1 引言
青藏高原有着“世界屋脊”的称号， 作为全球海拔最高的高原， 其平均海拔超过4000 m， 其巨大且复杂的地形产生的热力和动力作用会对全球的天气和气候产生巨大的影响（叶笃正等， 1957； Flohn， 1957； Manabe and Terpstra， 1974； 骆美霞等， 1983； Michio et al， 1992； Wu et al， 2012）。而青藏高原低涡（以下简称高原低涡）作为生成于高原上空的一种独特的天气系统， 通常活动于500 hPa等压面上， 水平尺度400~500 km， 持续时间1~3天， 并且多数表现为暖心结构（青藏高原气象科学研究拉萨会战组， 1981； 李国平和蒋静， 2000）。高原低涡的生成与发展不仅受到高原高大地形的影响， 同时还与非绝热加热、 水汽条件密切相关（陈伯民等， 1996）， 在特定的环流形势下， 高原低涡可以发展加强移出高原， 造成下游的暴雨等灾害性天气过程（郁淑华等， 2012）。
当前已有许多基于数值模式和观测资料对高原低涡发生发展的研究， 发现青藏高原地表和大气能量变化对高原低涡的发生发展有着重要的作用， 其中地表感热加热主要在低涡的生成过程中有重要贡献， 而凝结潜热加热作用对低涡的形成与发展都具有重要的影响， 此外， 高原低涡的形成还与高原的短波辐射密切相关（Dell’osso and Chen， 1986； Shen et al， 1986； Wang， 1987； 罗四维和杨洋， 1992； 丁治英等， 1994； 李国平等， 2016； 李黎等， 2019； 李宛鸿和范广洲， 2020）。而关于有利高原低涡发生发展的天气形势的研究方面， 已有研究表明， 当青藏高原低层为低压气旋性环流， 高层为高压反气旋性环流的天气形势时， 有利于高原低涡的产生（Li et al， 2011； 李国平等， 2014）； 当高空南亚高压脊线东伸明显， 高空西风急流偏强， 并且低层伴有洋面上的水汽向涡区输送时， 利于高原低涡的发展东移（高文良和郁淑华， 2007； 郁淑华等， 2015； 郁淑华和高文良， 2016）。
云作为地-气辐射收支的主要调控者， 在大气中起着“温室效应”和“阳伞效应”两种作用， 以此来制约天气和气候（Liou， 2004； Hartmann and Doelling， 1991； Xin and Li， 2016）。已有的研究表明， 云可以通过吸收、 反射和散射长、 短波辐散， 来改变大气稳定度及散度场， 进而影响对流活动（Webster and Stephens， 1980； Tao et al， 1996）。如今已有许多基于数值模式关于云-辐射相互作用对气旋影响的研究， 发现云-辐射相互作用不仅可以通过改变大尺度环流条件来影响热带气旋， 还可通过热带气旋本身云区中的辐射过程对其强度、 结构和路径造成显著的影响（Fovell et al， 2010； Ge et al， 2014； 葛旭阳等， 2018； Bu et al， 2017）； Schäfer and Voigt（2018）指出， 辐射过程可能通过破坏暖输送带中的中对流层位涡来削弱中纬度气旋强度， 而云-辐射相互作用的影响占辐射对中纬度气旋的三分之一到二分之一。
然而， 目前关于高原低涡的研究多数集中于个例的研究， 在较长时间尺度上的研究较少， 并且虽然在非绝热加热影响高原低涡发生发展方面的研究已经取得一定成果， 但基本都集中于关于感热和潜热的研究， 忽略了辐射加热作用对高原低涡发生发展的影响。云辐射效应作为调控天气气候的重要因素之一， 其可能会对高原低涡的发生发展产生滞后的影响。因此， 本研究主要利用统计学分析手段， 以探究前期春季云辐射效应对后期盛夏高原低涡的影响。
2 数据来源和方法介绍
2.1 数据来源
本研究所使用的高原低涡数据集来自林志强（2015）基于每日4次、 分辨率为1°×1°的ERA-Interim再分析资料所客观识别出的高原低涡数据集， 此数据集中的高原低涡特征已被证明与《青藏高原低涡、 切变线年鉴》相比较为一致， 并且其统计的年限较长， 可用于对高原低涡特征在较长时间尺度上的研究。
辐射资料来自于CERES（Clouds and the Earth’s Radiant Energy System）卫星资料的EBAF（Energy Balanced and Filled）4.1版本（Ed4.1）数据集， 包括全天空（all-sky）和晴空（clear-sky）条件地表向上、 向下长波、 短波辐射通量数据。
