刘鴻波等:低空急流的研究进展与展望 作用显著,山脉上方空气被平流到低层的谷区时便形成了一支直接及间接力管环流(丁一汇,2005)。 会有逆温层形成(郝为锋等,2001)。这种稳定的层位于高空急流出口区的间接环流在低层的回流支引 结抑制了边界层内部湍流运动的发展,利于动量的起了低层水平气压梯度力的增加从而增强了向北的 堆积与存储。此时,当逆温层顶与气流风速极大值变压风,而变压风和西风分量的增强导致了低空急 位置重合时,湍流便可以在一定范围内存在,利于逆流的形成并嵌入到低层回流支中。此时高层的高空 温层的稳定维持与向上发展。因此,逆温层的存在急流不断向东输送干冷空气,而低层的低空急流则 为边界层内部风速的增长提供了有利的层结条件,持续输送着暖湿的气流,高、低空急流的耦合为深对 而边界层风速的强垂直切变特性反过来又利于逆温流系统和强风暴过程的发展提供了有利的不稳定条 层的维持与发展,二者形成正反馈关系,促进了低空件( Uccellini,etal,1979),同时根据高空急流的辐 急流的形成与发展( Blackadar,1957;何建中等,合、辐散特征,低空急流也可以在高空急流出口区的 右侧强烈发展(斯公望等,1982;肖文俊等,1984)。 地形的动力阻挡作用也是不可忽视的。在北美 brill等(1985)利用数值模式证实了高空急流出口 地区夏季,大西洋洋面上地表反气旋系统南侧的东区这种横向间接环流的存在,以及高空急流和非绝 风气流一直可以输送到落基山脉东侧,空气沿着山热加热过程对低空急流的加强作用。Chen(1982) 脉爬升的同时向北偏转,为保证位涡守恒,气团在向从重力惯性波的不稳定角度讨论了高低空急流的耦 北运动的过程中便会逐渐加速,低空急流也因此而合过程,即当高空急流南侧水汽供给充分并满足条 形成( Wexler,1961)。这种由于地形动力阻挡作用件不稳定大气时,在高空急流入口区南侧由于平流 所形成的低空急流可以视为“阻挡急流”,其形成与过程所产生的非地转风在适应过程中会引起低空急 有利的大尺度环流背景密不可分。Chen等(2005)流的发展。 Saulo等(2007)则通过数值敏感性试验 针对发生在台湾海峡地区阻挡急流的研究结果表揭示了低空急流、中尺度对流及高空急流三者的相 明,此类急流出现的层次相对较低,多数情况下无风互作用,并利用概念模型展示了这种正反馈过程。 速垂直切变或切变较弱,位置较为固定且无明显的与高空急流相耦合的低空急流一般出现的层次较 日变化现象,故可归类为“低空高速气流带”。此外,高,且无明显的日变化特征( Uccellini,etal,1987)。 坡度地形环境会显著降低山地区域气流穿越等压线3.4天气系统强迫 所引起的质量输送,这在一定程度上保证了低空急 地形因素及惯性振荡作用几乎每天都存在,但 流事件得以持续维持( Holton,1967)。除以上所描并不是每天都有低空急流事件发生,风速能否达到 述的几类主要的地形热力及动力作用之外,沿地形低空急流的各项标准还与部分中纬度天气系统的强 方向的加热差异所引起的高、低压系统配置、地形迫作用密切相关。在一次对海岸带次级环流的模拟 狭管效应”等机制均对低空急流的形成与发展起到过程中, Uccellini等(1987)发现为了响应斜压环境 促进作用( Pampering,etal,1985;陈贵川等,2006)。下空气块的垂直加速运动,低层风速显著增强并最 3.3高、低空急流耦合 高达到了30m/s及以上的强度。当气块从东北方 低空急流通过动量、热量及水汽的输送为对流向向发展中的低压系统靠近时,气块经历了气压梯 系统提供有利的发展条件,而高空急流则主要通过度改变所产生的外在强迫,尽管就水平方向而言这 环流场配置在高空为低层对流系统的发展提供有利种强迫的强度尚较为适中,但处在海岸带锋面影响 的辐合、辐散形势,同时高空急流所诱发的直接及间下的斜压环境中垂直方向上的加速运动则显得尤为 接力管环流还可以促进三维空间上质量和动量的传凸出,当气块加速上升时,非地转风分量的显著增大 输,并由此与低空急流耦合。高、低空急流的相互作导致了低空急流的快速发展 用是有组织的强风暴系统在高空急流出口区发生、 发生在中国长江流域及华南地区的强降水过 发展的一个重要因子,高空急流也为低空急流的形程,当有低空急流与之相伴时,急流的东侧往往是西 成、发展及加强起到促进作用( Uccellini,1980;丁一太平洋副热带高压,西侧则多为低压系统(如西南 汇,2005)。以平直的高空西风急流为例,由于惯性涡),这种高、低压系统的过渡带形成了强大的水平 旋转作用,在移动过程中急流入口区与出口区分别气压梯度,从而加强了风速并有利于低空急流的形作用显著，山脉上方空气被平流到低层的谷区时便 会有逆温层形成（郝为锋等，２００１）。