2017, Vol. 41
2 四川省高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室, 成都 610072
3 四川省雅安市气象局, 雅安 625000
2 Heavy Rain and Drought-Flood Disasters in Plateau and Basin Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610072
3 Ya'an Meteorological Bureau, Sichuan Province, Ya'an 625000
高原低涡和西南涡是影响我国暴雨发生的重要天气系统（朱乾根等，1981）。高原低涡是发生在青藏高原主体（以下简称高原涡），主要活动于500 hPa等压上。叶笃正和高由禧（1979）指出：高原低涡的水平尺度约500 km，垂直厚度约2~3 km。西南涡是发生在青藏高原东南侧、中国西南部，主要活动于700 hPa等压上。卢敬华（1986）指出：西南低涡是一个尺度为300~500 km浅薄的中尺度系统，主要反映在700 hPa等压上。
高原低涡一般在高原的西半部产生，消失于高原的东半部。也有些高原低涡会东移出高原主体，使中国广大地区产生暴雨、大暴雨，造成灾害性天气（Tao and Ding, 1981; 张顺利等; 2001; Yu et al., 2014）。西南涡多数在原地生消（陈启智等，2007），有些西南涡移出源地对中国降水影响大（卢敬华, 1986; Kuo et al., 1988; 陈忠明等, 2003; 孙婕和李国平, 2013）。
气象工作者一直重视高原低涡、西南涡的研究（钱正安等, 1984; 高守亭, 1987; Wang, 1987; 陈忠明, 1990; 李国平等, 1991; 罗四维, 1992; Chang et al., 2000; Wang and Gao, 2003; 李国平等, 2016）。特别是近十多年来，在高原低涡研究方面，更加关注东移出高原的高原低涡的研究及东移机理方面的研究。陈联寿等（2000）指出大地形对涡旋运动有影响。宋敏红和钱正安（2002）发现高原中东部气柱平均厚度可指示高原涡的移动。Takahash（2003）指出冷空气直接影响高原北部低压发展。郁淑华等（2008）指出高原低涡处在斜压不稳定增强情况下会移出高原的。何光碧等（2009）指出冷暖空气交汇导致辐合流场的维持和加强, 是低涡得以维持和加强的重要因素。李国平等（2011）指出高原低涡既含有涡旋Rossby波又含有惯性重力外波的结构特征。宋雯雯等（2012）指出凝结潜热、水汽对低涡的维持以及结构特征演变起关键作用。在西南涡的研究方面，更加关注西南涡的动力学与数值模拟研究。陈丽芳等（2004）数值模拟发现：低涡加强发展时锋生东传明显。周国兵等（2006）的研究表明：“桑达”台风东北气流吹入到西南涡的东南侧，从而触发了形成特大暴雨天气过程。陈栋等（2007）指出：在“鞍”型大尺度环流背景下利于西南涡发展。陈忠明等（2007）导出描述三维涡度强度变化方程，分析了大气层结及其变化等对三维涡度强度变化的影响。也有一些研究指出高原低涡、西南低涡各自活动的基本事实与活动特征（陈忠明和闵文彬，1999；郁淑华和高文良，2006；陈启智等，2007；王鑫等，2009）。
许多研究是针对高原低涡与西南涡中某一种低涡的研究，一些研究也揭示了高原低涡与西南涡的耦合作用（陈忠明等，2004；刘新超和陈永仁，2014；陈贝和高文良，2015）。高原低涡与西南涡共同活动对中国乃至东亚强降水影响大（Yu et al., 2016），加强高原低涡与西南涡共同活动的研究，对于进一步认识高原低涡与西南涡的相互作用及与中国的强降水过程的关系、指导高原低涡、西南涡的预报和减少其造成的暴雨灾害都具有十分重要的意义。
为此，本文在分析高原低涡与西南涡结伴而行的活动形式基础上，通过分析高原低涡与西南涡结伴而行的几种活动形式的代表个例的环境场和位涡场，以揭示高原低涡与西南涡结伴而行的环境场特征及其可能成因。
2 资料和方法 2.1 资料本文所用的资料包括：（1）由中国气象局国家气象中心提供的1998~2015年每日08:00、20:00（北京时，下同）历史天气图；（2）时间分辨率为6 h，水平分辨率为1°×1°的NCEP（National Centers for Environmental Prediction）/NCAR（National Center for Atmospheric Research）–FNL（Final Operational Global Analysis data）再分析资料；（3）青藏高原低涡切变线年鉴。
2.2 方法在分析1998~2015年高原涡移出青藏高原后持续活动2天以上（简称持续高原涡）的活动过程中，对持续高原涡与西南涡移向较一致的过程进行天气、统计分析，选出持续高原涡与西南涡几种活动形式的代表过程，进行天气、诊断分析。
位涡（PV）表达式（于玉斌和姚秀萍，2000）为
| $ \begin{array}{l} {\rm{PV = }} - g\left( {\zeta + f} \right)\frac{{\partial \theta }}{{\partial p}} + g(\frac{{\partial v}}{{\partial p}}\frac{{\partial \theta }}{{\partial x}} - \frac{{\partial u}}{{\partial p}}\frac{{\partial \theta }}{{\partial y}}),\\ \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\left( {{\rm{PV}}} \right)_1}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\left( {{\rm{PV}}} \right)_2} \end{array} $ | (1) |
其中，PV可分解成两部分，即与静力稳定度有关的正压项（PV）1及与风的垂直切变和位温水平梯度有关的斜压项（PV）2。位涡是综合反映大气动力特性与热力特性的物理量。位势涡度的单位（PVU）是10-6 m2 K s-1 kg-1（刘健文等，2005）。
