在大氣科學(xué)領(lǐng)域的研究成果中，垂直運(yùn)動方程和位渦理論是中緯度天氣、氣候動力學(xué)中的基本成果。近日，中國科學(xué)院院士、中科院大氣物理研究所研究員吳國雄團(tuán)隊通過提出一個新的準(zhǔn)地轉(zhuǎn)垂直運(yùn)動方程，將垂直速度的發(fā)展與非絕熱加熱和準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦平流聯(lián)系在一起，并以2008年1月18日至22日長江中下游地區(qū)的極端降水事件為例，解釋冬季青藏高原大地形如何影響下游天氣過程的發(fā)展。

研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原對其地表附近的位渦具有重構(gòu)作用，使得高原東側(cè)地表附近位渦增強(qiáng)（圖1）。高原地表附近增強(qiáng)的位渦在西風(fēng)帶中向下游輸送，造成對流層中下層氣旋式環(huán)流和偏離等熵面位移的垂直速度（WID）的發(fā)展。上升的WID激發(fā)低空輻合和南風(fēng)的發(fā)展。一方面，發(fā)展增強(qiáng)的南風(fēng)攜帶著水汽沿自南向北傾斜的等熵面向上運(yùn)動，造成沿等熵面上滑的垂直速度（WIG）的發(fā)展，加強(qiáng)了上升運(yùn)動；另一方面，南風(fēng)造成對流層低層經(jīng)向負(fù)位渦平流增強(qiáng)，加強(qiáng)了對流層中下層準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦平流隨高度增加的環(huán)流背景，進(jìn)一步加強(qiáng)了WID。隨著上升運(yùn)動的不斷發(fā)展，水汽凝結(jié)釋放潛熱，導(dǎo)致與非絕熱加熱有關(guān)的垂直速度（Wq）的發(fā)展。在降水發(fā)生發(fā)展的過程中，垂直速度的三個分量之間存在著相互影響、相互作用的過程，非絕熱加熱對垂直速度和位渦平流具有非常強(qiáng)的反饋作用，也正是位渦平流及其與非絕熱加熱之間的反饋過程主導(dǎo)降水的發(fā)生發(fā)展過程（圖2）。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres慶祝AGU成立一百周年出版的特刊Grand Challenges（大挑戰(zhàn)）上，研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院前沿科學(xué)重點研究項目的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202002210

圖1.2008年1月17日00時（世界時）至18日18時位渦（陰影，10-6 K m2 s-1 kg-1）、位溫（等值線，K）和風(fēng)場（矢量，m s-1）沿33oN的垂直剖面（原文中圖2）

圖2.高原東部地表附近位渦重構(gòu)及后續(xù)位渦平流引起下游氣旋式環(huán)流發(fā)展的示意圖。第一階段（ST Ⅰ）：高原東部地表氣流輻合使得該地區(qū)位渦密度增強(qiáng)，引起相對渦度正異常和小雨的發(fā)生；第二階段（ST Ⅱ）：由于大氣靜力穩(wěn)定度的降低，向東移動的相對渦度正異常加強(qiáng)。對流層中層的緯向正位渦平流和低層南風(fēng)引起的經(jīng)向負(fù)位渦平流加強(qiáng)了上升運(yùn)動、氣旋式環(huán)流和降水的發(fā)展；第三階段（ST Ⅲ）：當(dāng)經(jīng)向負(fù)位渦平流中心恰好位于緯向正位渦平流中心下方時，上升運(yùn)動和降水發(fā)展到最強(qiáng)；第四階段（ST Ⅳ）：經(jīng)向負(fù)位渦平流中心趨于與緯向正位渦平流中心重疊在一起相互抵消，上升運(yùn)動減弱，降水消亡（原文中圖12）