西南涡是出现于中国青藏高原东南侧川西高原及四川盆地700 hPa或850 hPa等压面上的α中尺度(水平尺度为300~500 km, 也称次天气尺度或中间尺度)气旋系统, 平均以700 hPa等压面最清楚, 它是青藏高原大地形和川西中尺度地形共同影响的产物(李国平, 2007)。西南涡产生后, 当其在源地停滞时, 可以产生一些阴雨天气, 但范围不大, 且有明显的日变化。当其移出时, 往往引起明显降水天气, 并且降水强度和范围都较大。就其造成的暴雨天气的强度、频数和范围而言, 仅次于台风(及其残留低压), 许多我国历史上罕见的特大洪涝灾害, 都与西南涡活动密切相关(王作述等, 1996)。因此, 西南涡是影响我国夏半年降水天气的重要系统。

关于夏季西南涡的年际变化特征及其强降水影响方面, 已有了不少研究。一方面, 关于夏季西南涡年际变化特征的研究取得了许多有意义的研究成果, 例如陈启智等(2007)统计了1990-2004年发生在川渝地区的西南涡后, 发现夏季西南涡频数相对春季变化的幅度较小, 即夏季低涡频数相对变化较平稳, 夏季西南涡频数年际变化中出现最大值、最小值的年份与全年总频数年际变化中出现最大值、最小值的年份对应。谌贵珣等(2008)分析2000-2007年的西南低涡频数后, 指出西南涡在2002年出现最多, 2005年出现最少, 但从其统计结果看出西南涡频数的年际变化波动较剧烈。另一方面, 关于夏季西南涡对降水影响方面的研究可以追溯到20世纪90年代, 徐裕华(1991)就曾指出西南涡是夏半年造成西南地区重大降水过程的主要天气系统之一, 四川省4-9月的降雨过程, 绝大多数与西南涡有关。尤其是暴雨天气过程, 与西南涡活动有着直接的关系。之后, 在这方面又陆续出现了一些新的研究成果, 例如陈艳(2007)研究西南涡气候特征与降水的关系时得到, 西南涡与长江中下游及其周边地区的降水量在年代际尺度上的相关较好, 低涡引起降水的逐年变化也呈现上升趋势, 其引起降水的增加量从5-9月逐渐减少。陶丽(2012)指出西南涡发生频次与川渝地区降水量相关最好的区域正好位于低涡东移影响最频繁的四川东南部和重庆西南部, 低涡东移可能是引发川东南和渝西南区域降水的一个重要因子。

综合上述研究成果发现, 尽管关于西南涡活动基本特征、降水天气影响等方面得出了一些有意义的结论。然而, 也存在一些薄弱的方面, 例如研究西南涡对降水的影响没有考虑到不同生命史和不同涡源的西南涡对季节降水的不同贡献, 这是由于初生于川西高原的低涡, 一般不移出源地, 生命史较短, 产生降水的量级较小, 对盆地年际降水的贡献较小, 而初生于盆地的低涡, 生命史也较长, 通常产生的降水也较强, 因而对降水的贡献更大, 有必要对其区分研究。此外, 对于影响西南涡发生发展的因子, 已有研究主要围绕一些中小尺度的动力和热力因子对低涡的影响, 而基于季节尺度分析影响夏季西南涡频数年际变化的环流场的相关研究目前出现较少等。

基于以上研究现状, 以及西南涡研究中已有的一些共识(李超等, 2015; 陈启智等, 2007; 陈忠明等, 2000; 徐裕华, 1991; 傅慎明, 2009)。本文将围绕夏季长生命史盆地低涡的年际变化, 以及该类低涡活动对盆地地区季节降水的影响两个主要方面展开深入研究, 主要是考虑到以下三点: (1) 川西高原地区测站较少, 而四川盆地测站相对密集许多; (2) 夏季长生命史的盆地涡一般影响范围较大, 产生的降水不仅强度较大而且落区范围较广, 而短生命史的盆地涡大多数都是局地短时扰动(尤其位于川西高原向盆地过渡处的盆地西南部), 产生降水量级较小, 不加以区分研究会给研究结果带来误差; (3) 地形对降水有重要影响, 川西高原地形起伏较大, 四川盆地地形相对平坦, 为了减小地形因素对降水的影响, 研究范围宜集中于四川盆地地区。

