地方， 即 ， 起到了使涡度增加的作用， 反之， 涡度减小。即在最大热源的下方， 非绝热加热随高度增加， 有利于涡度增加， 反之， 不利于涡度增加。
区域平均热力学方程为（肖玉华等， 2018）：
式中： 是干净能， 是焓， 是位能。根据公式（4） 可知， 非绝热加热由辐射加热、 净的水汽凝结和小尺度涡旋感热垂直输送组成。而视热源表示单位时间内单位质量空气的增温率， 视水汽汇表示单位时间内单位质量水汽凝结潜热释放热量引起的增温率（胡祖恒等， 2014）。因此， 视热源和视水汽汇能反映大气中最主要的加热方式， 本文采用视热源和视水汽汇来表示大气中非绝热作用。
式（6）中： 右边三项分别为视热源和视水汽汇的局地变化、 平流输送和垂直输送。根据吴国雄等（1999）， 肖玉华等（2018）的尺度分析表明， 垂直非均匀加热影响比水平非均匀加热影响大1~2个量级以上， 也比热源大一个量级以上， 因此， 本文主要分析非均匀加热的垂直项的作用。
3 环流特征对比分析
3.1 对流层高层
移出型200 hPa高层特征， 九龙涡形成时［图1 （a）］， 南亚高压主体在100°E以西， 高压中心在83°E、 21°N附近， 中心强度为1250 dagpm， 脊线在18°N -21°N， 呈西北-东南向。西风急流范围在30°N -40°N， 急流轴风速达到了40~50 m·s-1， 九龙涡位于西风急流入口区右侧。九龙涡加强时［图1 （b）］， 南亚高压呈准东西向， 东侧脊线北抬至20°N附近， 1248 dagpm高压中心东移至90°E、 21°N附近。低槽发展深厚， 西风急流分为两段， 西段位于槽后， 急流轴风速最大为40 m·s-1。东段位于槽前， 急流轴最大风速为50 m·s-1， 九龙涡位于东段急流入口区的右侧， 具有强烈的高层辐散特征， 同时槽前的强西南风引导低层九龙涡向东北方向移动。九龙涡活动消亡时［图1 （c）］， 南亚高压加强北抬， 1252 dagpm高压中心位于92°E、 24°N附近， 1250 dagpm范围明显扩大， 脊线位于21°N -24°N， 呈西西北-东东南向。低槽南段维持， 北段东移减弱， 九龙涡位于减弱的西风浅槽前， 高空急流也减弱东移。
图1 200 hPa高度场（红色等值线， 单位： dagpm）和风矢场（阴影≥30 m·s-1的风速带， 单位： m·s-1）黑色方框为合成九龙涡涡心位置 Fig.1 Distribution of height field （red contour， unit： dagpm） and wind vector field （The shadow≥ wind velocity of 30 m·s-1， unit： m·s-1） at 200 hPa.The black box is the position of the center of the Jiulong vortex |
停滞型200 hPa高层特征， 九龙涡形成时［图1 （d）］， 南亚高压脊线呈东西向， 位于30°N， 高压中心位于86°E、 30°N附近， 中心强度为1260 dagpm。西风急流位于高压北侧， 急流轴风速在40~45 m·s-1。九龙涡位于南亚高压内侧东北部， 西风急流出口区右侧。九龙涡加强时［图1 （e）］， 南亚高压脊线稳定在30°N附近， 其强度维持， 九龙涡位于其高压中心东侧气流辐散最强的区域。西风急流范围维持， 但风速明显减小， 急流轴风速在40 m·s-1。九龙涡消亡时［图1 （f）］， 南亚高压显著加强， 中心进一步东移至95°E附近， 西风急流的强度和范围减小。
对比分析两类九龙涡的高层环流特征可以看出， 九龙涡均位于高空急流出口区右侧或南亚高压东部脊线附近， 对九龙涡的维持和发展十分有利。但移出型南亚高压主体位置较停滞型偏南， 脊线在20°N附近， 九龙涡在其北侧活动。而停滞型南亚高压脊线在30°N附近， 强度为1260 gpdm， 西风急流位置较移出型偏北10个纬度， 风速偏弱5~10 m·s-1， 九龙涡位于南亚高压中心东侧。
