西南低涡是在中国西南地区(100°E—108°E, 26°N—33°N)范围内发生发展的中尺度气旋性涡旋, 一般出现在850~700 hPa等压面上, 是青藏高原东侧背风坡的地形和大气环流共同作用的产物。西南低涡生成后, 多数局地少动, 逐渐减弱消失, 引发川渝地区的暴雨天气过程; 少数在有利的环流形势下发展东移, 生命史可达6~7天, 给四川盆地、长江中下游、淮河流域、华南甚至华北地区带来强降水天气, 是中国夏半年暴雨的重要影响系统之一。就其所造成的暴雨天气的强度、频数和范围而言, 可以说重要性是仅次于台风及其残余低压而位居第二的降水系统(陶诗言, 1980; 卢敬华, 1986; 康岚等, 2011; 王作述等, 1996)。许多西南低涡引发强降水的天气个例表明, 西南低涡与热带气旋有着密切的联系(陈忠明等, 2004a; 刘红武等, 2008; 何光碧, 2012)。例如, 周国兵等(2006)发现西南低涡生成后由于受台风“桑达”的阻塞影响, 移动速度变慢, 强度增大, 生命期延长, 并触发低涡附近特大暴雨过程。陈忠明等(2002)指出活跃于南海的热带气旋, 可通过其北侧偏东南低空强风带的向北伸展, 与四川盆地西南低涡东侧的偏南气流贯通, 实现两者的相互作用, 建立水汽和能量输送带。康岚等(2013)对2010年7月14—18日发生在四川盆地的大暴雨天气过程进行诊断分析, 指出台风环流东侧偏南气流和副高西侧偏南气流长时间的融合贯通, 一方面有利于“鞍”型场大尺度环流背景稳定和低层西南涡的发展及维持; 另一方面两支气流叠加构成输送带, 将低纬大量水汽和热量向暴雨区上空输送, 有利于暴雨区上空水汽的积聚及形成高能不稳定区。李云川等(2012)指出海上热带低压对西南涡的稳定和维持有远距离作用。由于热带低压的存在而促使西南低涡的发展, 这类研究多是以某次个例为研究对象, 对一次天气过程进行诊断分析, 虽能揭示一些西南低涡和热带气旋的相互关系, 但不具有普适性。

统计分析作为西南低涡研究的一项基础性工作, 开展时间较早, 通过对不同时间段西南低涡的发生频次、源地、生命史、移动情况等进行统计分析, 可以更全面更系统的揭示西南低涡的特征, 对西南低涡的研究具有重要意义。目前西南低涡统计方面的工作进行的相对较少, 陈忠明等(1999)利用1983—1992年逐日资料对西南低涡活动的年、季、月和日变化进行统计分析, 指出低涡东部急流的存在有助于西南低涡的发展东移。梁丽红等(2012)统计分析1980—2008年影响云南的西南涡特征, 结果表明, 1/8~1/7的西南涡能移出四川并影响云南, 影响云南的西南涡初生涡源区主要集中在九龙和四川盆地, 东南路径最多, 春末和夏季频数最多, 表现出日变化特征。刘祥等(2017)和刘国忠等(2007)分别对不同时段影响华南地区的西南涡进行统计分析, 结果表明6月是西南低涡引发华南暴雨的多发月, 影响低涡以规律性移动低涡为主, 在移动过程中维持和发展的低涡, 才会带来大范围的致洪暴雨, 低涡致洪暴雨以东南偏东路径为主。结合其他专家的研究成果(谌贵珣等, 2008; 高正旭等, 2009; 翟丹华等, 2014)发现, 以上研究现状主要揭示了对特定地区造成影响的西南低涡的气候统计特征, 关于对比有无台风影响下的西南低涡特征分析较少。为进一步加强对西南低涡和台风相互作用的研究, 利用2010—2017年7—8月逐日08 : 00(北京时, 下同)和20 : 00 700 hPa和850 hPa高空图对西南低涡进行普查, 进而对有无台风影响下生成的西南低涡进行特征分析, 研究台风的存在对西南低涡产生的影响。文中涉及的地图是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)2893的中国地图制作, 底图无修改。

