江蘇地區(qū)兩次強(qiáng)颮線天氣過程的特征分析

于庚康，吳海英，曾明劍，尹東屏，張蓬勃

(江蘇省氣象局，江蘇南京210008)

0 引言

春夏之際是江淮地區(qū)強(qiáng)對流天氣頻發(fā)時期，颮線就是其中重要的災(zāi)害性強(qiáng)天氣之一。一般而言，颮線水平尺度通常為幾百千米，典型生命史約6～12 h，是一種中尺度對流系統(tǒng)，發(fā)展迅速，移動快，所經(jīng)之處往往伴隨雷暴、大風(fēng)、強(qiáng)降水、冰雹等強(qiáng)對流天氣，從而造成極強(qiáng)的破壞力。颮線在云圖上常表現(xiàn)為若干對流單體側(cè)向排列形成的一條對流云帶，但常規(guī)探測資料很難捕捉其生消發(fā)展的信息，因此，準(zhǔn)確預(yù)報颮線的難度很大，至今依舊是災(zāi)害性天氣的重點(diǎn)研究課題。近幾十年來，隨著氣象探測技術(shù)的發(fā)展和觀測網(wǎng)絡(luò)的完善和細(xì)化，許多研究揭示了颮線在發(fā)生發(fā)展過程中一些重要的結(jié)構(gòu)演變特征。Carbone et al．(1990)對美國堪薩斯州觀測到的一個颮線的發(fā)生進(jìn)行了研究，這個颮線是沿雷達(dá)回波能夠識別的一個邊界層輻合線傳播的。姚葉青等(2008)利用多普勒雷達(dá)資料研究了颮線發(fā)展過程中垂直結(jié)構(gòu)演變特征。邵玲玲等(2006)通過颮線回波帶的組成、移動、變化等討論了颮線與前方線狀回波的交匯在颮線發(fā)展加強(qiáng)和弓狀回波形成中的作用。李金輝和樊鵬(2007)指出颮線中超級單體的降雹具有提前預(yù)警的作用。馬紅等(2010)利用多種觀測資料分析了滇東北地區(qū)颮線過程的中尺度結(jié)構(gòu)特征。孫虎林等(2011)采用多種具有較高時空分辨率的觀測資料和四維變分同化反演技術(shù)得到的高分辨率資料，分析了發(fā)生在我國黃淮地區(qū)的強(qiáng)颮線天氣過程的形成背景和成熟階段特征。翟國慶和俞樟孝(1991)、吳海英等(2007)通過加密的地面自動站資料發(fā)現(xiàn)颮線往往與地面輻合線相聯(lián)系，而地面物理場的變化能較好地表征颮線的發(fā)展和移動。同時，借助數(shù)值模式對颮線產(chǎn)生和發(fā)展的機(jī)理研究成果也越來越多。Tan and Wang(2002)研究和發(fā)展了一個準(zhǔn)三維的邊界層動力學(xué)模式。于華英等(2006)模擬了2004年4月23日橫掃湘中湘南大部分地區(qū)的颮線過程的流場、雷達(dá)回波和含水量等宏、微觀物理量的分布及其演變。侯建忠等(2007)通過對黃土高原一次冷渦颮線的數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)颮線在移動過程中對流層低層對應(yīng)的是一條正負(fù)中心相間排列的渦度帶。張京英等(2009)利用多種資料探討了弓形回波帶來災(zāi)害性大風(fēng)的形成機(jī)制。慕熙昱等(2007)模擬了2003年一次颮線過程，揭示出颮線系統(tǒng)內(nèi)部流場的細(xì)微結(jié)構(gòu)特征。張入財?shù)?2009)使用WRF模式和三維變分資料同化技術(shù)，進(jìn)行了颮線過程中的地面常規(guī)觀測和自動氣象站加密觀測資料的同化試驗(yàn)，并研究了中緯度颮線中尺度結(jié)構(gòu)特征。朱磊磊等(2009)在對山東一次颮線過程的分析中還發(fā)現(xiàn)在颮線的發(fā)展移動中伴隨著重力波的傳播。

由此可見，從觀測資料、數(shù)值模擬等方面對颮線天氣過程的特征已經(jīng)進(jìn)行了不少有益的研究。但已有的研究對颮線發(fā)生發(fā)展的地域性及季節(jié)性特征研究還比較薄弱，因此，本文選擇了2006年4月28日和2009年6月14日發(fā)生在江蘇區(qū)域春季和夏季的兩次颮線天氣過程，從環(huán)流形勢、回波結(jié)構(gòu)、不穩(wěn)定條件和能量傳播等方面分析了這兩次颮線天氣過程的發(fā)生發(fā)展及移動變化規(guī)律，尤其是針對不同季節(jié)颮線天氣發(fā)生的環(huán)境條件及觸發(fā)機(jī)制的差異進(jìn)行了較為深入的研究，研究結(jié)果將為今后不同季節(jié)的颮線天氣的預(yù)報提供重要的參考依據(jù)。

1 資料及實(shí)況災(zāi)情說明

資料包括常規(guī)探空和地面觀測資料、自動氣象站加密資料、NCEP/NCAR的1°×1°再分析資料、南京及徐州站的多普勒雷達(dá)資料。地面各物理量場由自動氣象站資料計算得到，高空各物理量場由NCEP/NCAR再分析資料計算得到。

2006年4月28日18:00(北京時間，下同)前后起，受魯南發(fā)展起來的颮線影響，江蘇省自北向南出現(xiàn)了大范圍(25站)9～11級的北到西北大風(fēng)，其中連云港平明縣瞬時極大風(fēng)速達(dá)到38.5 m/s(12級)。期間，普遍伴有強(qiáng)雷暴發(fā)生，豐縣、連云港還出現(xiàn)了冰雹天氣。這次颮線天氣過程以風(fēng)災(zāi)為主要特點(diǎn)，在江蘇境內(nèi)歷時6～7 h的過程中，造成5人死亡，30多人受傷。