3.2 对流层中层
移出型500 hPa层， 九龙涡形成时［图2 （a）］， 中亚中高纬地区为“两槽一脊”的形势， 巴湖和贝湖地区为低槽， 槽前的正涡度平流活动旺盛。四川南部九龙区域上空有短波槽发展， 槽前伴有正涡度平流， 槽前的正涡度平流使得低层减压， 利于低层九龙涡的生成。九龙涡加强时［图2 （b）］， 巴湖低槽发展东移， 与贝湖槽合并形成宽广的低槽区， 其底部分裂的小槽快速东移并入四川附近的低槽， 使得低槽进一步加深， 四川东部上空被低槽控制， 槽线呈东北-西南向， 九龙涡位于槽前西南气流中， 且在九龙涡的东移过程中， 槽前均有强的正涡度平流区配合， 使得低层西南涡强度加强。同时槽前的西南气流引导低层西南涡向东北方向移动。九龙涡消亡时［图2 （c）］， 巴湖低槽及九龙涡伴随的短波槽在东移过程中均逐渐减弱， 九龙涡处于较为平直的西风气流中。
停滞型500 hPa层， 九龙涡形成时［图2 （d）］， 中高纬同样为“两槽一脊”的形势， 但巴湖和贝湖槽经向度较大， 中纬度地区为典型“东高西低型”形势， 副热带高压（以下简称副高）584 dagpm线控制33°N以南、 106°E以东区域， 四川南部位于584 dagpm线外围5个经度处， 四川南部有一浅槽， 槽前有明显的正涡度平流区， 九龙涡位于槽前。九龙涡加强时［图2 （e）］， 中高纬度“两槽一脊”的形势维持， 贝湖槽加强， 出现了568 dagpm低涡中心， 中纬度地区“东高西低型”形势稳定， 副高588 dagpm线略有西伸， 584 dagpm线仍控制我国东南部区域， 形成阻挡形势， 使得九龙涡长时间维持在四川盆地， 同时巴湖槽底分裂短波槽东移致使四川上空的低槽有所加深， 槽前正涡度平流加强， 利于九龙涡发展加强。九龙涡消亡时［图2 （f）］， 中高纬地区环流形势出现调整， 贝湖转为高脊控制， 584 dagpm线明显北抬， 四川盆地低槽减弱消失， 九龙涡附近不再有正涡度平流配合。
对比分析两类中层环流特征。相同的是， 初始时中亚地区中高纬度均为“两槽一脊”形势。不同的是移出型九龙涡随巴湖槽东移发展而发展， 随巴湖槽减弱而减弱， 而停滞型九龙涡则是在中高纬度“两槽一脊”和中纬度地区“东高西低型”环流形势稳定的背景下发展增强， 在上述环流形势调整后减弱。移出型九龙涡上空的低槽强于停滞型， 并且槽前伴随的正涡度平流强度也强于停滞型。
4 结构演变特征对比分析
为探讨九龙涡活动过程中动力、 热力结构特征及其非绝热加热对九龙涡形成、 发展的影响， 下面利用涡度、 散度、 假相当位温、 涡心与环境温差、 视热源等物理量来分析（刘璐等， 2015； 何光碧等， 2016； 李娟等， 2016； 刘晶等， 2019）。格点（0， 0）处为低涡中心位置（并用黑色方框标注）， 负格点代表涡心位置以南、 以西的方向， 正格点代表涡心位置以北、 以东的方向， 一个格点代表一个经纬度。其中涡心与环境温差的计算以九龙涡中心点， 1个经纬距为半径的范围内平均气温代表涡区气温， 5个经纬为半径的范围平均气温代表环境气温。涡区平均视热源、 视水汽汇垂直输送廓线的计算以九龙涡中心点， 1个经纬距为半径的范围内来进行了分析。由于停滞型的正涡度高度在400 hPa以下， 而移出型的正涡度高度达到对流层顶， 同时对上层各层辐散进行对比分析， 选取的停滞型400 hPa， 移出型300 hPa能很好地表征上层辐散。
4.1 动力结构特征演变对比分析
4.1.1 移出型的动力结构特征