所用台风资料来自UNISYS热带气旋数据库(http://weather.unisys.com/hurricane/), 其资料来源为联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center, JWTC), Zuki et al (2008)曾使用该资料对热带气旋活动进行了研究。而统计西南涡采用的资料为中国气象局提供的2010—2017年夏季6—8月逐日08 : 00和20 : 00 700 hPa和850 hPa高空图以及同时段欧洲中期天气预报中心ECMWF提供的每日四次0.75°×0.75°的ERA-INTRIM再分析资料。

作为影响我国降水的重要天气系统之一, 西南低涡引起众多学者的关注, 对西南涡的研究已有几十年, 并取得了一定的成果。但因不同学者及其所在研究机构研究目的的不同, 对西南涡的定义不尽相同, 取得的研究结果存在一定的差异。为了明确标准, 本文采用陈忠明等(1999)对西南涡的定义, 选取700 hPa等压面上100°E—108°E, 26°N—33°N范围内生成的至少有一根闭合等高线的气旋性环流称为西南低涡, 若同一气旋性环流持续两个观测时次(08 : 00和20 : 00)以上, 计为一次西南低涡过程。如果700 hPa不明显, 可参考850 hPa天气图进行统计分析。

移动型低涡的统计同样参考陈忠明等(1999)的标准, 将西南低涡移动距离大于500 km称为移动型低涡, 反之将西南低涡移动距离小于500 km称为少动型低涡, 本文将少动型低涡称为原地型低涡, 以区别于移动型低涡。在此基础上, 对移动型低涡路径的统计方法采用王金虎等(2015)的定义, 即以低涡移动路径的最远端与初始位置的纬度差异大小规定低涡的不同路径, 设定纬度差异在(-5°N, 5°N)范围内, 为正东方向, 超过5°N则为东北方向, 小于-5°N则为东南方向。对于移出源地后在某一地区停滞少动, 在其下游再生一个低涡系统向下游移动(Jiang et al, 2012)的不规则低涡移动路径, 这类低涡只统计主体的移动路径, 不再统计再生低涡的路径。

根据上述西南低涡定义, 统计2010—2017年6—8月夏季西南低涡生成次数为149次, 平均每年发生18.6次。由2010—2017年西南低涡生成次数的逐年变化特征[图 1(a)]可知, 其生成总次数的变化幅度较小, 其中生成次数最多的年份为2014年和2016年, 各生成21次; 2015年生成次数最少, 为15次, 这个结论与陈启智等(2007)统计的1990—2004年夏季产生的西南低涡次数主要在15~22次之间波动的结果相一致。2017年无台风存在时生成的西南低涡次数最多, 达到17次; 同年有台风存在时生成的西南低涡次数最少, 仅2次。受台风影响2012年和2013年各有8次西南低涡过程发生, 生成次数最多。总体而言, 2010—2017年夏季生成的西南低涡频次在有无台风影响下均没有明显的年际变化, 且台风的存在对西南低涡的生成似乎并无明显贡献。

图 1(Fig. 1)

图 1 2010—2017年西南低涡生成次数的逐年分布(a)及6—8月西南低涡生成次数逐月分布(b) Fig. 1 Annual distribution of the generated number of southwest vortex from 2010 to 2017 (a) and monthly distribution of the generated number of southwest vortex from June to August (b)