2009年6月14日午前，在魯南、豫東北首先出現(xiàn)分散性對流單體，隨后向東南方向移動，進(jìn)入江蘇后發(fā)展成一條颮線。12:25起，江蘇西北角的豐縣、沛縣出現(xiàn)雷雨大風(fēng)天氣，之后隨著颮線發(fā)展和迅速南下，江蘇中西部地區(qū)自北向南出現(xiàn)大范圍的雷雨大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對流天氣。其中，28個站出現(xiàn)雷雨大風(fēng)，金壇最大風(fēng)力達(dá)到29 m/s，8個站出現(xiàn)了冰雹，最大冰雹直徑高達(dá)60 mm，局部地區(qū)還出現(xiàn)短時強(qiáng)降水天氣，丹陽站18:00—19:00的1 h降水量達(dá)42 mm，在這次強(qiáng)對流天氣過程中，因?yàn)?zāi)死亡6人，并造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2 颮線過程中氣象要素變化及環(huán)流特征分析

2.1 颮線過程中氣象要素變化特征

颮線是非鋒面的或狹窄的活躍雷暴帶，當(dāng)颮線過境時常會引起局地地面風(fēng)向突變，風(fēng)速驟增，氣壓躍升，溫度劇降。2006年4月28日20:00，江蘇中西部的洪澤站，在颮線過境前后氣象要素急劇變化，地面氣壓由1 003 hPa涌升至1 009 hPa(圖1a)，后又迅速下降至1 006 hPa，形成了風(fēng)暴過程中的雷暴高壓鼻，1 h內(nèi)溫度驟降4.5℃(圖1b)，期間還伴有風(fēng)速和相對濕度的瞬間增大。

2009年6月14日，颮線過境時，溫、壓、濕、風(fēng)等氣象要素也呈現(xiàn)顯著的變化特征。由圖1c、d可見，在颮線過境的16:36—17:42，氣壓、相對濕度和風(fēng)速均劇增，而溫度驟減，表現(xiàn)出颮線影響時的典型特征。

2.2 颮線過程中的環(huán)流形勢特征

圖1 2006年4月28—29日洪澤站(a，b)和2009年6月14日盱眙站(c，d)颮線過境時相對濕度和氣壓(a，c)、溫度和風(fēng)速(b，d)的逐時變化Fig．1 Hourly changes of(a，c)relative humidity and pressure，and(b，d)temperature and wind speed in the squall line processes at(a，b)Hongze station during 28—29 April 2006，and(c，d)Xuyi station on 14 June 2009

2006年4月28日08:00的500 hPa上(圖2a)，亞洲中高緯為兩槽一脊型，脊線位于我國東北地區(qū)的西部邊境線附近，脊線東西兩側(cè)的貝加爾湖西北部和庫頁島附近各有一深厚的冷渦。其中，貝湖西北部的冷渦底部西北氣流在貝湖附近分為兩路，一路北上越過脊線后南下并入東部低渦，另一路繞薩彥嶺、蒙古高原和黃土高原南下，在華北地區(qū)形成一低槽，低槽槽線起自渤海西部，經(jīng)魯西南直至豫中一帶，黃淮、江淮地區(qū)尚處于槽前偏西氣流之中。與此同時，有一略為落后于低槽的溫度槽與之配合。此后，貝湖西側(cè)低渦在東部出現(xiàn)分裂，同時，之前存在于東北邊境線附近的脊線減弱崩潰，分裂的次中心得以東移南壓并加深發(fā)展，其底部的西北氣流攜冷空氣迅速南下，推動華北低槽快速東移南壓。28日20:00(圖略)，低槽從安徽進(jìn)入江蘇境內(nèi)，槽后的偏北風(fēng)分量增大，并伴有明顯的冷平流，江蘇大部處于24 h負(fù)變溫區(qū)中。對應(yīng)28日08:00地面、850 hPa和925 hPa上，河套東部38°N附近的晉冀中部至渤海有切變線存在(圖略)。此切變線南壓迅速，當(dāng)日20:00已南壓到位于34°N附近的蘇皖豫北部。在切變線南壓的同時，源自中西部地區(qū)的暖舌也快速東伸，特別是925 hPa上，江蘇大部出現(xiàn)了4～5℃的24 h正變溫，徐州、南京、射陽三站t850hPa-500hPa也分別達(dá)到30、31和32℃。在高空形勢演變的過程中，地面上(圖略)28日02:00在內(nèi)蒙古中部初生一低值系統(tǒng)，隨后，此低值系統(tǒng)不斷加強(qiáng)南壓，于28日14:00在河北省南部增至最強(qiáng)后，在南下的過程中出現(xiàn)東西向拉伸，漸變成一條地面輻合線，28日20:00橫亙在蘇、皖、豫三省中北部，與對流層底層的切變線構(gòu)成了深厚的輻合系統(tǒng)?？梢?，2006年4月28日颮線過程的熱力結(jié)構(gòu)為高層中路強(qiáng)冷空氣南下，低層暖平流加強(qiáng)東伸，構(gòu)成上冷下暖的強(qiáng)烈不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu);動力結(jié)構(gòu)為高層偏北大風(fēng)增強(qiáng)南下，低層切變輻合系統(tǒng)緊密配合。

圖22006年4月28日08:00(a)和2009年6月14日08:00(b)500 hPa位勢高度場(單位:dagpm)Fig．2 Geopotential height fields at 500 hPa at(a)08:00 BST 28 April 2006 and(b)08:00 BST 14 June 2009(units:dagpm)

