Acta Meteorologica sinica气象学报2014.72(2) 了1993年美国夏季洪涝过程期间低空急流的异常 活动特征及低空急流对此次洪涝灾害的贡献。为了 在全球气候变暖的大背景下,极端天气和气候研究低空急流所伴随的环境场,研究者不得不借助 事件的发生呈显著增多、增强趋势,其中与强降水事于常规的天气观测资料(Chen,etal,1988),但由于 件密切相关的洪涝、泥石流等气象和地质灾害所造二者在观测位置和时间方面并不重合,因此难免会 成的损失尤为严重(IPCC,2007)。低空急流由于可引入一些误差。此外,单点的无线电探空测风也无 以为极端降水过程提供有利的背景场及充足的水法考虑到低空急流的风速水平切变信息及相应的环 汽,能够极大地促进强降水事件的发生,因此,自20境场状况(Chen,etal,2005)。高分辨率的再分析 世纪30年代被发现之日起便受到人们的广泛关注,资料为低空急流的进一步深入研究提供了有力的数 并于20世纪50年代后对这一现象开展了大量的研据支持。 Higgins等(1997)和 Weaver等(2008)分 究工作。低空急流现象广泛分布于地球上的各个大别利用高分辨率再分析资料研究了美国大平原地区 陆,如北美和南美地区、非洲、亚洲、大洋洲以及南极低空急流对夏季降水和水汽输送的作用、北大西洋 洲( Stensrud,1996)。 Goualt(1938)和 Farquharson 涛动及厄尔尼诺-南方涛动对于低空急流季节和年 (1939)首先于20世纪30年代末发现了存在于非洲际变率的影响以及低空急流变化对于区域水文气候 地区的低空急流事件,随后 Means(1952)在对美国的调制等方面的内容。Vera等(2006)在南美洲开 中部地区雷暴天气的研究工作中首次使用了低空急展了大型外场加密观测试验以研究南美地区低空急 流这一概念,并指出其对飑线和极端天气现象的形流在热带和温带地区之间的水汽和能量传输作用及 成具有重要的作用及意义。 Blackadar(1957)、Bon-低空急流对区域水文、气候和气候变化的影响 ner(1968)、 Uccellini等(1979)分别针对北美地区低 在过去的半个多世纪中,针对低空急流的研究 空急流的形成演变机制、分布状况和结构特征以及涵盖了低空急流的结构和演变特征( Bonner,1968; 低空急流与其他天气、气候现象的关系开展了广泛 Findlater,1969;Chen,etal,2005;赛瀚等,2012a, 而深入的研究。 Findlater(1969,1977)也利用观测2012b)、形成和发展机制( Blackadar,1957; Holton 资料对东非至西印度洋地区的索马里急流演变特征1967; Uccellini,etal,1979;Pan,etal,2004)以及与 及其与印度西部夏季季风降水的关系开展了一系列降水等天气和气候现象的关系等诸多方面(陶诗言 的分析。自20世纪80年代以后,中国学者也重点等,1979; Higgins,etal,1997; Saulo,etal,2007)。 针对低空急流与暴雨的关系进行了大量的研究,为研究方法逐渐由最初的观测数据分析、理论研究发 中国的暴雨预报提供了有力的参考依据(陶诗言等,展至数值模拟研究( Holton,1967; Mitchell,etal, 1980;俞樟孝等,1983)。 