形成时［图3 （a）， 图4 （a）］， 700 hPa九龙涡南侧偏南风的风速较小， 为4~6 m.s-1， 低涡区域为辐合中心， 中心散度值达到了-20×10-6 s-1以上， 对流层高层九龙涡上空也有辐散中心配合， 辐散中心值为25×10-6 s-1， 同时配合较强的辐合上升运动， 低涡中心垂直上升运动达200 hPa， 配合着上升气流从地面开始至400 hPa均有正涡度柱， 涡度柱中心值为30×10-6 s-1。垂直上升气流与“低层辐合、 高层辐散”的形势配合， 加之较为深厚的正涡度柱， 将有利于九龙涡的发展。
图3 700 hPa风羽、 辐合（彩色填色， 仅填≤-5， 单位： ×10-6 s-1）和高层辐散（移出型为300 hPa， 停滞型为400 hPa， 黑色实线， 单位： ×10-6 s-1）黑色实心方框为合成九龙涡中心位置 Fig.3 The wind field and convergence （Color filling， only fill ≤-5， unit： ×10-6 s-1） at 700 hPa， the High-level divergence （Black solid line， Moving-out Type at 300 hPa， Stagnant Type at 400 hPa， unit： ×10-6 s-1）.The black box is the position of the center of the Jiulong vortex |
图4 沿九龙涡涡心纬度-高度剖面， 风矢（经向风和垂直速度的合成， 垂直速度×10， 单位： m·s-1）、 涡度（彩色阴影， 仅填≥10×10-6 s-1， 单位： ×10-6 s-1）和θ se（黑色实线， 单位： K）、 比湿（红色虚线， 单位： g·kg-1）。Fig.4 The Latitude - altitude section along the center of the Jiulong vortex， The wind vector （A combination of meridional wind and vertical velocity， the vertical velocity ×10， unit： m·s-1）， the vorticity （Color shadows， fill only ≥10×10-6 s-1， unit： ×10-6 s-1）， θ se （Black solid line， unit： K） and specific humidity （Red dotted line， unit： g·kg-1） |
加强时［图3 （b）， 图4 （b）］， 700 hPa平均场上九龙涡已经东移出川， 低涡环流更加明显， 其东南侧风速加大至急流强度， 较强西南暖湿气流与冷空气在涡区交汇辐合， 辐合值较形成时有所减小， 为 -5×10-6 s-1， 但高层辐散值显著加大至30×10-6 s-1， 由于高层抽吸作用的加强， 使得上升气流显著加强， 上升高度达到200 hPa以上， 同时一部分气流上升至500 hPa附近在北侧3个纬度附近下沉， 形成一个闭合环流圈， 利于九龙涡的持续发展。300 hPa正涡度与低层正涡度柱耦合， 使得九龙涡周围的正涡度柱显著加强， 中心强度达到了80×10-6 s-1以上， 且高度达到对流层顶。
九龙涡消亡时［图3 （c）， 图4 （c）］， 700 hPa九龙涡环流维持， 其南侧风速也维持急流强度， 尽管其正涡度值维持80×10-6 s-1， 且高度达到对流层顶， 但九龙涡范围内低层辐合、 高层辐散的动力机制消失， 同时上升运动也显著减弱， 上升高度也仅在500 hPa以下， 预示着低涡将逐渐消亡。
4.1.2 停滞型动力结构特征
九龙涡形成时［图3 （d）， 图4 （d）］， 700 hPa九龙涡南侧的风速不大， 但较移出型略强， 为4~8 m·s-1， 涡区低层辐合值为-5×10-6 s-1， 高层辐散值为10×10-6 s-1， 高层辐散大于低层辐合， 低涡中心辐合垂直上升至100 hPa附近， 低层500 hPa以下有正涡度柱发展， 中心数值在30×10-6 s-1以上。