研究所用的各物理量场， 包括风场、 位势高度场、 比湿、 散度、 相对涡度等均来自于ERA-Interim空间分辨率为0.75°×0.75°的月平均资料。由于所使用资料的限制， 本文所选取的研究时段为2001—2017年， 共18年。
2.2 方法介绍
本文所使用高原低涡的7个特征的统计基于林志强（2015）的高原低涡数据集， 具体定义如下： （1）高原低涡频数： 生成于高原主体（图1 中粗黑色边界）的低涡个数， 去除了数据集中初生于高原主体之外而之后移入高原的低涡； （2）最小位势高度： 500 hPa高度场中， 每隔5 gpm能画出的最内圈闭合等值线内位势高度的平均值； （3）强度： 500 hPa低涡中心位势高度与同一纬度60°E -120°E平均位势高度的差值； （4）移出数： 有某一时刻移出高原主体之外的高原低涡个数； （5）移出率： 移出数与高原低涡频数之比为移出率； （6）暖涡数； 客观识别出的高原低涡在的第一个时刻， 其最外围闭合等值线围成的经纬度方框的平均温度比其东西方各一个同样大小经纬度方框中的平均温度高的低涡个数； （7）暖涡率： 暖涡数与高原低涡频数之比。对以上定义的最小位势高度、 强度、 移出率、 暖涡率进行月平均， 得到每月的高原低涡参数值。
图1 2001 -2017年7月高原低涡（a）及暖性高原低涡（b）的源地及其移动路径分布黑色圆点为高原低涡源地， 灰色实线为高原低涡移动路径 Fig.1 Distribution of the initial location and movement path of the Qinghai-Xizang Plateau Vortex （QXPVs） （a） and warm QXPVs （b） in July from 2001 to 2017.The black dot is the initial location of the QXPVs， and the gray solid line is the movement path of the QXPVs |
云辐射效应这一概念最早出现在Ramanathan et al（1989）的研究当中， 参照这一标准， 本文将地表净云辐射效应［ ］定义为：
式中： 和 分别为全天空条件下地表向下、 向上净辐射通量； 和 分别为晴空条件下地表向下、 向上净辐射通量。
本研究旨在探讨前期春季（3 -5月）地表云辐射效应对后期7月高原低涡发生发展的影响， 主要利用相关分析、 奇异值分解（SVD）、 合成分析等统计学方法进行讨论分析。
3 结果分析
3.1 春季地表净云辐射效应与7月高原低涡的关系
在探讨春季地表净云辐射效应与7月高原低涡之间的联系之前， 了解二者的主要特征是非常必要的。图1 为2001 -2017年7月高原低涡及暖性低涡的源地及其移动路径分布图。从图1 中可以得知， 大部分高原低涡生成于高原中西部， 并且多数低涡消失于高原之上， 结合表1 发现， 少数低涡可以发展东移出青藏高原（占低涡总数的23.8%）； 同时， 7月72.2%的高原低涡在生成时为暖性， 而暖性低涡生成于高原中西部的特征更加明显， 并且东移出高原的低涡绝大多数为暖性低涡。根据表1 可以得知， 7月高原低涡频数的标准差为4.0个， 移出数和暖涡的标准差分别为3.4和5.3个， 说明7月暖性高原低涡（移出高原的低涡）个数相对于低涡总数的变化幅度更大（小）。从2001 -2017年春季平均地表净云辐射效应的分布图［图2 （a）］来看， 整个亚洲地区基本上被云辐射冷却作用所主导， 仅有印度半岛中北部表现为一个弱的云辐射加热区； 中国东南部为一个较强的云辐射冷却区， 其最强云辐射冷却效应超过 -80 W·m-2。此外还可发现， 春季地表云辐射效应的标准差在青藏高原较大， 在印度半岛较小， 这可能是因为高原地区对流活动的日变化特征明显， 云量的变化幅度较大， 而印度半岛春季云量较小， 云辐射主要表现为加热效应有关。此外， 20°N以南的西太平洋地区的春季云辐射效应变化幅度也较大， 这可能也与热带洋面对流活跃有关。值得注意的是， 中国东部到东海地区， 春季地表净云辐射效应的变化幅度相对于周边同纬度同海拔的地区来说也是一个大值区， 同时， 此区域的云辐射冷却效应较强， 因此中国东部及东海地区的地表净云辐射效应对于大气环流的影响是本研究的重点关注对象。
表1 2001 -2017年7月高原低涡的7个特征的平均值及其标准差Table 1 Average of 7 characteristics of QXPVs in July and its standard deviation from 2001 to 2017 |