2009年6月14日的颮線過程的環(huán)流形勢分析表明，6月14日08:00的500 hPa上(圖2b)，亞洲中高緯也為兩槽一脊，脊線呈東北—西南向位于貝加爾湖至我國內(nèi)蒙西端，脊線兩側(cè)為兩個深厚低渦，中心分別位于西伯利亞東南部地區(qū)和日本海北部，我國長江以北東部沿海地區(qū)位于引自日本海低渦南端的沿海槽后部，受控于槽后脊前西北氣流;同時，這一地區(qū)處于與高度場分布基本一致的溫度槽內(nèi)。由于日本海低渦停滯少動，而西部低渦則擴(kuò)散性東移南壓，推動高壓脊東移，在兩側(cè)低渦的擠壓下，高壓脊收縮變窄，致使華北、黃淮、江淮一帶槽后脊前西北氣流經(jīng)向性增強(qiáng)，風(fēng)速增大。與此同時，對流層低層850 hPa及925 hPa上(圖略)，35～36°N 附近的河南北部至山東南部逐步形成一條弱的切變線。這兩層的溫度場分布顯示，江淮、黃淮地區(qū)正處于一個由華西地區(qū)伸展而至的暖區(qū)中，925 hPa上，一個中心值為26℃的暖中心位于鄂豫皖地區(qū)。江淮、黃淮地區(qū)850 hPa與500 hPa的溫差均超過30℃，處于大范圍的層結(jié)不穩(wěn)定狀態(tài)。地面圖上(圖略)，豫皖中北部至江蘇西部有明顯的輻合線相配合。

綜上所述，2009年6月14日颮線過程的熱力和動力結(jié)構(gòu)與2006年4月28日相似，但形成過程有所差別，雖然高空形勢兩次過程在亞洲中高緯地區(qū)均呈典型的兩渦一脊的經(jīng)向型環(huán)流特征，但位相相差10個經(jīng)度，致使冷空氣來源或路徑不同。2006年4月28日颮線過程的冷空氣來自于貝湖西側(cè)冷渦發(fā)展南壓，冷渦底部的西北氣流加強(qiáng)，攜冷空氣長驅(qū)南下而至，期間風(fēng)向經(jīng)歷了低槽過境轉(zhuǎn)換過程;而2009年6月14日颮線過程中高層的冷空氣是隨東北冷渦后部的偏北氣流因經(jīng)向度的增大南下而至，而對流層低層則表現(xiàn)為自西向東伸展而至的暖舌，從而在這一區(qū)域構(gòu)成了上冷下暖的不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)。另外，雖然兩次過程在對流層低層和地面都存在切變輻合系統(tǒng)，但比較而言，2006年4月28日的低層切變輻合系統(tǒng)移動性更強(qiáng)，結(jié)構(gòu)更為清晰，強(qiáng)度更強(qiáng)。

3 颮線過程中的雷達(dá)回波演變特征

2006年4月28日18:58的多普勒雷達(dá)回波強(qiáng)度(圖略)顯示，一條長約300 km的弓狀強(qiáng)回波帶位于蘇魯交界處，強(qiáng)回波帶寬約20 km，中心強(qiáng)度達(dá)58 dBz，頂高伸展至14 km左右，回波帶的前緣清晰，后部是尾隨層狀云區(qū)，整片回波區(qū)約以50 km/h的速度向東南方向傳播，強(qiáng)回波帶所經(jīng)之處，造成了強(qiáng)烈的雷雨大風(fēng)天氣。19:36(圖3a)，在弓形回波帶的前部約10 km的地方，出現(xiàn)一條窄(寬約10 km)而弱(小于20 dBz)的弧形回波帶，這條弧形回波帶可能是由于颮線對流組織中下沉的冷空氣在地面上向外擴(kuò)散與環(huán)境暖空氣之間形成的具有一定鋒面特征的出流邊界，出流邊界隨強(qiáng)回波帶快速向東南推進(jìn)。20:00(圖略)前后，弓形回波帶抵達(dá)沿淮一帶，但結(jié)構(gòu)明顯改變，回波帶從弓狀曲率最大處斷裂開來，結(jié)構(gòu)變得松散，接著其后部的尾隨層狀云區(qū)也開始減弱并逐漸消散，21:32，已經(jīng)減弱的弓形回波帶的后部又出現(xiàn)了一條回波帶，21:38，回波圖上清晰地顯示出兩條間隔約100 km的對流回波帶在快速向東南方向移動，移動過程中，回波強(qiáng)度很快減弱，23:59回波帶移至江蘇沿江附近，回波中心強(qiáng)度已減弱為33 dBz，29日01:00，回波基本消散，颮線過程結(jié)束。

圖32006年4月28日19:36(a)和2009年6月14日16:30(b)雷達(dá)回波反射率因子(單位:dBz;仰角:0.5°;圖中時間為協(xié)調(diào)世界時)Fig．3 The radar echo reflectivity factor at(a)19:36 BST 28 April 2006 and(b)16:30 BST 14 June 2009(units:dBz;elevation:0.5°;the time is Universal Time Coordinated in Fig．3)

