青藏高原低涡按照热力性质可分为暖性高原低涡和冷性高原低涡。由于冷性高原低涡出现几率偏低且造成的灾害不及暖涡严重，因此鲜少有人关注，导致目前对冷性高原低涡生成的认识还相对薄弱，对冷性高原低涡的生成机制还尚不清楚。

然而，与移出性的暖性低涡类似，部分冷性低涡也能移出高原并对下游地区产生灾害性的降水过程。例如，2018年4月27日生成在青藏高原东北部的一例冷性高原低涡在其东移的过程中导致了我国华南地区出现了一次持续性的降水过程。尽管该春季出现的冷性高原低涡水汽条件有限，其产生的降水也达不到夏季东移暖性高原低涡的量级，但根据报道，在此次降水发生前，华南的春耕春播区监测到的农田20 cm土壤湿度普遍超过90%，而该冷涡引起的降水过程为本就过湿的春季耕种区带去了过量雨水，导致涝渍灾害发生，严重影响了当地的农业生产。

针对上述冷性高原低涡个例，中国科学院大气物理研究所博士生高笃鸣、毛江玉研究员、吴国雄院士和刘屹岷研究员利用准地转涡度方程和准地转位涡方程，并结合标准化静力稳定度方程构建了位涡重构方程组（公式1）。该方程组中拉伸项的任意改变均会强迫出地转涡度倾向和标准化静力稳定度倾向产生等量且反向的变化。因此，垂直拉伸可以提供标准化静力稳定度与绝对地转涡度之间相互转化的媒介，以此建立了静力稳定度向涡度转换的理论框架。

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进一步发现，在该高原低涡生成之前，平流层低层正的PV异常向高原的移动造成了高原上空对流层等熵面的上抬，形成向上的等熵位移。同时，下沉的对流层顶致使高原东北部上空出现对流层顶折叠并伴随一狭长的高PV气柱在低涡生成区上空向下入侵，激发出自由大气中的上升运动。该上升运动与夜间高原山谷地区的下沉气流相结合，正好在高原低涡生成地500 hPa层产生气柱的垂直拉伸（图1）。

图1 2018年4月下旬一次冷性高原低涡的生成机制：对流层顶PV（填色）强迫下的上升气流与夜间高原山谷冷却产生的下沉气流在500 hPa造成了气柱的垂直拉伸导致高原低涡生成（绿色圆点为500 hPa低涡中心位置，紫色等值线为等熵面，黑色虚线为风速零线，阴影区为地形）。

通过位涡重构方程组中准地转方程的诊断发现该垂直拉伸正是产生高原低涡的原因。而标准化静力稳定度倾向方程的诊断则表明由于夜间高原地表冷却可使静力稳定度增加，这部分制造的静力稳定度通过上述的垂直拉伸转化为垂直涡度，最终导致低涡在夜间的高原山谷上空形成。同时，高原地表冷却对该冷性高原低涡生成的加速作用也在WRF数值试验中得到了证实。

本研究建立了静力稳定度向垂直涡度转换的理论框架，揭示了对流层顶PV强迫和高原地表热力作用日变化在一次冷性高原低涡生成中的作用，相关成果发表在Advances in Atmospheric Sciences上，并得到国家自然科学基金项目（42288101、42175076）资助。

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