高原气象

高原气象 >

2026 , Vol. 45 >Issue 1: 164 - 178

DOI: https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00061

一次稳定少动型西南涡演变的结构特征及其与暴雨的关系

  • 范典 , 1, 2, 3 ,
  • 卢萍 , 1, 2
展开
  • 1. 中国气象局成都高原气象研究所 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川 成都 610213
  • 2. 中国气象科学研究院 青藏高原气象研究院，北京 100081
  • 3. 南充市高坪区气象局，四川 南充 637100
卢萍（1976 -）， 女， 四川成都人， 研究员， 主要从事天气分析和机理研究. E-mail：

范典（1987 -）， 女， 四川西充人， 工程师， 主要从事综合气象业务工作. E-mail：

收稿日期: 2024-12-30

  修回日期: 2025-04-28

  网络出版日期: 2025-06-16

基金资助

国家自然科学基金项目(U2242202)

科技部国家重点研发计划项目(2022YFC3003902)

四川省自然科学基金项目(2025ZNSFSC0334)

四川省中央引导地方科技发展项目(2024ZYD0175)

收起

Structural Characteristics of the Evolution of a Stable Low-motion Southwest Vortex and Its Relationship with Heavy Rainfall

  • Dian FAN , 1, 2, 3 ,
  • Ping LU , 1, 2
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  • 1. Heavy Rain and Drought-Flood Disasters in Plateau and Basin Key Laboratory of Sichuan Province，Institute of Tibetan Plateau Meteorology，China Meteorological Administration，Chengdu 610213，Sichuan，China
  • 2. Institute of Tibetan Plateau Meteorology，Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081，China
  • 3. Gaoping Meteorological Bureau，Nanchong 637100，Sichuan，China

Received date: 2024-12-30

  Revised date: 2025-04-28

  Online published: 2025-06-16

Copyright

© Editorial Department of Plateau Meteorology （CC BY-NC-ND）
Fold

摘要

基于2023年7月26 -27日一次典型的稳定少动、 长生命史暖性西南涡暴雨过程， 采用西南区域数值天气预报业务模式（SWC）分析场资料（同化了西南涡科学试验获取的加密探空观测资料）、 台站降水数据， 系统研究了西南涡不同生命阶段水平和垂直结构的演变状况及其与强降水的时空配置关系。研究表明： （1）影响“2023·07·26”暴雨天气过程的西南涡生命史呈现显著的阶段性特征， 可划分为初生期、 发展期、 鼎盛期、 维持期和衰减期5个演变阶段。（2）西南涡的水平与垂直结构均呈现非对称性特征， 各演变阶段的动力-热力结构存在显著差异： 初生期主要通过辐合抬升引发的凝结潜热释放促进低涡增强， 其发展主要依赖于全位能向动能的转换机制； 当西南涡中尺度系统发展至强盛阶段后， 南下的深厚干冷空气致使偏南暖湿气流及水汽输送减弱， 大气层结趋于稳定， 使得西南涡由盛转衰， 进入衰减期。（3）热力-动力的协同作用是本次暖性西南涡降水的主要成因。具体表现为： 西南涡发展前期的降水主要发生在涡心周边暖湿区， 而强盛期降水则集中于强暖湿气流通道一侧； 降水强度与西南涡强度呈现显著的一致性， 假相当位温和低层辐合对西南涡降水落区和强度具有重要指示意义。

关键词： 西南涡; 稳定少动; 结构特征; 暴雨

本文引用格式

范典 , 卢萍 . 一次稳定少动型西南涡演变的结构特征及其与暴雨的关系[J]. 高原气象, 2026 , 45(1) : 164 -178 . DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2025.00061

Abstract

This paper is mainly about the typical stable， low-motion， long-life warm southwest vortex rainstorm process on July 26-27， 2023.Based on the analytical field data of the Southwest Regional Model （SWC） and the precipitation data of weather stations， the paper studies the evolution of the horizontal and vertical structure of the southwest vortex at different stages of its life cycle and its relationship， in terms of space as well as time， with heavy precipitation.The research results are the following.First of all， there are five distinct stages within the life circle of the Southwest vortex causing the rainstorm on July 26， 2023： initial， development， peak， maintenance and decay.Secondly， the horizontal and vertical structures of the southwest vortex show asymmetric characteristics， and the dynamic and thermal structure of the low vortex differ in different evolution stages， thus affecting differently.In the initial phrase， the release of latent heat of condensation in the convergence uplift enhances the low vortex， and relies more on the transformation of the total potential energy to the kinetic energy， causing the low vortex to escalate.Since the strong dry cold air moving south weakens the transport of southerly warm humid wind and vapor， the atmospheric Stratified stability increases， and the low vortex attenuates accordingly.Finally， the synergistic effect of thermodynamic and dynamic forces is the main cause of the warm vortex rainstorm.The precipitation at the early stage of vortex development occurs in the warm and wet area around the vortex center， while that at the strong stage occurs on the side of the strong warm and wet airflow channel， with the intensity of precipitation corresponding well with that of vortex.Pseudoequivalent potential temperature and convergence are the key parameters indicating the precipitation area and intensity of the southwest vortex.

