有無臺風影響下陜西西北渦暴雨特征對比分析

彭 力，趙 強，喬丹楊，張 雄，徐浩天，倪 聞

（1.陜西省銅川市氣象局，陜西 銅川 727031；2.陜西省銅川市中草藥氣象服務研究中心，陜西 銅川 727031；3.陜西省氣象臺，陜西 西安 710014；4.秦嶺和黃土高原生態環境氣象重點實驗室，陜西 西安 710016；5.陜西省咸陽市氣象局，陜西 咸陽 712000）

引 言

西北渦是高原低渦的一種。受青藏高原下墊面特殊熱力、動力條件影響，高原低渦是青藏高原地區特有的天氣系統。研究表明，非絕熱加熱對高原低渦發展和演變起到重要作用，高原大地形對高原低渦移動和強度變化有很大影響，東移出高原的低渦常引發下游地區大范圍災害性天氣［1-5］。高原低渦按性質及源地分為高原渦、西南渦和西北渦。作為高原低渦的一種，西北渦發展東移經常誘發西北和華北地區夏季暴雨甚至大暴雨［6-7］。西北渦出現頻數較高的區域位于柴達木盆地東南部［8］，且移動以東北路徑和偏東路徑為主［9］。西北渦生成發展與高空輻散和副熱帶高壓外圍偏南風密切相關［10-12］，高空槽前正渦度平流、低層侵入的冷空氣以及加熱場對西北渦發展起主要作用［9，13-14］，高、低空急流的耦合與高原東北部特殊地形為西北渦發展加強提供了不穩定能量和動力條件［2，15-17］；此外，對流層上層高位渦下傳有利于低層氣旋性渦度發展，等熵面傾斜、垂直風切變或濕斜壓增加導致西北渦傾斜渦度發展增強［18-20］，臺風遠距離輸送水汽與能量也是西北渦發展增強的一個重要原因［12，20-22］。

陜西地處青藏高原東北側，以秦嶺為界，南北氣候差異顯著，降水量分布南多北少，陜北長城沿線年平均降水量僅320～460 mm，是陜西降水量最少的地區，長時間降水偏少致使陜北旱災頻發，其中夏旱發生次數最多。陜西降水多集中于夏季，雨熱同期，若有暴雨發生時，旱澇急轉，常造成洪澇災害。夏季發展東移的西北渦是影響陜西盛夏暴雨的主要天氣系統之一，當西北渦發展較強，且高低層系統配合較好時，易造成全省暴雨［23］。近年來陜西多次極端暴雨天氣均由西北渦引起，造成嚴重的洪澇災害和經濟損失，如2010年7月23日關中大暴雨，2013年7月22日、2020年8月5日陜北區域性大暴雨等。然而，現有的陜西西北渦暴雨特征研究多為某次過程分析，缺乏長時間序列資料統計，對不同環流背景下西北渦暴雨特征的共性及差異還認識不足。本文對2010—2020年陜西西北渦暴雨過程時空分布特征進行統計，對有無臺風影響下兩類西北渦暴雨過程的環流背景和氣象要素場進行合成，從水汽、動力、不穩定條件等方面進行對比分析，歸納總結有無臺風影響下陜西西北渦暴雨特征的共性和差異，以期為此類暴雨天氣預報提供更多參考依據。

1 資料與方法

1.1 資 料

陜西省99 個國家氣象觀測站2010—2020年逐日［20：00（北京時，下同）至次日20：00］降水量數據、中國氣象局提供的逐日08：00 和20：00 高空觀測資料以及歐洲中期數值預報中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）提供的第5 代再分析資料（ERA5）（空間分辨率為0.25°×0.25°，時間分辨率1 h）。

文中附圖涉及地圖基于陜西測繪地理信息局標準地圖服務網站下載的審圖號為陜S（2021）023號的陜西省地圖和國家測繪地理信息局標準地圖服務網站下載的審圖號為GS（2020）4619 號的中國地圖制作，底圖無修改。