持续高原涡是指500 hPa等压面上反映的生成于青藏高原，后移出青藏高原在高原以外区域活动2天以上的有闭合等高线的低压或有三个站风向呈气旋式环流的低涡（郁淑华等，2015）。西南涡是指700 hPa等压面上生成于青藏高原背风坡（26°~33°N，99°~109°E），连续出现2次有闭合等高线的低压或有三个站风向呈气旋式环流的低涡。根据低涡生成区域，西南涡可以分为九龙涡、四川盆地涡（简称盆地涡）和小金涡（中国气象局成都高原气象研究所和中国气象学会高原气象学委员会编著，2013）。高原涡、西南涡中心区是指涡中心，半径为1经/纬距的区域。高原涡、西南涡涡区是指涡中心，半径分别为3、2.5经/纬距的区域。高原涡环流区是指组成高原涡的气流区域。
受持续高原涡环流影响产生的西南涡，即在组成持续高原涡环流的气流下空产生西南涡。称之为持续高原涡诱发西南涡（简称高原涡诱发西南涡）。高原涡移动到西南涡上空或西南涡移动到高原涡下空，造成高原涡与西南涡上下位置相近的，一般西南涡处在高原涡涡区下空活动，称之为高原涡与西南涡耦合（简称两涡耦合）。高原涡与西南涡移动方向较一致，西南涡未受到受高原涡环流影响，也不处在高原涡涡区下空活动，而受500 hPa同一天气系统影响，一般两涡相距较远（≥5经/纬度），称之为同一天气系统影响下的高原涡与西南涡（简称同一天气系统下的两涡）。
代表个例的选取是依据西南涡是以九龙涡为主（卢敬华，1986），选取以两涡伴行的各种活动形式中高原涡生命史最长，并且伴行的是九龙涡的过程。高原低涡编号是以“C”字母开头，按年份的后二位数与当年低涡顺序二位数组成（李跃清等，2012）。
3 持续高原涡与西南涡伴行的活动形式与特征高原涡与西南涡的耦合作用已受到重视，高原涡与西南涡究竟有哪些共同活动的形式值得探讨？
图 1给出了1998~2015年各月持续高原涡过程、持续高原涡与西南涡共同活动过程、持续高原涡与西南涡移向较一致过程的出现次数。由图 1看出：这18年中，共有持续高原涡过程42次，其中持续高原涡与西南涡共同活动过程的有26次；在这两涡共同活动过程中，两涡移向较一致的过程占多数，共有16次（占62%）。
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图 1 1998~2015年各月持续高原涡过程（黑色）、持续高原涡与西南涡共同活动过程（蓝色）和持续高原涡与西南涡移向较一致过程（红色）的出现次数 Figure 1 The process numbers of sustained TPV (Tibetan Plateau vortex; black), the joint sustained TPV and SCV (Southwest China vortex; blue), and joint sustained TPV and SCV with consistent moving directions (red) for the period 1998–2015 |
表 1给出了1998~2015年持续高原涡与西南涡移向较一致的过程的活动情况，由表 1分析看出：依据持续高原涡与西南涡活动形式的注释，这两涡移向较一致的活动形式有三种，它们是高原涡诱发西南涡、两涡耦合与同一天气系统下的两涡。在这三种活动形式中，高原涡诱发西南涡的过程占多数（69%），两涡耦合的过程占25%，同一天气系统下的两涡只占6%。还看出：这两涡移向较一致的过程出现在3月上旬至8月上旬，主要发生在6~8月（12/16），集中发生在6月（7/12）。高原涡诱发西南涡过程近一半产生在6月份；两涡耦合过程发生在春末、夏初与盛夏；同一天气系统下的两涡发生在初夏。说明持续高原涡与西南涡结伴而行的过程发生在春季到盛夏，特别要警惕6月份，是高原涡诱发西南涡的多发时段。
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表 1 持续高原涡、西南涡移向较一致的的过程 Table 1 The process when tracks of sustained TPV and SCV were consistent |
图 2给出了1998~2015年持续高原涡（以下统称高原涡）与西南涡移向较一致过程的路径图，由图 2看出：高原涡诱发西南涡过程的路径，主要向东移、东北移（8/11），主要影响长江流域、黄淮区域，有些可影响到我国东北地区。两涡耦合的过程主要向东北移（2/4），主要影响长江以北。
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图 2 持续高原涡（实心圆点）与西南涡（实心方块）移向较一致过程的路径图：（a）高原涡诱发西南涡过程；（b）两涡耦合过程；（c）同一天气系统下的两涡过程。阴影区表示海拔高度≥2500 m；数字表示持续高原涡、西南涡的序号；持续高原涡、西南涡的路径分别以实线、虚线表示；同一序号的高原涡、西南涡的路径以同一种颜色示出 Figure 2 The tracks of joint sustained TPV (solid dot) and SCV (solid square) with consistent moving directions: (a) The process of SCV induced by TPV, (b) coupled TPV and SCV process, (c) two vortices process under same weather system. The shadowed area is above 2500 m. The numbers are the sequence numbers of each vortex. The sustained TPV and SCV tracks are indicated by the solid and dashed lines respectively with consistent colors |
依据高原涡与西南涡伴行的代表个例选取原则，选出的个例是C0526涡诱发西南涡[2005年6月23日08:00至28日20:00（李跃清等，2012）]、C1321涡耦合西南涡[2013年5月24日08:00至27日20:00（中国气象局成都高原气象研究所和中国气象学会高原气象学委员会，2015）]、在同一天气系统影响下的C1125涡与西南涡[2011年6月16日08:00至18日20:00（中国气象局成都高原气象研究所，中国气象学会高原气象学委员会编箸，2012）]。由对这3个高原涡与西南涡结伴而行的活动路径（图 3）看出：C0526涡、C1321涡与其伴行的西南涡分别同向东北方、东北偏东方向移动；C1125涡与其伴行的西南涡，两涡相距较远，东移中多次转向。