这种稳定的层 结抑制了边界层内部湍流运动的发展，利于动量的 堆积与存储。此时，当逆温层顶与气流风速极大值 位置重合时，湍流便可以在一定范围内存在，利于逆 温层的稳定维持与向上发展。因此，逆温层的存在 为边界层内部风速的增长提供了有利的层结条件， 而边界层风速的强垂直切变特性反过来又利于逆温 层的维持与发展，二者形成正反馈关系，促进了低空 急流的 形 成 与 发 展 （Ｂｌａｃｋａｄａｒ，１９５７；何 建 中 等， １９８９）。 地形的动力阻挡作用也是不可忽视的。在北美 地区夏季，大西洋洋面上地表反气旋系统南侧的东 风气流一直可以输送到落基山脉东侧，空气沿着山 脉爬升的同时向北偏转，为保证位涡守恒，气团在向 北运动的过程中便会逐渐加速，低空急流也因此而 形成（Ｗｅｘｌｅｒ，１９６１）。这种由于地形动力阻挡作用 所形成的低空急流可以视为“阻挡急流”，其形成与 有利的大尺度环流背景密不可分。Ｃｈｅｎ等（２００５） 针对发生在台湾海峡地区阻挡急流的研究结果表 明，此类急流出现的层次相对较低，多数情况下无风 速垂直切变或切变较弱，位置较为固定且无明显的 日变化现象，故可归类为“低空高速气流带”。此外， 坡度地形环境会显著降低山地区域气流穿越等压线 所引起的质量输送，这在一定程度上保证了低空急 流事件得以持续维持（Ｈｏｌｔｏｎ，１９６７）。除以上所描 述的几类主要的地形热力及动力作用之外，沿地形 方向的加热差异所引起的高、低压系统配置、地形 “狭管效应”等机制均对低空急流的形成与发展起到 促进作用（Ｐａｍｐｅｒｉｎ，ｅｔａｌ，１９８５；陈贵川等，２００６）。 ３．３ 高、低空急流耦合 低空急流通过动量、热量及水汽的输送为对流 系统提供有利的发展条件，而高空急流则主要通过 环流场配置在高空为低层对流系统的发展提供有利 的辐合、辐散形势，同时高空急流所诱发的直接及间 接力管环流还可以促进三维空间上质量和动量的传 输，并由此与低空急流耦合。高、低空急流的相互作 用是有组织的强风暴系统在高空急流出口区发生、 发展的一个重要因子，高空急流也为低空急流的形 成、发展及加强起到促进作用（Ｕｃｃｅｌｌｉｎｉ，１９８０；丁一 汇，２００５）。以平直的高空西风急流为例，由于惯性 旋转作用，在移动过程中急流入口区与出口区分别 形成了一支直接及间接力管环流（丁一汇，２００５）。 位于高空急流出口区的间接环流在低层的回流支引 起了低层水平气压梯度力的增加从而增强了向北的 变压风，而变压风和西风分量的增强导致了低空急 流的形成并嵌入到低层回流支中。此时高层的高空 急流不断向东输送干冷空气，而低层的低空急流则 持续输送着暖湿的气流，高、低空急流的耦合为深对 流系统和强风暴过程的发展提供了有利的不稳定条 件（Ｕｃｃｅｌｌｉｎｉ，ｅｔａｌ，１９７９），同时根据高空急流的辐 合、辐散特征，低空急流也可以在高空急流出口区的 右侧强烈发展（斯公望等，１９８２；肖文俊等，１９８４）。 Ｂｒｉｌｌ等（１９８５）利用数值模式证实了高空急流出口 区这种横向间接环流的存在，以及高空急流和非绝 热加热过程对低空急流的加强作用。Ｃｈｅｎ（１９８２） 从重力惯性波的不稳定角度讨论了高低空急流的耦 合过程，即当高空急流南侧水汽供给充分并满足条 件不稳定大气时，在高空急流入口区南侧由于平流 过程所产生的非地转风在适应过程中会引起低空急 流的发展。Ｓａｕｌｏ等（２００７）则通过数值敏感性试验 揭示了低空急流、中尺度对流及高空急流三者的相 互作用，并利用概念模型展示了这种正反馈过程。 与高空急流相耦合的低空急流一般出现的层次较 高，且无明显的日变化特征（Ｕｃｃｅｌｌｉｎｉ，ｅｔａｌ，１９８７）。 ３．４ 天气系统强迫 地形因素及惯性振荡作用几乎每天都存在，但 并不是每天都有低空急流事件发生，风速能否达到 低空急流的各项标准还与部分中纬度天气系统的强 迫作用密切相关。在一次对海岸带次级环流的模拟 过程中，Ｕｃｃｅｌｌｉｎｉ等（１９８７）发现为了响应斜压环境 下空气块的垂直加速运动，低层风速显著增强并最 高达到了３０ｍ／ｓ及以上的强度。当气块从东北方 向向发展中的低压系统靠近时，气块经历了气压梯 度改变所产生的外在强迫，尽管就水平方向而言这 种强迫的强度尚较为适中，但处在海岸带锋面影响 下的斜压环境中垂直方向上的加速运动则显得尤为 凸出，当气块加速上升时，非地转风分量的显著增大 导致了低空急流的快速发展。 发生在中国长江流域及华南地区的强降水过 程，当有低空急流与之相伴时，急流的东侧往往是西 太平洋副热带高压，西侧则多为低压系统（如西南 涡），这种高、低压系统的过渡带形成了强大的水平 气压梯度，从而加强了风速并有利于低空急流的形 刘鸿波等：低空急流的研究进展与展望 １９９