1.2 研究方法

暴雨過程定義：3 個及以上國家氣象觀測站點日降雨量大于等于50 mm，記為一次暴雨過程。選取700 hPa 高空圖上青海柴達木盆地東部及甘肅東南部97°E—105°E、33°N—38°N 范圍內水平尺度大于等于200 km，且能分析出至少一根閉合等高線的低壓，或風速大于等于4 m·s-1的氣旋式環流，記為一次西北渦過程，西北渦東移造成的陜西暴雨過程作為本文篩選暴雨過程的條件。

對2010—2020年陜西西北渦暴雨過程的時空分布特征進行統計，選取過程中西北渦發展最強時段前12 h作為暴雨過程環流場分析時段，如2010年7月22日20：00 至23日20：00 臺風影響下的西北渦暴雨過程，西北渦在23日20：00 發展最強，對應環流的分析時段是23日08：00—20：00；針對有無臺風影響下兩類西北渦暴雨過程環流場分析時段的氣象要素場進行區域時空平均合成，從水汽、動力、不穩定條件等方面進行對比分析，歸納總結有無臺風影響下陜西西北渦暴雨特征的共性和差異。由于850 hPa高度陜西受地形影響造成虛假數據，文中選用800 hPa 高度場對低層大氣特征進行分析，并對低層地形造成的虛假數據進行剔除。

鋒生函數能夠定量分析冷暖空氣交匯處的氣象要素及垂直運動變化，西北渦降水過程中大氣運動近似濕絕熱，文中用θse計算鋒生函數，公式如下：

式中：F（10-9K·m-1·s-1）為鋒生函數，F＞0表示鋒生；F1為水平運動鋒生項；F2為垂直運動鋒生項。

2 陜西西北渦暴雨統計特征

統計（表1）發現，2010—2020年陜西西北渦暴雨過程共計21次，其中有臺風影響的西北渦暴雨過程9 次，無臺風影響的西北渦暴雨過程12 次；西北渦造成的暴雨主要發生在7—8月，共19 次，9月和10月分別發生1 次。從西北渦暴雨日數空間分布［圖1（a）］來看，除西安東部、安康東南部、商洛中部外，其余地市均有暴雨出現，陜北延安和榆林東南部為西北渦暴雨日數的大值中心，延安北部西北渦暴雨日達10 d 以上，年平均暴雨日為1.3 d。有臺風影響時西北渦暴雨落區主要位于陜北、關中北部與西部、陜南西部［圖1（b）］；無臺風影響時整體雨帶偏南，暴雨落區較有臺風影響時偏南約2 個緯度［圖1（c）］，主要位于榆林中東部與延安地區、關中及陜南中西部。

圖1 2010—2020年陜西西北渦暴雨日數（a）及有（b）、無（c）臺風影響時西北渦暴雨日數空間分布（單位：d）Fig.1 The spatial distribution of rainstorm days caused by northwest vortex （a） and rainstorm days accompanying with （b） and without （c） typhoon in Shaanxi from 2010 to 2020 （Unit：d）

表1 2010—2020年陜西西北渦暴雨過程統計Tab.1 Statistics of rainstorm processes caused by northwest vortex in Shaanxi from 2010 to 2020

從西北渦暴雨日最大降水量分布（圖2）來看，西北渦造成的陜西暴雨天氣范圍廣、日雨量大。有臺風影響時，陜北、關中北部及西部大部分地區日最大降水量達100 mm 以上；無臺風影響時，陜西大部分地區日最大降水量為50～100 mm，有臺風影響時西北渦降水強度比無臺風影響時更大。從西北渦暴雨最大降水量時間分布（圖略）來看，無論有無臺風影響，西北渦暴雨降水時段主要出現在夜間（20：00—08：00），而白天（08：00—20：00）降水強度明顯小于夜間，體現了西北渦暴雨的夜雨特征。

