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不久以前,四川遭遇暴雨轮番袭击,原来是西南涡在“搞事” 追捕“小妖”西南涡

发布时间:2021年02月04日 来源:四川日报

  

今夏,研究团队在金川县观测西南涡。本版图片由受访者提供

  研究团队在名山区放出探空气球进行观测。

  西南涡活动主要源地和主要路径及加密观测实验探空站网。

  11年来,中国气象局成都高原气象研究所在四川持续开展西南涡加密观测科学实验,揭示出许多不为人知的秘密……

  7月以来,四川盆地遭遇暴雨车轮战。覆盖范围广、降水强度大、持续时间长的罕见大暴雨在频频制造麻烦的同时,也把在它背后“兴风作浪”的“西南涡”再度推到世人面前。而西南涡“搞事情”最活跃的季节,也是中国气象局成都高原气象研究所西南涡加密观测科学实验研究团队最忙碌的时期。6月21日到7月31日整整41天里,高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室主任、二级研究员李跃清及其科研团队,从高原到盆地,一路不停地“追捕”西南涡。

  到今年7月31日为止,西南涡加密观测科学实验已持续进行11年。如此长时间跨度的观测科学实验,在国内外气象学界都是少见的。

  “对于西南涡这个神出鬼没的‘小妖’,我们已经有一些了解和认识,但还远远不够。”8月21日,刚刚“捉妖”返回成都的李跃清在接受本报记者专访时表示,今后应该以西南涡及其影响的综合观测与科学试验为起点,进一步开展深入研究,由此发展中国西南涡系统及其天气影响的基础理论与关键技术。

   本报记者 陈婷

  人物名片

  李跃清

  理学博士,博士生导师。现任中国气象局成都高原气象研究所二级研究员,国家自然科学基金重大研究计划“青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应”天气集成项目首席科学家,高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室主任。兼任第三次青藏高原大气科学试验实施组副组长,中国气象学会理事,中国气象学会高原气象学委员会主任委员,享受国务院政府特殊津贴。

  什么是西南涡

  ●在青藏高原大地形背景下,由于特殊地形和区域大气环流共同作用生成的一种中尺度气旋式低压系统

  ●西南涡平时藏在深山沟谷,大多数情况下,会在数小时至一两天内,在生成的源地附近自行减弱消亡。只有约20%的西南涡生成以后,能伺机从源地东移出去并生长发育

  血缘关系

  “父亲”是大气系统“哥哥”台风的“母亲”是海洋

  “妹妹”西南涡的“母亲”是内陆深山沟谷

  降生地

  川西高原及其东侧相邻的四川盆地

  性格

  羞涩、内向、外柔内刚又神秘,行踪变化多端,令人难以捉摸

  标签

  只要在世人跟前一露面,就定然搞出大事情,其影响范围、造成的暴雨强度和频数一点也不亚于台风,有时甚至超过台风

  探起源

  血缘近:台风的“异母妹妹”

  生于深山和盆地的西南涡是个身材小巧的“小妖精”

  在我国气象学界有一种说法:东有台风,西有低涡。这个“低涡”之一指的就是西南涡。

  能够直接引起暴雨洪涝的西南涡,是我国主要灾害性天气系统之一。虽在国内外气象学界名气很大,但跟家喻户晓的台风比起来,西南涡在普通老百姓心中基本上是“陌生人”。

  “台风和西南涡是一对同父异母‘兄妹’。他们的‘父亲’都是大气系统,‘哥哥’台风的‘母亲’是海洋,‘妹妹’西南涡的‘母亲’则是内陆的深山沟谷。”李跃清这样解释。

  如果一定要把兄妹俩作个比较,在李跃清看来:来自洋面的台风是“大妖怪”,个头大,性格大方、外向、强悍、单纯,行踪比较单一,容易监测和预报;生于深山和盆地的西南涡则是个身材小巧的“小妖精”,性格羞涩、内向、外柔内刚又神秘,行踪变化多端,令人难以捉摸。与哥哥相比,妹妹更表现出一种山里人的野性。

