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作者：賽瀚苗峻峰單位：南京信息工程大學大氣科學學院

低空急流的特征

1低空急流的分類

（1）按所在高度大致分為自由大氣低空急流、邊界層低空急流。①自由大氣低空急流。發生在邊界層以上，大致位于850～600hPa之間，東亞低空急流、美洲東岸低空急流和東非急流這3支大尺度準定常低空急流就屬于這種。與我國夏季雨帶密切相關的東亞低空急流，生成于青藏高原東南側與副熱帶高壓（以下簡稱副高）的西側或北側之間廣闊的區域上。與暴雨相關的大尺度低空急流主要存在于850～700hPa之間，多在夏季、大地形的東側發生，急流上為準地轉或弱的超地轉，持續時間較長，尺度在1000km以上，一般有高空急流與之相配合。②邊界層低空急流。發生在大氣邊界層以內，大致位于850hPa以下，邊界層內的低空急流包括次天氣尺度或中間尺度低空急流和夜間低空急流。

中間尺度低空急流是在一定的大尺度環境場中發展起來的，常與擾動相聯系，最大風速中心與暴雨中心及低渦相配置，尺度一般在1000km以下，位于這些系統的東南側并與它一起移動；夜間低空急流比中尺度低空急流高度低，強風出現在夜間，具有較強的垂直風速切變和日變化，且有邊界層逆溫與之相重合，有著強烈的超地轉性，但與暴雨的關系不大。一般把位于900hPa以下的低空急流稱為超低空急流。

（2）按來向分為低空西南風急流、東南風急流、內陸地區偏東風急流、偏北風急流。①西南風急流。一般出現在東亞大陸東岸，位于副高的西北側與大地形、大陸低氣壓系統或登陸的臺風之間，生成地區有相對的集中性，隨副高的進退而移動。華南地區的西南低空急流還與季風有關，屬于天氣尺度或中尺度系統。②東南風急流。東亞地區環流的經向度較大，副高北抬，赤道輻合帶位置偏北，我國沿海有臺風或熱帶氣旋活動并與東移受阻的西風帶低槽相對應時，在臺風與副高之間極易形成較為強烈的東南風低空急流。東南風低空急流是中、低緯系統相互作用的紐帶，是由低緯向中緯輸送水汽的重要通道。③內陸地區偏東風急流。我國內陸的新疆塔里木盆地東部經常出現一支東風急流，其距地面實際高度為900m左右，具有明顯的日變化。在華北平原還會出現極地高壓入海后的回流偏東風急流。④偏北風急流。來自于我國北方的干冷氣團南下，由于能量下傳及臺灣海峽的狹管效應或流入登陸的臺風中，易出現東北風低空急流，它是一支干冷氣流；還有少數的西北風急流，主要與冷空氣沿西路南下或者位于臺灣東北海面的臺風有關。我國的低空急流風向一般以偏南風為主，而對于夜間低空急流來說，其風向、風速、高度等在不同地方存在不同的差異，要具體情況具體分析。

2氣候學特征

2．1空間分布

我國低空急流易在高原或山區東側的平原地區形成，由于我國東部沿海水汽含量旺盛，而西部內陸地區較為干旱，所以不同地理條件下的低空急流具有一定的差異。

（1）沿海低空急流。我國沿海地區的大中尺度低空急流多起源于水汽充沛的洋面，與冷空氣、副高、季風關系非常密切。沿海地區的降水大部分都與低空急流有關，它為降水提供充足的水汽和熱量。例如：大陸上低值系統東移至沿海地區，易在低值系統與副高之間出現西南風或偏南風低空急流；在我國夏季出現的梅雨鋒及伴隨其出現的低空急流易在我國東部沿海地區產生暴雨；而且沿海地區常有臺風登陸，在臺風與副高之間易形成東南風低空急流，急流上的擾動會導致強對流天氣的發生或加強；華南沿海地區低空急流可能是產生在冷鋒前并隨冷空氣南下、中南半島和南海北部西南季風加強北上造成的，或兩者共同作用產生的，其強度及分布情況與廣東中南部地區山脈關系密切；臺灣海峽特殊的地理條件造就了低空急流形成要受到副高、冷空氣、季風、臺風或其他熱帶系統活動的影響。