圖2 2010—2020年有（a）、無（b）臺風影響時陜西西北渦暴雨日最大降水量空間分布（單位：mm）Fig.2 The spatial distribution of daily maximum precipitation during rainstorm processes caused by northwest vortex accompanying with （a） and without （b） typhoon in Shaanxi from 2010 to 2020 （Unit：mm）

3 陜西西北渦暴雨環流特征

遠距離臺風直接或間接影響低緯度低層暖濕空氣向陜西輸送，為陜西暴雨天氣提供了充沛的水汽和能量［24-27］。2010—2020年臺風影響下的陜西西北渦暴雨共9 次，其中8 次臺風位于南海海面（105°E—120°E、15°N—25°N）。有臺風影響時，500 hPa［圖3（a）］，西太平洋副熱帶高壓（簡稱“副高”）控制我國中東部地區，且穩定少動，副高588 dagpm 線西伸脊點和脊線分別位于113°E 及30°N 附近，位于陜北的短波槽東移，致使短波槽與副高之間氣壓梯度加大，槽前西南風風速達12 m·s-1，臺風位于南海105°E、20°N 附近，并向西移動；700 hPa［圖3（c）］，副高控制華東到四川東部一帶，西北渦中心位于陜北110°E、38°N 附近，正渦度中心達7×10-5s-1，陜南有低空急流（9 次暴雨中，8 次陜西中南部西南風達到急流標準），西南風急流與臺風外圍偏南風將水汽、能量輸送至西北渦，促使西北渦發展［12，20-22］；800 hPa［圖3（e）］，陜北存在氣旋性環流，南海海面至陜西以偏東南氣流為主，陜西假相當位溫（θse）達344～356 K；200 hPa［圖3（g）］，南亞高壓脊線位于32°N，高空急流位于40°N—46°N，陜西處于高空急流軸右側強輻散區，輻散中心散度達（20～25）×10-6s-1，高空強輻散抽吸配合低層氣旋式輻合，有利于西北渦維持、發展、加強。

無臺風影響時，500 hPa［圖3（b）］，副高控制長江中下游地區且穩定少動，588 dagpm 線西伸脊點和脊線分別位于115°E 及28°N 附近，陜北和青藏高原東部分別有短波槽和高原槽東移（12 次無臺風影響的西北渦暴雨，均存在短波槽和高原槽影響），但短波槽強度較有臺風影響時偏弱；700 hPa［圖3（d）］，副高控制華東及華南地區，西北渦中心在109°E、37°N 附近，正渦度中心為5×10-5s-1，其位置相比有臺風影響時偏南約1 個緯度，且中心強度偏弱。受副高阻擋，四川東部西南風風速達10 m·s-1，陜南西南風為6 m·s-1（12次暴雨過程中，7次陜南西南風未達到急流標準），高原槽前西南風將南海水汽、能量輸送至陜西；800 hPa［圖3（f）］，冷空氣較有臺風影響時更活躍，陜北存在2～4 m·s-1偏北風，陜西中南部為偏東南氣流，存在低渦環流，陜西θse達336～356 K；200 hPa［圖3（h）］，南亞高壓脊線位于31°N，高空急流位于38°N—45°N，急流中心風速達44 m·s-1，高低空垂直風切變較有臺風影響時更大，大氣斜壓性更強，高空急流軸南側輻散中心散度達（10～15）×10-6s-1。