  性格暴:一露面定然搞出大事情

  不仅直接影响到中国西南地区,还会东移影响到中国整个东部地区,甚至影响到日本、韩国

  西南涡主要降生在川西高原及其东侧相邻的四川盆地,是在青藏高原大地形背景下,由于特殊地形和区域大气环流共同作用生成的一种中尺度气旋式低压系统。初生的西南涡,只是水平直径约几十公里、高度不足2公里的“小不点儿”。

  西南涡平时藏在深山沟谷,大多数情况下,会在数小时至一两天内,在生成的源地附近自行减弱消亡。只有约20%的西南涡生成以后,能伺机从源地东移出去并生长发育,长成直径300-500公里、高3-4公里,最高可达10公里以上的“庞然大物”。

  别看“她”小,只要在世人跟前一露面,西南涡就定然搞出大事情,其影响范围、造成的暴雨强度和频数一点也不亚于台风,有时甚至超过台风。

  台风很难直接影响到中国西部,而西南涡不仅直接影响到中国西南地区,还会东移影响到中国整个东部地区,甚至影响到日本、韩国等东亚沿海地区。1998年我国历史上罕见的包括长江、嫩江、松花江等江河全流域特大洪涝灾害,就是西南涡频繁生成且高比例东移发展引发暴雨直接导致的。今年8月,四川遭遇罕见持续强降水过程,罪魁祸首也是西南涡。

  看追捕

  克服条件限制加密“渔网”

  难度大:极易受大气变化影响,忽强忽弱,时隐时现,行踪诡秘,很难被及时发现、捕捉

  发现西南涡,最重要的方法是气象探空观测——在氢气球底部吊一个探空仪,在气球升空过程中,探空仪连续探测大气在不同高度上的气压、温度、湿度、风向与风速等要素资料,并实时传送回地面。分析这些资料,预报员就可以对西南涡的出生、成长和活动路径作出科学判别。

  然而,行踪飘忽的西南涡,一直是短期天气预报中的大难题。

  假设把气象观测网看作一张渔网,观测站点的分布是渔网的孔径,由于地形复杂、环境恶劣,现有的西南地区气象业务观测站网只是一张孔距较大、分布不匀的粗网,而初生不久的西南涡如同一条小鱼,往往成为“漏网之鱼”。而且,与相对稳定的台风不同,身材小巧的西南涡降生后极易受大气变化影响,忽强忽弱,时隐时现,行踪诡秘,很难被及时发现、捕捉。

  “进行加密观测,就是为了便于捕捉这条‘小鱼’。”李跃清说。

  空间加密——目前,四川的业务探空观测站平均间距为400-600公里。实验期间,分别在西南涡生成的三个主要源地附近,即川西高原南部的九龙县、川西高原中部的金川县和四川盆地(包括广元剑阁、雅安名山)各增加1个探空站,使源地的“渔网”孔径缩小一多半。

  时间加密——正常情况下,业务站点每天早8点、晚8点各放一次探空气球,这就导致在这两个时间空档生成的西南涡“漏网”。实验期间,7个业务站和4个加密站同时把观测时间增加到一天4次:早8点、午2点、晚8点、次日凌晨2点,从时间上提高了捕捉西南涡的概率。

  为何花大成本加密观测

  意义重:提高西南地区对暴雨洪涝等灾害性天气的监测预报能力,同时也提高我国灾害性天气监测预报能力

  加密探空观测是很要花些人力、物力和财力的,每放一次气球大约需要4000元。花这么大成本开展西南涡加密观测的意义何在?