2009年6月14日11:35開始有分散性對流回波單體在魯南、豫東北生成，且回波單體強(qiáng)度較強(qiáng)，達(dá)53 dBz，但結(jié)構(gòu)比較松散。回波單體南移過程中逐漸增強(qiáng)、發(fā)展，12:24，回波中心強(qiáng)度增至63 dBz，12:25，豐縣出現(xiàn)雷雨大風(fēng)。在多普勒雷達(dá)速度圖上(圖略)，對應(yīng)于12:24的回波強(qiáng)中心，1 km高度處的近地面層出現(xiàn)一個中心值達(dá)24 m/s的偏北風(fēng)風(fēng)速核，該風(fēng)速核自此始終與回波強(qiáng)中心相伴，所經(jīng)之處產(chǎn)生了大風(fēng)天氣。之后，回波繼續(xù)增強(qiáng)，13:06，回波中心移至徐州站，強(qiáng)回波區(qū)的外圍出現(xiàn)出流邊界。回波繼續(xù)向東南方向移動，強(qiáng)回波區(qū)的面積逐漸增大，對流風(fēng)暴內(nèi)部的風(fēng)場擾動增強(qiáng)，14:18，速度圖中(圖略)，對應(yīng)于3個強(qiáng)中心均有明顯較深厚的中氣旋相伴隨，說明對流風(fēng)暴中伴隨有超級單體的發(fā)展。13:36，這塊回波西側(cè)的商丘附近開始有新的對流單體生成并且發(fā)展迅速，1 h后，其中心強(qiáng)度達(dá)到68 dBz，頂高伸展至13 km，之后，兩塊回波在南移過程中逐漸合并，于16:30形成了一條結(jié)構(gòu)清晰的弓狀對流回波帶(圖3b)，回波帶東西長約300～400 km，南北寬約40～50 km，以45 km/h的速度向南推進(jìn)，前端伴有陣風(fēng)鋒的形成，19:06，其結(jié)構(gòu)逐漸松散并于22:00前后逐漸消散。

兩次颮線過程的回波結(jié)構(gòu)演變特征可以清楚地顯示出兩者的異同點(diǎn)。相似之處:兩次對流回波系統(tǒng)性發(fā)展的時間都是在午后，由分散性的回波單體逐漸合并發(fā)展形成颮線，颮線的水平尺度相似，颮線的移動路徑都是東南方向，颮線的生命史都在4～5 h;相異之處:2006年4月28日的颮線形成在山東，于傍晚前后移入江蘇，自北向南影響江蘇的蘇北和沿江地區(qū)，2009年6月14日的颮線起自魯南、豫東北的對流回波單體，于中午前后移入江蘇后發(fā)展并于16:40前后在江蘇的沿淮地區(qū)合并形成，與2006年4月28日的颮線相比較，其位置略偏西，其移動過程中主要影響江蘇的中西部地區(qū);從颮線的結(jié)構(gòu)來看，4月28日颮線在移動過程中斷裂成兩條，在移動過程中表現(xiàn)為兩條對流回波帶的發(fā)展和移動;而2009年6月14日的颮線則始終表現(xiàn)為一條對流回波帶的發(fā)展演變;從颮線的發(fā)展強(qiáng)度來看，2009年6月14日的過程發(fā)展得更加旺盛，對流風(fēng)暴的發(fā)展過程中伴有超級單體的產(chǎn)生，而且風(fēng)場擾動更加清晰。

4 颮線過程的環(huán)境場結(jié)構(gòu)特征分析

強(qiáng)對流天氣在強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定環(huán)境和較適宜的動力環(huán)境中醞釀發(fā)展，它的發(fā)生發(fā)展過程伴隨著能量的積累和在一定條件下轉(zhuǎn)化和釋放。這期間聚集和釋放的能量(熱力條件)決定了強(qiáng)對流發(fā)展的強(qiáng)度，而動力條件則對于風(fēng)暴的觸發(fā)和風(fēng)暴的組織結(jié)構(gòu)起著關(guān)鍵作用，因此就強(qiáng)對流天氣的形成和發(fā)展而言，環(huán)境的熱力和動力條件兩者缺一不可。

4.1 動力結(jié)構(gòu)特征對比分析

4.1.1 水平風(fēng)場垂直結(jié)構(gòu)對比

圖4 環(huán)境風(fēng)u分量沿34°N(a，b)和環(huán)境風(fēng)v分量沿118°E(c，d)的垂直剖面(單位:m/s) a，c．2006年4月28日20:00;b，d．2009年6月14日20:00Fig．4 Vertical sections of(a，b)u component of environment wind along 34°N and(c，d)v component of environment wind along 118°E(units:m/s) a，c．a(chǎn)t 20:00 BST 28 April 2006;b，d．a(chǎn)t 20:00 BST 14 June 2009

為了對兩次颮線發(fā)生發(fā)展過程中周圍大氣的風(fēng)場垂直結(jié)構(gòu)有更加清晰地了解，在颮線所在區(qū)域附近分別作了環(huán)境風(fēng)u分量和v分量的垂直剖面。2006年4月28日緯向風(fēng)垂直結(jié)構(gòu)的演變表明，緯向風(fēng)為上下一致的西風(fēng)，西風(fēng)風(fēng)速中心位于200 hPa高度附近的高空急流帶上，中心值大于75 m/s，在颮線發(fā)展移動過程中，偏西風(fēng)有所發(fā)展，并由200 hPa附近的中心向低層伸展(圖略)。28日20:00(圖4a)，500 hPa上，颮線附近上空出現(xiàn)了一個值為21 m/s的中心，同時颮線低層的偏西風(fēng)分量明顯增大，800 hPa以下風(fēng)速等值線密集，說明颮線所處的風(fēng)場低層垂直梯度增大，風(fēng)切變迅速增強(qiáng)，有利于對流風(fēng)暴的組織化和進(jìn)一步發(fā)展;與之相比，2009年6月14日的緯向風(fēng)場中的一個顯著的區(qū)別就是在對流發(fā)展過程中對流層低層850 hPa以下伴隨有偏東風(fēng)的發(fā)展(圖4b)，這是6月副高主體比4月偏強(qiáng)偏西，對流層低層受副高西側(cè)氣流影響所致，而4月江淮地區(qū)尚受季節(jié)性的西到西北氣流控制，對流層低層的切變線實(shí)質(zhì)上是西北氣流與西南偏西氣流構(gòu)成的冷切;西風(fēng)大值帶依然位于200 hPa附近，中心分為東西兩個，分別位于110°E附近及124°E以東，中心值33 m/s，在強(qiáng)對流發(fā)展過程中有高層的西風(fēng)動量向下輸送，但明顯比前一次過程弱，在這次過程中，對流層中高層西風(fēng)風(fēng)速逐漸增強(qiáng)與低層的偏東風(fēng)的發(fā)展相伴，導(dǎo)致颮線附近低層環(huán)境風(fēng)場的垂直風(fēng)切變增強(qiáng)，但垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度較弱。