Key words： southwest vortex; stable; structure characteristics; rainstorm

1 引言

西南低涡（以下简称西南涡）是一极具地域特色的中尺度天气系统， 生成于中国西南地区上空， 700 hPa或850 hPa上表现为气旋式低压环流， 它是青藏高原-四川盆地独特地理地形条件下与大气环流共同作用的产物（卢敬华， 1986）。主要源地在九龙地区、 四川盆地和小金一带； 夏季移出率最高， 以偏东路径为主， 生命史也较长（王金虎等， 2015）。西南涡是我国重要的暴雨影响系统之一， 其结构特征、 演变机理及引发的暴雨等一直受到广泛关注（Fu et al， 2014， 2019； Wang and Tan， 2014； Zhong et al， 2014； 卢萍和李跃清， 2021； 毛程燕等， 2022； 周春花等， 2022； Zhou and Li， 2024； 张雅馨等， 2024）。目前， 关于西南涡的发展演变结构已有一定共识： 初生的西南涡是一个浅薄的系统， 而强烈发展的西南涡则是一个深厚的低压系统， 其影响不仅限于对流层低层， 正涡度、 上层辐散和垂直速度可伸展至200 hPa附近。其辐合辐散结构与对流活动密切相关， 对流越旺盛， 低层辐合和高层辐散越强。此外， 西南涡还是一个非对称的中尺度系统（陈忠明等， 2003； 王晓芳等， 2007； 陈贵川等， 2018； 高笃鸣等， 2018； 刘冲和赵平， 2020； Lu et al， 2020； 肖贻青等， 2023； 屈顶等， 2023； 邓承之等， 2021， 2024； 姚静等， 2024）。西南涡系统往往会造成区域暴雨天气过程， 引发严重的气象灾害， 因此对西南涡暴雨过程也进行了不少分析研究， 统计结果显示西南涡降水依频出现在西南涡东北部、 东部、 东南部、 中部； 中部型暴雨范围最广， 降水强度最强， 其次为东南降水型、 东部降水型与东北降水型（赵大军等， 2011； 韩林君和白爱娟， 2019； 陈博宇等， 2023）。康岚等（2011）研究表明， 引发暴雨的西南低涡相对于环境场是湿涡， 南边界是主要水汽输送方向。辜旭赞和徐明（2012）认为， “西南涡-切变线”系统的暴雨发生在暖湿气团与变性冷气团之间的中尺度风场辐合上升运动区， 中尺度雨团发生在层结不稳定的暖湿气团一侧。Fu et al（2014）研究认为西南涡不同象限的演变机制和能量特征呈现显著非均匀性， 而降水对西南涡的维持起着重要作用。雷蕾等（2017）研究认为， 强降水与低涡发展的正反馈过程形成的持续性潜热释放是对流层中上层低涡系统热力结构发生改变的重要原因。刘金卿等（2021）得到， 西南涡东南象限的高温高湿气流容易引发对流不稳定， 并产生对流性降水。陈双等（2022）分析发现， 西南涡降水对流生成后其南端产生的浅薄冷池出流， 在暖湿环境气流作用下， 触发新的对流， 并向假相当位温高值区发展。孔期等（2022）认为， 降雨引起的对流层中层凝结潜热加热是低涡发展增强的重要原因之一。
由于早期研究多基于分辨率较低的观测资料， 难以准确刻画西南涡的中尺度细微结构特征（马勋丹等， 2018）， 且其结构随发展阶段呈现显著差异（Feng et al， 2016）， 目前对西南涡精细结构的认知仍存在较大局限性（李国平和陈佳， 2018）， 其与降水演变的关联机制也需进一步阐明。西南涡作为中尺度系统， 现有地面台站分布稀疏， 资料代表性和时空分辨率不足， 导致其结构及演变特征难以被有效捕捉（李跃清和徐祥德， 2016）。近年来， 加密观测外场试验为揭示西南涡及其中小尺度系统的三维结构、 动态演变和天气影响提供了关键数据支撑（Cheng et al， 2016； 李跃清， 2021）。基于上述原因， 本文选取2023年7月26 -27日一次典型的西南涡暴雨天气过程开展分析研究（以下简称“2023·07·26”过程）， 利用同化了西南涡加密探空观测的西南区域数值天气模式（SWC）分析场数据以及台站降水资料， 通过将西南涡演变过程细分为不同生命阶段， 重点揭示其精细结构的动态变化特征及其与降水演变的关联机制， 以期深化对西南涡及其降水过程的理解。