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图 3 持续高原涡与西南涡结伴而行个例的路径图：（a）C0526涡；（b）C1321涡；（c）C1125涡。阴影区表示海拔高度≥2500 m；持续涡02:00（北京时间，下同）、08:00、14:00、20:00用黑色实心圆点、空心圆、实心三角、空心三角表示；西南涡用红色实心圆点、空心圆、实心三角、空心三角表示 Figure 3 The track of sustained TPV accompanied with SCV: (a) Vortex C0526; (b) vortex C1321; (c) vortex C1125. The positions of sustained TPV at 0200 (Beijing time, BT), 0800 BT, 1400 BT, and 2000 BT are denoted by solid black dots, hollow black triangle, respectively. The positions of SCV are indicated by the same symbols as for TPV but in red color. The shadow area is above 2500 |
500 hPa上，2005年6月23日08:00（图 4a），40°N以北东亚环流为二脊二槽[巴尔喀什湖（简称巴湖）东北部、贝加尔湖（简称贝湖）东部分别为高压脊，其以东分别为低槽]，在巴湖东部分裂槽中C0526涡形成。24日14:00 40°N以北东亚环流转为二槽二脊（新疆、我国东北分别为高压脊，新疆脊两侧为低槽），C0526涡位于河套西部中纬度槽中，副高脊线在20°N、西伸到了97°E，有－8℃冷舌侵入C0526涡，在C0526涡环流的东南部—西南气流下空，700 hPa上四川西南部生成西南涡（图 4b）。24小时以后，C0526涡在北脊南槽中的中纬度槽中加强，槽后冷平流明显，西南涡在C0526涡中心区的南部下空，随C0526涡东北移后加强。26日14:00随着贝湖脊后部低槽的东移，此槽底部较强西风（≥20 m s-1）南压已靠近高原；C0526涡中心区大部在－8℃冷区内，此西南涡在C0526涡环流区的东部—西南气流下空达到最强（图 4c）。26日20:00，C0526涡在北脊南槽环境下东北移，有－8℃冷舌侵入C0526涡西北部，低涡持续，与之相伴的西南涡也持续东北移。在28日20:00 C0526涡在北脊南槽中，受暖平流影响明显的环境下，西南涡在C0526涡中心区下空，两涡分别将减弱消失（图 4d）。
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图 4 C0526涡（红色实心圆点）的500 hPa位势高度（蓝色实线，单位：gpm）、温度（红色线，单位：℃）、风场（矢量，单位：m s-1）：（a）高原涡形成时；（b）西南涡形成时；（c）西南涡强盛时；（d）西南涡将减弱消失时。大于2500 m海拔高度区域以绿色粗虚线示出；红色三角形示为西南涡, 下同 Figure 4 Geopotential height (blue solid lines, units: gpm), temperature (red lines, units: ℃), and wind field (vectors, units: m s-1) at 500 hPa for TPV C0526 (solid red dot): (a) The time when C0526 formed, (b) the time when SCV formed, (c) the time when SCV reached the strongest level, (d) the time when SCV tended to vanish. The area with altitude higher than 2500 m is circled by thick green dashed line; solid red triangle represents SCV, the same below |
700 hPa上，2005年6月24日08:00（图 5a），在新疆有一高压脊，华北东移的高压与副高构成我国东部沿海高压坝，使四川绝大部分区域为西南气流与暖区控制，四川西北部有弱切变线。24日14:00（图 5b），新疆流入四川的偏北风气流增强，副高西伸到了（14°N，112°E），孟加拉湾（简称孟湾）西南气流影响到了四川东部边界，四川西半部处在南、北两支气流构成的切变流场中形成了西南涡，此时西南涡北部有弱冷空气入侵。以后，新疆高压东南移，副高北抬，25日14:00脊线在20°N，后稳定，西南涡沿切变线东北移，与低槽中的低涡合并加强，26日14:00此西南涡西部受明显冷空气影响，此西南涡达最强（图 5c）。以后，西南涡在内蒙东部高压以南的低槽中，随槽东移，28日14:00~20:00，内蒙东部高压移到了我国东北加强，副高稳定，西南涡在这两个高压间的切变流场中，受冷空气影响减弱，西南涡将减弱消失（图 5d）。
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图 5 与C0526涡伴行的西南涡700 hPa位势高度（单位：gpm）、温度（单位：℃）、风场（矢量，单位：m s-1）：（a）西南涡形成前；（b）西南涡形成时；（c）西南涡强盛时；（d）西南涡将减弱消失时 Figure 5 Geopotential height (blue lines, units: gpm), temperature (red line, units: ℃), and wind field (vectors, units: m s-1) at 700 hPa for SCV accompanied with TPV C0526: (a) The time before SCV formed, (b) the time when SCV formed, (c) the time when SCV reached its strongest level, (d) the time when SCV tended to vanish |
200 hPa上，2005年6月23日08:00南亚高压己伸到云南东部，中纬度（32°~45°N，80°E）有一槽线，C0526涡在此槽前偏西风急流下空生成。以后，C0526涡随槽前这南支西南风急流东移，24日14:00在这西南风急流入口区右侧，距≥44 m s-1急流核区7.5个经/纬距处的下空，700 hPa上西南涡生成（图 6a）。之后，此槽东移南伸，C0526涡与其伴随的西南涡在这支西南风急流下空加强；26日14:00，这支西南风急流中核区加强（中心核区≥64 m s-1），C0526涡与其伴随的西南涡上空距急流核区（≥44 m s-1）分别为左侧1.5经/纬距、右侧0.5经/纬距，西南涡达最强。26日20:00至27日08:00，两涡在此槽前西南风急流下空东北移，27日14:00后，这支西南风急流与其以西的东伸的西风急流合并，稍有南压；急流核区东移与这两涡的距离拉大，28日20:00这两涡处在偏西风急流左侧下空，减弱将消失。