經(jīng)向風(fēng)垂直結(jié)構(gòu)的演變特征同樣顯示了兩次颮線過程存在異同。兩者相似之處是:在強(qiáng)對流發(fā)展前期，對流層低層都伴有南風(fēng)的發(fā)展，而對流層中高層的偏北風(fēng)則略有發(fā)展并逐漸向下發(fā)展;從2006年4月28日20:00v分量的垂直分布場中(圖4c)可以看出，對流層低層800 hPa以下，颮線及其未來移動區(qū)域附近31～34°N有一南風(fēng)值為6 m/s的風(fēng)速中心，其上則由偏北風(fēng)所控制，其北側(cè)則是從對流層中高層向下伸展而至的偏北風(fēng)，并在颮線所在區(qū)域的對流層低層形成了一個近乎垂直的南北風(fēng)的交界面，這意味著颮線在對流層低層表現(xiàn)為垂直的南北風(fēng)的輻合帶;2009年6月14日v風(fēng)場的垂直分布演變(圖略)顯示:與颮線發(fā)展相對應(yīng)的是對流層中高層北風(fēng)發(fā)展及對流層低層南風(fēng)的增強(qiáng)，這期間盡管北風(fēng)向下擴(kuò)展，但并未伸展至對流層低層，颮線所在區(qū)域及附近仍處于偏南風(fēng)的控制下，14日20:00(圖4d)，颮線所在處呈現(xiàn)出南北風(fēng)相疊置的結(jié)構(gòu)，且南北風(fēng)中心正處于颮線上空，對流層低層并無明顯的風(fēng)向輻合區(qū)。兩次過程v風(fēng)量垂直分布的差異其實(shí)與各自所處的季節(jié)性環(huán)流形勢是相匹配的，前者受冷空氣的影響更加深厚，而后者受東北低渦后部冷空氣的影響主要集中在對流層中高層。

4.1.2 渦散度及垂直運(yùn)動場的對比

圖 5 渦度(a，b;單位:10 －5s－1)、散度(c，d;單位:10 －5s－1)及垂直速度(e，f;單位:10 －1Pa/s)沿 34°N 的垂直剖面a，c，e．2006 年4 月28 日20:00;b，d，f．2009 年6 月14 日14:00Fig．5 Vertical sections of(a，b)vorticity(units:10 －5s－1)，(c，d)divergence(units:10 －5s－1)，and(e，f)vertical speed(units:10 －1Pa/s)along 34°N a，c，e．a(chǎn)t 20:00 BST 28 April 2006;b，d，f．a(chǎn)t 14:00 BST 14 June 2009

圖5a—f分別是2006年4月28日20:00、2009年6月14日14:00渦度、散度及垂直速度的垂直分布。2006年4月28日20:00颮線上空表現(xiàn)為一隨高度逐漸東傾的深厚的氣旋性渦度區(qū)(圖5a)，反映出一個深厚的、在中低層明顯前傾的西風(fēng)槽正位于颮線上空，氣旋性渦度中心位于200 hPa高度上的120°E 附近，中心值為 24 ×10－5s－1，值得關(guān)注的是對流層低層925 hPa氣旋性渦度強(qiáng)烈發(fā)展，在颮線的西側(cè)產(chǎn)生了一個中心值為9×10－5s－1氣旋性渦度中心，比較當(dāng)時天氣圖發(fā)現(xiàn)，這與該處較強(qiáng)的風(fēng)切變是相對應(yīng)的，且該低層渦度中心通過一條相對較弱的向東傾斜的渦度通道與200 hPa的渦度大值區(qū)相連。在散度場中(圖5c)，颮線附近的對流層低層輻合明顯增強(qiáng)，950 hPa附近的輻合中心強(qiáng)度達(dá)到－5.5×10－5s－1，同時在中層有同等強(qiáng)度的輻散中心與之疊置，但在對流層高層又呈輻合狀態(tài)。與之對應(yīng)，垂直運(yùn)動(圖5e)表現(xiàn)為以800 hPa為上升運(yùn)動中心，400 hPa為下沉運(yùn)動中心，600 hPa為分界面的分布狀態(tài)，其中上升中心強(qiáng)度為－0.5 Pa/s，下沉運(yùn)動中心強(qiáng)度為0.6 Pa/s。

2009年6月14日14:00，強(qiáng)對流發(fā)展的區(qū)域內(nèi)，對流層低層(700 hPa以下)氣旋性擾動開始活躍，但氣旋性渦度(圖5b)發(fā)展的程度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2006年4月28日20:00，強(qiáng)度不足 1.0 ×10－5s－1，且高層的氣旋性渦度高值區(qū)被弱的負(fù)渦度區(qū)阻斷。散度場(圖5d)與2006年4月28日20:00相比同樣表現(xiàn)弱勢，僅在900 hPa的近地層存在弱且淺薄的輻合區(qū)，輻合區(qū)之上為輻散區(qū)，輻散強(qiáng)度也明顯弱于4月28日20:00。垂直速度(圖5f)的表現(xiàn)也依然不及4月28日20:00，850 hPa附近的中心強(qiáng)度僅為0.2 Pa/s。盡管垂直速度較弱，但其卻到達(dá)了400 hPa附近高度。