2 资料来源及天气过程

2.1　西南涡加密观测科学试验和资料简介

2023年7月18日至8月8日， 青藏高原气象研究院（以下简称高原院）组织实施了西南涡加密观测科学试验， 重点开展探空观测（包括下投探空和GPS探空）的时空加密工作。其中， 7月26日（投放10枚）和27日（投放11枚）进行了多次无人机下投探空试验， 具体下投点位分布见图1。试验期间， 高原院在西南涡源地周边新增设九龙、 泸定、 乐山和雷波4个GPS探空加密观测站点。同时， 对四川及周边区域的地面探空站（含科学试验站和常规业务站， 图1）实施了观测频次加密， 将每日2次探空增加为4次， 具体观测时次为00:00、 06:00、 12:00和18:00（世界时， 下同）。
图1 西南涡加密探空试验观测站网布局示意图

蓝色星星表示7月26日下投探空点， 粉色十字叉表示7月27日下投探空点； 橙色探空为科学试验加密地面探空站， 白色探空为四川及周边区域时间加密的业务探空站

Fig.1 Schematic layout of the observation station network for the Southwest Vortex intensive sounding experiment.Among them， the blue stars represent the dropsonde points on July 26， and the pink crosses represent the dropsonde points on July 27； the orange soundings denote the intensive ground-based sounding stations for the scientific experiment， while the white soundings indicate the operationally intensified temporal sounding stations in Sichuan and surrounding areas

需要指出的是， 模式初始场中包含的多尺度信息会随积分产生不同的扰动效果（Wang et al， 2023）， 而青藏高原及周边地区是气象数值模式预报能力最薄弱的地区， 数值模式在该区域的预报技巧均会显著下降， 西南区域数值天气预报业务模式（SWC）（衡志炜和程晓龙， 2018）对本区域降水等要素的预报具有相对更高的技巧（徐晓齐等， 2024）， 同化了更多探空观测资料的SWC分析场数据在西南涡中尺度系统的分析研究中应具有一定的特色和优势。对应加密探空观测的频次和时次， 本研究选用00:00、 06:00、 12:00和18:00共4个时次的SWC分析场开展研究。本文使用的SWC分析场资料（即初始场）， 以GFS预报场作为初猜场和边界条件， 采用云分析技术同化常规观测资料和科学试验资料， 空间分辨率为3 km， 时间分辨率为6 h。降水资料采用四川省国家站和自动站观测的小时雨量数据。

2.2　环流背景

2023年7月25日12:00， 对流层中层500 hPa欧亚中高纬地区呈现两槽两脊型， 巴尔喀什湖（简称巴湖）附近存在一个切断低压（冷槽）， 不断分裂出短波槽向东南方向移动， 青海南部存在小高压中心。四川处于西太平洋副热带高压和青海小高压之间， 而台风“杜苏芮”位于海上， 低层850 hPa偏南风水汽输送通道尚未建立。7月26日12:00， 短波槽东移加深， 西太平洋副热带高压东退， 台风“杜苏芮”西进， 四川盆地动力强迫作用增强， 中低层偏南风水汽输送通道短暂建立。7月27日12:00， 台风西进后形成阻塞形势， 阻挡了中高纬度低值系统的东移， 700 hPa北风侵入盆地， 冷空气向南侵入不断加强（图略）。
需要指出的是， 7月25日凌晨时段， 四川西南部高海拔地区已存在低压带和风场扰动。至26日00:00， 盆地中南部700 hPa层面形成完整闭合低压及气旋性环流， 标志着西南涡初生期。在西南涡发展成熟阶段， 其东侧受西伸的西太平洋副热带高压控制， 东南方向有西北行台风逼近， 北侧存在青海内陆小高压。这种复杂的环流配置导致强盛的西南涡系统滞留于四川盆地， 最终引发本次阻塞型暴雨天气过程。

2.3　降水概况

2023年7月26日00:00至28日00:00， 四川盆地发生了一次区域性大暴雨过程。阻塞型西南涡是本次强降水的主要影响系统。降水过程可分为三个阶段： 前期（26日18:00以前）， 降水首先出现在盆地西南部， 随后向中部和南部扩展［图2（a）~（c）］； 发展阶段（26日18:00至28日00:00）为降水最强时段， 盆地西北部和南部普遍出现暴雨到大暴雨天气［图2（d）~（h）］； 后期随着28日干冷空气大范围侵入盆地， 强降水逐渐减弱（图略）。
图2 “2023-07-26”过程逐6 h累计降水分布（填色， 单位： mm）

灰色阴影为海拔（单位： m）； 其中（a）~（h）依次为26日00:00至28日00:00逐6 h的累计降水

Fig.2 6-hour cumulative precipitation distribution in the process of “2023-07-26” （shading， unit： mm）.The gray shadow is altitude （unit： m）.Among them， （a）~（h） refers to the 6-hour cumulative precipitation from 00:00 on 26 to 00:00 on 28， 2023