所用资料为1983-2012年每年夏季(6月、7月、8月), 每日4个时次ERA-interim的位势高度场、风场再分析资料, 水平分辨率为0.75°×0.75°, 以及中国国家气象信息中心发布的1983-2012年每年夏季全国824个国家气象基准站的日降水资料。

对于原始数据的处理, 一方面, 本文采用文献(李超等, 2015)关于四川盆地低涡的定义, 对逐年夏季每天四个时次的天气图进行普查, 将出现在26°N-33°N, 103°E-110°E范围内, 满足以下条件的涡旋定义为四川盆地低涡, 具体条件分别为: (1) 850 hPa等压面或700 hPa等压面位势高度场上的低值中心出现在上述规定范围内, 而且上述规定范围内位势高度场上出现闭合或趋于闭合(超过3/4个圆周)的等值线; (2) 高度场低值中心附近对应有风场的辐合低值中心(中心数值小于或等于10^-5); (3) 高度场低值中心附近对应有风场的涡度高值中心。此外, 对于筛选出的低涡, 追溯前一时次(前6 h)在盆地上游的川西高原700 hPa等压面找不到闭合或趋于闭合的等值线, 满足以上条件的涡旋系统定义为盆地低涡(简称盆地涡)。之后, 按生命史对上述低涡进一步划分, 将低涡持续时间大于等于24 h的个例, 定义为本文重点研究的长生命史盆地涡。与此同时, 将每年夏季6月、7月、8月的月平均位势高度场、风场再分析资料, 经过季节化平均处理后得到每年夏季季节平均的位势高度场、风场资料。而将每年夏季6月、7月、8月位于盆地涡初生源地范围(27°N-33°N, 103°E-110°E)以内的国家气象基准站的日降水资料, 经过累加处理为每年夏季盆地地区的季节降水。

研究选取的再分析资料为欧洲中心的ERA-interim资料, 此资料相比其他资料在高原东部地区以及四川盆地地区有更好的适用性, 其依据主要来源于以下几个方面: (1) 李瑞青等(2012)在检验了NCEP/DOE、ERA-interim、JRA-25这三种再分析资料在高原东部地区的适用性后指出, NCEP资料与JRA资料在近20年质量有变差的趋势, ERA资料在近20年质量有变好的趋势, 而本文的主要研究时段为最近30年; (2) 支星等(2013)在对比了中国105个测站的探空资料与NCEP/DOE、ERA-interim、JRA-25三种再分析资料后指出, 夏季NCEP资料在对流层上层与探空资料较接近, 而ERA和JRA资料在对流层中下层与探空资料较为接近, 而盆地涡主要是对流层中下层的低值系统; (3) 赵天保等(2006, 2009)在对比分析了整个中国区域内ERA、NCEP再分析资料以及观测资料三者的差别后指出, 就大多数地区而言(包括西南地区), ERA资料在中国区域气候变化研究中具有较好的适用性, 特别是在年代际气候变化研究中要明显好于NCEP资料, 而本文在考虑长生命史盆地涡对盆地地区季节降水的影响时, 需要尽量减少资料的气候变率误差对研究的负面影响。综上所述, 选取ERA-interim资料作为主要研究资料。