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图 6 西南涡强盛时200 hPa位势高度：（a）C0526；（b）C1321；（c）C1125。细实线为等高线，单位：gpm；（a、b、c）中红色粗实线分别表示高原涡形成时、高原涡形成时、西南涡形成时200 hPa急流位置；绿色粗实线分别表示诱发西南涡形成时、与西南涡耦合时、西南涡加强时200 hPa急流位置；蓝色粗实线分别表示西南涡强盛时、西南涡强盛时、西南涡持续时200 hPa急流位置；黄色粗实线表示西南涡将减弱消失时；红色、绿色、蓝色、黄色的实心圆（高原涡）与实心三角（西南涡）代表的时次与红色、绿色、蓝色、黄色粗实线代表的时次相同 Figure 6 Geopotential height (thin solid lines, units: gpm) at 200 hPa when SCV was strong: (a) TPV C0526, (b) TPV C1321, (c) TPV C1125. The thick red lines are the jet core positions at 200 hPa at the time when TPV formed, when TPV formed, when SCV formed separately in (a, b, c); the thick green lines are the jet core positions at 200 hPa corresponding to the time when TPV induced SCV, when TPV was coupled with SCV, when SCV was strong respectively in (a, b, c); the thick blue lines are the jet core positions at 200 hPa corresponding to the time when SCV was strong, when SCV was strong, when SCV sustained respectively in (a, b, c); the thick yellow lines are the jet core positions at 200 hPa corresponding to the time when SCV weakened and vanished in (a, b, c); the red, green, blue, and yellow solid dot (TPV), solid triangle (SCV) mean the same time indicating by thick red, green, blue, and yellow lines |
由上可以看出，C0526涡诱发的西南涡，是在500 hPa上在40°N以北东亚环流为二槽二脊，环流经向度不强，纬向气流为主导，高原涡环流东南部—西南气流与200 hPa西南风急流入口区右侧的下空，700 hPa切变流场中受弱冷空气影响下生成的；这次两涡伴行中的西南涡活动受高原涡与200 hPa急流影响大。
4.2 高原涡西南涡耦合一例的环境场500 hPa上，2013年5月24日02:00（图 7a），在40°N以北东亚气流较平直，青藏高原中部有一低槽，C1321涡在此高原槽的暖区内生成；同时，在此高原槽前部波动的下空，700 hPa上四川西南部生成西南涡。以后此高原槽东移南伸，25日02时，有－10℃冷舌侵入低涡西北部，C1321涡随此高原槽东移加强（图 7b），此时西南涡移到了C1321涡区南部下空，与C1321涡发生了耦合。之后，C1321涡随此槽东移逐渐加强，西南涡在C1321涡区下空相伴东移，26日08:00西南涡处在西南急流头左侧下空加强；26日20:00，大于等于20 m s-1强西风己接近高原北部，此高原槽东移到济南—河池一线，有－10℃冷舌侵入低涡北部，C1321涡继续加强，西南涡在C1321涡涡区西南部、西南急流左侧下空继续加强，此时这二涡达最强（图 7c）。以后，此高原槽与西南急流东移缓慢，这两涡东移，在27日20:00，西南急流减弱与C1321涡距离加大，C1321涡所处的冷温度槽减弱，这两涡将减弱消失（图 7d）。
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图 7 C1321涡的500 hPa位势高度、温度、风场（各要素说明同图 4）：（a）西南涡形成时；（b）与西南涡耦合时；（c）西南涡强盛时；（d）西南涡将减弱消失时 Figure 7 Geopotential height, temperature, and wind field at 500 hPa for TPV C1321 (The signs and units are the same as in Fig. 4): (a) The time when SCV formed; (b) the time when TPV was coupled with SCV; (c) the time when SCV reached its strongest level; (d) the time when SCV tended to vanish |
700 hPa上，2013年5月24日02:00（图 8a），孟湾气流流入四川盆地，发生气旋性弯曲，在暖区中形成西南涡。以后，由于我国黄海有高压活动，孟湾气流在四川的气旋性弯曲持续，25日02:00（图 8b），西南涡处在12℃暖区内加强，与C1321涡耦合。之后，由于贝湖西部槽南伸，高原以北的西风气流在甘肃转为北风气流，与孟湾流入四川、湖北的西南气流形成辐合，25日14:00西南涡加强；25日20:00至26日14:00，黄海高压东退、西南涡受冷平流影响东移、26日20:00移到了河南东部，达最强（图 8c）。以后，黄海高压又有些东退，27日20:00西南涡移入增暖区中，将减弱消失（图 8d）。
