青藏高原低渦按照熱力性質(zhì)可分為暖性高原低渦和冷性高原低渦。由于冷性高原低渦出現幾率偏低且造成的災害不及暖渦嚴重，因此鮮少有人關(guān)注，導致目前對冷性高原低渦生成的認識還相對薄弱，對冷性高原低渦的生成機制還尚不清楚。
然而，與移出性的暖性低渦類(lèi)似，部分冷性低渦也能移出高原并對下游地區產(chǎn)生災害性的降水過(guò)程。例如，2018年4月27日生成在青藏高原東北部的一例冷性高原低渦在其東移的過(guò)程中導致了我國華南地區出現了一次持續性的降水過(guò)程。盡管該春季出現的冷性高原低渦水汽條件有限，其產(chǎn)生的降水也達不到夏季東移暖性高原低渦的量級，但根據報道，在此次降水發(fā)生前，華南的春耕春播區監測到的農田20 cm土壤濕度普遍超過(guò)90%，而該冷渦引起的降水過(guò)程為本就過(guò)濕的春季耕種區帶去了過(guò)量雨水，導致澇漬災害發(fā)生，嚴重影響了當地的農業(yè)生產(chǎn)。
針對上述冷性高原低渦個(gè)例，中國科學(xué)院大氣物理研究所博士生高篤鳴、毛江玉研究員、吳國雄院士和劉屹岷研究員利用準地轉渦度方程和準地轉位渦方程，并結合標準化靜力穩定度方程構建了位渦重構方程組（公式1）。該方程組中拉伸項的任意改變均會(huì )強迫出地轉渦度傾向和標準化靜力穩定度傾向產(chǎn)生等量且反向的變化。因此，垂直拉伸可以提供標準化靜力穩定度與絕對地轉渦度之間相互轉化的媒介，以此建立了靜力穩定度向渦度轉換的理論框架。
(1)
進(jìn)一步發(fā)現，在該高原低渦生成之前，平流層低層正的PV異常向高原的移動(dòng)造成了高原上空對流層等熵面的上抬，形成向上的等熵位移。同時(shí)，下沉的對流層頂致使高原東北部上空出現對流層頂折疊并伴隨一狹長(cháng)的高PV氣柱在低渦生成區上空向下入侵，激發(fā)出自由大氣中的上升運動(dòng)。該上升運動(dòng)與夜間高原山谷地區的下沉氣流相結合，正好在高原低渦生成地500 hPa層產(chǎn)生氣柱的垂直拉伸（圖1）。
圖1 2018年4月下旬一次冷性高原低渦的生成機制：對流層頂PV（填色）強迫下的上升氣流與夜間高原山谷冷卻產(chǎn)生的下沉氣流在500 hPa造成了氣柱的垂直拉伸導致高原低渦生成（綠色圓點(diǎn)為500 hPa低渦中心位置，紫色等值線(xiàn)為等熵面，黑色虛線(xiàn)為風(fēng)速零線(xiàn)，陰影區為地形）。
通過(guò)位渦重構方程組中準地轉方程的診斷發(fā)現該垂直拉伸正是產(chǎn)生高原低渦的原因。而標準化靜力穩定度傾向方程的診斷則表明由于夜間高原地表冷卻可使靜力穩定度增加，這部分制造的靜力穩定度通過(guò)上述的垂直拉伸轉化為垂直渦度，最終導致低渦在夜間的高原山谷上空形成。同時(shí)，高原地表冷卻對該冷性高原低渦生成的加速作用也在WRF數值試驗中得到了證實(shí)。
本研究建立了靜力穩定度向垂直渦度轉換的理論框架，揭示了對流層頂PV強迫和高原地表熱力作用日變化在一次冷性高原低渦生成中的作用，相關(guān)成果發(fā)表在Advances in Atmospheric Sciences上，并得到國家自然科學(xué)基金項目（42288101、42175076）資助。
Citation: Gao,D. M,J. Y. Mao,G. X. Wu,and Y. M. Liu,2024: Circulation background and genesis mechanism of a cold vortex over the Tibetan Plateau during late April 2018. Adv. Atmos. Sci.,41(6),https://doi.org/10.1007/s00376-023-3124-4 .
Download:http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-023-3124-4