| 参数 | 频数/个 | 最小位势高度/gpm | 强度/gpm | 移出数/个 | 移出率/% | 暖涡数/个 | 暖涡率/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 均值 | 43.9 | 5804.0 | 9.3 | 10.6 | 23.8 | 31.8 | 72.2 |
| 标准差 | 4.0 | 7.5 | 0.95 | 3.4 | 6.9 | 5.3 | 7.3 |
根据2001—2017年春季地表净云辐射效应与7月高原低涡7个特征的相关系数分布图（图3 ）可以发现， 春季地表净云辐射效应与7月高原低涡各特征之间存在着一定的相关关系， 特别是低纬度地区二者的相关关系更为显著。同时， 不难发现春季地表净云辐射效应与7月高原低涡频数、 最小位势高度、 强度、 暖涡数及暖涡率的相关系数分布较为类似， 即印度半岛和中国东部到东海地区春季地表净云辐射效应与低涡频数、 强度、 暖涡数和暖涡率（最小位势高度）呈显著的正（负）相关关系； 25°N以南的西太平洋地区春季地表净云辐射效应与低涡频数、 强度、 暖涡数和暖涡率（最小位势高度）呈显著的负（正）相关关系。而20°N左右的西太平洋地区以及东北地区春季地表净云辐射效应与低涡移出数和移出率呈显著的负相关关系。
图3 2001 -2017年春季地表净云辐射效应与7月高原低涡频数（a）、 最小位势高度（b）、 强度（c）、 移出数（d）、 移出率（e）、 暖涡数（f）、 暖涡率（g）的相关系数分布打点区域为在α=0.1水平上显著相关 Fig.3 Distribution of correlation coefficient between the net surface cloud radiative effect in Spring andthe frequency （a）， minimum geopotential height （b）， intensity of QXPVs （c）， frequency of outgoing QXPVs （d）， rate of outgoing QXPVs （e）， frequency of warm QXPVs （f）， rate of warm QXPVs （g） in July from 2001 to 2017.The dotted area is significant at α=0.1 |
为了综合考虑7月高原低涡发生发展的特征， 并讨论春季云辐射效应对高原低涡发生发展的影响， 选取2001 -2017年春季地表净云辐射效应作为左场、 7月高原低涡的7个特征（频数、 最小位势、 强度、 移出数、 移出率、 暖涡数、 暖涡率）作为右场， 进行SVD（奇异值分解）分析。表2 为SVD分析结果的方差贡献与时间序列的相关系数， 由表2 可以得知， SVD分析结果第一模态时间序列的相关系数达到了0.87（在α=0.01水平上显著）， 方差贡献率达到了53.57%， 足以反映研究时段春季地表净云辐射效应与7月高原低涡各特征之间的主要关系， 故在此主要讨论SVD第一模态的特征。
表2 2001 -2017年春季地表净云辐射效应与7月高原低涡7个特征SVD分析结果的方差贡献率以及时间序列的相关系数Table 2 The variance contribution rate of the surface net cloud radiative effect in spring and of 7 characters of the QXPVs in July from 2001 to 2017 and the correlation coefficient of the time series from SVD analysis |
| SVD模态 | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|
| 方差贡献率 | 53.57% | 25.06% | 12.40% |
| 累积方差贡献率 | 53.57% | 78.63% | 91.03% |
| 相关系数 | 0.87 | 0.91 | 0.88 |