圖3 2010—2020年有（a、c、e、g）、無（b、d、f、h）臺風影響時陜西西北渦暴雨500 hPa高度場（實等值線，單位：dagpm）、風場（風矢，單位：m·s-1）（a、b），700 hPa高度場（實等值線，單位：dagpm）、風場（風矢，單位：m·s-1）和渦度（陰影，單位：10-5 s-1）（c、d），800 hPa假相當位溫（實等值線，單位：K）、風場（風矢，單位：m·s-1）（e、f），200 hPa高度場（實等值線，單位：dagpm）、風場（風矢，單位：m·s-1）和散度（陰影，單位：10-6 s-1）（g、h）Fig.3 The 500 hPa height field （solid contours，Unit：dagpm） and wind field （wind vectors，Unit：m·s-1） （a，b），700 hPa height field （solid contours，Unit：dagpm），wind field （wind vectors，Unit：m·s-1） and vorticity （the shaded，Unit：10-5 s-1） （c，d），800 hPa pseudo-equivalent potential temperature （solid isolines，Unit：K） and wind field （wind vectors，Unit：m·s-1） （e，f），200 hPa height field （solid contours，Unit：dagpm），wind field （wind vectors，Unit：m·s-1） and divergence （the shaded，Unit：10-6 s-1） （g，h） during rainstorm processes caused by northwest vortex with （a，c，e，g） and without（b，d，f，h） typhoon influence in Shaanxi from 2010 to 2020

對比兩類西北渦暴雨環流形勢，造成陜西暴雨的西北渦距離副高脊線北側7～8 個緯度，有臺風影響時，副高偏西偏北，陜西上空西南風偏強，西南低空急流結合副高外圍偏南風將臺風外圍水汽、能量向西北渦輸送，陜西低層高溫高濕，高空槽前正渦度平流配合高空急流軸右側強烈輻散抽吸，造成西北渦發展，西北渦位置偏北，強度偏強；無臺風影響時，副高偏東偏南，陜西上空西南風偏弱，高原槽前西南風向陜西輸送水汽、能量，陜西低層假相當位溫偏小，高空槽前正渦度平流配合高空急流軸右側輻散抽吸，西北渦發展加強，位置略偏南，強度偏弱。

4 陜西西北渦暴雨水汽、動力、熱力特征

4.1 水汽條件對比

暴雨發生需要充足的水汽供應，暴雨過程中暴雨區500 hPa以上水汽輻合較弱，水汽主要由700 hPa以下水汽輻合供應［6］，低空急流是陜西暴雨水汽輸送的最大貢獻者［28］。從陜西西北渦暴雨低層水汽通量和水汽通量散度（圖4）看出，有臺風影響時，700 hPa 和800 hPa 輸送到陜西的水汽主要來自南海，西南低空急流與副高外圍偏南氣流將臺風外圍水汽向北輸送，700 hPa 和800 hPa 陜西比濕分別達8～10 和12～16 g·kg-1（圖略）。700 hPa［圖4（a）］，強水汽輸送出現在四川東北部至陜西中南部，與低渦前部西南低空急流相對應，水汽通量達8～10 g·hPa-1·cm-1·s-1，強盛的水汽輸送為陜西暴雨區提供源源不斷的水汽，西北渦中心前側及關中西部存在2 個水汽輻合中心，水汽通量散度分別達（-15～-10）×10-8、-10×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1；受偏東南氣流影響，陜西近地層800 hPa［圖4（b）］水汽輸送較弱，水汽通量為5～8 g·hPa-1·cm-1·s-1，水汽輻合區位于西北渦中心及關中西部、陜南西部，西北渦中心水汽通量散度達-25×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1。無臺風影響時，受高原槽和副高外圍偏東南氣流影響，陜西存在兩支水汽輸送帶，一支來自孟加拉灣，另一支來自南海，兩支水汽輸送帶在四川東部匯合向北輸送，700 hPa 和800 hPa 比濕分別達7～10 和10～15 g·kg-1（圖略）。由于西南風風速較小，陜西水汽輸送偏弱；700 hPa［圖4（c）］，陜西南部水汽通量僅4～6 g·hPa-1·cm-1·s-1，陜西中南部水汽通量散度為（-5～0）×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1；800 hPa［圖4（d）］，陜西水汽通量在5 g·hPa-1·cm-1·s-1以下，受低渦環流影響，陜西中南部為水汽輻合區，水汽通量散度為（-15～-10）×10-8g·hPa-1·cm-2·s-1，近地層強烈的水汽輻合為西北渦暴雨提供了有利的水汽條件。