九龙涡加强时［图3 （e）， 图4 （e）］， 700 hPa九龙涡已经东移至四川盆地内， 九龙涡东南侧风速加强至8~10 m·s-1， 西南气流与冷空气在九龙涡区域内交汇， 低层辐合加强， 中心值为-10×10-6 s-1， 高层辐散也加强至20×10-6 s-1， 有典型的“低层辐合、 高层辐散”垂直耦合形势存在。辐合上升运动高度达200 hPa附近， 正涡度柱高度维持在500 hPa以下， 但强度加强， 中心涡度值达40×10-6 s-1。
九龙涡消亡时［图3 （f）， 图4 （f）］， 700 hPa九龙涡南侧的风速减弱， 上升运动也同样减弱， 虽然九龙涡内正涡度柱加强， 也有“低层辐合、 高层辐散”的动力场配合， 但从上升气流看， 上升气流明显减弱。
对比两类九龙涡活动的动力特征， 相同点在于， 两类九龙涡活动均有“低层辐合、 高层辐散”的形势配合， 并且在形成、 加强时上升运动强盛， 消亡时上升运动显著减弱。不同的是移出型“低层辐合、 高层辐散”的形势配合强于停滞型， 并且加强时有垂直闭合环流配合。同时与九龙涡配合的西南风也强于停滞型， 移出型的南风风速达到了急流强度。移出型的正涡度柱到达高度高于停滞型， 移出型在低涡初始时正涡度柱就达500 hPa， 强盛时达到了300 hPa， 而停滞型的正涡度高度均在500 hPa以下。
4.2 热力、 水汽结构特征演变对比分析
4.2.1 移出型的热力、 水汽结构特征
九龙涡形成时［图5 （a）］， 九龙涡从低层到高层均为暖心结构， 整体温度高于环境温度0.5 K左右， 仅在600 hPa附近九龙涡温度较环境温度略有下降。此时， 平均视热源垂直输送项的垂直廓线显示［图6 （a）］， 视热源垂直输送在地面的加热率为2 K·（6h）-1， 其上随高度迅速增加， 在400 hPa达到最大值24 K·（6h）-1， 再之上， 其上随着高度快速减小。平均视热源垂直输送项的垂直廓线“右凸”明显， 肖玉华等（2018）研究表明， 这种“右凸”型垂直廓线有利于最“凸”点以下高度的涡度增长， 曲线的斜率越大， 越有利于涡度增加。此时， “凸”点在400 hPa， 且斜率较大， 因此， 垂直输送感热加热使得涡区400 hPa以下高度的涡度增长， 同时对流凝结潜热也是在400 hPa附近达到最大［图6 （c）］， 凝结潜热释放的加热率为8 K·（6h）-1， 此时感热加热作用强于潜热加热， 同时两者共同作用使得非绝热加热作用加强， 非绝热加热使得空气增温， 加大了气块浮力以及空气上升运动。因此， 非绝热加热的垂直分布不均对九龙涡的形成和加强起到了至关重要的作用。从假相当位温和比湿的剖面上看［图4 （a）］， 此时九龙涡区域内有等θ se的密集区， 同时等θ se线向上凸， 此时 ， 比湿随高度上升也向上凸， 低层的比湿达到了18 g·kg-1， 涡区湿层厚度在400 hPa以下。
九龙涡加强时， 400 hPa以下九龙涡的温度低于环境温度［图5 （a）］， 为冷心结构， 以上转为正值， 且迅速增暖， 转为暖心结构， 涡区温度在300 hPa高于环境温度2 K以上。平均视热源垂直输送项廓线［图6 （a）］与初始时趋势一致， 但加热率显著增大， 在近地面时加热率为8 K·（6h）-1， 向上迅速增大， 至300 hPa达到最大值33 K·（6h）-1。此时， 右“凸”点在300 hPa， 且斜率加大， 说明感热加热使得涡区300 hPa以下高度的涡度增长， 从涡度垂直分布上来看也证实了这一观点。视水汽汇的垂直输送项廓线在对流层低层加热率增大［图6 （c）］， 凝结潜热加热率减小， 向上随高度上升减小， 在700 hPa和400 hPa加热率为负， 说明在该层次凝结潜热负反馈， 但在400 hPa以上开始增大， 并在300 hPa达到4 K·（6h）-1， 感热加热率显著强于潜热加热率。对流层高层非绝热加热使得高层增温， 高层增温加强了高空质量的外流， 加强了涡区上空辐散发展， 高层出流的加强， 使得地面减压， 进一步增强九龙涡的发展。从比湿垂直分析看， 比湿较形成时略有减小［图4 （b）］， 低层最大比湿为12 g·kg-1， 涡区湿层厚度维持在400 hPa以下。等θ se线的密度较初始时加大， 九龙涡内的锋区加强， 锋区随高度向北倾斜， 有冷空气不断从北方入侵， 位势不稳定进一步加大。