2010—2017年夏季6—8月西南低涡出现频次的逐月变化特征[图 1(b)]显示, 西南低涡生成次数呈逐月递减趋势, 6月份为其生成的高峰期, 8年间总共出现66次西南低涡, 8月只出现38次, 生成次数相对最少, 逐月变化特征与陈启智等(2007)的统计结果相吻合。考虑台风的存在与否对生成的西南低涡频次的影响可知, 无台风存在时生成的西南低涡月变化特征与西南低涡总数的月变化特征一致, 6月最多, 8月最少。而受台风存在的影响, 生成的西南低涡月变化特征刚好相反, 6月出现次数最少, 只有9次; 7月出现16次, 8月略高于7月, 出现17次。以上分析表明, 无台风时, 夏季6月为西南低涡生成次数最多的月份, 而有台风存在时, 7月和8月生成的西南低涡次数则高于6月, 此统计结果可能与7—9月为台风登陆高峰期有关(郑峰等, 2016; 王小玲等, 2006; 陈玉林等, 2005)。

西南低涡生成后, 有的原地少动逐渐减弱消失, 有的会在有利的环流形势下移出源地影响其他地区。按照西南低涡移动路径划分标准进行统计, 原地型西南低涡共发生81次, 移动型西南低涡按照路径方向分为:东北型、偏东型和东南型, 共发生68次。图 2(a)为2010—2017年所有移动型西南低涡路径分布情况, 图中实线矩形区域为西南低涡生成源地。如图 2(a)所示, 偏东型西南低涡发生频次最高, 占移动型低涡总数的48.5%;东北型次之, 占35.3%;东南型最少, 占16.2%, 此结论同样与陈启智等(2007)的统计结果相一致, 而王金虎等(2015)利用1979—2012年资料统计结果为东北方向最多, 正东方向次之, 与本研究存在差异, 这可能与所用资料以及分析时段不同有关。无台风存在[图 2(b)]和有台风存在[图 2(c)]情况下生成的西南低涡移动路径分布情况显示, 无台风存在时, 生成的西南低涡移动路径分布与所有移动型西南低涡路径分布情况一致, 偏东型低涡占无台风存在时移动型低涡总数的50.9%, 东北型低涡占36.4%, 东南型低涡占12.7%;而受台风存在影响, 生成的三类移动型西南低涡的频次差异较小, 东北型低涡和东南型低涡各有4次, 偏东型低涡略多, 共生成5次。由此可见, 台风的存在有利于东南方向移动型西南低涡的产生。

图 2(Fig. 2)

图 2 2010—2017年所有移动型西南低涡的路径分布(a)以及无台风(b)、有台风(c)两种情况下移动型西南低涡的路径分布 黑色矩形区域代表西南低涡生成源地 Fig. 2 The distribution of all moving southwest vortex tracks (a), with the absence of typhoon (b) and with the presence of typhoon (c) from 2010 to 2017. The black rectangular area represents the source of the southwest vortex

图 3(a)揭示了西南低涡移动路径的年变化特征, 其中, 原地型产生次数高于三类移动型, 从其逐年分布情况来看, 2013年生成次数最多, 为15次, 其他年份生成的原地型次数相差不大; 三种移动型西南低涡中偏东型生成频数普遍高于东北型和东南型, 偏东型生成次数波动范围较小, 其波动幅度不超过2次; 东北型西南低涡年变化较大, 波动幅度最高达4次; 东南型生成频数较小, 最多一年生成2次, 2010年没有东南型西南低涡生成, 其年变化不大。

图 3(Fig. 3)

图 3 2010—2017年西南低涡各移动类型生成次数的逐年变化(a)及逐月变化(b) Fig. 3 Annual variation (a) and monthly variation (b) of the number of generated moving types of southwest vortex from 2010 to 2017

西南低涡移动路径逐月变化特征[图 3(b)]显示, 6月和7月原地型低涡生成次数相差不大, 均较8月多。东北型低涡在7月的生成频数最高, 共14次, 为6月生成频数的2倍, 8月最少。偏东型低涡6月生成数高达26次, 远高于7月和8月, 7月仅有1次偏东型低涡生成。东南型低涡生成数目总体偏少, 6—8月相差不大, 其中8月总共生成5次, 相对最多, 7月仅2次, 相对最少。综上所述, 原地型西南低涡6—8月产生次数均较三类移动型多, 移动型西南低涡中, 东北型的主要生成月为7月, 偏东型主要生成月为6月, 而东南型生成于7月的次数最少。