圖4 2010—2020年陜西西北渦暴雨有（a、b）、無（c、d）臺風影響時700 hPa（a、c）、800 hPa（b、d）水汽通量（矢量，單位：g·hPa-1·cm-1·s-1）與水汽通量散度（陰影，單位：10-8 g·hPa-1·cm-2·s-1）分布Fig.4 Spatial distribution of water vapor flux （vectors，Unit：g·hPa-1·cm-1·s-1） and water vapor flux divergence （the shaded，Unit：10-8 g·hPa-1·cm-2·s-1） at 700 hPa （a，c） and 800 hPa （b，d） during rainstorm processes caused by northwest vortex with （a，b） and without （c，d） typhoon influence in Shaanxi from 2010 to 2020

綜合對比兩類暴雨的水汽條件，有臺風影響時，陜西西北渦暴雨水汽輸送主要由700 hPa 提供，800 hPa 水汽輸送相對較弱；無臺風影響時，700、800 hPa的水汽輸送均較弱。兩類暴雨800 hPa的水汽輻合比700 hPa 更強，低層水汽輸送和水汽輻合為陜西西北渦暴雨提供了有利條件。結合環流背景場對比來看，有臺風影響時，受低空急流影響，陜西低層水汽輸送更強，比濕更大；無臺風影響時，西南風偏弱，水汽輸送偏弱。陜西西北渦暴雨中，近地層水汽輻合更強，可能是近地層地形及摩擦輻合作用導致，下文將進一步展開分析。

4.2 動力條件對比

有臺風影響時，沿西北渦中心的散度、渦度及垂直速度的緯度-高度剖面［圖5（a）］可見，西北渦正渦度區主要位于400 hPa 以下，低渦中心700 hPa的正渦度達7×10-5s-1；低渦南側35°N—38°N 范圍800 hPa 以下存在強輻合區，200 hPa 為（10～15）×10-6s-1的輻散區，近地層偏南風沿黃土高原迎風坡爬升，在低層氣旋性渦度區產生摩擦輻合，利于上升運動形成，低渦南側低層氣旋式輻合配合高空急流右側強烈輻散抽吸，35°N—38°N 范圍上升運動從地面延伸至200 hPa，600～300 hPa 垂直速度達-3×10-1Pa·s-1。從散度、渦度及垂直速度的經度-高度剖面［圖5（b）］看出，低渦的正渦度中心位于110°E附近，108°E—112°E 范圍近地層存在一個散度為（-15～-10）×10-6s-1的強輻合區，低渦上空500 hPa和前側200 hPa 各存在一個輻散區，500 hPa 輻散區散度為（5～10）×10-6s-1，由高空槽前正渦度平流輻散造成，而200 hPa 強輻散區位于113°E 附近，散度達（20～25）×10-6s-1，由高空急流右側強輻散導致；由于200 hPa輻散區位于低層輻合區東側，低層強輻合配合高層強輻散，致使低渦中心上升氣流從低層向高層東側傾斜伸展，低渦東側600 hPa 和400 hPa各存在一個上升運動中心，最大垂直速度達-3×10-1Pa·s-1，低渦低層偏東風沿黃河河谷爬升產生摩擦輻合，進一步增強了上升運動。