3 西南涡的生命史及不同阶段的结构特征

3.1　西南涡的演变过程

2023年7月26 -27日四川盆地发生了一次暴雨天气过程， 其直接影响系统为强烈发展的西南涡中尺度系统， 这是一次典型的西南涡暴雨过程。首先， 通过分析700 hPa位势高度场和风场的演变特征， 初步了解本次西南涡的生命演变过程（图3）。26日00:00， 为西南涡的初生阶段， 盆地上空呈现明显的低压系统和气旋性环流， 700 hPa层主要受强西南气流控制［图3（a）］； 26日06:00 -18:00， 为西南涡的发展阶段， 西南涡低压中心持续加强， 伴随气压梯度显著增强［图3（b）~（d）］； 至27日00:00， 西南涡发展到强盛阶段［图3（e）］； 但27日06:00， 南支主导气流发生明显转变， 经历西南风-偏南风-东南风的演变过程， 同时盆地西北部出现显著的偏北风冷空气入侵， 一直到27日12:00西南涡处于维持阶段［图3（f）， （g）］； 之后西南涡进入减弱阶段， 随着偏北气流迅速增强并成为盆地主导气流， 西南涡快速衰减， 27日18:00， 西南涡系统强度已显著减弱［图3（h）］。
图3 “2023·07·26”过程， 700 hPa的位势高度场（填色和等值线， 单位： gpm）和风场（风羽， 单位： m·s-1）

灰色阴影是地表气压低于700 hPa的区域； （a）26日00:00， （b）26日06:00， （c）26日12:00， （d）26日18:00， （e）27日00:00， （f）27日06:00， （g）27日12:00， （h）27日18:00

Fig.3 700 hPa potential height field （shading and contour， unit： gpm） and wind field （barb， unit： m·s-1） in process of “2023·07·26”.The gray shadow is the area of surface pressure below 700 hPa.（a） at 00:00 on 26， （b） at 06:00 on 26， （c） at 12:00 on 26， （d） at 18:00 on 26， （e） at 00:00 on 27， （f） at 06:00 on 27， （g） at 12:00 on 27， （h） at 18:00 on 27

3.2　西南涡的结构演变特征

上文从全局的角度分析了“2023·07·26”过程西南涡整个生命演变史， 下面进一步将西南涡的生命史细分为5个阶段： 初生期（以26日00:00为代表）， 发展期（以26日18:00为代表）， 鼎盛期（以27日00:00为代表）， 维持期（以27日12:00为代表）和衰减期（以27日18:00为代表）。接下来， 将仔细对比分析西南涡在不同演变阶段的结构特征。由于西南涡的定义较宽泛， 目前学界普遍以低涡内部风速为零的点和气压最低值点作为低涡中心点（即涡心）， 因此， 下面分别从涡旋中心（零风速点）和低压中心（气压最低值点）两个角度分析其水平和垂直结构特征。
西南涡初生阶段（26日00:00）： 水平700 hPa层上， 其低压中心与气旋中心在空间上不重合， 低压中心较气旋中心偏南约1个纬度； 高湿热区位于低涡东南侧（即强暖湿西南气流输送带内）； 较强的西南气流进入四川盆地后形成气旋式旋转流动。垂直结构显示， 低压中心强度较弱， 由低层向上延伸， 假相当位温垂直梯度较小， 大气稳定度接近中性。高湿热区与低压中心分离， 主要分布于其东侧和南侧。气旋中心附近低层西南风较强而偏东风较弱， 呈现显著非对称结构； 辐合抽吸效应导致气旋中心低层风速增大（全位能向动能转化）。涡度与散度大值区均集中在低层， 且与气旋中心位置吻合。初生阶段西南涡的扰动主要体现于大气低层（图4）。
图4 西南涡初生期（26日00:00）， 西南涡的水平（a， d）和垂直（b， c， e， f）结构特征

（a）700 hPa风场（流线， 单位： m·s-1）和涡度（阴影， 单位： ×10⁻⁴ s⁻¹）散度（等值线， 单位： ×10⁻⁴ s⁻¹）； 过气旋中心［103.99°E， 29.94°N， 即图（a）中虚线交叉点］的纬向（b）和经向（c）涡度（阴影）、 散度（等值线）和风（风羽）的垂直剖面； （d）700 hPa位势高度（阴影， 单位： gpm）、 假相当位温（等值线， 单位： K）和风（风羽， 单位： m·s-1）； 过低压中心［104.13°E， 29°N， 即图（d）中虚线交叉点］的纬向（e）和经向（f）假相当位温（阴影）、 位势高度距平（等值线）和风（风羽）的垂直剖面