进一步分析台风的存在对西南低涡移动路径的影响, 无台风[图 4(a)]和有台风[图 4(b)]影响下生成的西南低涡次数年变化特征显示, 无台风存在时, 原地型西南低涡生成数8年间相差不大, 其中2011年生成9次, 数量相对最多, 2012年生成4次, 相对最少; 东北型频数峰值在2016年, 2013年和2015年均没有东北型低涡生成; 偏东型低涡生成次数每年变化较小, 变化范围在3次之内, 2016年生成6次, 次数最多, 2012年仅生成2次, 次数最少; 东南型在几种类型中发生次数最少, 一年最多生成2次, 2010, 2011和2016年均没有东南型西南低涡生成。而受台风存在影响时, 2012, 2013, 2014和2016年原地型低涡生成次数远高于移动型低涡, 移动型西南低涡在此8年间每年最多出现2次, 仅2011年四种类型的西南低涡都出现过, 而2017年只有原地型西南低涡生成, 因此有台风存在时, 由于台风和副高之间相互影响、共同作用, 易将低纬度水汽和热量输送到盆地, 使西南低涡在原地长时间稳定维持, 最终发展为原地型西南低涡。

图 4(Fig. 4)

图 4 2010—2017年无台风存在时(a, c)和有台风存在时(b, d)四种西南低涡生成次数的逐年变化(a, b)及逐月变化(c, d) Fig. 4 Annual variation (a, b) and monthly variation (c, d) of the number of four types generated southwest vortex with the absence (a, c) or presence (b, d) of typhoons from 2010 to 2017

通过对无台风存在[图 4(c)]和有台风存在[图 4(d)]时西南低涡路径分布逐月变化对比发现, 无台风存在时, 原地型低涡生成频数呈逐月递减趋势, 有台风影响下分布情况正好相反, 呈逐月递增趋势。东北型低涡在无台风影响下7月出现最多, 8月最少; 而受台风存在影响, 东北型仅7月存在。无台风存在时, 偏东型低涡生成于6月的次数最多, 高达24次, 而7月无偏东型生成; 有台风影响时, 偏东型低涡生成次数普遍较少。东南型低涡在无台风存在时多于6月和8月生成, 有台风影响下多在7月和8月生成, 生成频次总体较低。综上所述, 台风的存在对于生成的西南低涡的类型、移动路径和出现时间均有较大的影响。

西南低涡维持时间长短与其发生发展条件密切相关, 同时影响降水(李超等, 2015, 2017), 因此对西南低涡生命史进行统计十分必要。图 5(a)为不同情况下不同生命史西南低涡出现频次占对应情况低涡总数的百分比, 以24 h以后维持时间每延长12 h为一档进行统计。从统计的所有西南低涡维持时次来看, 维持时间较长的西南低涡生成次数较少。生命史不超过24 h的低涡最多, 共发生65次, 占生成西南低涡总次数的43.6%;生命史约为36 h的低涡占总次数的16.1%;而生命史大于或约等于84 h的低涡数目则均不超过西南低涡总次数的10%。若考虑台风存在与否的影响, 可以发现, 无台风时生成的不同生命史西南低涡发生频次占该情况下西南低涡发生总次数的百分比与被统计的所有低涡情况基本一致, 而受台风存在影响时生成的西南低涡分布情况虽与之存在差异, 但总体趋势一致。48 h似乎为维持时间的一个临界点, 不论台风是否存在, 维持时间大于或约等于48 h的西南低涡数目均在对应情况下西南低涡总数的10%上下。该统计结果与陈忠明等(1999)得出的结论存在一定差异, 陈忠明等(1999)统计的维持时间在12~24 h之间的西南低涡个数所占百分比高于本研究统计结果, 维持时间长于24 h的西南低涡所占百分比低于本研究统计结果, 这可能与本研究仅统计了夏季西南低涡有关。

