引发广西一次区域性暴雨的低涡发展机制

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-03-0415

摘要/Abstract

摘要：

低涡是造成广西区域性暴雨的关键系统，了解其发展维持机制对于暴雨预报具有重要意义。利用多源观测数据及欧洲中期天气预报中心ERA5再分析数据，对引发2022年6月10—11日广西区域性暴雨的低涡发展维持机制进行诊断分析。结果表明：低涡生成于桂西北后稳定少动，为区域性暴雨的发生发展提供热、动力条件，对流云团及降水落区主要分布在低涡东侧及南侧。涡度方程诊断表明，低涡的发展维持主要受涡度平流项和水平散度项影响，其中地转风分量使局地涡度不断减小，而非地转风分量则使局地涡度不断增加，水平散度项是造成低涡发展维持的主要原因。在惯性振荡机制影响下，低涡中心偏北一侧非地转风场随时间变化具有明显的顺时针旋转特征。非地转风旋转为偏北风时与低涡中心附近的偏南非地转风辐合，造成非地转风分量水平散度项对局地涡度的显著贡献，使得低涡发展维持。对流层中层附近的潜热加热正反馈也有利于低层低涡的发展维持。

关键词: 低涡, 机制, 涡度方程, 惯性振荡, 非地转, 潜热加热

Abstract:

Vortex is the key system that causes regional rainstorms in Guangxi, it is important to clarify its development and maintenance mechanism for rainstorm forecast. Based on the diagnosis analysis method, the development and maintenance mechanism of the vortex causing a regional rainstorm in Guangxi on June 10-11, 2022 is studied by using multi-source observation data and ERA5 reanalysis data of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts. The results show that the vortex generated in northwest Guangxi and stayed stably and moved little, which provided thermal and dynamic conditions for the occurrence and development of the regional rainstorm. Convective cloud clusters and precipitation areas were mainly distributed in the east and south sides of the vortex. The diagnosis of vorticity equation shows that the development and maintenance of the vortex are mainly affected by the vorticity advection and horizontal divergence terms. The geostrophic component consumes the local vorticity continuously in the whole process, while the ageostrophic wind component contributes to the local vorticity. The horizontal divergence term of the ageostrophic wind component is the main reason for the development and maintenance of the vortex. Under the influence of the inertial oscillation mechanism, the ageostrophic wind on the north side of the vortex center shows obvious clockwise rotation with time. The ageostrophic wind rotates to the northerly wind and converges with the southerly ageostrophic wind near the vortex center, which leads to the development and maintenance of the vortex. The positive feedback of latent heating near the mid troposphere is also conducive to the development and maintenance of the vortex.

Key words: vortex, mechanism, vorticity equation, inertial oscillation, ageostrophic, latent heating

中图分类号:

P458

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图/表 9

图1 2022年6月10日08：00—11日08：00累计降水量分布（单位：mm）

Fig.1 Distribution of accumulated rainfall from 08：00 on 10 to 08：00 on 11 June 2022 （Unit： mm）

图2 2022年6月10—11日TBB（填色，单位：℃）、850 hPa位势高度（等值线，单位：dagpm）和风场（箭矢，单位：m·s-1）分布

Fig.2 Distribution of TBB （the color shaded， Unit： ℃）， 850 hPa geopotential height （contours， Unit： dagpm） and wind （arrow vectors， Unit： m·s-1） from 10 to 11 June 2022

图3 2022年6月10日08：00—11日08：00平均的850 hPa比湿（等值线，单位：g·kg-1）、1 000~700 hPa垂直积分水汽通量（矢量和填色，单位：kg·m-1·s-1）（a），850 hPa温度平流（填色，单位：10-5 K·s-1）、假相当位温（等值线，单位：K）和风场（箭矢，单位：m·s-1）（b）分布