綜上所述，就颮線附近垂直方向的渦度、散度和垂直速度，聯(lián)系u、v分量的分布可見，兩次颮線過程的動力條件差別甚大，2006年4月28日颮線過程期間無論是渦度、散度、還是垂直速度都明顯要高于2009年6月14日的颮線過程。顯然，這是由前述兩次過程冷暖空氣的不同配置、大氣環(huán)流形勢的差別所決定的。

4.2 熱力條件對比分析

4.2.1 溫度平流變化特征對比

溫度平流垂直分布的變化往往會影響大氣不穩(wěn)定層結(jié)的建立與否，圖6是沿118°E的兩次颮線過程發(fā)展前溫度平流的垂直剖面?？梢?，4月27日20:00(圖6a)，對流未來發(fā)展區(qū)域的對流層低層(850 hPa以下)是冷平流控制區(qū)，冷平流區(qū)之上是一暖平流區(qū)，中心位于38°N附近的850 hPa高度上。隨著大氣環(huán)流形勢的演變，華西地區(qū)暖舌發(fā)展東伸，高層冷空氣隨低槽東移南下，4月28日14:00(圖6b)，32～37°N 區(qū)域，700 hPa以下由迅速發(fā)展的暖平流占據(jù)，暖平流中心位于900～850 hPa之間，強(qiáng)度達(dá)12 ×10－5K·m·s－1，而位于這一暖平流區(qū)之上則是一深厚的冷平流，中心位于36°N附近的600 hPa高度上。顯然，此一冷暖平流區(qū)垂直疊置的狀態(tài)，為颮線的形成和發(fā)展構(gòu)建了大氣不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)。

2009年6月14日02:00(圖6c)，在強(qiáng)對流未來發(fā)展的區(qū)域附近，900 hPa及以下的近地面層為一冷平流區(qū)，900～700 hPa之間為暖平流區(qū)，700 hPa以上則是一較深厚的冷平流區(qū)。此后，暖平流區(qū)逐漸向下擴(kuò)展，邊界層內(nèi)的冷平流迅速減弱，與此同時，對流層中高層的強(qiáng)冷平流區(qū)略向下伸展，從6月14日14:00的溫度平流垂直分布(圖6d)可見，低層暖平流、高層冷平流的結(jié)構(gòu)特征非常清晰，冷平流強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于暖平流強(qiáng)度。另外值得注意的是，溫度平流零線在34～36°N附近向下凹陷，表明中高層有弱冷空氣逐漸契入暖平流區(qū)中并疊置其上，而這一地區(qū)正是未來颮線形成和發(fā)展的區(qū)域。

綜上所述，隨著冷暖平流分布的發(fā)展演變，在兩次颮線過程發(fā)生前都形成了冷平流疊置于暖平流之上的垂直分布，促進(jìn)了該地區(qū)大氣層結(jié)不穩(wěn)定的形成;兩次颮線過程前期，近地面均存在弱的冷平流，這為近地面逆溫層的形成(探空曲線圖略)提供了條件，觀測表明，兩次過程前的早晨，在未來強(qiáng)對流區(qū)域出現(xiàn)了不同程度的霧，這為強(qiáng)對流發(fā)展前能量的積累創(chuàng)造力良好環(huán)境;兩次過程低層暖平流的形成，都是由于華西地區(qū)暖中心發(fā)展東伸所致，但就溫度平流的強(qiáng)度，尤其是低層的暖平流而言，2006年4月28日明顯強(qiáng)于2009年6月14日。這說明一個問題，因季節(jié)性差別，4月，強(qiáng)熱力不穩(wěn)定環(huán)境的構(gòu)建，除需要高層冷空氣外，還需低層暖空氣的共同作用，而6月，因低層溫度本身較高，只需足夠強(qiáng)度的冷空氣就可造成較強(qiáng)的不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)。

4.2.2 不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)對比

不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)是強(qiáng)對流天氣醞釀、發(fā)生發(fā)展的重要條件。圖7給出了兩次颮線過程發(fā)生前沿118°E的假相當(dāng)位溫經(jīng)向垂直剖面。由圖可見，2006年4月28日08:00(圖7a)高空 θse主鋒區(qū)自23°N附近起向北后傾至對流層中高層。這說明總體上我國南嶺及以北區(qū)域都由相對干冷空氣控制;而2009年6月14日08:00(圖 7b)，θse鋒區(qū)起自34°N附近，先是向南傾斜延伸至700 hPa高度，然后垂直向上到600 hPa以上，再向北傾斜至對流層高層。這說明在對流層低層暖濕氣流活躍，與4月28日相比已向北推進(jìn)了10個緯距以上，而對流層中層，干冷空氣勢力較強(qiáng);另外，比較圖7a、b中θse的數(shù)值可以看出，在對流層中下層，6月θse普遍比4月高出15 K左右。這顯然是我國東部地區(qū)的季節(jié)性特征。

圖6 溫度平流沿118°E的垂直剖面(單位:10－5K·m·s－1) a．2006年4月27日20:00;b．2006年4月28日14:00;c．2009年6月14日02:00;d．2009年6月14日08:00Fig．6 Vertical sections of temperature advection along 118°E(units:10－5K·m·s－1) a．a(chǎn)t 20:00 BST 27 April 2006;b．a(chǎn)t 14:00 BST 28 April 2006;c．a(chǎn)t 02:00 BST 14 June 2009;d．a(chǎn)t 08:00 BST 14 June 2009