图 5(Fig. 5)

图 5 2010—2017年不同生命史西南低涡数目所占百分比 Fig. 5 Percentage of southwest vortexes at different life histories from 2010 to 2017

对夏季6—8月不同生命史西南低涡数目所占当月低涡总数百分比情况[图 5(b)]进行对比发现, 8月维持时间不超过24 h的西南低涡占8月低涡总数的66.7%, 远高于6、7月; 维持时间约为84 h的低涡占总数的10.2%, 也高于6、7月; 除此之外, 生命史大于24 h而小于84 h的西南低涡所占比例几乎皆低于6月和7月。而6月和7月维持时间在24 h以内的西南低涡占比均不超过该月总数的40%, 但生命史小于36 h和大于72 h的西南低涡出现于6月甚于7月, 而生命史维持在48~60 h的低涡出现于7月的百分比较高。由此说明, 生命史大于1天的西南低涡出现于6月和7月的次数较8月多, 而6月和7月西南低涡的发展强于8月, 维持时间超过3天的西南低涡更多出现在6月, 可能与当时的大气环流及水汽条件有关。

部分西南低涡形成后在源地滞留消失, 还有部分移出源地后在有利的天气形势下可以维持较长时间, 给下游地区带来强降水天气, 因此了解西南低涡移动类型与其维持时段之间的关系很有必要。从不同移动路径的西南低涡生命史特征[图 5(c)]可以明显地看到, 67.91%的原地型低涡生命史不超过24 h, 远高于三类移动型低涡的情况, 而生命史大于36 h的原地型低涡仅占原地型低涡总数的14.81%, 比三类移动型低涡的占比低, 可能是由于三类移动型低涡在移动过程中有持续的水汽补充及其他动力条件或环境条件支持, 更容易维持更长的时间, 而原地型低涡在产生降水, 释放不稳定能量之后, 若要继续在源地附近维持则较为困难。

西南低涡在影响我国降水的天气系统中, 占有相当重要的地位, 引起的降水落区与低涡位置密切相关, 主要集中在西南低涡移动路径上及其南侧, 雨带延伸方向与低涡移动路径相一致(卢萍等, 2014)。我国历史上罕见的特大洪涝灾害, 许多都与西南低涡活动密切相关(陈忠明等, 2004b; 邱静雅等, 2015; 郝丽萍等, 2016)。因此, 研究西南低涡与其产生的降雨影响, 对提高天气预报的准确性有重要意义。本文对受西南涡影响至少三个测站同时产生的最大日降水量的量级进行统计分析, 其中有8次低涡过程的降水资料缺测, 不予统计, 因此统计的有效低涡数为141次, 统计结果如图 6和图 7所示。

图 6(Fig. 6)

图 6 2010—2017年夏季6—8月西南低涡产生的最大日降水量级的次数 Fig. 6 Times of the southwest vortex occurred maximum daily precipitation magnitude from June to August in the summer from 2010 to 2017

图 7(Fig. 7)

图 7 2010—2017年无台风(a)和有台风(b)存在时四类移动路径西南低涡产生最大日降水量级的次数百分比 Fig. 7 Percentage of times of four moving types southwest vortex occurred maximum daily precipitation magnitude with the absence (a) or presence (b) of typhoons from 2010 to 2017