200 hPa上，2013年5月24日02:00南亚高压脊线在20°N，西风急流位置比C0526涡的偏南，在南支偏西风急流下空生成C1321涡与西南涡。以后，南亚高压稳定，在青藏高原中部上空有一浅槽，北、南支急流靠近，25日02:00，北、南支急流合并，≥44 m s-1的急流核区扩大，急流加强，这两涡在西南风急流右侧下空，分别距≥44 m s-1急流核区10.5、12.5个经/纬距处的下空耦合（图 6b）。之后，此浅槽加深东移，槽前西南风急流加强，这两涡在此西南风急流下空东移加强；26日20:00，C1321涡与其伴随的西南涡上空距急流核区（≥44 m s-1）分别为右侧1.5、3个经/纬距，西南涡达最强。27日02:00~14:00，此槽继续东移，这两涡在此槽前西南风急流下空北北东移，27日20:00处在了西南风急流左侧下空，急流核区与C1321涡、西南涡的距离拉大（分别为左侧5纬距、6纬距），将减弱消失。
由上可以看出，C1321涡与西南涡耦合，是在500 hPa上在40°N以北东亚气流较平直，高原涡区南部—西南气流左侧与西南涡耦合。这次高原涡与西南涡耦合着伴行受500 hPa西南急流影响大，200 hPa西南风急流位置及这两涡与急流核区距离对两涡活动有明显影响。
4.3 同一天气系统下的高原涡西南涡一例的环境场500 hPa上，2011年6月16日08:00，在40°N以北东亚环流为二槽一脊（贝湖为高压脊，其两侧为低槽），贝湖脊以南的低槽受冷平流影响，在此槽中生成C1125涡（图 9a），在C1125涡以南8个纬距处下空生成西南涡。16日14:00，C1125涡在北脊南槽中受冷平流影响加强情况下向东移，与西南涡上下位置拉近，西南涡加强；以后，C1125涡在北脊南槽中东移，西南涡处在此低槽槽底西西北气流下空，这两涡上下位置拉开（图 9b）。17日08:00，C1125涡在北脊南槽中与西南涡同处在105.5°E附近，受新疆冷温度槽分裂的冷空气影响，两涡持续，西南涡有些减弱（图 9c）。之后，C1125涡、西南涡分别处在内蒙中部高压底部的东南气流与槽后西北气流的交汇处、低槽底部西风气流的下空少动，逐渐减弱，18日20:00，C1125涡处在内蒙中部高压与青海东部高脊构成的切变流场中，西南涡处在青海东部高脊与副高间的切变流场的下空，将减弱消失（图 9d）。
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图 9 C1125涡的500 hPa位势高度、温度、风场（各要素说明同图 4）：（a）西南涡形成时；（b）西南涡加强时；（c）西南涡减弱时；（d）西南涡将消失时 Figure 9 Geopotential height, temperature, and wind field at 500 hPa for TPV C1125 (The signs and units are the same as in Fig. 4): (a) The time when SCV formed; (b) the time when SCV strengthened; (c) the time when SCV weakened; (d) the time when SCV tended to vanish |
700 hPa上，2011年6月16日08:00，在蒙古有一东西向高压，副高西伸到了（24°N，118°E），由于山西有一小高压，使孟湾西南气流在甘肃、陕西南部成气旋性弯曲，西南涡在孟湾西南气流与蒙古高压底部东风气流间的切变流场中的暖区内生成（图 10a）。16日14:00，副高稍有北抬、加强，蒙古高压加强，孟加拉湾西南气流持续，使此切变流场增强，西南涡在切变流场中的暖区内增强、少动（图 10b）。以后，副高稳定稍有西伸，蒙古高压渐东移，17日08:00，西南涡在此切变流场中，受弱冷空气影响、东移到了四川东部（图 10c）。之后，副高有些东退，蒙古高压东移减弱，18日20:00，西南涡在内蒙古高压与副高间的切变流场中将减弱消失（图 10d）。
200 hPa上，2011年6月16日08:00南亚高压位置较C1321涡的偏北，脊线在30°N，C1125涡与其伴随的西南涡分别在南亚高压北面的槽中、槽前及弱西南风急流（核区风速＜40 m s-1）左、右侧下空生成。16日14时南亚高压加强，其北面的槽有些东移，C1125涡在此槽前西南风急流下空东移，此时西南风急流稍有加强（40 m s-1≤核区风速＜44 m s-1），西南涡在此西南风急流右侧下空少动、加强（图 6c）。以后，南亚高压减弱，此槽变平，西南风急流在17日08:00转变为西风急流，C1125涡、西南涡分别处在此急流中、急流右侧下空，减弱。之后，南亚高压逐渐西伸，西风急流东移，这两涡渐与西风急流距离拉开。18日20:00，这两涡处在西风急流的断裂处，减弱将消失。
由上可以看出，C1125涡是在受冷平流影响的贝湖脊以南的低槽中生成，西南涡生成于在此低槽底部、200 hPa西风急流以南的下空。这两涡在500 hPa北脊南槽下活动，受500 hPa上低槽影响大，200 hPa急流强度及两涡与急流核区的距离对两涡活动是有一定影响的。
由以上分析，可以将高原涡与西南涡伴行的三种活动形式的环境场特征作一归纳，为了便于比较，列在表 2中。
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表 2 持续高原涡与西南涡伴行的不同活动形式的环境场特征比较 Table 2 Comparison of characteristic environmental backgrounds corresponding to different activity patterns of sustained TPV and accompanied SCV |
由环境场分析可知，高原涡与西南涡伴行都与500 hPa低槽伴随的冷空气、700 hPa冷、暖空气、200 hPa急流的活动有关，为了更清楚的看出冷空气与急流活动对两涡的影响，为此进行了位涡分析。
5.1 高原涡诱发西南涡一例的位涡分布特征500 hPa位涡图上，2005年6月23日08:00，位涡分布为西高东低，西部有6个≥0.6 PVU（位涡单位：1 PVU＝10-6 m2 K s-1 kg-1）的高位涡区成北—南向（图 11a），其中，C0526涡西半部已受新疆冷空气的影响，有0.9 PVU中心区。西南涡生成时（24日14:00），此冷空气向东南扩展，己影响到C0526涡环流东部、西南涡上空，C0526涡涡区西南部、东部边缘≥0.8 PVU区，西南涡中心区上空处在0.5~0.8 PVU区内（图 11b）。西南涡加强时（26日14:00），受华北冷空气影响，C0526涡环流的东部、西南涡区上空处在0.8~1.4 PVU内（图 11c），受冷空气影响比C0526涡诱发西南涡时的强。28日20:00高位涡中心区东移到中国东北，减弱为1.6 PVU，大于0.8 PVU区明显缩小（图 11d），此时影响C0526涡及西南涡上空的冷空气势力明显减弱，西南涡将减弱消失。