根据长生命史盆地涡筛选结果, 将盆地涡初生时(第一个时次)位势高度场最低值所处的经纬度位置定义为低涡源地, 统计得到了长生命史盆地涡的涡源分布频次(图 1)。从图 1可以看出, 盆地涡的涡源主要分布在两个区域, 其中一个区域主要包括27°N-30°N, 103.5°E-106°E范围内的盆地西南部地区和云南东北部部分地区, 最大频数中心出现在28.5°N, 104.25°E, 这一区域主要位于川西高原南部和云贵高原北部与四川盆地相连的地带; 另一个区域主要包括30°-33°N, 106°-109.5°E范围以内的盆地东北部地区(包括四川东北部地区和重庆中北部地区), 最大频数中心出现在30.75°N, 107.25°E, 这一区域主要位于四川东部大巴山以南的四川东北部达州及重庆以北附近地区。根据以上低涡生成的高频中心可以将长生命史的盆地涡大致分为:西南型盆地涡和东北型盆地涡。此外, 西南型盆地涡的出现频数要远大于东北型盆地涡的出现频数。这一统计结果与文献(李超等, 2015)中夏季各类生命史盆地涡的涡源统计结果保持一致, 进一步分析其原因主要有:盆地西南部比东北部地势要高, 夏季地表感热作用更明显, 有利于西南型盆地涡的生成。此外, 陈启智等(2007)也曾指出夏季由青藏高原和横断山脉的阻挡而出现的西风绕流, 不断向位于横断山脉背风侧的盆地西南部地区进行涡度输送, 不断输送的涡度有利于此处低涡的生成。而东北型盆地涡的生成可能是由于夏季的季风活动强盛, 并配合西太平洋副热带高压甚至台风的综合作用, 导致在盆地东北部产生了一系列的低涡。对比上述两类低涡的成因可以发现, 有利于长生命史西南型盆地涡生成的因子是长期维持的, 而有利于长生命史东北型盆地涡生成的因子随大气环流变化而间歇出现, 因此长生命史盆地涡的涡源呈现上述分布特征。

图 1(Figure 1)

图 1 1983-2012年夏季盆地涡生成频数的区域分布(单位:次)绿色区域表示海拔1500 m以上地形, 数字表示观测站的编号 Figure 1 The regional distribution of the frequency (unit: times) concerned with basin vortex generated in summer from 1983 to 2012.Green shaded area represents terrain above 1500 meters, the number represents ID of observation stations

基于上述盆地涡的分类标准, 分别统计了夏季不同类型长生命史盆地涡频数的年际变化以及年均季节降水分布(图 2, 图 3)。此外, 还分别计算了不同类型盆地涡的标准差及其与年际降水的相关系数(表 1, 表 2)。

图 2(Figure 2)

图 2 1983-2012年夏季不同类型长生命史盆地涡的年际变化以及盆地区域平均季节降水的年际变化 Figure 2 The inter-annual variation of different long lifespan basin vortex in summer and the inter-annual variation of average seasonal precipitation in basin from 1983 to 2012

图 3(Figure 3)

图 3 19832-012年夏季西南型(a, c)和东北型(b, d)长生命史盆地涡的年均季节累积降水(a, b, 单位: mm)和日均降水强度(c, d, 单位: mm) Figure 3 The average seasonal precipitation (a, b, unit: mm) and the intensity of daily precipitation (c, d, unit: mm) of different long lifespan basin vortex about southwest (a, c) and northeast (b, d) type in summer from 1983 to 2012

表 1(Table 1)

表 1 夏季不同类型长生命史盆地涡频数与盆地地区降水的标准差分析以及相关性分析 Table 1 The standard deviation analysis and correlation analysis about the frequency of different long lifespan basin vortex and basin precipitation in summer 频数类型 标准差/次 与降水的相关系数 相关系数显著性检验 西南型盆地涡频数 11.4891 0.1853 t=0.9978＜t0.05/2 东北型盆地涡频数 6.1644 0.3988* t=2.3012>t0.05/2 两类低涡频数之和 11.7473 0.3717* t=2.1186>t0.05/2  注: *表示通过了α=0.05显著性水平检验

表 1 夏季不同类型长生命史盆地涡频数与盆地地区降水的标准差分析以及相关性分析 Table 1 The standard deviation analysis and correlation analysis about the frequency of different long lifespan basin vortex and basin precipitation in summer

表 1(Table 1)

表 2 1983-1997年与1998-2012年夏季不同类型长生命史盆地涡频数和盆地降水的标准差对比 Table 2 Comparison of standard deviation on frequency of different long lifespan basin vortex in summer within two period of 1983 to 1997 and 1998 to 2012, respectively 频数类型和季节降水 标准差/次 1983-1997年 1998-2012年 西南型盆地涡频数 8.4853 7.7460 东北型盆地涡频数 4.1231 4.5826 盆地区域平均季节累积降水 255.8721 349.6840