  “为了提高西南地区对暴雨洪涝等灾害性天气的监测预报能力,同时也提高我国灾害性天气监测预报能力。”李跃清说,这些探空观测大气资料对于天气预报的价值,如同体重、体温、脉搏、心电图、血压等对于人体健康检查的意义一样,是不可缺少的基础资料。

  研究表明,西南地区位于不同大气环流系统上下左右交汇的特殊地区,是影响我国天气的高原涡、西南涡、切变线等中小尺度对流系统孕育的“温床”和“家园”,也是我国灾害性天气气候预测的强信号区。由于中小尺度天气系统往往造成大风、暴雨、冰雹等剧烈灾害性天气,四川成为中国内陆的降水中心,也是全国发生泥石流、滑坡等山地灾害最严重的地方之一。

  多年来的研究与实践证明,把西南涡关键地区的探空观测资料输入到数值预报模式和天气预报业务平台,有效提高了我国对暴雨等灾害性天气的监测预报能力。

  进一步发挥西南涡加密观测科学实验的基础支撑作用,已成为我国第二次青藏高原综合科学考察研究和第三次青藏高原大气科学实验的重要组成部分,观测实验数据资料在大气科学研究、业务预报、气象服务中发挥了独特的重要作用。为期41天的连续加密探空数据实时进入四川省气象台业务平台、同化到西南区域数值预报业务系统,显著提升了区域灾害性天气预报业务能力。

  “西南涡加密观测科学实验开展11年来,通过观测分析、诊断研究和数值模式等方法,在高原天气系统影响天气异常的研究上取得了许多新进展,大大丰富了西南涡系统影响灾害性天气的理论与技术,并取得了不少在国内外有重要意义的创新性理论研究和技术研发成果。”李跃清告诉记者,接下来,科研团队还将利用风廓线雷达等在金沙江流域开展大气边界层结构观测,进一步提高对青藏高原东南缘深切峡谷风场演变特征和机理的认识。

  回忆

  2013年6月末7月初,四川盆地东部发生一次特大暴雨天气过程,共有39个站点降雨量超过100毫米,其中遂宁72小时累计降雨量达到519.5毫米,创雨量历史极值。

  这次灾害性天气事件中,西南涡东移加强带来暴雨的整个过程,都被西南涡加密观测实验科研团队及时捕捉到了。

  李跃清回忆说:“当时正在开展观测实验,加密观测大气资料被实时传送回预报业务平台,在这个西南涡从九龙向盆地移动的过程中,预报员从天气图上发现了‘她’。特别是7月30日14时,‘她’在盆地与高原涡耦合加强,被加密观测逮个正着。观测资料一出来,预报员就发现这个涡非常强烈,及时作出了未来降水将超过200毫米的判断。这么大的降水量,预报员以前还是难以预报的。”

  秘密

  神秘的“产房”和奇异的东移路径

  11年来,通过分析西南涡加密观测实验资料,西南涡的一些重大秘密逐渐被揭示出来:

  一是发现西南涡生成源地之间的相互联系。人们原来认为,西南涡的三个源地是孤立的。通过分析实验资料,科研人员发现,位于上游的源地对下游盆地的源地有作用,其扰动能够激发四川盆地的涡源。这说明,三个源地是有主次之分的,上游涡源的大气波动能传播并影响到下游涡源,因此位于上游的九龙源地对西南涡的生成非常重要。

  二是提出了西南涡与其他涡旋的横向耦合机制。基于加密观测资料应用,科研人员发现,西南涡不仅能与高原涡垂直耦合,发展深厚的西南涡还能与高原涡在横向上耦合,并且横向合并、叠加以后的西南涡相对更加剧烈。

  最重要的是,科研人员提出了西南涡东移发展的新机制,认为西南涡的移动,跟前后冷暖平流的协同作用密切相关。这一科研成果被评为国家973计划项目重大成果。

  随着研究深入,科研人员又有了重要发现——西南涡的三个源地具有多尺度性。

  科研人员对九龙源地的实验资料进行了精细化分析,发现里面还存在几个更小的源地。“以前我们只知道西南涡居住在九龙这个‘大院子’里,现在发现,院子里原来还有很多‘小产房’。而且,从不同房间出来的西南涡具有不同的性格特点,东移的概率不一样,日变化也不一样,造成的影响也不一样。不过,虽然研究上提出了这样的理论,但实际上还不能精细到及时分辨并合理解释它从哪个房间出来,有待进一步研究发现。”李跃清说。

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