Fig.3 Distribution of 850 hPa specific humidity （isolines， Unit： g·kg-1） and vertical integration of water vapor flux （vectors and the color shaded， Unit： kg·m-1·s-1） from 1 000 to 700 hPa （a）， temperature advection （the color shaded， Unit： 10-5 K·s-1）， θse （isolines， Unit： K） and wind field （arrow vectors， Unit： m·s-1） at 850 hPa （b） averaged from 08：00 on 10 to 08：00 on 11 June 2022

图4 2022年6月10日08：00—11日08：00平均的850 hPa位势高度（等值线，单位：dagpm）、风场（箭矢，单位：m·s-1）和涡度平流项（填色，单位：10-8 s-1）（a）、垂直输送项（填色，单位：10-8 s-1）（b）、倾侧项（填色，单位：10-8 s-1）（c）、水平散度项（填色，单位：10-8 s-1）（d）分布

Fig.4 Distribution of geopotential height （contours， Unit： dagpm）， wind （arrow vectors， Unit： m·s-1） and vorticity advection （the color shaded， Unit： 10-8 s-1）（a）， vertical transfer （the color shaded， Unit： 10-8 s-1）（b）， torsion （the color shaded Unit： 10-8 s-1）（c） and horizontal divergence （the color shaded， Unit： 10-8 s-1）（d） at 850 hPa averaged from 08：00 on 10 to 08：00 on 11 June 2022

图5 2022年6月10日08：00—11日08：00低涡中心850 hPa原始场（a）、地转风分量（b）、非地转风分量（c）的涡度方程各项时间演变

Fig.5 Evolution of individual terms in vorticity equation of original wind （a）， geostrophic wind component （b） and ageostrophic wind component （c） at 850 hPa vortex center from 08：00 on 10 to 08：00 on 11 June 2022

图6 2022年6月10日12：00（a）、11日00：00（b）及08：00（c）沿850 hPa低涡中心的垂直涡度（填色，单位：10-5 s-1）和假相当位温（等值线，单位：K）垂直剖面（黑色填充为地形）

Fig.6 Vertical cross sections of vertical vorticity （the color shaded， Unit： 10-5 s-1） and θse （isolines， Unit： K） along 850 hPa vortex center at 12：00 on 10 （a）， 00：00 （b） and 08：00 （c） on 11 June 2022 （The back filled is terrain）

图7 2022年6月10—11日850 hPa绝对涡度（等值线，单位：10-5 s-1）、非地转风场（箭矢，单位：m·s-1）及其水平散度（填色，单位：10-5 s-1）分布（红色实线框为低涡中心北侧，红色箭头代表实框中平均风向，红色虚线框为低涡中心）

Fig.7 Distribution of absolute vorticity （isolines， Unit： 10-5 s-1）， ageostrophic wind filed （arrow vectors， Unit： m·s-1） and its horizontal divergence （the color shaded， Unit： 10-5 s-1） at 850 hPa from 10 to 11 June 2022 （The red solid line box is the north side of the vortex center， the red arrow represents the average wind direction in the solid line box， the red dotted line box is the vortex center）

图8 2022年6月10日08：00—11日08：00低涡北侧850 hPa经向风（a）和纬向风（b）的水平动量方程各项时间演变

Fig.8 Evolution of individual terms in horizontal momentum equation of meridional （a） and zonal （b） wind at 850 hPa in the north side of vortex from 08：00 on 10 to 08：00 on 11 June 2022

图9 2022年6月10日08：00—11日08：00低涡中心视水汽汇（填色，单位：10-3 J·kg-1·s-1）、垂直涡度（等值线，仅显示≥8×10-5 s-1数值）及垂直速度（打点为上升速度超过-0.4 Pa·s-1区域）的时间-高度剖面

Fig.9 Time-height cross sections of Q2 （the color shaded， Unit： 10-3 J·kg-1·s-1）， vertical vorticity （isolines， only show the values equal to or more than 8×10-5 s-1） and vertical velocity （the dotted indicates the region of rising speed more than -0.4 Pa·s-1） from 08：00 on 10 to 08：00 on 11 June 2022

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