表 2 1983-1997年与1998-2012年夏季不同类型长生命史盆地涡频数和盆地降水的标准差对比 Table 2 Comparison of standard deviation on frequency of different long lifespan basin vortex in summer within two period of 1983 to 1997 and 1998 to 2012, respectively

从夏季不同类型长生命史盆地涡频数与盆地地区降水的标准差分析以及相关性分析(表 1)可以看出, 一方面, 西南型盆地涡频数的标准差明显大于东北型, 由此可以推出西南型盆地涡的年际振荡比东北型更显著, 另一方面, 西南型盆地涡与降水的相关系数远小于东北型, 且通过相关性检验后发现, 前者相关性不显著, 后者相关性显著, 由此可以推出夏季东北型盆地涡与盆地降水的相关性较好。从图 2可以看出, 夏季长生命史西南型盆地涡频数明显大于东北型, 而根据夏季盆地地区平均降水的年际变化折线和线性趋势图, 可以发现1998年降水达到最大值, 2006年降水达到最小值, 1983-1987年降水呈现减少的趋势, 在1998年降水取得最大值后, 继续呈现减少的趋势。将1998年作为分界值点, 分别求前15年和后15年两类盆地涡频数和盆地降水的标准差, 得出的统计结果如表 2所示, 1998年后相比1998年前, 西南型盆地涡的年际振荡呈现减少的趋势, 而东北型盆地涡的年际振荡和盆地平均降水的年际振荡均呈现微弱的增大趋势。从图 3可以看出, 西南型盆地涡的季节降水区位于盆地西南部与川西高原南部相连接的地区, 东北型盆地涡的季节降水区位于盆地东北部与大巴山、秦岭相连接的地区, 此外, 由于西南型盆地涡相比东北型盆地涡出现频次较高, 因而它的年均季节累积降水较多。但是, 通过对比二者诱发的日均降水数值发现东北型盆地涡诱发的日均降水强度更强, 且降水范围更广。综合上述已有的研究结论, 可以认为虽然夏季长生命史东北型盆地涡对盆地地区季节降水贡献更大, 但是东北型盆地涡诱发降水的致灾性更强。

夏季盆地涡是四川盆地地区的主要降水系统, 将夏季不同类型长生命史盆地涡与西南地区各观测站季节降水求相关系数(图 4), 该计算结果可以反映出不同类型盆地涡诱发降水的主要影响区域。从图 4可以看出, 夏季长生命史西南型盆地涡与降水场相关性最好的区域主要位于雅安、成都、眉山、乐山等盆地西南部与川西高原南部相连接的地区。而夏季长生命史东北型盆地涡与降水场相关性最好的区域主要位于巴中、达州、重庆北部等盆地东北部与大巴山、秦岭相连接的地区。因此, 西南型盆地涡和东北型盆地涡与夏季降水场的显著相关区有明显差异。此外, 东北型盆地涡的主要影响区域的范围明显大于西南型盆地涡。对比不同类型盆地涡的涡源分布特征后发现, 受长生命史西南型盆地涡活动影响最显著的地区主要位于该类低涡初生源地附近的局地地区, 说明该类低涡生成后较少移动。而受长生命史东北型盆地涡活动影响最显著的地区主要位于川、陕、渝、豫四省交界的大巴山、秦岭附近的较大范围地区, 说明长生命史东北型盆地涡生成后具有明显的移动特征。

图 4(Figure 4)

图 4 1983-2012年夏季不同类型长生命史盆地涡与季节降水的相关系数场 (a)西南型, (b)东北型, 浅绿色表示通过0.05显著性检验, 深绿色表示通过0.01显著性检验 Figure 4 The correlation coefficient field between seasonal precipitation and frequency of different long lifespan basin vortex in summer from 1983 to 2012.(a) southwest type, (b) northeast type, the light and dark green shaded represent have passed the significance level at 0.05 and 0.01, respectively

分析两类低涡出现上述差异的原因, 可能是因为夏季大部分长生命史西南型盆地涡由于受地形感热作用致使生成后较少移动(李超等, 2015), 因而产生的降水主要集中在盆地西南部, 而大部分长生命史东北型盆地涡生成后, 对流发展旺盛, 发展深厚的低涡极易沿副热带高压外围移动(李超等, 2015), 因而该类低涡的影响区域主要分布于副热带高压外围的大巴山、秦岭附近地区。