从春季地表净云辐射效应与7月高原低涡各特征SVD分析结果的第一模态的标准化时间序列可以发现［图4 （c）］， 两场时间序列的变化趋势较为一致， 二者的相关系数达到了0.87， 均存在着较为明显的年际波动。而根据右场（7月高原低涡的7个特征）的异类相关系数分布［图4 （b）］不难看出， 7月高原低涡7个特征的异类相关系数均在α=0.1水平上显著， 而低涡的主要特征表现为： 频数偏多（少）、 强度偏强（弱）， 并且暖性高原低涡和移出的高原低涡偏多（少）； 结合左场（春季地表净云辐射效应）的异类相关系数分布［图4 （a）］， 发现存在3个与7月高原低涡各特征显著相关的地区， 即印度半岛、 中国东部及东海、 西太平洋地区。结合图2 可知， 当印度半岛春季地表净云辐射效应偏强， 即云辐射效应异常加热地表， 而中国东部及西太平洋地区春季地表净云辐射效应以23°N为界， 表现为北高南低时， 即云辐射效应在23°N以北冷却效应减弱， 以南冷却效应增强， 7月高原低涡频数偏多、 强度偏强、 暖性高原低涡和移出的高原低涡偏多， 反之亦然。由此可见， 春季印度半岛及西太平洋地区的地表净云辐射效应可能对7月高原低涡的发生发展产生影响。
图4 SVD第一模态对应的左场（春季地表净云辐射效应）异类相关系数（a， 打点区域为在α=0.1上显著）， 右场（7月高原低涡各特征）异类相关系数（b， 虚线为α=0.1显著的相关系数值）及标准化时间序列（c）Fig.4 The heterogeneous correlation coefficient of the left field （a， surface net cloud radiative effect in Spring， and the dotted area is significant at α=0.1） and the right field （b， 7 characters of QXPVs in July， and the dotted line is the significant correlation coefficient value of α=0.1）， standardized time series （c） of the first mode of SVD |
3.2 云辐射效应有利和不利于高原低涡发生发展年份环流形势差异
为了进一步分析讨论春季地表净云辐射效应如何影响7月高原低涡的发生发展的， 以SVD分析结果第一模态左右两场的标准化时间序列同时大于0.7或小于-0.7为标准， 选出春季地表净云辐射效应的分布有利于7月高原低涡发生发展的年份共4年（2008年、 2009年、 2012年和2013年， 以下简称有利年）； 春季地表净云辐射效应的分布不利于7月高原低涡发生发展的年份共3年（2006年、 2014年和2015年， 以下简称不利年）。
图5 春季地表净云辐射效应有利（左）和不利（右）于高原低涡发生发展年的850 hPa （a， b）、 500 hPa （c， d）和200 hPa （e， f）平均风场（矢量， 单位： m·s-1）和位势高度场（等值线， 单位： dagpm）分布Fig.5 The distribution of wind field （vector， unit： m·s-1） and geopotential height field （contour， unit： dagpm） at 850 hPa （a， b）， 500 hPa （c， d） and 200 hPa （e， f） when the net cloud radiative effect on the surface in spring is favorable （left） and unfavorable （right） for the occurrence and development of QXPVs |
当西太副高偏西偏南和印度热低压减弱可使更多的热带水汽进入高原， 同时南亚高压东部偏强时， 与低层辐合配合可使高原降水增多（罗布等， 2020）。根据有利年和不利年7月平均500 hPa的风场和位势高度场分布［图5 （c）， （d）］， 相比于不利年， 有利年500 hPa西太平洋副热带高压明显偏强， 并且西伸更加明显， 同时印度半岛上空的气旋性环流与不利年相比偏弱， 二者配合使得高原南侧和东南侧的偏南风异常偏强， 利于向青藏高原输送水汽和动量。在高原主体上， 有利年气旋性环流明显偏强， 同时伴有西南风和西北风的辐合； 而不利年高原主体为偏北气流控制。结合有利年和不利年高原主体500 hPa散度平均距平的空间分布（图7 ）， 发现有利年高原中西部散度偏小， 即辐合偏强， 有利于高原低涡的生成和发展； 而不利年高原中西部的散度明显偏强， 不利于高原低涡的生成， 同时可以明显观察到在高原南部沿喜马拉雅山脉， 有利年和不利年均存在一个明显的散度异常区， 这可能与有利（不利）年高原南侧风速较大（小）造成风速的辐散（合）有关。