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图 11 500 hPa位涡[实线，单位：PVU（10-6 m2 K s-1 kg-1）]分布：（a–d）分别为C0526涡形成时、诱发西南涡形成时、西南涡强盛时、西南涡减弱将消失时；（e–h）分别为C1321涡形成时、与西南涡耦合时、西南涡强盛时、西南涡减弱将消失时；（i–l）分别为C1125涡与其伴行的西南涡形成时、西南涡加强时、西南涡减弱时、西南涡将消失时。绿色粗虚线，红色实心圆点、红色三角的说明同图 4 Figure 11 Potential vorticity distribution [solid line, units: PVU (10-6 m2 K s-1 kg-1)] at 500 hPa: (a–d) The times of TPV C0526 formation, induced SCV formation, the strongest SCV, and SCV disappearance; (e–h) the time of TPV C1321 formation, coupled with SCV, the strongest SCV, and SCV disappearance; (i–l) the time of formation of TPV C1125 and accompanied SCV, SCV strengthening, SCV weakening, and SCV vanishing. The thick green dashed line, closed red circle, and red triangle are the same as in Fig. 4 |
由分析C0526涡及其所伴的西南涡的涡中心区500、700 hPa位涡斜压项（PV）2的变化（表 3）看出，500 hPa上，2005年6月24日14:00，C0526涡中心区（PV）2比C0526涡生成时的小；西南涡中心区上空（PV）2为－0.032 PVU。在26日14:00，西南涡中心区上空（PV）2比形成时的明显减少，为－0.108 PVU，反映此时西南涡上空（PV）2负值强度在增强，西南涡是在西南涡上空斜压性明显增强情况下加强的。28日20:00 C0526涡与西南涡中心区上空（PV）2值仍较小。700 hPa上西南涡中心区（PV）2，西南涡生成时为正值；加强时（PV）2明显减少；将减弱消失时（PV）2明显增加。说明C0526涡诱发西南涡是在高原涡环流有较强斜压性的部位下空发生的；在西南涡中心区及其500 hPa上空斜压性明显增强，有强的斜压性时，西南涡加强；反之，将减弱消失。
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表 3 C0526涡及所伴西南涡的涡中心区(PV)2平均值 Table 3 The (PV)2 average value in central region of TPV C0526 and accompanied SCV |
由于C0526涡与西南涡伴行时两涡的纬度相差在0.5~1纬距，所以位涡纬向垂直剖面取两者的中间纬度而作。由对C0526涡与其所伴的西南涡的位涡纬向剖面分析看出，2005年6月23日08:00 C0526涡区西部上空300 hPa位涡有1.0 PVU中心区（图略）；24日14:00，C0526涡区西部边缘位涡己达1.0 PVU，它所伴的西南涡位涡为0.5 PVU（图 12a），反映高空有高位涡下传；26日14:00，C0526涡中心及其所伴的西南涡中心位涡都为1.0 PVU，高空高位涡下传到了西南涡（图 12b），这与田珊儒等（2015）在分析高原低涡和对流系统相互作用的一例中指出，低层位涡的加强与否可能跟高低空正位涡带的上下打通有关的看法相似；28日20:00，C0526涡中心及其所伴的西南涡上空300~200 hPa有密集的2~5 PVU等位涡线，此时高空高位涡没有下传。结合200 hPa西风急流活动，不难看出200 hPa西风急流影响高原涡、西南涡加强是通过高空高位涡下传实现的。
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图 12 过高原涡中心的位涡（实线，单位：PVU）纬向—垂直剖面：C0526涡诱发西南涡时（a）与西南涡强盛时（b）；C1321涡与西南涡耦合时（c）和西南涡强盛时（d）；C1125涡与其伴行的西南涡形成时（e）和西南涡加强时（f）。红色实心圆点与红色三角的说明同图 4 Figure 12 Vertical cross sections of potential vorticity (solid line, units: PVU) along the latitude crossing through the center of TPV: The time when TPV C0526 induced SCV (a) and when SCV reached its strongest level (b); the time when TPV C1321 was coupled with SCV (c) and when SCV reached its strongest level (d); the time when TPV C1125 and accompanied SCV formed (e), and when SCV strengthened (f). The red circle and red triangle are the same as in Fig. 4 |
由上面分析看出，这次C0526涡诱发西南涡是受新疆冷空气影响，有高位涡空气伸入高原涡及其环流区，使高原涡、西南涡上空500 hPa分别具有强的、较强的斜压不稳定情况下诱发西南涡的，在西南涡及其500 hPa上空与高原涡有高空高位涡下传，具有强的斜压不稳定情况下西南涡加强。这与Chang et al.（2000）指出的西南涡是在冷空气与暖湿空气交汇有利于斜压的发展情况下发展的结果相似。
5.2 高原涡耦合西南涡一例的位涡分布特征500 hPa位涡分布图上，2013年5月24日02:00，C1321在暖区内生成，此时C1321涡大部位涡≤0.4 PVU（图 11e）；西南涡上空受冷空气影响，其上空大部位涡≥0.8 PVU。25日02:00（二涡耦合时），C1321涡及与其伴行的西南涡上空大部的位涡≥0.6 PVU，西南涡中心区上空有1.8 PVU高位涡中心区（图 11f），C1321涡及西南涡上空受冷空气影响明显。26日20:00（西南涡加强时），受中国东北冷空气向西南伸影响，在C1321涡中心区及涡区东南部分别有1.6 PVU中心区，西南涡上空处在0.6~1.2 PVU区内，此时C1321涡及西南涡上空受冷空气影响比两涡耦合时的强（图 11g）。27日20:00（图 11 h），中国东部高位涡区比明显东移缩小，C1321涡区及西南涡区上空分别有部分位涡＜0.3 PVU、＜0.5 PVU的低位涡区，西南涡将减弱消失。