上文已证实不同类型长生命史盆地涡活动对川渝地区季节降水的影响有所差别, 有必要基于季节尺度, 对两类盆地涡频数异常年份的大气环流特征分别作进一步分析, 从而确定影响两类盆地涡各自频数变化的大气环流因子。

本文关于频数正常年和异常年的判定标准, 主要是基于低涡频数经过z-score标准化处理后得出的分布图, 将低涡频数经过标准化处理后位于[-1, 1]范围内的年份定义为正常年, 上述范围之外的年份定义为异常年。下图为两类盆地涡频数经过标准化处理后得出的结果。

图 5可以看出, 西南型盆地涡频数分别在1985年、1989年、1990年、2003年、2010年超过正标准线, 而在1983年、1987年、2000年、2002年、2006年超过负标准线, 东北型盆地涡频数在1983年、1987年、2000年、2005年、2010年超过正标准线, 而在1988年、1994年、1997年、1999年、2001年超过负标准线。因此, 将标准化数值大于1的年份定义为异常偏多年, 将标准化数值小于-1的年份定义为异常偏少年。

图 5(Figure 5)

图 5 标准化处理后西南型(a)和东北型(b)两类长生命史盆地涡频数的年际变化 Figure 5 The inter-annual variation of standardized long lifespan basin vortex of southwest (a) and northeast (b) type

分别将夏季长生命史西南型盆地涡、长生命史东北型盆地涡异常偏多年与异常偏少年位势高度场的年均值与30年(具体指1983-2012年)位势高度场的年均值做差, 再对计算得到的差值做显著性检验, 从而重点研究低涡异常年份里的大尺度环流异常对两类低涡频数变化的影响, 根据通过显著性检验的区域确定影响盆地涡频数变化的主要大尺度环流因子。

从长生命史西南型盆地涡频数偏多年与偏少年500 hPa和200 hPa的位势高度异常对比(图 6)可以看出, 从季节尺度上来说, 中纬度地区贝加尔湖以西地区的低槽明显偏强, 西太平洋副热带高压西伸明显时, 有利于夏季更多的西南型盆地低涡生成, 反之, 不利于夏季更多的西南型盆地涡生成。对上述环流系统的可能影响机制进一步分析可知, 当中纬度地区西风槽加强时, 有利于更多的干冷空气南下, 而当副热带高压位置西伸明显加强时, 其外围西南侧的东南气流会携带大量水汽, 输送到盆地以西地区, 冷暖空气在盆地西部交汇有利于西南型盆地涡的生成。上述结论与矫梅燕等(2005)对一次川东大暴雨进行中尺度分析后得出的结论基本一致, 她指出中纬度低压槽的东移与西伸加强的副热带高压在青藏高原北部地区形成了有利于高原切变线和西南低涡生成发展的环流条件。

图 6(Figure 6)

图 6 长生命史西南型盆地涡频数偏多年(a, c)与偏少年(b, d) 500 hPa (a, b)和200 hPa (c, d)的位势高度异常对比(单位: gpm) 等值线表示异常年的年均值, 阴影区表示之间差异通过0.1显著性检验的区域 Figure 6 The comparison of anomalous geopotential height on 500 hPa (a, b) and 200 hPa (c, d) between abnormal abundant (a, c) and abnormal lack (b, d) on frequency of southwest type. Contour represents average value of anomaly years, the shaded area has passed the significance level at 0.1 (unit: gpm)

从长生命史东北型盆地涡频数偏多年与偏少年500 hPa和200 hPa的位势高度异常对比(图 7)可以看出, 从季节尺度上来说, 南亚高压东伸不明显且强度偏弱, 以及位于贝湖以北西伯利亚地区的高纬度高压脊偏强且稳定维持时, 有利于夏季更多的东北型盆地低涡生成。反之, 不利于夏季更多的东北型盆地涡生成。对上述环流系统的可能影响机制进一步分析可知, 当南亚高压强度较强且东伸明显时, 受其影响的地区维持较强的下沉气流, 而下沉气流的加强不利于东北型盆地涡的生成。因此, 只有当南亚高压强度较弱且主体维持在高原上空时, 才有利于更多的东北型盆地涡生成。当西伯利亚地区的高纬度高压脊偏强时, 表明北方冷空气活动相对比较活跃。上述大尺度环流型与陈栋等(2007)总结川东西南涡大暴雨的“鞍”型大尺度背景环流场得出的结论保持一致, 他认为在大暴雨期间四川盆地北部由于受中高纬长波东移调整的影响, 不断有低压槽分裂出来并影响此地区, 西太平洋副高西伸到四川盆地东部以及存在于高原中部的高压共同作用, 从而形成明显“鞍”型大尺度环流配置。