有利于高原低涡移出的高层大气大尺度环流形势表现为， 高空西风急流位置偏南且强度更强， 且南亚高压脊线东伸大于90°E（郁淑华和高文良， 2008）。从有利年和不利年7月平均200 hPa风场和位势高度场［图5 （e）， （f）］可以看出， 有利年200 hPa南亚高压偏强， 且东伸明显， 同时高空西风急流明显偏强， 急流核位置也更加偏南； 结合有利年和不利年200 hPa相对涡度平均距平分布图（图8 ）不难发现， 有利年青藏高原主体上空200 hPa反气旋性环流明显偏强； 而不利年高原主体上空200 hPa反气旋性环流明显偏弱。高原上空南亚高压和西风急流的增强有利于高原上空辐散的增强， 进一步有利于低层辐合的增强， 高原上空高层辐散和低层辐合的配置有利于高原低涡的生成和发展。
由以上分析可以得出， 当春季地表净云辐射效应有利于高原低涡发生发展时， 7月高原南侧850 hPa偏南风偏强， 有利于将洋面上的水汽向高原输送， 为高原低涡的生成与发展提供水汽条件； 500 hPa西太副高西伸明显， 高原主体辐合； 高层200 hPa南亚高压异常偏强， 高原主体上空西风急流偏强， 利于高层辐散， 与低层辐合的条件相配合， 有利于高原上空空气的上升运动增强， 为高原低涡的发生发展提供动力条件。
3.3 云辐射效应影响低涡发生发展的可能机制
从SVD分析和合成分析结果可知， 当春季印度半岛中部地表净云辐射表现为加热效应； 中国东部到西太平洋地区地表净云辐射表现为以23°N为界， 以北冷却效应减弱， 以南冷却效应增强时， 有利于高原低涡的发生发展。那么春季地表净云辐射效应的这种分布是通过何种方式来影响高原低涡的， 值得进一步讨论分析。
春季印度半岛地表感热加热， 使得印度半岛中低层形成气旋性环流， 利于亚洲夏季风的爆发（Wu et al， 2011）； 亚洲夏季风爆发时， 孟加拉湾的水汽输送对青藏高原对流和降水的发生有重要作用（张宏文和高艳红， 2020； 曾钰婷等， 2020）。当前期春季地表净云辐射效应有利于高原低涡发生发展时， 印度半岛中部云辐射效应对地表的加热效应偏强， 后期7月印度半岛上空15°N -25°N上空700~300 hPa的上升运动偏强， 这可能是前期云辐射加热效应使得印度半岛地表温度增强， 从而减弱大气稳定度、 增加地表感热输送， 造成上升运动的增强， 而不利年的情况则完全相反。7月印度半岛中部的垂直运动增强的同时改变了高低层的散度场， 从图9 （a）， （c）中可以看出， 有利年印度北部到青藏高原地区15°N -30°N范围内200 hPa的高空辐散明显偏强， 有利于南亚高压的增强和东伸， 与高原主体低层气旋性辐合环流配合可增强高原主体的垂直运动， 为高原低涡提供动力条件， 而从地表到500 hPa， 78°E， 20°N -30°N的范围内北风偏强， 90°E， 20°N -30°N的范围内南风偏强， 在二者的共同作用下， 印度半岛中低层的气旋性环流偏强， 有利于孟加拉湾的水汽向高原地区输送， 为低涡的发生发展提供水汽条件； 不利年高空200 hPa的辐散明显偏弱， 同时90°E， 20°N -30°N的偏南风偏弱， 不利于孟加拉湾的水汽向青藏高原输送［图9 （b）， （d）］。
图9 有利年（左）和不利年（右）温度场（等值线， 单位： K）和风场（矢量， 水平风单位： m·s-1； 垂直风单位： hPa·h-1）平均距平沿78°E（a， b）， 90°E（c， d）， 120°E（e， f）的经向垂直剖面Fig.9 The meridional vertical cross-section of the average temperature （contour， unit： K） and wind （vector， horizontal wind： m·s-1， vertical motion： hPa·h-1） anomalies in favorable （left） and unfavorable （right） years along 78°E （a， b）， 90°E （c， d）， 120°E （e， f） |
印度洋、 西太平洋地区的海表温度变化可通过改变大气环流来影响中国降水变化（李启芬等， 2020）， 云-辐射相互作用可通过改变到达地表的短波辐射影响中国南海海温（Hong and Ren， 2013）； 云辐效应所造成的印度中部冷却和赤道印度洋变暖也可使辐射梯度增加， 进而增强局地哈德来环流（Prasanna and Annamalai， 2012）， 类比于此， 西太平洋地区春季云辐射效应北正南负地分布可能通过影响南北辐射加热梯度来增强西太副高西伸以及偏南风的。在中国东部和西太平洋地区， 当前期春季地表云辐射效应以23°N为界， 以北冷却效应偏弱， 以南冷却效应偏强时， 后期7月（120°E， 30°N）的西太副高脊线位置出现了一个向北倾斜的温度正异常中心［图9 （e）］， 究其原因， 可能是前期23°N -30°N云辐射冷却作用减弱， 15°N-23°N的云辐射冷却作用增强， 造成后期7月30°N温度偏高， 从而导致地表到对流层顶30°N向南和向北的温度梯度增加。这种整层向北倾斜的温度梯度增加， 使得高层200 hPa， 40°N向外的辐散增强， 中低层的气流向30°N的辐合增强， 从而造成中低层25°N -35°N的偏南风， 这不仅有利于西太副高的增强西伸， 也有利于偏南气流将水汽向高原地区输送， 不利年的情况则相反。综合看来， 前期春季地表净云辐射效应可通过改变温度场分布， 从而改变大气环流场， 进而影响利于高原低涡生成和发展的水汽和动力条件。