Fig.4 Horizontal （a， d） and vertical （b， c， e， f） structural characteristics of the southwest vortex during its nascent period （at 00:00 on the 26）.（a） the 700 hPa wind field （streamlines， unit： m·s-1）， vorticity （shading， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）， and divergence （contours， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）； Vertical cross-sections of zonal （b） and meridional （c） vorticity （shading）， divergence （contours）， and wind （wind barbs） passing through the vortex center ［103.99°E， 29.94°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.4（a）］； （d） The 700 hPa geopotential height （shading， unit： gpm）， pseudo-equivalent potential temperature （contours， unit： K）， and wind （wind barbs， unit： m·s-1）； Vertical cross-sections of zonal （e） and meridional （f） pseudo-equivalent potential temperature （shading）， geopotential height anomaly （contours）， and wind （wind barbs） passing through the low-pressure center ［104.13°E， 29°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.4（d）］

西南涡发展阶段（26日18:00）： 水平方向上， 低压中心与气旋中心近乎重合， 但东侧存在弱副中心（正涡度场呈现类似分布）。高湿热区仍集中于低涡东南侧， 同时云贵高原非低涡区的中低层假相当位温持续增大， 伴随强正涡度与辐合（由陆气热量交换及向上输送驱动）。700 hPa四川盆地的气旋性风场由西南气流转为偏南气流。垂直结构显示， 低压中心气压梯度显著增强， 中低层维持明显暖心结构。高湿热区与低压中心空间分离， 稳定分布于东南侧（图5）。
图5 西南涡发展期（26日18:00）， 西南涡的水平（a， d）和垂直（b， c， e， f）结构特征

（a）700 hPa风场（流线， 单位： m·s-1）和涡度（阴影， 单位： ×10⁻⁴ s⁻¹）散度（等值线， 单位： ×10⁻⁴ s⁻¹）； 过气旋中心［103.99°E， 29.68°N， 即图（a）中虚线交叉点］的纬向（b）和经向（c）涡度（阴影）、 散度（等值线）和风（风羽）的垂直剖面； （d）700 hPa位势高度（阴影， 单位： gpm）、 假相当位温（等值线， 单位： K）和风（风羽， 单位： m·s-1）； 过低压中心［104.13°E， 29.68°N， 即图（d）中虚线交叉点］的纬向（e）和经向（f）假相当位温（阴影）、 位势高度距平（等值线）和风（风羽）的垂直剖面

Fig.5 Horizontal （a， d） and vertical （b， c， e， f） structural characteristics of the southwest vortex during its development period （at 18:00 on the 26）.（a） the 700 hPa wind field （streamlines， unit： m·s-1）， vorticity （shading， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）， and divergence （contours， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）； Vertical cross-sections of zonal （b） and meridional （c） vorticity （shading）， divergence （contours）， and wind （wind barbs） passing through the vortex center ［103.99°E， 29.68°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.5（a）］； （d） The 700 hPa geopotential height （shading， unit： gpm）， pseudo-equivalent potential temperature （contours， unit： K）， and wind （wind barbs， unit： m·s-1）； Vertical cross-sections of zonal （e） and meridional （f） pseudo-equivalent potential temperature （shading）， geopotential height anomaly （contours）， and wind （wind barbs） passing through the low-pressure center ［104.13°E， 29.68°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.5（d）］

西南涡强盛阶段（27日00:00）： 其低压中心与气旋中心存在空间偏移， 气旋中心位于西北侧。700 hPa高度上， 四川盆地内强偏南气流在进入盆地后形成气旋性旋转风场， 并建立起显著的水汽输送通道。垂直结构特征表现为： 中心区域水平气压梯度强劲， 低压中心低层持续维持明显的暖心结构， 但高湿热区与低压中心呈现空间分离， 主要分布在东侧和北侧。气旋中心附近低层风速显著增强， 表明辐合作用进一步加强， 叠加抽吸效应后风速增大现象尤为明显， 风速大值区集中分布在低层， 且与气旋中心位置高度吻合（图6）。
图6 西南涡鼎盛期（27日00:00）， 西南涡的水平（a， d）和垂直（b， c， e， f）结构特征

（a）700 hPa风场（流线， 单位： m·s-1）和涡度（阴影， 单位： ×10-4 s-1）散度（等值线， 单位： ×10-4 s-1）； 过气旋中心［104.28°E， 30.78°N， 即图（a）中虚线交叉点］的纬向（b）和经向（c）涡度（阴影）、 散度（等值线）和风（风羽）的垂直剖面； （d）700 hPa位势高度（阴影， 单位： gpm）、 假相当位温（等值线， 单位： K）和风（风羽， 单位： m·s-1）； 过低压中心［105.13°E， 29.82°N， 即图（d）中虚线交叉点］的纬向（e）和经向（f）假相当位温（阴影）、 位势高度距平（等值线）和风（风羽）的垂直剖面。