（2）內陸低空急流。內陸地區尤其是西北地區為干旱、半干旱氣候，低空急流對暴雨的作用主要是起水汽輻合和抬升作用。鄧子風等指出南疆東風急流與我國沿海西南急流相比，急流中心的強度、尺度相當，而高度偏低。宮德吉等指出冬季內蒙古地區的低空偏南急流是西風帶大型環流調整的產物，且一般在兩天之內有雨（雪）的天氣發生。內陸地區低空急流按地形劃分如下：①平原低空急流：主要與副高、西風帶、季風有關，與副高關系最為密切，易在副高西側出現低空急流；還有長江中下游平原的梅雨鋒低空急流和華北平原的極地高壓入海后的回流偏東風急流。②山區低空急流：與青藏高原的關系非常密切，氣流遇山區折向并加速出現低空急流；在地形的背風坡和山后的平原地區有利于急流的產生。丁仁海等研究九華山區下墊面對降水的影響時指出，低空急流過山產生的垂直上升運動使得低層暖濕氣流輻合加強，并與降水時的凝結加熱共同作用使低空急流持續發展。夜間低空急流則與斜坡地形熱力差異引起的斜壓性和山谷風環流有關，一般出現在夜間逆溫層頂。

2．2時間分布

大尺度的低空急流一般沒有明顯的日變化特征，但是中尺度低空急流和夜間低空急流一般都具有明顯的日變化特征。江南地區大、中尺度低空急流具有明顯的季節變化，多發生在4—7月，而東北地區在全年都有低空急流活動。夜間低空急流的日變化表現在：風速在夜間開始增大，最大風速中心出現在02：00—08：00之間，凌晨為最大值，這時風的垂直切變最強。

3天氣學特征

伴隨有強對流天氣的低空急流，急流軸及其左側一般為強烈的氣旋性切變，出現輻合上升運動。急流區恒與溫度場中的暖舌相結合，在急流區尚未形成之前已開始出現暖舌，在暖舌兩側則相應存在冷舌，上升區主要與暖舌結合，且存在最大比濕中心，與強對流天氣區相對應。急流軸右側為負渦度區，出現輻散下沉運動，下沉區主要與冷舌結合，此處為干區，一般不會出現暴雨。低空急流兩側的上升、下沉氣流，在高層向南、低層向北穿越急流區，形成一個完整的垂直環流圈。如果是與冷鋒相配合的低空急流，則還有一支氣流在高層向北運動，下沉于冷鋒后部。急流一般具有強大的水平風速切變和垂直風速切變。

低空急流機制

1低空急流的非地轉性質

（1）地轉偏差。低空急流具有顯著的地轉偏差，而大氣中持續穩定的地轉偏差又是促使急流形成、維持與移動的重要因素。地轉偏差的產生是由于低槽前正渦度平流及西南氣流的質量輻合，造成低層等壓面下降、位勢梯度增大的結果。在急流區位置，急流出現前12h會出現負的地轉偏差，急流出現時為正的地轉偏差，急流減弱時呈現負的或近于零的地轉偏差狀態，而急流強度的局地變化，主要與地轉偏差的垂直切變（即熱成風偏差）的垂直分布關系密切。

（2）超地轉特征。低空急流軸上出現風速的激增時，氣壓場變化尚很遲緩，以致出現很強的超地轉，也表明低空急流是一種極不平衡的高速氣流，這種不平衡性易激發出中尺度系統而導致暴雨的發生。超地轉主要出現在發展的低空急流左側，以左前部為最強，此處輻合上升、對流活動和經圈環流都很強，它們與急流的非地轉性呈正相關。在急流軸附近，實測風速遠大于地轉風速；隨著低空急流的不斷增強，風場的地轉平衡被破壞變為超地轉，強對流天氣發生在風場超地轉最大時；隨后暴雨結束，低空急流隨之減弱，地轉風激增使得氣壓場向風場調整，達到地轉平衡。而地轉偏差、高空動量下傳、變壓風、對流體產生動壓力的集合效果、壓能場對質點以實測風運動所做的功等促使了超地轉現象的形成。