图 6统计了夏季各月西南低涡产生的最大日降水量不同量级的数目, 6、7、8月产生大暴雨的西南低涡分别有21, 16和10次, 高于对应月份其他量级降雨的发生次数, 其占比分别为31.82%, 40%和28.57%。造成暴雨的低涡多生成于6月, 总共发生20次, 约占6月低涡总频次的30.3%, 且6月是三个月中唯一产生特大暴雨的月份, 经统计有4次低涡过程造成特大暴雨的发生, 占该月低涡总数的6.06%。7月西南低涡的出现都伴随着降雨天气的发生, 造成大雨到大暴雨的西南低涡总共发生36次, 占比高达该月低涡总数的90%, 显著高于6月和8月。而8月不同降水量级对应的西南低涡数相差较小, 其中28.57%的西南低涡造成的降水量处于无雨到中雨之间, 占比显著最高6、7月。综上所述, 6—7月西南低涡较8月更易发生大暴雨到特大暴雨灾害。

图 7为有无台风存在的情况下四类路径西南低涡引起的大雨及以上量级降水的次数百分比统计, 图中无台风存在时四类路径西南低涡引起的各降雨量级所占比例皆是以该情况下对应路径低涡总数为主体进行计算所得, 有台风存在的情况亦是如此。对有无台风存在影响两种情况进行分析可知, 不论台风存在与否, 原地型西南低涡引起的降水皆以大雨为主, 受台风存在影响下原地型低涡引起的大暴雨比例略低于无台风影响时。无台风存在时, 引起大暴雨的东北型低涡总共发生12次, 占东北型低涡总数的63.16%, 有时甚至会引起特大暴雨, 占低涡总数的5.26%;有台风存在时, 东北型西南涡引起的降雨为暴雨和大暴雨, 大暴雨所占比例为总数的75%。分析可知, 两种情况下东北型西南低涡造成的最大日降雨量的最低级别皆为暴雨, 说明东北型低涡水汽条件较为良好。偏东型西南涡在无台风影响时引发13次大暴雨过程, 占偏东型低涡总数的48.15%, 占比最多, 7.41%的偏东型低涡引起特大暴雨; 有台风影响时, 偏东型西南低涡造成的最大日降雨量级的最低级别为暴雨, 其中造成暴雨和大暴雨的偏东型低涡数皆为2, 各占偏东型低涡总数的40%。东南型低涡造成的降雨在无台风存在时, 占比最高的是暴雨过程, 总共发生3次, 占该情况下东南型低涡总数的48.26%, 而造成大雨和大暴雨的低涡各发生2次; 有台风存在时, 东南型低涡引起1次暴雨和2次大暴雨过程, 大暴雨过程发生次数占该情况下东南型低涡总数的66.67%。

对比有无台风存在时西南低涡造成的降水情况发现, 受台风存在影响, 东北型和东南型西南低涡出现的大暴雨过程所占百分比显著大于不受台风存在影响时, 偏东型西南低涡造成的特大暴雨过程所占百分比高于不受台风影响时。但由于有台风影响情况下西南低涡样本数据较少, 且西南低涡降水的水汽来源较为复杂, 仅从数据统计并不能说明台风对西南低涡降水的影响。为了进一步分析两种情况下低涡活动对降水的影响, 分别从两种情况下各类西南低涡中挑选出具有强降水的3个典型个例进行合成分析。由于本节讨论的是一次西南低涡过程造成的最大日降水量情况, 因此本文选取最大日降水量当天的资料进行合成分析。

原地型西南低涡在500 hPa平均环流形势图[图 8(a), (b)]的共同特征是四川盆地均处于低压槽中。图 8(a)表明无台风存在时, 盆地受深厚的低压槽控制, 较强的西太副高控制我国东部沿海地区, 脊线西伸至盆地以东, 对低涡的移动起阻碍作用, 使得西南低涡在原地长时间稳定少动, 来自孟加拉湾的西南暖湿气流以及南海的偏南气流不断向盆地输送, 为暴雨的发生提供充沛的水汽来源; 图 8(b)显示中纬度地区受较平直西风控制(略带北风分量), 东部较强的西太平洋副热带高压中心偏东且位于洋面上, 副高一直西伸至我国东部地区, 盆地同时受副高西南侧偏南气流影响和较为平直的西风(偏西北风)控制, 使西南低涡在原地稳定少动。同时, 位于中国南海的气旋其东侧较强的偏南气流与副高西南侧东南气流共同作用向盆地输送大量的水汽和能量, 进一步加强对低涡的阻碍作用, 促使低涡长时间稳定维持在原地。从水汽通量图(图略)来看, 有台风存在时原地型西南低涡主要的水汽来源有两支:一支来自孟加拉湾较强的西南气流的水汽输送, 另一支在台风和副高的共同作用下从南海输送而来。