Fig.6 Horizontal （a， d） and vertical （b， c， e， f） structural characteristics of the southwest vortex during its strong period （at 00:00 on the 27）.（a） the 700 hPa wind field （streamlines， unit： m·s-1）， vorticity （shaded， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）， and divergence （contours， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）； Vertical cross-sections of zonal （b） and meridional （c） vorticity （shading）， divergence （contours）， and wind （wind barbs） passing through the vortex center ［104.28°E， 30.78°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.6（a）］； （d） The 700 hPa geopotential height （shading， unit： gpm）， pseudo-equivalent potential temperature （contours， unit： K）， and wind （wind barbs， unit： m·s-1）； Vertical cross-sections of zonal （e） and meridional （f） pseudo-equivalent potential temperature （shading）， geopotential height anomaly （contours）， and wind （wind barbs） passing through the low-pressure center ［105.13°E， 29.82°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.6（d）］

西南涡维持阶段（27日12:00）： 高湿热区位于低涡西南象限， 700 hPa层面上， 四川盆地风场结构发生明显转变， 由单一强南风主导转为南北风共同影响， 强偏北风系统开始侵入盆地。垂直结构显示， 低涡中心呈现显著的水平气压梯度， 低层中心已移至暖湿区西北边缘。且其附近东侧的偏南风和西北侧的东北风风速都较大， 低涡东侧经向风随高度由东南风转向为西南风， 存在明显的风向切变， 而北侧整层都是东北风， 并强于低涡南侧的偏南风（图7）。
图7 西南涡维持期（27日12:00）， 西南涡的水平（a， d）和垂直（b， c， e， f）结构特征

（a）700 hPa风场（流线， 单位： m·s-1）和涡度（阴影， 单位： ×10-4 s-1）散度（等值线， 单位： ×10-4 s-1）； 过气旋中心［104.42°E， 29.28°N， 即图（a）中虚线交叉点］的纬向（b）和经向（c）涡度（阴影）、 散度（等值线）和风（风羽， 单位： m·s-1）的垂直剖面； （d）700 hPa位势高度（阴影， 单位： gpm）、 假相当位温（等值线， 单位： K）和风（风羽）； 过低压中心［105.42°E， 30.09°N， 即图（d）中虚线交叉点］的纬向（e）和经向（f）假相当位温（阴影）、 位势高度距平（等值线）和风（风羽）的垂直剖面

Fig.7 Horizontal （a， d） and vertical （b， c， e， f） structural characteristics of the southwest vortex during its maintenance period （at 12:00 on 27）.（a） The 700 hPa wind field （streamlines， unit： m·s-1）， vorticity （shading， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）， and divergence （contours， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）； Vertical cross-sections of zonal （b） and meridional （c） vorticity （shading）， divergence （contours）， and wind （wind barbs） passing through the vortex center ［104.42°E， 29.28°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.7（a）］； （d） The 700 hPa geopotential height （shading， unit： gpm）， pseudo-equivalent potential temperature （contours， unit： K）， and wind （wind barbs， unit： m·s-1）； Vertical cross-sections of zonal （e） and meridional （f） pseudo-equivalent potential temperature （shading）， geopotential height anomaly （contours）， and wind （wind barbs） passing through the low-pressure center ［105.42°E， 30.09°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.7（d）］

西南涡减弱阶段（27日18:00）： 低涡中心水平气压梯度明显减小， 东侧及南部为高温高湿区， 北侧大气层结显著稳定。700 hPa上， 四川盆地偏北风增强。垂直结构显示， 低涡低层已移至暖湿区西北边缘， 其西北侧的东北风强度显著超过东南侧的偏南风； 北侧风场随高度由东北风转为西南风， 形成明显风向切变（图8）。
图8 西南涡衰减期（27日18:00）， 西南涡的水平（a， d）和垂直（b， c， e， f）结构特征

（a）700 hPa风场（流线， 单位： m·s-1）和涡度（阴影， 单位： ×10-4 s-1）散度（等值线， 单位： ×10-4 s-1）； 过气旋中心［104.56°E， 29°N， 即（a）中虚线交叉点］的纬向（b）和经向（c）涡度（阴影）、 散度（等值线）和风（风羽， 单位： m·s-1）的垂直剖面； （d） 700 hPa位势高度（阴影， 单位： gpm）、 假相当位温（等值线， 单位： K）和风（风羽）； 过低压中心［104.99°E， 29.41°N， 即（d）中虚线交叉点］的纬向（e）和经向（f）假相当位温（阴影）、 位势高度距平（等值线）和风（风羽）的垂直剖面