1995;Ting,etal,2006),其中以中尺度模式的应用 般认为,低空急流是一种发生在边界层或对最为广泛。中尺度模式不仅能够为低空急流的研究 流层低层强而窄的气流带,风速大于12m/s,高度提供高时空分辨率的数据,通过相应的数值敏感性 则主要位于τ00hPa以下。由于常规探空资料每日试验还可以检验现有关于低空急流形成、演变机制 仅包含两个时次且空间分布不均,故难以捕捉到全的理论成果,并进一步研究可能的影响机制。例如, 部低空急流事件且无法刻画出急流的详细演变过Pan等(2004)和 Zhang等(2006)利用中尺度模式研 程,特别是那些较强的急流过程更容易被漏掉究了地形、地表热通量和海陆对比分别对美国落基 ( Mitchell et al,1995),故针对低空急流的研究工作山脉及阿巴拉契亚山脉地区低空急流形成演变过程 多基于无线电探空测风仪测风资料。例如, Bonner的影响,从而量化了各主要影响因子的相对作用 (1968)和 Mitchel等(1995)分别利用每日4次及逐Qian等(2004)和Zhao(2012)也分别利用中尺度模 时的探空测风仪数据给出了美国大平原地区低空急式研究了中国梅雨期强降水发生过程中潜热释放和 流的地理分布状况、季节活动规律、水平及垂直结低空急流的相互作用以及局地地形对低空急流的调 构、日变化等特征,总结了该地区低空急流的气候状制作用。 况。 Arritt等(1997)则利用逐时及高垂直分辨率的 低空急流与强降水过程关系的研究在过去的几 美国国家海洋和大气管理局探空资料网的数据研究十年中已经进行了深入和系统的开展,相关研究可１ 引 言 在全球气候变暖的大背景下，极端天气和气候 事件的发生呈显著增多、增强趋势，其中与强降水事 件密切相关的洪涝、泥石流等气象和地质灾害所造 成的损失尤为严重（ＩＰＣＣ，２００７）。低空急流由于可 以为极端降水过程提供有利的背景场及充足的水 汽，能够极大地促进强降水事件的发生，因此，自２０ 世纪３０年代被发现之日起便受到人们的广泛关注， 并于２０世纪５０年代后对这一现象开展了大量的研 究工作。低空急流现象广泛分布于地球上的各个大 陆，如北美和南美地区、非洲、亚洲、大洋洲以及南极 洲（Ｓｔｅｎｓｒｕｄ，１９９６）。Ｇｏｕａｌｔ（１９３８）和 Ｆａｒｑｕｈａｒｓｏｎ （１９３９）首先于２０世纪３０年代末发现了存在于非洲 地区的低空急流事件，随后 Ｍｅａｎｓ（１９５２）在对美国 中部地区雷暴天气的研究工作中首次使用了低空急 流这一概念，并指出其对飑线和极端天气现象的形 成具有重要的作用及意义。Ｂｌａｃｋａｄａｒ（１９５７）、Ｂｏｎ ｎｅｒ（１９６８）、Ｕｃｃｅｌｌｉｎｉ等（１９７９）分别针对北美地区低 空急流的形成演变机制、分布状况和结构特征以及 低空急流与其他天气、气候现象的关系开展了广泛 而深入的研究。Ｆｉｎｄｌａｔｅｒ（１９６９，１９７７）也利用观测 资料对东非至西印度洋地区的索马里急流演变特征 及其与印度西部夏季季风降水的关系开展了一系列 的分析。自２０世纪８０年代以后，中国学者也重点 针对低空急流与暴雨的关系进行了大量的研究，为 中国的暴雨预报提供了有力的参考依据（陶诗言等， １９８０；俞樟孝等，１９８３）。 一般认为，低空急流是一种发生在边界层或对 流层低层强而窄的气流带，风速大于１２ｍ／ｓ，高度 则主要位于７００ｈＰａ以下。