圖7 假相當(dāng)位溫沿118°E的垂直剖面(單位:K) a．2006年4月28日08:00;b．2009年6月14日08:00Fig．7 Meridional vertical section of potential pseudo-equivalent temperature along 118°E(units:K) a．a(chǎn)t 08:00 BST 28 April 2006;b．a(chǎn)t 08:00 BST 14 June 2009

從與兩次颮線過程相關(guān)區(qū)域θse的分布上看:4月28日(圖7a)，34～36°N 間 θse的高值中心位于925 hPa 附近，其下 (?θse/?p＜0)，表征大氣呈穩(wěn)定狀態(tài)，而其上與750 hPa間形成不穩(wěn)定層結(jié)(?θse/?p＞0);6月 14日 08:00(圖 7b)的 32～35°N，在925 hPa以下同樣存在弱的穩(wěn)定層結(jié)，925～700 hPa間則為明顯的不穩(wěn)定層結(jié)。比較兩個不穩(wěn)定層結(jié)結(jié)構(gòu)，顯然，后者強(qiáng)于前者，且后者θse等值線在颮線區(qū)的分布更有組織性，更清晰，而前者強(qiáng)中心分散。

結(jié)合宏觀上和颮線過程影響區(qū)域的θse的分布可進(jìn)一步看出，2006年4月28日的颮線過程發(fā)生在冷區(qū)大環(huán)境背景底層暖空氣濕擾動之下，而2009年6月14日的颮線過程發(fā)生在暖區(qū)大環(huán)境背景中層冷空氣的侵襲之下。

4.2.3 不穩(wěn)定能量分布特征對比

圖8 對流有效位能的分布(單位:J/kg) a，b．2006年4月28日08:00;b．2006年4月28日20:00;c．2009年6月14日08:00;d．2009年6月14日14:00Fig．8 Distribution of convective available potential energy(units:J/kg) a．a(chǎn)t 08:00 BST 28 April 2006;b．a(chǎn)t 20:00 BST 28 April 2006;c．a(chǎn)t 08:00 BST 14 June 2009;d．a(chǎn)t 14:00 BST 14 June 2009

不穩(wěn)定能量的聚集和釋放始終貫穿于強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展過程中，是決定強(qiáng)對流天氣未來發(fā)展強(qiáng)度和維持時間的關(guān)鍵因子之一，在這兩次颮線過程中，不穩(wěn)定能量是如何分布和變化的?圖8a—d給出了兩次颮線過程發(fā)生發(fā)展前期對流有效位能(convective available potential energy，CAPE)分布的演變。2006年4月28日08:00(圖8a)，以魯北和魯西南為中心，一長軸為東北西南向的橢圓形CAPE大值區(qū)位于山東大部、河南東部及蘇皖的北部地區(qū)，中心值為350 J/kg。28日14:00(圖略)，對流能量繼續(xù)積累發(fā)展，位于山東南部的中心值增大為700 J/kg，同時，高能量區(qū)向南擴(kuò)展至蘇皖中南部，江蘇沿江以北地區(qū)處于500 J/kg以上的CAPE大值區(qū)中。28日20:00(圖8b)，CAPE高值區(qū)明顯南壓，中心位于江蘇江淮之間，其值為800 J/kg。之后，CAPE區(qū)明顯減弱并東移入海(圖略);2009年6月14日08:00(圖8c)，CAPE主要在兩個區(qū)域集中和發(fā)展，一個以豫北為中心，中心值為700 J/kg，另一個以江蘇西部為中心，中心值為1 000 J/kg，相對大值區(qū)覆蓋魯西南和安徽東部大部地區(qū)。14日14:00(圖8d)，CAPE繼續(xù)在這兩個區(qū)域發(fā)展加強(qiáng)，豫北的CAPE中心強(qiáng)烈發(fā)展至2 000 J/kg，整個高值區(qū)的范圍向同時周圍擴(kuò)展，位于江蘇境內(nèi)的高值區(qū)則逐漸向南收縮，但中心強(qiáng)度增至1 200 J/kg。14日20:00(圖略)，兩中心依然存在，但強(qiáng)度已大大減弱。

以上分析表明兩次颮線發(fā)展前期，在颮線未來形成的區(qū)域中均存在對流有效位能的聚集和發(fā)展，而在颮線天氣發(fā)展后期，隨著不穩(wěn)定能量的釋放，對流有效位能則表現(xiàn)出明顯減弱的特征，但就能量聚集的程度而言，顯然在2009年6月14日的對流不穩(wěn)定能量明顯大得多，這與夏季暖濕氣流較春季更加活躍有關(guān)。另外，兩次過程中對流不穩(wěn)定能量分布的演變也有較大差異，2006年4月28日，能量的累積區(qū)伴隨颮線逐漸向南移動，為颮線的發(fā)展和維持提供移動式或跟蹤能量供給，而在2009年6月14日，對流不穩(wěn)定能量的集中區(qū)更加寬廣，在颮線的移動過程中，其所經(jīng)區(qū)域都處在CAPE高值區(qū)中，保證了能量的持續(xù)性供給。

5 地面中尺度特征對比分析

研究(邵玲玲等，2006)表明，大多數(shù)局地強(qiáng)風(fēng)暴起源于地面或邊界層輻合線附近。地面及與之相鄰的邊界層往往是能量蓄積的主要載體之一，為對流的發(fā)展提供能量保證。下面將對兩次過程中地面的風(fēng)場及熱力條件進(jìn)行分析。