圖5 2010—2020年陜西西北渦暴雨過程有（a、b）、無（c、d）臺風影響時渦度（填色區，單位：10-5 s-1）、散度（藍色虛線，單位：10-6 s-1）、垂直速度（黑色實線，單位：10-1 Pa·s-1）、流場（矢量，經向：v，ω×10，緯向：u，ω×10，單位：m·s-1）沿110°E（a）與109°E（c）的緯度-高度剖面，及沿38°N（b）與37°N（d）的經度-高度剖面（黑色陰影為地形，下同）Fig.5 The latitude-height profiles along 110°E （a） and 109°E （c） and longitude-height profiles along 38°N （b） and 37°N （d） of vorticity （the color shaded，Unit：10-5 s-1），divergence （blue dashed lines，Unit：10-6 s-1），vertical velocity （black solid lines，Unit：10-1 Pa·s-1） and stream field （vectors，longitude：v，ω×10，latitude：u，ω×10，Unit：m·s-1） during rainstorm processes caused by northwest vortex with （a，b） and without （c，d） typhoon influence in Shaanxi from 2010 to 2020（The black shaded is terrain.the same as below）

無臺風影響時，從散度、渦度及垂直速度的緯度-高度剖面［圖5（c）］看出，西北渦正渦度區位于500 hPa以下，700 hPa低渦中心渦度達5×10-5s-1；低渦南側34°N—37°N范圍800 hPa以下近地層存在一個散度為（-15～-10）×10-6s-1的強輻合中心，200 hPa存在一個散度為（10～15）×10-6s-1的輻散區，近地層偏南風沿黃土高原迎風坡爬升，產生摩擦輻合，上升運動不斷加強，34°N—37°N 范圍上升運動從近地面伸展至200 hPa，400 hPa 上升運動中心垂直速度達-3.5×10-1Pa·s-1。從散度、渦度及垂直速度的經度-高度剖面［圖5（d）］可見，低渦正渦度中心位于109°E 附近，低渦近地層為輻合區，散度達（-15～-10）×10-6s-1，而300～200 hPa 為輻散區，散度達（10～15）×10-6s-1，偏東風沿黃河河谷爬升，低渦兩側上升運動從地面伸展至200 hPa，上升運動中心與低渦中心重疊，上升氣流相比有臺風影響時更加垂直。

綜上可見，影響陜西暴雨的西北渦具有低層輻合、高層輻散的動力特征，低層偏東南氣流在黃土高原、黃河河谷迎風坡爬升，在低渦南側產生摩擦輻合，上升運動不斷加強，低層強烈的水汽輻合導致強降水產生。比較而言，有臺風影響時，高層強輻散區位于低層輻合區東側，低渦中心上升運動向東傾斜，低渦附近強上升運動區位于低渦東側和南側，易在低渦東側與南側產生強降水；無臺風影響時，高層輻散區與低層強輻合區相對應，低渦中心上升氣流更加垂直，低渦附近強上升運動區位于低渦中心及以南區域，易造成低渦中心及南部強降水。

4.3 不穩定條件及鋒生對比

假相當位溫（θse）可以反映大氣溫濕特性，而濕位渦（Moist Potential Vorticity，MPV）能夠表征大氣動力、熱力屬性，同時還考慮了水汽作用，因此θse和濕位渦在暴雨天氣診斷分析中得到廣泛應用［29-31］。MPV 由濕正壓項（MPV1）和濕斜壓項（MPV2）組成，MPV1＜0時，大氣為對流不穩定，MPV1＞0時，大氣為對流穩定。陜西西北渦暴雨過程中，低層偏南風向陜西輸送水汽和能量，陜西處于θse高能舌區［圖3（e）和圖3（f）］。有臺風影響時，從θse和MPV1 的緯度-高度剖面［圖6（a）］可見，600 hPa 以下陜西MPV1＜0，陜南與陜北MPV1 分別為-0.5×10-6、-0.2×10-6m2·s-1·K·kg-1，同時θse隨高度升高而減小，表明伴有臺風的西北渦影響下對流層低層大氣對流不穩定；θse和MPV1的經度-高度剖面［圖6（b）］可知，600 hPa 以下、108°E 以東區域，MPV1＜0，且θse隨高度升高而減小。臺風影響時，西北渦東側和南側對流層低層呈現對流不穩定，強上升氣流觸發對流不穩定能量釋放，易產生大暴雨；陜南距西北渦較遠，盡管對流不穩定更顯著，但低層垂直速度和水汽輻合相比陜西中北部弱，產生的降水也偏弱。無臺風影響時，從θse和MPV1 的緯度-高度剖面［圖6（c）］看到，600 hPa 以下陜西中北部θse隨高度變化不大，MPV1＞0，大氣層結穩定，僅陜南MPV1＜0，θse隨高度升高而減小，存在對流不穩定層結；從θse和MPV1 的經度-高度剖面［圖6（d）］可見，西北渦東西兩側θse隨高度變化不大，MPV1＞0，大氣層結穩定，低渦中心及南部強烈的輻合抬升造成延安以南暴雨天氣，陜北北部由于水汽、動力條件較差，產生的降水強度較小，而陜南低層輻合抬升觸發不穩定能量釋放，產生了小范圍大暴雨。