由于常规探空资料每日 仅包含两个时次且空间分布不均，故难以捕捉到全 部低空急流事件且无法刻画出急流的详细演变过 程，特 别 是 那 些 较 强 的 急 流 过 程 更 容 易 被 漏 掉 （Ｍｉｔｃｈｅｌｌ，ｅｔａｌ，１９９５），故针对低空急流的研究工作 多基于无线电探空测风仪测风资料。例如，Ｂｏｎｎｅｒ （１９６８）和 Ｍｉｔｃｈｅｌｌ等（１９９５）分别利用每日４次及逐 时的探空测风仪数据给出了美国大平原地区低空急 流的地理分布状况、季节活动规律、水平及垂直结 构、日变化等特征，总结了该地区低空急流的气候状 况。Ａｒｒｉｔｔ等（１９９７）则利用逐时及高垂直分辨率的 美国国家海洋和大气管理局探空资料网的数据研究 了１９９３年美国夏季洪涝过程期间低空急流的异常 活动特征及低空急流对此次洪涝灾害的贡献。为了 研究低空急流所伴随的环境场，研究者不得不借助 于常规的天气观测资料（Ｃｈｅｎ，ｅｔａｌ，１９８８），但由于 二者在观测位置和时间方面并不重合，因此难免会 引入一些误差。此外，单点的无线电探空测风也无 法考虑到低空急流的风速水平切变信息及相应的环 境场状况（Ｃｈｅｎ，ｅｔａｌ，２００５）。高分辨率的再分析 资料为低空急流的进一步深入研究提供了有力的数 据支持。Ｈｉｇｇｉｎｓ等（１９９７）和 Ｗｅａｖｅｒ等（２００８）分 别利用高分辨率再分析资料研究了美国大平原地区 低空急流对夏季降水和水汽输送的作用、北大西洋 涛动及厄尔尼诺南方涛动对于低空急流季节和年 际变率的影响以及低空急流变化对于区域水文气候 的调制等方面的内容。Ｖｅｒａ等（２００６）在南美洲开 展了大型外场加密观测试验以研究南美地区低空急 流在热带和温带地区之间的水汽和能量传输作用及 低空急流对区域水文、气候和气候变化的影响。 在过去的半个多世纪中，针对低空急流的研究 涵盖了低空急流的结构和演变特征（Ｂｏｎｎｅｒ，１９６８； Ｆｉｎｄｌａｔｅｒ，１９６９；Ｃｈｅｎ，ｅｔａｌ，２００５；赛 瀚 等，２０１２ａ， ２０１２ｂ）、形成和发展机制（Ｂｌａｃｋａｄａｒ，１９５７；Ｈｏｌｔｏｎ， １９６７；Ｕｃｃｅｌｌｉｎｉ，ｅｔａｌ，１９７９；Ｐａｎ，ｅｔａｌ，２００４）以及与 降水等天气和气候现象的关系等诸多方面（陶诗言 等，１９７９；Ｈｉｇｇｉｎｓ，ｅｔａｌ，１９９７；Ｓａｕｌｏ，ｅｔａｌ，２００７）。 研究方法逐渐由最初的观测数据分析、理论研究发 展至数值模拟研究（Ｈｏｌｔｏｎ，１９６７；Ｍｉｔｃｈｅｌｌ，ｅｔａｌ， １９９５；Ｔｉｎｇ，ｅｔａｌ，２００６），其中以中尺度模式的应用 最为广泛。中尺度模式不仅能够为低空急流的研究 提供高时空分辨率的数据，通过相应的数值敏感性 试验还可以检验现有关于低空急流形成、演变机制 的理论成果，并进一步研究可能的影响机制。例如， Ｐａｎ等（２００４）和Ｚｈａｎｇ等（２００６）利用中尺度模式研 究了地形、地表热通量和海陆对比分别对美国落基 山脉及阿巴拉契亚山脉地区低空急流形成演变过程 的影响，从而量化了各主要影响因子的相对作用。 Ｑｉａｎ等（２００４）和 Ｚｈａｏ（２０１２）也分别利用中尺度模 式研究了中国梅雨期强降水发生过程中潜热释放和 低空急流的相互作用以及局地地形对低空急流的调 制作用。 低空急流与强降水过程关系的研究在过去的几 十年中已经进行了深入和系统的开展，相关研究可 １９２ 犃犮狋犪犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犛犻狀犻犮犪 气象学报 ２０１４，７２（２）