Fig.8 Horizontal （a， d） and vertical （b， c， e， f） structural characteristics of the southwest vortex during its decay period （at 18:00 on the 27）.（a） the 700 hPa wind field （streamlines， unit： m·s-1）， vorticity （shading， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）， and divergence （contours， unit： ×10⁻⁴ s⁻¹）； Vertical cross-sections of zonal （b） and meridional （c） vorticity （shading）， divergence （contours）， and wind （wind barbs， unit： m·s-1） passing through the vortex center ［104.56°E， 29°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.8（a）］； （d） The 700 hPa geopotential height （shading， unit： gpm）， pseudo-equivalent potential temperature （contours， unit： K）， and wind （wind barbs）； vertical cross-sections of zonal （e） and meridional （f） pseudo-equivalent potential temperature （shading）， geopotential height anomaly （contours）， and wind （wind barbs） passing through the low-pressure center ［104.99°E， 29.41°N， the intersection point of the dashed lines in Fig.8（d）］

综合对比西南涡不同生命阶段的结构特征（图4~8）可知， 西南涡中尺度系统主要表现为非对称的动力/热力结构， 且其结构会随着各个生命阶段不断演变。具体表现为： 热力方面， 在西南涡生成期， 大气呈现高温高湿状态， 西南涡始终维持暖心结构。低层大气假相当位温较高， 中间深厚层近乎中性层结， 但涡心与低层假相当位温极大值区并不重合。辐合抬升导致的凝结潜热释放会促使西南涡发展增强， 水平气压梯度增大。当西南涡发展到鼎盛期时， 其热力稳定性有所增强； 而在减弱阶段， 贯穿涡心的深厚中性层结逐渐变薄甚至消失， 中上层大气假相当位温降低， 大气层结稳定性增强。动力方面， 西南涡发展阶段， 辐合抽吸和旋转增强使得西南涡暖湿一侧的风场速度增大， 气旋中心与正涡度大值区和低层辐合区有一定的对应关系， 正涡度会略偏向主导气流相反的一侧。在此次西南涡暴雨过程中， 中低层大气的偏南暖湿水汽和动量输送是西南涡得以发展和维持的主要因素， 而深厚的干冷偏北风虽然提供了强动力作用， 却加速了西南涡的衰减进程。在衰减期， 西南涡中心西侧整层受干冷的强偏北风控制， 而西南涡东侧中低层的暖湿气流输送显著减弱。

4 西南涡演变过程与降水时空分布

下面， 以假相当位温和散度场分别作为大气热力和动力场的代表指标， 分析“2023·07·26”过程中西南涡的热力和动力场演变与降水时空分布的关系。在多尺度环流形势作用下， 此次西南涡属于典型的稳定少动暖性涡旋， 具有气旋中心位于较高温度和湿度区域的基本特征。此外， 低涡附近高海拔地区由于地-气热量交换作用， 700 hPa大气假相当位温在06:00 -12:00时段较高， 00:00时次最低， 表现出明显的日变化特征。西南涡初生期［图9（a）， 图10（a）］， 四川盆地中南部为持续强高湿区， 大气层结不稳定。强降水主要分布在盆地南部高湿热边坡地形复杂区和盆地西北部及低涡中心附近切变区。低涡中心低层辐合显著， 其雨带分布与低层辐合区高度吻合。低涡调整发展期［图9（b）， （c）； 图10（b）， （c）］， 盆地中南部仍维持强高湿特征， 大气层结持续不稳定， 但西南风逐渐减弱并转为偏南风， 中低层辐合相应减弱。降水虽集中于低涡中心附近， 强度已有所降低。低涡发展强盛期［图9（d）， 图10（d）］， 盆地偏南侧建立强水汽输送通道， 低层强辐合出现在三区域： 偏南气流风速辐合带、 正涡度旋转区及地形抬升区。降水强度显著增大， 且空间分布与辐合带一致， 集中于风场辐合区、 西南涡东部及北部地形抬升区。西南涡鼎盛期［图9（e）， （f）； 图10（e）， （f）］， 偏南水汽向北扩展， 低层辐合进一步增强。强降水主要发生在西南涡东侧及北部地形抬升区。西南涡维持与衰减期［图9（g）， （h）； 图10（g）， （h）］， 伴随东北风南下侵入四川盆地， 地形抬升雨带逐渐消散。尽管西南涡西南侧存在东北风引发的强辐合， 但因气流性质干冷， 强降水仅局限在西南涡东偏北侧的假相当位温高值区（暖湿气流输送带）。总之， 西南涡降水是热力和动力两者协同作用的结果。在调整发展期， 热力作用强但动力作用不足， 降水强度并不大； 而在衰减期， 西南涡西侧偏北气流带来强动力条件， 但水汽含量低， 同样无法形成强降水。由此可见， 暖性西南涡降水在西南涡发展前期主要发生在涡心周边的暖湿区， 在西南涡强盛期则发生在西南涡强暖湿气流通道一侧。此外， 假相当位温和低层辐合都是对西南涡降水落区和强度具有重要指示意义的关键物理量。
图9 “2023·07·26”过程700 hPa相邻2个时次平均的假相当位温（填色， 单位： K）、 风场（流线， 单位： m·s-1）和累计雨量（等值线， 单位： mm）