九龙涡消亡时［图5 （a）］， 加强时刻的暖心转为冷心结构， 高层维持暖心结构。平均视热源垂直输送廓线［图6 （a）］在500 hPa以下为弱的感热加热， 加热率为0~3 K·（6h）-1， 500 hPa以上迅速转为负加热。平均视水汽汇垂直输送廓线在700 hPa以下为正， 以上基本为负［图6 （c）］， 即潜热释放中上层为负反馈， 对流层高层的非绝热加热作用消失。对应的θ se和比湿剖面上［图4 （c）］， 湿度也显著减小， 低层比湿仅为8 g·kg-1， 湿层厚度下降至500 hPa以下。九龙涡内的等θ se密集线消失， 锋区减弱。
4.2.2 停滞型的热力、 水汽结构特征
九龙涡形成时， 九龙涡从低层到高层均为暖心结构［图5 （b）］， 850 hPa九龙涡温度高于环境温度1.5 K， 其上随着高度上升温差逐渐增大， 到400 hPa温差达到最大， 为2.3 K， 再向上逐渐减小。平均视热源和视水汽汇垂直输送廓线分布［图6 （b）， （d）］， 在近地面层平均视热源为5 K·（6h）-1， 再向上迅速增大， 至500 hPa达到最大， 加热率为21 K·（6h）-1， 再向上逐渐减小。此时， “右凸”点在500 hPa， 有利于500 hPa涡度的增长。平均视水汽汇垂直输送项的廓线分布趋势同视热源分布［图6 （d）］。在850 hPa加热率为10 K·（6h）-1， 向上迅速增大， 同样在600 hPa达到最大， 此时加热率为25 K·（6h）-1， 凝结潜热加热率强于感热加热， 两者共同构成的非绝热加热作用显著， 假相当位温和比湿的剖面上［图4 （d）］， 涡区内比湿向上凸起， 有湿舌存在， 低层比湿值为18 g·kg-1， 湿层厚度在300 hPa以下， 500 hPa以下 ， 且θ se500-θ se850为-4 K， 九龙涡内对流不稳定发展。
九龙涡加强时， 700 hPa层及以上维持暖心结构， 九龙涡的温度高于环境温度1~2 K， 但700 hPa以下转为冷性结构［图5 （b）］。平均视热源和视水汽汇垂直输送项廓线［图6 （b）， （d）］， 在600 hPa以下感热和潜热的加热率几乎为负， 600 hPa以上转为正反馈， 并在400 hPa达到最大， 加热率分别为14 K·（6h）-1和9 K·（6h）-1， 尽管此刻的非绝热加热作用较形成时有所减小， 但“右凸”点上升至400 hPa， 有利于400 hPa以下层次的涡度增长， 使得九龙涡正涡度向上发展。假相当位温、 比湿剖面图上［图4 （e）］， 涡区低层湿度略有减小， 但随高度上升湿舌进一步明显， 500 hPa以下 ， θ se500-θ se850达到了-8 K， 九龙涡对流不稳定加强。
九龙涡消亡时， 九龙涡涡区温度在700 hPa层及以下为冷心结构［图5 （b）］， 600 hPa层及以上为暖心结构。平均视热源垂直廓线与强盛时相比位相几乎相反［图6 （b）］， 整层为弱的加热（仅400 hPa为负）， 加热率为0~4 K·（6h）-1。平均视水汽汇垂直输送廓线分布［图7 （d）］， 500 hPa以下为负反馈， 再向上几乎为零。说明此时非绝热加热作用消失， 甚至为负反馈， 整层的非绝热加热作用消失， 促使了九龙涡的减弱。假相当位温在九龙涡内 ［图4 （f）］， 但θ se500-θ se850仅为-2 K， 等θ se线较为稀疏， 对流不稳定强度减弱。