（3）低空急流風速脈動的重力慣性波特征。低空急流軸上風速的變化是不均勻的，存在著一種周期很短而振幅極大的波動（風的脈動），它通過一次次風速的突增來體現低空急流軸上的強風，具有重力慣性波的性質。重力慣性波從急流軸上順風外傳會從環境場獲得能量而發展，逆風外傳則被環境場吸收能量而減弱；如果波動從急流軸外向急流軸方向傳播，則逆風傳播的擾動要發展，順風傳播的擾動要減弱。急流軸上的風速脈動可以觸發暴雨。大氣運動的適應理論指出，地轉偏差能夠激發出重力慣性波，重力慣性波強度與地轉偏差強度成正比，這種重力波系與中尺度的輻合場相聯系。隨著重力慣性波對能量的頻散，超地轉現象逐漸消失，這時急流軸上的脈動也相應緩和，暴雨也就很快停止。低空急流軸周圍的強風速切變能夠促使重力波的不穩定發展，基本風場中的急流中心高度越低，重力波則越易獲得不穩定發展。

2低空急流的不穩定性

低空急流具有極強的動力與熱力不穩定性，有利于中小尺度系統發展。里查遜數Ri是小尺度擾動發展的一個標志，小的Ri數反映了邊界層中的不穩定性。低空急流的左前方為一個Ri數負值區，這正是低層最不穩定的地區，Ri的小值區常常與暴雨區相聯系。低空急流的發展是起伏式的，急流的消散較快，當Ri≤0．25達到切變不穩定的臨界條件時低空急流加速崩潰。

低空急流的形成原因

1地形影響

我國的天氣尺度偏南風急流大部分是由副高西側的東南風氣流遇高原或其他山脈后，沿其繞流并進一步加速后形成的。青藏高原對低空急流的形成起了重要的側邊界作用，如果沒有高原存在則低層無急流。而季風帶來的巨大偏西風動量作為低空急流的動量來源，與副高、西風帶短波槽脊的發展共同構成了我國大尺度低空急流形成的背景流場。例如：當副高加強西伸、西風帶槽加深東移，則會出現較大的變高梯度，產生變壓風，出現風場向質量場調整，風速加大，產生低空急流，低空急流在變高梯度最大區形成。海陸分布的熱力作用造成強大的東西向溫度梯度也有利于形成強風。山區東側的平坦地形夜間穩定邊界層內的低空急流的形成原因可以用Blackadar的慣性振蕩理論來解釋。白天和夜間的地表輻射溫度差異促使夜間逆溫層生成、抬升并發展成深厚的穩定邊界層，白天邊界層活躍的渦流在夜間逆溫層頂以上湍流應力迅速變為零，而逆溫層內由于風速的巨大切變而仍然存在，因此在逆溫層頂上部的風速產生周期性振蕩，在午夜后逆溫層頂附近形成低空急流。還有可能是西風氣流過山后出現背風波，在山后正渦度區下方有利于急流發生發展。斜坡地形夜間低空急流受山地與平原間的地形斜壓性影響產生熱成風、山谷風環流，在逆溫層高度上產生低空急流。

2高空動量下傳

在高空急流的出口區和高空急流入口區的質量調整產生變壓風使對流層下部有低空急流發展。在高空急流中心附近的地轉不平衡，使入口區的右側造成一個高空輻散區，從而使對流層下部質量調整引起輻合，由此產生了對流層下部的負變高區和向該區輻合的變壓風，此變壓風作為低層返回分支構成跨越低空急流的橫向逆環流，促使低層西南氣流左偏并加速從而形成低空急流。在高空急流的出口區，變壓風作用使得低層的實測風偏向低壓一側，低層空氣動能增大促使低空急流形成。據統計，低空急流出現同時伴隨高空急流存在的約占85％。高、低空急流的耦合方式在江淮地區主要為槽前－右后型，而在34°N以北一般常見于槽前－前部交叉型；在高空急流出口區為低空急流軸與高空急流軸相交，在入口區為低空急流軸與高空急流軸相平行。高空急流周圍正的渦度平流和溫度平流產生的非熱成風向熱成風調整的過程促使低空急流形成和發展。

3凝結潛熱加熱

對流凝結加熱是暴雨過程中低空急流形成、維持的重要原因之一。暴雨具有的時效短、雨量大且集中的特點，能夠釋放出大量的凝結潛熱，使有效位能增加，從而引起擾動發展。不穩定層結大氣中，由于水汽凝結潛熱的加熱作用造成特定風場和垂直環流間相互促進發展，兩者相互的正反饋過程促使水平風場加強，低空急流形成、發展。在擾動場的作用下，大氣層結越不穩定，水汽凝結加熱作用越強，形成的低空急流的強度也越強。在實際大氣狀況下，低空急流的形成是反映非地轉運動、動力、熱力等幾種因子的綜合作用的結果。何建中指出，強的邊界層低空急流是波動動量水平輸送、地形的動力作用、大氣熱力作用引起的動量垂直輸送和地形熱力作用的共同結果。