图 7(Figure 7)

图 7 长生命史东北型盆地涡频数偏多年(a, c)与偏少年(b, d) 500 hPa (a, b)和200 hPa (c, d)的位势高度异常对比(单位: gpm) 等值线表示异常年的年均值, 阴影区表示之间差异通过0.1显著性检验的区域 Figure 7 The comparison of anomalous geopotential height (unit: gpm) on 500 hPa (a, b) and 200 hPa (c, d) between abnormal abundant (a, c) and abnormal lack (b, d) on frequency of northwest type. Contour represents average value of anomaly years, the shaded area has passed the significance level at 0.1

除了大尺度环流异常对盆地涡频数变化有重要影响, 局地风场异常对盆地涡频数变化也同样有重要影响, 对风场资料的处理方法与前一章节相同, 分别将夏季长生命史西南型盆地涡、长生命史东北型盆地涡异常偏多年与异常偏少年风场的年均值与30年(1983-2012年)风场的年均值做差, 再对计算得到的差值做显著性检验, 根据通过显著性检验的区域确定影响盆地涡频数变化的主要风场因子。

对长生命史西南型盆地涡来说, 相较于纬向风场, 经向风场对该类低涡频数变化的影响较大, 并且经向风场通过显著性检验的区域主要位于盆地东北部大巴山地区附近(图 8), 说明700 hPa等压面流经盆地东北部地区, 受高原南支绕流与副热带高压外围西南气流共同影响的西南气流, 对长生命史西南型盆地涡有重要影响。具体表现为当高原南支绕流偏强, 以及副热带高压西伸时, 其外围西北侧的西南气流偏强时, 有利于更多的长生命史西南型盆地涡的生成。反之, 不利于更多的长生命史西南型盆地涡的生成。对上述气流的可能影响机制进一步分析可知, 高原南支绕流的强度决定了位于横断山脉背风侧的盆地西南部地区的涡度输送强度(陈启智等, 2007), 副热带高压外围的西南暖湿气流, 为低涡生成发展提供了充足的水汽。

图 8(Figure 8)

图 8 长生命史西南型盆地涡频数偏多(左)、偏少(右)年的纬向(a~d)和经向(e~h)风场(矢量箭头, 单位: m·s-1)异常检验 (a, b, e, f) 850 hPa, (c, d, g, h) 700 hPa, 绿色区域表示不同等压面对应的地形遮挡, 蓝色阴影区表示通过了0.1的显著性检验, 红色方框区域分别表示局地纬向、经向风场有显著差异的区域 Figure 8 The test of zonal (a~d) and meridional (e~h) wind field (vector arrow, unit: m·s-1) concerned with frequency of long lifespan southwest type of vortex in abnormal abundant years (left) and lack years (right). (a, b, e, f) 850 hPa, (c, d, g, h) 700 hPa, the shaded area represent terrain cover on different isobaric surface, blue shaded area has passed the significance level at 0.1, red square represents significant difference of local zonal wind field and meridional wind field, respectively

对长生命史东北型盆地涡来说, 纬向风场和经向风场对该类低涡频数变化均有显著影响(图 9), 风场通过显著性检验的区域主要位于云贵高原东部地区, 盆地中西部地区, 以及盆地东南部与云贵高原相连的地区, 说明当副热带高压西伸时, 其边缘正好位于盆地东南部与云贵高原东部相连的地区时, 受副热带高压下层气流影响该地区低层出现反气旋型气流, 而盆地东北部正好位于副热带高压的外围, 此时有利于更多长生命史东北型盆地涡的生成。然而当副热带高压继续西伸时, 盆地东北部地区处于副热带高压的笼罩下, 反气旋气流相应推进至盆地东北部及北部附近地区, 此时不利于更多东北型盆地涡的生成。