对比分析两类九龙涡的热力、 水汽结构发现， 九龙涡形成时整层均为暖心结构， 加强时低层转为冷性， 高层维持暖性。形成和加强时非绝热加热作用显著。不同的是， 移出型的感热加热作用强于凝结潜热加热， 而停滞型凝结潜热加热强于感热加热。加强时移出型的冷性层高度更高， 达到600 hPa层， 而停滞型在700 hPa层以下； 移出型加强时的视热源和视水汽汇的垂直输送廓线 “右凸”点在300 hPa， 涡内有锋区存在， 大气以斜压扰动为主， 而停滞型强盛时的九龙涡平均视热源垂直廓线 “右凸”点在400 hPa， 涡区没有锋区配合； 比湿的垂直分布特征停滞型的厚度要强于移出型， 且停滞型有明显的湿舌配合。
通过前面对两类九龙涡的环流形势， 动力、 热力和水汽结构特征分析， 本文总结出了两类九龙涡加强时的动力、 热力结构概念模型（图7 ）。
移出型总体特征： 南亚高压位置偏南， 其北侧有高空槽发展， 并伴有较强高空急流形成的辐散区配合， 同时中层高空槽深厚， 槽前的正涡度平流强盛， 低层西南急流发展， 槽前正涡度平流及西南气流利于九龙涡发展并引导其东北移。在其东移过程中由于感热和凝结潜热释放的正反馈， 低涡内的涡度增长， 配合“低层辐合、 高层辐散”的动力增长条件， 使得九龙涡斜压扰动增强。
停滞型总体特征： 高空急流偏北， 高层为南亚高压控制的辐散区， 中层副高稳定少动， 青藏高原小槽发展东移， 低层南风有所增强。副高稳定形成阻塞作用， 利于九龙涡在四川盆地停滞， 高原小槽东移和低层南风气流加强导致正涡度发展， 低涡加强。感热和凝结潜热释放在中低层正反馈， 使得涡度在低层增长的同时， 加强了对流不稳定发展。
5 结论
本文在普查2009 -2018年西南涡的活动情况的基础上， 以九龙涡为例， 选取东北方向移动至四川盆地停滞和继续东移的两类低涡， 对低涡形成、 加强和消亡时的环流形势以及热力、 水汽、 动力结构特征的演变进行了对比分析， 发现两类低涡的主要异同点主要有以下几个方面：
（1） 对流层高层， 两类九龙涡均位于有利于高层辐散的环流背景下。移出型南亚高压主体位置较停滞型偏南， 强度偏弱， 西风急流位置偏南， 强度偏强， 九龙涡位于高空西风急流入口区右侧。而停滞型南亚高压脊线及西风急流位置较移出型偏北， 九龙涡位于南亚高压东部脊线附近。
（2） 对流层中层， 两类九龙涡初始时中高纬度均为“两槽一脊”形势。不同的是移出型九龙涡随巴湖槽东移发展而发展， 随巴湖槽减弱而减弱。而停滞型九龙涡则是在中高纬度“两槽一脊”和中纬度地区“东高西低型”环流形势稳定的背景下发展增强， 在上述环流形势调整后减弱。移出型九龙涡上空的低槽强于停滞型， 并且槽前伴随的正涡度平流强度也强于停滞型。
（3） 九龙涡的动力特征， 两类九龙涡均有“低层辐合、 高层辐散”的形势配合， 并且在形成、 加强时有上升运动配合。移出型“低层辐合、 高层辐散”的形势配合及正涡度柱发展高度均强于停滞型， 并且在加强时有垂直闭合环流配合。
（4） 九龙涡的热力、 水汽结构特征， 两类低涡形成时整层均为暖心结构， 加强时低层转为冷心结构， 高层维持暖心结构， 非绝热加热在形成和加强时作用显著。不同的是， 移出型感热加热率强于停滞型， 而潜热加热率则相反。移出型加强时非绝热加热垂直输送廓线 “右凸”层高度更高， 涡区有锋区存在， 大气以斜压扰动为主， 而停滞型加强时， 涡区没有锋区配合， 湿层厚度大于移出型， 且有明显的湿舌配合。
大量研究表明， 西南涡东移路径， 东移后的维持机制和结构特征受环流背景、 冷暖平流和非绝热因子等多方面因素的影响。对不同涡源移出或同一涡源移出后， 西南涡所表现出的不同活动特征值得深入研究。本文仅以东北移九龙涡为例进行分析讨论， 研究结果还不能完全揭示西南涡移出后长时间维持的活动特征， 对其他涡源或路径活动的西南涡个例， 还需要进一步的研究。