低空急流與天氣的關系

低空急流之所以能受到如此多學者的關注，主要原因之一就是其與暴雨（或暴雪）具有緊密的聯系。據統計，不管是華南前汛期暴雨、長江流域梅雨，還是華北暴雨（暴雪），大多數情況下都存在著低空急流。但是也不是所有低空急流都有暴雨伴隨，孫淑清等指出，若低空偏南強風速軸不具備輸送和積累水汽的性能且具有很大的穩定性，則此急流即為“空急流”過程。但是本文所研究的低空急流一般都伴隨降水等天氣現象。低空急流的超地轉現象與強對流天氣的發生相聯系，低空急流不僅能把低層水汽、熱量集中往下游輸送，使下游地區造成或增大位勢不穩定，且能在其左前方范圍內造成強烈的輻合上升運動，特別是如果在急流左側有很強的切變正渦度時，則更有利于產生強上升運動，這些都是暴雨發生的重要條件。

絕大部分暴雨發生在低空急流的左側，與上升中心、水汽輻合中心基本上相重合，低空急流之下水汽向左側的橫向輸送及急流下方風向隨高度順轉為暴雨提供了大量的水汽和對流不穩定。但也有觀點認為，在梅雨鋒低空急流中，由于梅雨鋒與低空急流的共同作用，降水中心有位于低空急流的出口區但偏于低空急流軸右側的趨向。低空急流的出現為暴雨預報提供了相當有用的信息，據統計，從急流建立到暴雨發生間隔的日數大多是0～4天，約占80％。低空急流與暴雨是相互促進的，低空急流的存在有利于暴雨的發生，而暴雨的發生又促進了急流的形成和維持。低空急流中風的脈動能夠觸發中尺度雨團的發生，與暴雨關系最密切的次天氣尺度低空急流常發生在暴雨之前，對暴雨區起著暖濕輸送帶、動力抬升和觸發作用。在暴雨產生發展階段，天氣系統通過低空急流促成暴雨，而暴雨活動通過激發一個不平衡增量促使上升運動加大來加強暴雨過程本身及維持并增強低空急流。除此以外，低空急流與其他強對流天氣、臺風、沙塵暴等關系也非常密切。

小結與討論

對于中國廣袤的土地來說，目前的高空探測站相對稀疏，不能夠反映局地低空急流特征。根據國內外低空急流的研究發現，低空急流一般發生在凌晨（通常情況下發生在當地時間22：00至次日08：00之間），但是我國的高空探測站每天的觀測時間為北京時間08：00和20：00，常規探空資料的觀測時間與低空急流發生的時間不匹配，所以不易觀測到低空急流。又由于加密觀測的成本較高，運用不是很廣泛，而數值研究也是近幾年才出現的，所以國內對低空急流的專門研究較少，而間接研究的比較多。目前，國內對低空急流進行的加密觀測，一般運用小球測風、氣象塔、系留氣球測風、雷達等，有了相對較好的研究成果。中國的低空急流研究在對低空急流的定義上還沒有形成統一的具體的標準，而且中國地理條件復雜，氣候差異大，又受到資料的限制，缺乏比較完整的地理性、季節性、空間性變化規律的氣候概念。研究中國低空急流的氣候特征時，大多都是運用背景場的氣候平均值，對急流自身的氣候特征反映不足。對中國地區低空急流研究的展望如下：

①增加我國各地的加密觀測設備，為更好的捕捉、研究局地地區的低空急流提供良好的觀測條件；

②中國地區面積廣大、地形復雜，需要不同的省、市開展對局地地區低空急流的觀測研究，找出不同地區低空急流的特殊性；

③找出不同地區的低空急流與強對流、沙塵暴等天氣現象之間的異同點，總結出局地地區低空急流影響的強對流天氣的預報著眼點；

④根據中國地區低空急流的特殊性，對中國地區低空急流的選取提出一個精確的定義；

⑤中國城市化飛速發展，城市不斷擴大，人口不斷增長，城市小尺度范圍內的低空急流有可能會受到城市熱島、建筑物、人類活動等特殊下墊面條件的影響。