图 8(Fig. 8)

图 8 无台风(左)和有台风(右)存在时四类西南低涡500 hPa高度场(等值线, 单位: dagpm)和700 hPa风场(矢量, 单位: m·s-1)分布 Fig. 8 Synoptic map of 500 hPa geopotential height (contour, unit: dagpm) and 700 hPa vector wind (vector, unit: m·s-1) in four moving types southwest vortex with the absence (left) or presence (right) of typhoons

由东北移动型西南低涡[图 8(c), (d)]平均环流形势可知, 500 hPa环流形势为“两槽一脊”型, 东部西太平副热带高压中心位于洋面上。图 8(c)表明当不存在来自台风的影响时, 我国西北地区受高压脊控制, 高原上存在一低压中心, 副高脊线位于20°N附近, 西伸至我国东南沿海一带, 抑制低涡南下, 促使低涡沿西太副高外围由西南地区向东北方向移动, 槽前冷空气不断南下与西南暖湿气流在华南地区交汇, 形成降雨。图 8(d)中所示的西太副高较图 8(c)强度弱, 位置偏东北, 东亚大槽南压至四川以东地区, 盆地受槽后西北冷空气控制, 合成后海面上仅存在较弱的热带低压, 热带低压东北部和西太副高西南部东南气流共同作用为移动的西南低涡提供水汽和能量, 来自孟加拉湾的西南暖湿气流也不断向低涡区输送水汽和能量, 为东北型西南低涡带来的暴雨提供充沛的水汽条件。从东移型西南低涡环流形势图可以看出, 四川以东受深厚的低压槽控制[图 8(e)], 盆地受槽前冷空气控制, 高原小扰动活动频繁, 有利于低涡不断东移, 同时副高控制中国东南洋面, 副高西北侧的西南气流阻止低涡南移, 水汽来源主要是孟加拉湾的暖湿气流; 而有台风存在时[图 8(f)], 西太平洋副高位置偏东对低涡移动影响较小, 500 hPa上低槽东移, 槽前正涡度输送有利于低层减压和气旋性涡度的加大, 同时来自孟加拉湾较强的西南气流不断地向低涡区域输送水汽和能量, 促使低涡不断发展东移。洋面上形成了三个新的热带低压, 位于日本以东洋面的热带低压, 位置偏东, 对低涡影响较小, 而位于中国南海的低压其东侧的偏南气流和台湾以东洋面低压北侧偏东气流, 共同输送至中国东部, 为东移型西南低涡提供水汽支持。由东南移动型西南低涡环流形势图可知, 不存在来自台风的影响时[图 8(g)], 东亚大槽不断东移至我国东北地区, 东北地区形成东北冷涡, 北方冷空气不断南下影响西南低涡系统, 促进低涡南下, 副高偏东偏弱, 西侧的偏南气流对西南低涡南移阻挡作用减弱, 暖湿气流为来自于孟加拉湾的西南气流以及来自南海北部的偏东气流; 而当台风存在时[图 8(h)], 低压槽不断东移南压, 西太副高位于东部洋面上, 脊线位于30°N附近, 东南海面上存在较强的热带气旋, 副高西南方向东南气流与热带气旋东部东南气流交汇一起向西南低涡区域输送水汽和能量, 两者的共同作用在某种程度上形成了对大气环流场的阻塞, 不利于西南低涡向东移动。