由分析C1321涡及其所伴的西南涡的中心区500、700 hPa位涡斜压项的变化（表 4）看出，500 hPa上，2013年5月24日02:00 C1321涡中心区（PV）2为－0.089 PVU，西南涡上空（PV）2比C1321涡的大，近一个量级，反映西南涡生成时上空斜压性极弱，未受到C1321涡的影响。25日02:00两涡耦合时，C1321涡中心区（PV）2为－0.090 PVU，西南涡中心区上空（PV）2比西南涡生成时的负值强度增强明显。26日20时西南涡加强时，西南涡中心区上空（PV）2比耦合时的减少。27日20:00，C1321涡、西南涡中心区上空（PV）2分别增加。700 hPa上，西南涡中心区（PV）2，生成时为－0.0006 PVU；耦合时为0.006 PVU；加强时（PV）2明显减少，为－0.056 PVU；将减弱消失时（PV）2明显增加，为0.006 PVU，这是与此西南涡在不同活动时所受的冷、暖空气影响向匹配。说明C1321涡是在强的斜压性，斜压性增强的情况下，与西南涡耦合的；在西南涡中心区及其500 hPa上空斜压性明显增强时，西南涡加强；反之，西南涡将减弱消失。
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表 4 C1321涡及所伴西南涡的涡中心区(PV)2平均值 Table 4 The (PV)2 average value in central region of TPV C1321 and accompanied SCV (units: PVU) |
由对C1321涡位涡纬向垂直剖面分析看出，2013年5月24日02:00 C1321涡区西部边缘上空200 hPa有3.0 PVU位涡中心区，涡区东部边缘上空300 hPa有1.0 PVU中心区（图略）；25日02:00（图 12c），此200 hPa位涡中心区己东移加强，并且下传到C1321涡区西部（为1.0 PVU）；26日20:00，C1321涡区东部位涡为1.4 PVU，其上空400 hPa为1.5 PVU（图 12d），高空高位涡下传明显；27日20:00，高空高位涡下传区域变狭，C1321涡区西部位涡≥0.5 PVU。由对C1321涡伴行的西南涡位涡纬向垂直剖面分析看出，24日02:00此西南涡区上空位涡＜1.0 PVU（图略）；25日02:00（图 13a），有高位涡下传到西南涡上空400 hPa，但未下传西南涡涡区，此时涡区位涡小（为0.2~0.5 PVU）；26日20:00，涡区西部上空200 hPa、300 hPa、400 hPa位涡分别为≥5.0 PVU、≥0.5 PVU、≥1.4 PVU，涡区位涡大部≥1.0 PVU（图 13b），高空高位涡下传明显；27日20:00，200 hPa位涡≥5.0 PVU区己移到涡区东部上空，涡区西部700、800 hPa位涡比600~400 hPa位涡的大（图略），反映此时高位涡巳下传到西南涡下空，高空没有高位涡下传影响西南涡了。结合200 hPa急流活动，不难看出200 hPa急流影响两涡加强是与高空高位涡下传，使涡区内位涡增大有关。
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图 13 过西南涡中心（红色三角）的位涡（实线，单位：PVU）纬向—垂直剖面：C1321涡与西南涡耦合时（a）和西南涡强盛时（b）；与C1125涡伴行的西南涡形成时（c）和西南涡加强时（d） Figure 13 Vertical cross sections of potential vorticity along the latitude crossing through the center of SCV (the red triangle): The time when TPV C1321 was coupled with SCV (a) and when SCV reached its strongest level (b); the time when the SCV accompanied with TPV C1125 formed (c) and when SCV strengthened (d) |
由上面位涡分析看出，这次C1321涡耦合西南涡是受河套西部冷空气影响，500 hPa有高位涡空气伸入高原涡，使高原涡、西南涡上空500 hPa分别具有较强、较弱的斜压不稳定情况下发生的，在西南涡及其500 hPa上空与高原涡具有较强的斜压不稳定情况下西南涡加强。西南涡加强还与高空位涡下传密切相关。
5.3 同一天气系统下的高原涡与西南涡一例位涡分布特征500 hPa位涡水平分布图上，2011年6月16日08:00（两涡生成时），受新疆冷空气向东南伸影响，C1125涡大部位涡≥1.0 PVU，其西南部有1.6 PVU的高中心区（图 11i）。16日14:00，C1125涡区的东、西南部分别有1.4、1.6 PVU的高中心区; 西南涡西北部上空有1.6 PVU的高中心区，反映西南涡加强时西南涡上空受冷空气影响增强（图 11j）。17日08:00，C1125涡、西南涡上空高位涡中心区已比16日14:00偏东（图 11k），之后没有冷空气补充。18日20:00，河套中部—四川东部的高位涡区明显减弱、缩小，西南涡区上空位涡有一半区域位于＜0.6 PVU位涡区（图 11l）。反映西南涡将减弱消失时影响C1125涡及西南涡上空的冷空气势力明显减弱。
由分析C1125涡及其所伴的西南涡的涡中心区500、700 hPa位涡斜压项的变化（表 5）看出，500 hPa上，2011年6月16日08:00，西南涡生成时上空（PV）2的负值强度比C1125涡的大近2倍，反映西南涡生成时上空斜压性比C1125涡的强。16日14:00、17日08:00、18日20:00，C1125涡、西南涡中心区的上空的（PV）2分别为减少明显、增加明显、再增加，反映西南涡加强时、两涡持续西南涡减弱时、两涡将减弱消失时C1125涡、西南涡中心区的上空斜压性分别为增强明显、减弱明显、再减弱。700 hPa上，在西南涡生成时、加强时、持续有些减弱时、将消失时西南涡中心区（PV）2分别为0.001 PVU、0.005 PVU、－0.023 PVU和－0.027 PVU，这是与此西南涡生成、加强时西南涡处在暖区内，之后受弱冷空气影响向匹配。说明与C1125涡伴行的西南涡是在其中心区上空500 hPa斜压性较弱情况下生成的，在C1125涡与西南涡上空斜压性增强时，西南涡加强的；反之，西南涡减弱。