圖9a、b分別是2006年4月28日20:00及2009年6月14日15:00根據(jù)蘇皖兩省自動氣象站資料繪制的地面流場。由圖可見，在兩次過程中，地面上都伴隨一條中-β尺度的地面輻合線形成和移動:2006年4月28日20:00，由西南風(fēng)與偏北風(fēng)構(gòu)成輻合線位于江蘇沿淮一帶(圖9a);2009年6月14日的地面輻合線則由東南風(fēng)與偏北風(fēng)形成，15:00輻合線位于蘇皖兩省的淮北地區(qū)(圖9b)。這兩條輻合線與雷達(dá)圖中的強(qiáng)回波帶相對應(yīng)(圖略)，不斷向南傳播，是颮線在邊界層的表現(xiàn)。

地面散度場中，颮線對應(yīng)的是一條狹長的強(qiáng)輻合帶(圖9c、d)，其后的冷堆中存在強(qiáng)的地面輻散，地面大風(fēng)區(qū)主要分布在地面輻合區(qū)后部的輻散區(qū)中，這說明地面大風(fēng)的產(chǎn)生與颮線后部的輻散下沉氣流有關(guān)。

颮線所在的位置與地面等θse密集帶(地面鋒區(qū))相重合(圖9e、f)，表明颮線附近溫濕水平梯度非常之大，具有一定的鋒面特征，颮線后部是冷區(qū)，前部則由相對暖的空氣所控制，結(jié)合颮線的移動和地面風(fēng)場分布特征可見，颮線前部的暖濕空氣沿風(fēng)暴相對入流并入颮線內(nèi)部沿輻合線上升，為颮線的發(fā)展和維持提供了條件。

6 結(jié)論與討論

1)兩次颮線發(fā)生在兩槽一脊的經(jīng)向型環(huán)流背景下，但槽脊位相的差別導(dǎo)致中高層冷空氣來源不同;地面及對流層低層都有明顯的輻合系統(tǒng)形成和發(fā)展。

2)兩次典型的颮線在地面上是由一條輻合線所確定，并與地面鋒區(qū)相對應(yīng)，颮線前部是暖濕氣流，后部則為相對干冷的空氣所控制，同時，颮線后部的冷堆中存在強(qiáng)的地面輻散區(qū)，地面大風(fēng)主要出現(xiàn)在地面輻散區(qū)中。在雷達(dá)圖上，颮線表現(xiàn)為一條發(fā)展旺盛的弓狀對流回波帶，對流回波帶內(nèi)有強(qiáng)烈發(fā)展的風(fēng)暴尺度的對流單體。

3)兩次強(qiáng)颮線過程發(fā)生前，對流層低層出現(xiàn)明顯的暖平流，而中高層則伴隨冷平流，溫度平流場中呈現(xiàn)出冷平流疊置于暖平流之上的垂直分布特征，導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的建立和進(jìn)一步發(fā)展，但其中春季強(qiáng)颮線過程中低層暖平流的強(qiáng)度明顯強(qiáng)于夏季，這表明春季強(qiáng)熱力不穩(wěn)定環(huán)境的構(gòu)建，除需要高層冷空氣外，低層暖空氣的參與尤為關(guān)鍵。

4)θse的垂直分布顯示出這兩次過程的熱力結(jié)構(gòu)存在明顯差異，2006年4月28日的颮線過程發(fā)生在冷區(qū)大環(huán)境背景底層暖空氣擾動之下，而2009年6月14日的颮線過程發(fā)生在暖區(qū)大環(huán)境背景中層冷空氣的侵襲之下。兩次颮線發(fā)展前期，在颮線未來形成的區(qū)域中均存在對流有效位能的聚集和發(fā)展，而在颮線天氣發(fā)展后期，隨著不穩(wěn)定能量的釋放，對流有效位能則表現(xiàn)出明顯減弱的特征，但就能量聚集的程度而言，顯然在2009年6月14日的對流不穩(wěn)定能量明顯大得多，這與夏季暖濕氣流較春季更加活躍有關(guān)。

5)在颮線發(fā)展演變中，兩次過程的動力環(huán)境都表現(xiàn)出適宜對流組織化和進(jìn)一步發(fā)展的特征，但其動力條件仍有區(qū)別，2006年4月28日颮線過程期間無論是渦度、散度、還是垂直速度都明顯要高于2009年6月14日的颮線過程，但后者對流同樣發(fā)展旺盛，表明夏季一旦對流啟動，蓄積的能量是對流發(fā)展的保證。

圖92006 年4 月28 日20:00(a，c，e)和2009 年6 月14 日15:00(b，d，f)的地面流場(a，b)、散度場(c，d;陰影區(qū)表示地面平均風(fēng)速大于5 m/s;單位:10－5s－1)和假相當(dāng)位溫場(e，f;單位:K)Fig．9 (a，b)Surface flow fields，(c，d)divergence fields(shadings denote the ground average wind speed larger than 5 m/s;units:10－5s－1;)，and(e，f)potential pseudo-equivalent temperature fields(units:K)at(a，c，e)20:00 BST 28 April 2006 and(b，d，f)15:00 BST 14 June 2009

本文選取的兩次颮線過程，均為近幾年江蘇地區(qū)春夏兩季比較典型的颮線個例，雖然在一定程度上能說明颮線在不同季節(jié)內(nèi)生成的差異，但由于樣本個例數(shù)偏少，并且颮線的生成環(huán)境與觸發(fā)機(jī)制比較復(fù)雜，同時其生消發(fā)展過程迅速、局地性強(qiáng)、生命史短暫，所以這兩次颮線過程的對比并不能完全說明不同季節(jié)內(nèi)颮線天氣過程的差異。

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