3.4 云辐射效应指数与环流场的关系
为了探究不同地区春季地表净云辐射效应对7月高原低涡及对其发生发展有利的天气形势的影响， 根据2001 -2017年春季地表净云辐射效应和7月高原低涡各特征的SVD分析结果， 选取春季云辐射效应对7月高原低涡影响较大的三个区域作为关键区［图4 （a）中方框］： 印度半岛关键区（15°N -25°N， 73°E -85°E）、 中国东部及东海关键区（24°N -30°N， 112°E -130°E）、 西太平洋关键区（15°N -22°N， 120°E -138°E）。定义云辐射效应指数 （印度半岛关键区云辐射效应指数）、 （西太关键区云辐射效应指数）、 （总云辐射效应指数）分别为：
以此来分析研究时段春季印度半岛、 西太地区以及整体的关键区云辐射效应对7月高原低涡发生发展的影响。其中， 、 和 分别为印度半岛、 中国东部和东海和西太平洋关键区区域平均春季地表净云辐射效应， 下标“STANDARIZE”表示进行标准化处理。
表3 2001—2017年春季地表净云辐射效应指数与7月高原低涡7个特征的相关系数Table 3 Correlation coefficients between the surface net cloud radiative effect index in spring and the 7 characteristics of QXPVs in July from 2001 to 2017 |
| 指数 | 频数 | 最小位势高度 | 强度 | 移出频数 | 移出率 | 暖涡频数 | 暖涡率 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.89*** | -0.46* | 0.32 | 0.58** | 0.40 | 0.83*** | 0.59** | |
| 0.65*** | -0.32 | 0.04 | 0.43* | 0.31 | 0.74*** | 0.65*** | |
| 0.80*** | -0.43* | 0.48* | 0.51** | 0.34 | 0.61*** | 0.32 |
*、 **、 ***分别表示在α=0.1、 0.05、 0.01水平上显著 |
进一步对比三个云辐射效应指数与7月低涡各特征的相关系数可以发现， 三个云辐射效应指数与7月高原低涡频数、 移出频数以及暖性高原低涡频数均表现为显著的正相关关系， 特别是与频数和暖涡频数的相关系数均超过了0.6， 在α=0.01水平上显著， 说明三个关键区的春季地表净云辐射效应可能对7月高原低涡生成频数和冷暖性质有重要的影响， 同时也对7月高原低涡的移出有着一定的作用； 印度半岛关键区春季云辐射效应指数（ ）与7月高原低涡最小位势高度和强度的相关系数均不显著， 而与7月高原低涡频数、 暖涡频数、 暖涡率表现为非常显著的正相关关系， 与移出频数也呈现较为显著的正相关关系， 因此推测印度半岛关键区春季地表净云辐射效应可能对7月高原低涡的生成频数及冷暖性质起着重要的作用， 对低涡的移出也有一定的贡献， 而对高原低涡的强度影响不大； 西太平洋关键区春季云辐射效应指数（ ）与7月高原低涡频数、 强度、 移出频数、 暖涡频数呈现显著的正相关关系， 与最小位势高度表现出显著的负相关关系， 说明西太地区春季地表净云辐射效应可能不仅对7月高原低涡生成频数、 冷暖性质以及是否移出高原起着重要的作用， 同时也对7月高原低涡的强度有一定的影响。
以上分析表明， 所定义的云辐射效应指数可以较好地反映春季地表净云辐射效应对高原低涡的影响， 以进一步探究不同关键区云辐射效应对利于7月高原低涡发生发展的环流形势的影响有何不同， 计算云辐射效应指数与7月u、 v风场以及位势高度的相关系数， 并作与风场的相关系数矢量及与位势高度的相关系数分布（图10 ）。从图10 （a）可以看出， 在850 hPa等压面上， 当春季总的云辐射效应指数（ ）偏强时， 7月西太平洋上的位势高度出现正异常区， 风场表现为反气旋性环流异常， 并且在青藏高原东南侧的东南风以及南侧的偏南风也异常偏强， 有利于将水汽从孟加拉湾和西太平洋向高原输送。