图 9(Figure 9)

图 9 长生命史东北型盆地涡频数偏多(左)、偏少(右)年的纬向(a~d)和经向(e~h)风场(矢量箭头, 单位: m·s-1)异常检验 (a, b, e, f) 850 hPa, (c, d, g, h) 700 hPa, 绿色区域表示不同等压面对应的地形遮挡, 蓝色阴影区表示通过0.1的显著性检验, 红色方框区域分别表示局地纬向、经向风场有显著差异的区域 Figure 9 The test of zonal (a~d) and meridional (e~h) wind field (vector arrow, unit: m·s-1) concerned with frequency of long lifespan northwest type of vortex in abnormal abundant years (left) and lack years (right). (a, b, e, f) 850 hPa, (c, d, g, h) 700 hPa, the shaded area represent terrain cover on different isobaric surface, blue shaded area has passed the significance level at 0.1, red square represents significant difference of local zonal wind field and meridional wind field, respectively

通过对19832012年夏季(6月、7月、8月)长生命史盆地涡的年际变化特征及其对盆地季节降水的影响, 得到以下主要结论:

(1) 夏季长生命史盆地涡的涡源主要有两处, 一类位于川西高原南部和云贵高原北部与四川盆地相连的地带, 一类位于四川东部大巴山以南的四川东北部达州及重庆以北附近地区。因此, 根据涡源的不同, 将其划分为长生命史西南型盆地涡和长生命史东北型盆地涡。

(2) 夏季长生命史西南型盆地涡出现频数较东北型盆地涡要多, 年际振荡较东北型盆地涡明显。此外, 尽管长生命史西南型盆地涡对季节累积降水贡献较大, 但长生命史东北型盆地涡产生的日降水强度更强, 降水范围更广。

(3) 夏季长生命史西南型盆地涡由于较少移动, 其主要影响地区位于初生源地附近的局地地区, 而长生命史东北型盆地涡由于具有明显的移动特征, 其主要影响地区位于副热带高压外围的较大范围地区。

(4) 从季节尺度上来说, 当中纬度长波槽偏强, 副热带高压西伸明显, 以及高原南支绕流偏强时, 有利于更多长生命史西南型盆地涡的生成; 而当南亚高压强度偏弱, 高纬度西伯利亚高压脊稳定维持, 以及西伸的副热带高压边缘正好位于云贵高原东部地区附近时, 有利于更多长生命史东北型盆地涡的生成。

虽然本文围绕夏季长生命史盆地低涡活动对川渝地区季节降水的影响这一研究重点, 初步揭示了一些有意义的事实, 但是, 也存在着一些不足和需要改进的地方, 尤其是在以下几个方面: (1) 本研究采用的是再分析资料, 存在有误差, 待高时空分辨率的观测资料(李跃清等, 2010, 2011, 2012)进一步丰富以后, 对研究结果进行进一步的检验、修改; (2) 对于生成于四川盆地的低涡, 盆地西南部正好西连高海拔的川西高原, 南接云贵高原, 复杂地形背景下, 850 hPa等压面提取到的位于盆地西南部的低涡有可能是上游川西高原九龙风场气旋性切变移出进一步发展形成的, 切变移出进一步发展形成盆地涡过程中也可能会引发强降水, 而且西南型盆地低涡与降水相关场也反映出位于西南部的高相关区向上游九龙地区延伸的特征, 因此, 这种降水是由盆地低涡引起还是上游移出的风场气旋性切变引起较难区分; (3) 分析夏季长生命史盆地低涡频数变化的关键大气环流因子时, 只是基于合成场, 定性分析了影响盆地涡频数变化的大气环流因子, 然而具体系统的影响机制还需进一步的深入研究。(4) 本文主要研究长生命史的低涡对盆地降水的影响, 并未讨论短生命史低涡对盆地降水的影响, 主要是考虑到短生命史尤其是初生于盆地西南部的低涡, 受局地扰动影响, 比长生命史盆地低涡成因更加复杂, 也需要后续进一步的研究。