圖6 2010—2020年陜西西北渦暴雨有（a、b）和無（c、d）臺風影響時θse（實線，單位：K）與濕位渦（MPV1）（虛線，單位：10-6 m2·s-1·K·kg-1）沿110°E（a）及109°E（c）的緯度-高度剖面和沿38°N（b）及37°N（d）的經度-高度剖面Fig.6 The latitude-height profiles along 110°E （a） and 109°E （c） and longitude-height profiles along 38°N （b） and 37°N （d） of pseudo-equivalent potential temperature （solid lines，Unit：K） and moist potential vorticity （MPV1） （dashed lines，Unit：10-6 m2·s-1·K·kg-1） during rainstorm processes caused by northwest vortex with （a，b） and without （c，d）typhoon influence in Shaanxi from 2010 to 2020

西北渦暴雨中，陜西處于θse高能舌區（圖7），甘肅、寧夏、內蒙古冷空氣與低渦南側暖濕空氣在陜西中北部形成θse密集區。有臺風影響時，陜北低層為偏南風，800 hPa（圖略）僅在低渦南側強上升運動中心36°N 附近存在鋒區，其中心鋒生強度為70×10-9K·m-1·s-1；700 hPa［圖7（a）］，陜北存在大范圍鋒區，鋒生強度達70×10-9K·m-1·s-1，且強鋒區垂直擴展至600 hPa，陜北強鋒區主要由垂直運動鋒生項貢獻。對流不穩定層結下，低渦東側及南側低層強上升運動觸發不穩定能量釋放，在陜北產生強鋒區，鋒生進一步增強了低渦東南部上升運動，使得降水強度增大。無臺風影響時，副高偏南，冷空氣活躍，陜北低層為偏北氣流，θse梯度加大，由于大氣層結穩定，800 hPa［圖7（b）］延安、關中西部、陜南西部產生的鋒區較為分散，鋒生強度低于20×10-9K·m-1·s-1，造成的降水強度比有臺風影響時偏弱；陜南大氣呈對流不穩定，低層上升運動觸發不穩定能量釋放，導致陜南南部出現（20～40）×10-9K·m-1·s-1鋒區，鋒生進一步使上升運動增強，導致陜南南部產生小范圍大暴雨。

圖7 2010—2020年陜西西北渦暴雨過程有臺風影響時700 hPa（a）及無臺風影響時800 hPa（b） θse（實線，單位：K）和鋒生函數（陰影，單位：10-9 K·m-1·s-1）分布Fig.7 Spatial distribution of pseudo-equivalent potential temperature （solid lines，Unit：K） and frontgenesis function （the shaded，Unit：10-9 K·m-1·s-1） at 700 hPa under the influence of typhoon （a） and 800 hPa without influence of typhoon （b） during rainstorm processes caused by northwest vortex in Shaanxi from 2010 to 2020