图10 总的云辐射效应指数（I tot） （a~c）、 印度半岛关键区春季云辐射效应指数（ ） （d~f）、 西太关键区春季云辐射效应指数（ ） （g~i）与7月850 hPa（左）、 500 hPa（中）、 200 hPa（右）风场（矢量）及位势高度（彩色区）的相关系数分布打点区为云辐射效应指数与位势高度的相关系数在α=0.1水平上显著 Fig.10 The distribution of the correlation coefficient between the surface net cloud radiative effect index in Spring of total （a~c）， Indian Peninsula （d~f）， West Pacific （g~i） key region and the wind field （vector）， geopotential height （color area） at 850 hPa （left）， 500 hPa （center）， 200 hPa （right） in July.The dotted area is the correlation coefficient between the cloud radiative effect index and the geopotential height is significant at the level of α=0.1 |
根据500 hPa春季总云辐射效应指数（ ）与7月风场的相关系数矢量及与位势高度的相关系数分布［图10 （b）］可以发现， 西太平洋及中国东部地区上空为异常的反气旋性环流和位势高度正异常区， 在青藏高原东南侧则表现为东南风偏强， 这有利于将西太平洋上的水汽向高原地区输送； 同时还可发现高原主体上空表现为异常的气旋性环流和位势高度负异常区， 为高原主体低层辐合增强提供条件。巴基斯坦/印度西北区域的沙尘-云-辐射反馈机制可引起南亚高压的收缩和西太副高的西移（Lau et al， 2020）。结合春季印度半岛和西太关键区云辐射效应指数（ 和 ）与7月风场的相关系数矢量及与位势高度的相关系数分布图［图10 （e）， （h）］， 发现在西太平洋到我国东部上空均表现为一个500 hPa反气旋性环流异常区， 而在西太关键区云辐射效应指数（ ）与7月风场的相关系数矢量及与位势高度的相关系数分布图［图10 （h）］中， 整个40°N以南的地区都为位势高度正异常区。另外， 印度半岛关键区云辐射效应指数（ ）与7月位势高度的相关分布图［图10 （e）］中， 高原主体上空为显著的位势高度负异常区， 风场表现为气旋性辐合。说明春季印度半岛和西太关键区云辐射效应均有利于7月西太副高偏强， 其中西太关键区春季云辐射效应对7月西太副高增强的作用可能比印度半岛关键区的更大， 而春季印度半岛关键区云辐射效应可能对高原主体500 hPa气旋性辐合的环流形势有重要的贡献作用。
在200 hPa的高层， 春季总云辐射效应指数（ ）与印度半岛关键区云辐射效应指数（ ）与7月风场的相关系数矢量及与位势高度的相关系数［图10 （c）， （f）］分布相似， 均表现为， 在青藏高原南部（北侧）上空的反气旋性（气旋性）环流异常偏强和位势高度正（负）异常区， 这不仅有利于高原上空南亚高压的增强， 在二者的作用下还有利于高原主体上空的西风急流增强， 为高层辐散增强提供了有利的条件； 而西太关键区云辐射效应指数与7月风场的相关系数矢量分布图［图10 （i）］中， 200 hPa高原北侧上空气旋性环流异常和主体上空的西风急流及位势高度异常则没有那么显著。表明春季地表净云辐射效应造成7月200 hPa南亚高压偏东偏强以及西风急流的偏强可能主要由印度半岛春季地表净云辐射效应偏强所引起的。