综上所述, 当不存在来自台风的影响时, 夏季西南低涡引发降水的水汽来源主要来自孟加拉湾的西南暖湿气流。而当有台风存在时, 移动型西南低涡在移动过程中, 受环流形势影响, 源源不断地接收来自台风的水汽输送, 为强降水的出现提供了有利的水汽支持, 产生的降雨强度易大于无台风存在时。两种情况下原地型西南低涡水汽来源都较充足, 引起的降雨量级相差不大。

通过对2010—2017年夏季有无台风存在时生成的西南低涡的发生频次、移动路径、维持时段、降水情况进行统计分析, 得出以下主要结论:

(1) 2010—2017年夏季共发生149次西南低涡过程, 平均每年发生18.6次, 无明显年际变化, 每年生成频次为15~21次, 不论有无台风存在的影响, 西南低涡生成次数的年变化都较小。2017年无台风存在时生成的西南低涡次数最多, 达17次, 受台风存在影响时生成的次数最少, 仅2次。总体而言, 西南低涡生成总数6月、7月和8月呈逐月递减趋势, 无台风时生成的西南低涡逐月变化趋势与之一致, 有台风存在时正好相反。

(2) 西南低涡按照其移动方式分为原地型和移动型, 而移动型西南低涡根据其移动路径特点又进一步分为东北型, 偏东型和东南型。从其总体发生频次来看, 原地型西南低涡生成数目显著多于移动型西南低涡, 移动型低涡中偏东型最多, 东南型最少, 但台风存在时, 有利于东南型西南低涡的生成。三类移动型低涡生成数目年变化差异不大, 但其月变化差异较大, 其中东北型低涡的多发月为7月; 偏东型低涡多发月为6月; 东南型低涡的生成频次6—8月相差较小。

(3) 受台风存在的影响生成的西南低涡主要为原地型, 生成数目年变化差异较大; 而生成的三类移动型低涡的次数相近, 普遍偏少, 年变化差异小。无台风存在时, 产生的原地型西南低涡和三种移动型低涡年变化总体差异较小, 月变化情况各异, 其中原地型低涡6—8月变化呈逐月递减趋势, 而东北型低涡的多发月为7月, 6月偏东型低涡生成次数最多, 高达24次。

(4) 夏季西南低涡生命史多为24 h以内, 维持时间较长的西南涡生成次数较少, 生命史超过一天的更多为移动型西南低涡, 原地型低涡生命史多为24 h以内, 应与水汽条件有关。48 h似乎为维持时间的一个临界点, 不论台风是否存在, 维持时间大于或约等于48 h的西南低涡数目均在总数的10%上下。对比各月西南低涡生命史发现, 生命史超过3天的西南低涡6月较多; 而生命史不超过24 h的西南低涡更多形成于8月。

(5) 不论台风是否存在, 西南低涡产生的降雨都主要集中在大雨、暴雨、大暴雨三个量级, 6月、7月西南低涡较8月更易发生大暴雨到特大暴雨灾害。有台风存在时移动型低涡较无台风存在时更易造成暴雨天气。

(6) 从环流形势和水汽路径分析发现, 无台风影响时, 夏季西南低涡引发降水的水汽来源主要来自孟加拉湾的西南暖湿气流; 而有台风存在时, 除了来自孟加拉湾的暖湿气流, 台风也为移动型西南低涡提供了较多的水汽支持, 使移动型西南低涡产生的降雨强度易大于无台风存在时的情况, 而原地型西南低涡在两种情况下水汽供应较充足引起的降雨相差不大。

本文仅统计了2010—2017年夏季6—8月的西南低涡, 揭示了西南低涡的部分特征, 今后将利用高时空分辨率的资料进行进一步的研究, 并利用数值模式对有无台风存在的情况下不同路径西南低涡强度变化情况以及造成的降水强度和落区进行深入地分析和探讨, 更多地揭示动力和热力条件的变化对不同移动路径的西南低涡的影响。