（a） 26日00:00 -06:00， （b） 26日06:00 -12:00， （c） 26日12:00 -18:00， （d） 26日18:00至27日00:00， （e） 27日00:00 -06:00， （f） 27日06:00 -12:00， （g） 27日12:00 -18:00， （h） 27日18:00至28日00:00； 灰色阴影为地表气压低于700 hPa区域

Fig.9 The average pseudo-equivalent potential temperature （shading， unit： K）， wind field （streamline， unit： m·s-1） on the 700 hPa and accumulated precipitation （contour， unit： mm） of the two adjacent times of the "2023·07·26" process.（a） 00:00 - 06:00 on 26， （b）06:00 -12:00 on 26， （c） 12:00 -18:00 on 26， （d） 18:00 on 26 to 00:00 on 27， （e） 00:00 - 06:00 on 27， （f） 06:00 -12:00 on 27， （g） 12:00-18:00 on 27， （h）18:00 on 27 to 00:00 on 28.The gray shadow is the area of surface pressure below 700 hPa

图10 “2023·07·26”过程， 相邻2个时次平均的700 hPa以下层散度垂直积分（填色， 单位： hPa·s-1）、 风场（流线， 单位： m·s-1）和累计雨量（等值线， 单位： mm）

（a）26日00:00 -06:00， （b）26日06:00 -12:00， （c）26日12:00 -18:00， （d）26日18:00至27日00:00， （e）27日00:00 -06:00， （f）27日06:00 -12:00， （g）27日12:00 -18:00， （h）27日18:00至28日00:00； 灰色阴影为地表气压低于700 hPa区域

Fig.10 The integral of divergence below 700 hPa （shading， unit： hPa·s-1）， wind field （streamline， unit： m·s-1） on the 700 hPa and accumulated precipitation （contour， unit： mm） of the two adjacent times of the “2023·07·26” process.（a） 00:00 -06:00 on 26， （b） 06:00 -12:00 on 26， （c） 12:00 -18:00 on 26， （d） 18:00 on 26 to 00:00 on 27， （e） 00:00 -06:00 on 27， （f） 06:00 -12:00 on 27， （g） 12:00 -18:00 on 27， （h） from 18:00 on 27 to 00:00 on 28.The gray shadow is the area of surface pressure below 700 hPa

5 结论

本文基于四川省气象观测台站逐小时降水量资料和西南区域SWC数值天气预报业务模式分析场数据， 针对2023年7月26 -27日四川盆地西南涡暴雨天气过程， 分析了西南涡不同生命阶段的水平与垂直结构特征及其与降水演变的关系， 得到以下主要结论：
（1） “2023·07·26”过程是在多尺度环流形势下， 一次典型的准静止、 长生命史暖性西南涡暴雨过程。作为强降水的直接影响系统， 西南涡的生命史呈现出初生期、 发展期、 鼎盛期、 维持期和衰减期5个明显的阶段。
（2） “2023·07·26”过程中， 西南涡的水平和垂直方向均呈现出非对称性结构， 且在各个不同演变阶段表现出明显差异。初始阶段， 水平气压梯度较弱， 大气稳定度低， 辐合抬升凝结潜热释放促使西南涡发展增强， 而西南涡的发展更多来自全位能向动能的转化， 水平气压梯度增大， 在水汽输送通道建立后， 西南涡发展进入强盛阶段； 随着深厚强烈干冷北风南下， 四川盆地偏南暖湿气流减弱， 水汽输送也减弱， 大气层结稳定性增大， 西南涡随之衰减。
（3） 此次暖性西南涡强降水是热力和动力过程协同作用的结果， 西南涡的演变对降水有重要影响。在西南涡发展前期， 降水主要分布于涡心周边暖湿区； 西南涡强盛期， 降水则集中于西南涡暖湿气流输送带一侧， 雨强与西南涡强度呈明显正相关。假相当位温和低层辐合对西南涡降水落区及强度具有重要指示意义。
上述研究揭示了西南涡中尺度系统的若干精细结构特征及其与强降水的密切关系， 尤其发现西南涡在发展过程中可能出现“一涡多心”现象（即主低压中心附近伴随若干次生弱低压中心， 或气旋中心周边存在多个正涡度中心）。研究表明： 西南涡气旋中心通常与正涡度中心位置一致， 但未必与辐合中心重合； 气旋中心与低压中心也常存在空间分离现象。由此可见， 针对西南涡天气系统， 其中心位置的识别标准仍需商榷； 虽然气压梯度、 涡心气压值和正涡度值均能部分反映西南涡强度变化， 但具体哪个物理量更具合理性和准确性尚需进一步论证。这些不确定性是西南涡识别、 研究及预报中亟待解决的基础性问题。

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