以上所得的结论与本文“3.3云辐射效应影响低涡发生发展的可能机制”中得出的春季印度半岛云辐射效应主要影响印度半岛中低层气旋性环流和高层南亚高压， 春季中国东部云辐射效应主要影响西太副高的强度， 进而对有利于高原低涡发生发展的条件造成影响。据此， 可以总结出前期春季地表净云辐射效应影响后期高原低涡发生发展的可能机制（图11 ）。当春季印度半岛中部地表云辐射加热偏强时， 地表的温度升高， 温度垂直递减率减小， 造成大气稳定度减弱， 从而造成后期7月印度半岛低层辐合增强， 高层辐散增强， 低层的辐合增强有利于增强印度半岛中低层的气旋性环流， 从而有利于将孟加拉湾的水汽向青藏高原输送， 为高原低涡的生成和发展提供水汽条件； 高层的辐散增强有利于南亚高压的增强东伸， 与青藏高原主体低层的气旋性辐合环流相配合， 增强高原主体的上升运动， 为高原低涡的发生发展提供动力条件。当中国东部及西太平洋地区以23°N为界， 以北春季云辐射冷却减弱， 以南春季云辐射冷却增强时， 造成西太平洋地区30°N左右的区域地表温度升高， 形成后期7月地表到对流层顶向北倾斜的温度正异常中心， 此区域整层大气向北和向南温度梯度增加， 从而造成高层40°N左右的辐散增强， 对南亚高压的增强东伸有一定的贡献作用； 同时中国东海岸中低层向30°N的辐合增强， 有利于其南侧的偏南气流增强， 导致西太副高增强西伸， 从而造成东南气流增强， 一方面与孟加拉湾的偏南气流共同作用， 在青藏高原形成辐合形势， 为高原低涡的发生发展提供动力条件， 另一方面有利于将西太平洋上的水汽向内陆输送， 为低涡的生成和发展提供水汽条件。
4 结论
高原低涡作为青藏高原夏季主要的降水系统之一， 对青藏高原及其下游的降水有重要的影响， 本文主要利用统计学方法分析了2001 -2017年前期春季地表净云辐射效应对后期7月高原低涡7个特征之间的联系， 并探讨了前期云辐射效应对后期高原低涡发生发展有利的环流场的特征， 最后挑选出前期云辐射效应对后期高原低涡影响较大的区域， 定义云辐射效应指数讨论不同关键区前期云辐射效应对后期有利于高原低涡发生发展的环流形势的影响， 主要得出以下结论：
（1） 研究时段春季地表净云辐射效应与7月高原低涡7个特征之间存在着明显的相关关系。具体来说， 印度半岛和中国东部到东海地区（25°N以南的西太平洋地区）春季地表净云辐射效应与7月低涡频数、 强度、 暖涡数和暖涡率表现为显著的正（负）相关关系； 而20°N左右的西太平洋地区及东北地区春季地表净云辐射效应与7月低涡移出数和移出率呈显著的负相关关系。
（2） 春季地表净云辐射效应和7月高原低涡的7个特征之间具有较为一致的年际变化趋势， 当印度半岛春季地表云辐射效应偏强， 而中国东部及西太平洋地区春季地表净云辐射效应以23°N为界， 表现为北高南低时， 7月高原低涡频数偏多、 强度偏强、 暖性高原低涡和移出的高原低涡偏多， 反之亦然。
（3） 当春季云辐射效应有利于7月高原低涡发生发展时， 高原南侧850 hPa偏南风偏强， 利于孟加拉湾水汽向高原输送， 为高原低涡的生成和发展提供水汽条件。500 hPa西太副高西伸明显， 高原主体500 hPa辐合偏强， 200 hPa南亚高压东伸明显且强度更强， 高空西风急流偏强， 为高空辐散提供条件， 与低层辐合相配合有利于高原低涡的生成与发展。
（4） 印度半岛中部云辐射加热效应， 增加了地表温度， 减小地表温度， 有利于低层辐合、 高层辐散的形势， 从而造成印度半岛中低层气旋性环流和高层南亚高压增强， 利于孟加拉湾水汽向高原输送， 并增强高原主体低层的气旋性环流， 为高原低涡提供水汽和动力条件； 中国东部及西太地区以23°N为界， 表现为以北（南）云辐射冷却减弱（增强）时， 西太平洋地区30°N向北和向南的温度梯度增加， 从而造成高层辐散增强、 中低层辐合增强， 有利于高层南亚高压增强东伸、 中低层西太副高增强西伸， 从而利于水汽向高原输送， 为低涡提供水汽条件。
（5） 定义了印度半岛关键区、 西太关键区云辐射效应指数和总云辐射效应指数， 并计算3个云辐射效应指数与7月高原低涡各特征的相关系数， 发现印度半岛关键区春季地表净云辐射效应可能对7月高原低涡的生成频数及冷暖性质起着重要的作用， 对低涡的移出也有一定的贡献， 而对高原低涡的强度影响不大； 西太地区春季地表净云辐射效应不仅与7月高原低涡生成频数、 冷暖性质以及是否移出高原有明显的联系， 同时可能还对7月高原低涡的强度有一定的影响。
（6） 不同地区春季地表净云辐射效应对环流场的影响不同， 印度半岛和西太关键区春季云辐射效应共同作用造成7月850 hPa高原南侧偏南风增强； 西太关键区春季云辐射效应对7月副热带高压西伸的贡献作用比印度半岛关键区云辐射效应大， 而春季云辐射效应引起的500 hPa高原主体气旋性环流偏强由印度半岛关键区起主要贡献作用； 春季地表净云辐射效应造成7月200 hPa南亚高压偏东偏强由印度半岛和西太关键区云辐射效应共同贡献， 而200 hPa西风急流的偏强可能主要由印度半岛春季地表净云辐射效应偏强所引起的。
本文所得出的结论对认识云辐射效应对高原低涡的影响方面有积极意义。但仅使用了净云辐射效应进行研究， 而长、 短波云辐射效应及白天和夜间的云辐射效应的作用具有显著的差异， 未来还应对这些不足进行研究和更加深入地讨论。