5 有無臺風影響時陜西西北渦暴雨的機制分析

對比有無臺風影響下陜西西北渦暴雨高低空環流特征，綜合水汽、動力、不穩定條件等分析，總結陜西兩類西北渦暴雨的天氣環流配置見圖8?？梢钥闯?，造成陜西暴雨的西北渦位于副高脊線北側7～8 個緯度處，西北渦具有低層輻合、高層輻散的動力特征。導致陜西兩類西北渦暴雨落區和強度不同的原因是高低空影響系統及環流配置的不同、西北渦垂直運動特征差異以及大氣溫濕結構的不同。有臺風影響時，南海有臺風存在，副高偏西偏北，臺風外圍水汽、能量隨著西南低空急流向西北渦輸送，西北渦低層呈對流不穩定，高空槽前正渦度平流及高空急流右側強輻散促使西北渦發展加強，低渦東側與南側低層強上升運動觸發不穩定能量釋放，并在陜北產生強鋒區，鋒生進一步增強了低渦東側與南側的垂直運動，使得降水強度增大，有利于低渦東側與南側產生大暴雨。無臺風影響時，副高偏東偏南，西南風風速較小，水汽輸送較弱，高原槽前西南風將孟加拉灣和南海水汽輸送至陜西，西北渦低層大氣層結穩定，高層輻散區與低層強輻合區相對應，低渦中心南部為強上升運動區，冷暖空氣在陜北南部、關中西部交匯，產生分散性弱鋒區，有利于低渦中心南部產生暴雨天氣。

圖8 有臺風影響（a）與無臺風影響（b）時陜西西北渦暴雨環流配置Fig.8 The circulation situation configuration for rainstorms caused by northwest vortex with （a） and without （b）typhoon influence in Shaanxi

6 結 論

本文統計了2010—2020年陜西西北渦暴雨21個個例，從環流背景、水汽、動力、不穩定條件等方面對比分析了有無臺風影響時兩類西北渦暴雨的共性和差異，具體結論如下：

（1）陜西西北渦暴雨主要發生在7—8月，陜北為西北渦暴雨多發區，且強降水主要出現在夜間，夜雨特征明顯。按有無臺風影響，將西北渦暴雨分為2類，有臺風影響時，暴雨落區相比無臺風影響時偏北約2個緯度，且降水強度更強。

（2）造成陜西暴雨的西北渦位于副高脊線北側7～8 個緯度處，西北渦具有低層輻合、高層輻散動力特征，低層偏東南氣流在黃土高原、黃河河谷迎風坡爬升，促使西北渦東側及南側的上升運動加強，近地層摩擦形成強水汽輻合區，低層水汽輸送和水汽輻合為西北渦暴雨發生提供了有利條件。

（3）有臺風影響時，伴隨西南低空急流輸送水汽、能量，西北渦影響下陜西低層大氣呈對流不穩定，低層輻合配合高層強輻散，低渦東側和南側為強上升運動區，強上升氣流在陜北觸發不穩定能量釋放，形成強鋒區，鋒生促進降水強度增大，產生大暴雨；陜南由于上升運動和水汽輻合較陜北弱，產生的降水強度也偏弱。

（4）無臺風影響時，西南風偏弱，水汽及能量輸送也偏弱，陜西中北部大氣層結穩定，陜南低層為不穩定層結，低層輻合配合高層輻散，低渦中心南部為強上升運動區，配合低層分散弱鋒區，延安以南出現暴雨；陜北北部由于水汽輻合、動力抬升偏弱，降水強度較??；陜南南部低層輻合抬升觸發不穩定能量釋放，產生小范圍大暴雨。

陜西西北渦暴雨落區和強度預報應重點關注有無臺風影響、副高脊線位置、低層偏南風氣流大小、西北渦溫濕結構及垂直運動特征的差異。陜西南北狹長、地形復雜，西北渦暴雨主要出現在陜北黃土高原地區，復雜地形對西北渦暴雨落區和強度的影響還有待于下一步做更深入研究分析。