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表 5 C1125涡及所伴西南涡的涡中心区(PV)2平均值 Table 5 The (PV)2 average value in central region of TPV C1125 and accompanied SCV |
由对C1125涡位涡的纬向垂直剖面分析看出，2011年6月16日08:00 C1125涡区上空200、300、380、500 hPa位涡分别为7.0、3.0、2.0、1.7 PVU（图 12e），反映此时高空高位涡己下传到C1125涡区；16日14:00，200 hPa高位涡中心区位置少动，稍有减弱，C1125涡区东部上空400 hPa位涡有1.5 PVU中心区，涡区东部在≥1.0 PVU区内（图 12f），此时C1125涡仍受高空高位涡下传的影响；17日08:00，200 hPa高位涡中心区东移、强度减弱一半，C1125涡中心区处在位涡1.0~1.5 PVU高位涡区内，此时C1125涡受高空高位涡下传的影响比之前的减弱；18日20:00，C1125涡中心区上空200 hPa、300 hPa、400 hPa位涡分别为2.5、1.5、1.3 PVU高位涡，C1125涡中心区位涡为1.1 PVU，此时C1125涡仍受高空位涡下传的影响，但比17日08时的减弱。由对伴行的西南涡位涡纬向垂直剖面分析看出，16日08:00西南涡区的位涡＜0.5 PVU，600 hPa到300 hPa位涡＜1.0 PVU，200 hPa位涡有≥1.0 PVU中心区（图 13c）；16日14:00，西南涡区上空200 hPa有位涡≥1.5 PVU中心区，700 hPa到300 hPa位涡＜0.5 PVU（图 13d），说明西南涡生成、加强时未受高空位涡下传的影响；17日08:00，西南涡区上空500 hPa有≥1.5 PVU中心区，西南涡中心区位涡为0.9~1.2 PVU（图略），西南涡受中空（500 hPa）高位涡下传的影响；到18日20:00，西南涡仍受中空高位涡下传的影响，但比17日08:00的减弱（图略）。不难看出200 hPa急流通过高空高位涡下传影响到了高原涡，但未影响到西南涡，这一西南涡活动可能是与西南涡处在高空副热带西南风急流右侧辐散形势下空的动力作用有关（卢敬华，1986），这也可能是造成同一天气系统影响下两涡活动时间比另二种活动形式的短的原因。
由上看出，同为北脊南槽影响下的C1125涡与西南涡是受新疆冷空气东南下影响，500 hPa有高位涡空气伸入高原涡与西南涡上空，西南涡上空为较弱的斜压性情况下生成的。西南涡是在高原涡与西南涡上空分别具有强的、较强的斜压不稳定情况下加强的。西南涡加强未受高空高位涡下传的影响。
6 结论与讨论本文分析了1998~2015年持续高原涡与西南涡移向较一致的过程的活动形式，并对不同活动形式个例进行了对流层高、中、低层高度、温度、风场与位涡的分析，通过对比环境场特征与位涡特征，得到了以下主要结论：
（1）持续高原涡有半数以上是与西南涡相伴活动的，其中多数是这两涡移向较一致。这移向较一致的两涡活动有三种形式，它们是高原涡诱发西南涡、高原涡与西南涡耦合、500 hPa同一天气系统下的两涡，其中以高原涡诱发西南涡的占多数，其次是高原涡与西南涡耦合的，极少出现500 hPa同一天气系统下两涡的活动。
（2）两涡结伴而行的500 hPa环境场，主要是40°N以北东亚环流经向度不强，纬向气流主导，受500 hPa低槽、冷空气的影响。高原涡诱发西南涡、高原涡与西南涡耦合分别是受中纬度槽、高原槽的影响，同一天气系统下两涡伴行主要是受北脊南槽中的低槽影响。其中受冷空气的影响最强是高原涡与西南涡耦合的，次之是高原涡诱发西南涡的，最弱是同一天气系统下两涡伴行的。
（3）两涡伴行与200 hPa急流活动密切相关。急流位置最北是高原涡诱发西南涡的，次之是同一天气系统下两涡伴行的，最南是两涡耦合的，急流强度最强是诱发西南涡的，次之是两涡耦合的，最弱是同一天气系统下的。高原涡诱发西南涡、高原涡与西南涡耦合是在西南风急流加强，分别为在距≥44 m s-1急流核区7.5、12.5个经/纬距的下空，同一天气系统下高原涡、西南涡分别是在弱西南风急流以北、以南的下空生成。两涡伴行中的西南涡都是在两涡附近上空西南风急流加强情况下加强的，其中加强最明显的是两涡耦合的，其次是高原涡诱发西南涡的。高原涡诱发、耦合的西南涡的加强是在西南涡与急流核区（≥44 m s-1）距离拉近，分别为在核区右侧0.5、3个经/纬距下空；同一天气系统下两涡中的西南涡加强是在西南风急流右侧下空。
（4）持续高原涡诱发、耦合、同一天气系统下生成的西南涡都有500 hPa高位涡空气伸入西南涡上空，其中位涡最强的是两涡耦合的，其次是高原涡诱发西南涡的。高原涡是在高原涡、西南涡上空分别具有强的、较强的斜压不稳定情况下诱发西南涡生成的，在分别具有较强、较弱的斜压不稳定情况下与西南涡耦合的; 同一天气系统下的西南涡是在西南涡上空为较弱的斜压性，但比高原涡的强情况下生成的。在西南涡上空斜压不稳定增强、具有较强的斜压不稳定情况下西南涡加强。反映了冷空气影响造成的高位涡空气与斜压不稳定对不同活动形式的两涡伴行过程中西南涡活动的影响是明显的。
（5）持续高原涡诱发、加强西南涡是分别在高空高位涡下传影响到高原涡区西部边缘、西南涡的情况下发生的。高原涡耦合、加强西南涡是分别在高空高位涡下传影响到高原涡涡区西部、高原涡区高位涡增强和西南涡区及其上空大部为高位涡的情况下发生的。同一天气系统下西南涡的生成、加强是分别在高空高位涡下传影响到高原涡区大部、高原涡区东部为高位涡而西南涡未受高空位涡下传影响的情况下发生的。反映了高原涡诱发、耦合西南涡及其西南涡加强是通过200 hPa急流的高空高位涡下传实现的。同一天气系统下的两涡，由于200 hPa西南风急流弱，高空高位涡下传只影响高原涡，而未影响西南涡。
本文根据1998~2015年历史天气图分析发现，持续高原涡与西南涡伴行有三种活动形式。通过对不同活动形式的代表个例的环境场对比分析，得出了三种不同活动形式的环境场共性的特征及差异。今后还需要通过更长年份的资料和更多的个例分析验证持续高原涡与西南涡伴行的活动形式及其环境场特征。
通过本文的位涡分析，得出了500 hPa低槽、冷空气活动与200 hPa急流的强度、位置对高原涡诱发或耦合、加强西南涡的一些影响，分别与高空高位涡下传、斜压不稳定等影响的变化特征有一定的关系。水汽和非绝热加热等对两涡伴行活动的影响还有待深入研究。
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