田利庆, 李舒文, 邱晓滨, 等. 2024. 一次极端暴雨过程低空急流变化机制分析[J]. 大气科学, 48(4): 1608−1626. TIAN Liqing, LI Shuwen, QIU Xiaobin, et al. 2024. Variation Mechanism of Low-Level Jets during an Extreme Rainstorm [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 48(4): 1608−1626.
DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2308.22111
低空急流是指发生对流层低层强而窄的强风速带，风速大于12 m s−1。根据最大风速轴的高度，可分为自由大气低空急流（850～600 hPa）和边界层低空急流（850 hPa或1500 m以）。低空急流是影响暴雨发生发展的重要天气系统之一，受到人们广泛关注。低空急流一方面为暴雨输送水汽、热量和不稳定能量，另一方面为极端降水提供垂直风切变等必要动力学条件。
利用ERA5数据分析了2021年7月19～21日河南极端暴雨过程中低空急流变化特征，并利用等压坐标系水平运动方程、动能方程和位势梯度倾向方程分析影响低空急流变化的关键因素，初步得到以下结论：
（1）在郑州极端雨强发生之前，低空急流中心具有从边界层垂直倾斜向西北方向抬升增强的特点。低空急流中心首先从925 hPa边界层发展起来，然后倾斜垂直发展，向西北方向移动到山西南部太行山区，风速逐渐增大，中心位置先后抬升到850 hPa和700 hPa。
图 2021年7月20日00:00（左列）和06:00（右列）在（a1、a2）700 hPa、（b1、b2）850 hPa和（c1、c2）925 hPa高度上的动能（填色，单位：m2 s−2）分布。灰线为地形高度（单位：m），蓝线为小时降水量（间隔为20 mm），棕线为省界，红点为郑州位置。
（2）位势高度的水平梯度是影响低空急流纬向风和经向风局地变化的主要因素，同时垂直平流也有一定的贡献，代表动量下传。低空急流动能局地变化主要强迫项是位势梯度纬向平流项，郑州西部的位势高度低值系统与郑州东北侧的位势高度高值区之间在郑州附近形成显著的纬向梯度，同时配合强劲的纬向东风，形成位势高度梯度力做功，驱动低空急流动能移动和发展增强。
图 2021年7月20日（a1–a3）00:00 925 hPa和（b1–b3）06:00在850 hPa位势高度（左列）、位势的纬向梯度（中间列）和纬向风（右列）分布。棕色线为省界，灰色实线为地形高度等值线，红色点代表郑州位置
（3）位势高度低值系统和高值区与地表位势高度和低层虚位温垂直积分有关，二者反位相分布；由于地表位势高度不随时间变化，因而山区近地层虚位温低值区造成郑州西部的位势高度低值系统，而平原近地层虚位温高值区形成郑州东北侧位势高度高值区，由此产生较强的位势高度纬向梯度。
图 低空急流变化机制概念图。底图为河南及周边地区的地形高度图，红色点代表郑州的位置。云体形状和白色箭头代表暴雨区和上升运动。黑色线代表对流层低层的位势高度等值线，闭合中心代表低涡中心。橙色箭头代表偏东风低空急流。红色和蓝色椭圆区域分别为虚位温高值区和低值区。
（4）位势高度纬向度方程计算分析表明，垂直速度纬向切变引起的位温平流项和非绝热加热纬向梯度项是引起位势高度纬向梯度局地变化的主要贡献者，二者共同作用引起位势高度纬向梯度增强和移动，驱动低空急流从边界层垂直倾斜发展。
