在大氣科學領域的研究成果中，垂直運動方程和位渦理論是中緯度天氣、氣候動力學中的基本成果。近日，中國科學院院士、中科院大氣物理研究所研究員吳國雄團隊通過提出一個新的準地轉垂直運動方程，將垂直速度的發(fā)展與非絕熱加熱和準地轉位渦平流聯(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作用，使得高原東側地表附近位渦增強（圖1）。高原地表附近增強的位渦在西風帶中向下游輸送，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)低空輻合和南風的發(fā)展。一方面，發(fā)展增強的南風攜帶著水汽沿自南向北傾斜的等熵面向上運動，造成沿等熵面上滑的垂直速度（WIG）的發(fā)展，加強了上升運動；另一方面，南風造成對流層低層經(jīng)向負位渦平流增強，加強了對流層中下層準地轉位渦平流隨高度增加的環(huán)流背景，進一步加強了WID。隨著上升運動的不斷發(fā)展，水汽凝結釋放潛熱，導致與非絕熱加熱有關的垂直速度（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降水的發(fā)生發(fā)展過程（圖2）。

相關研究成果發(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基金和中科院前沿科學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，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。對流層中層的緯向正位渦平流和低層南風引起的經(jīng)向負位渦平流加強了上升運動、氣旋式環(huán)流和降水的發(fā)展；第三階段（ST Ⅲ）：當經(jīng)向負位渦平流中心恰好位于緯向正位渦平流中心下方時，上升運動和降水發(fā)展到最強；第四階段（ST Ⅳ）：經(jīng)向負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，上升運動減弱，降水消亡（原文中圖12）