陜西中部一次冷渦颮線天氣特征分析

牛樂(lè)田，李春娥，王 英，劉 帆，胡 偉，許 瑋

（咸陽(yáng)市氣象局，陜西咸陽(yáng) 712000）

陜西中部一次冷渦颮線天氣特征分析

牛樂(lè)田，李春娥，王 英，劉 帆，胡 偉，許 瑋

（咸陽(yáng)市氣象局，陜西咸陽(yáng) 712000）

對(duì)2013－07－31陜西中部地區(qū)一次罕見的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程氣象要素演變及雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該次過(guò)程為一次典型颮線天氣過(guò)程。對(duì)此次颮線的生成原因、變化特征進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明：此次颮線天氣過(guò)程是在高空冷渦后部西北氣流控制的天氣環(huán)流形勢(shì)下出現(xiàn)，高空冷平流和低層暖平流的配置加劇了層結(jié)不穩(wěn)定性。雷達(dá)回波圖上，颮線以后續(xù)線型為主，呈典型的帶狀回波；強(qiáng)回波的雷達(dá)反射率因子、強(qiáng)風(fēng)速輻合帶、垂直累積液態(tài)水含量高值中心強(qiáng)弱交替等特征，對(duì)此類颮線天氣的發(fā)生有較好的指示意義。

颮線；低渦；層結(jié)穩(wěn)定度；雷達(dá)回波；垂直累積液態(tài)水含量 （VIL）

颮線是許多雷暴單體 （其中包括若干超級(jí)單體）側(cè)向排列而形成的強(qiáng)對(duì)流云帶，其水平尺度通常為幾百公里，典型生命期約6～12h，常帶來(lái)災(zāi)害性大風(fēng)和局地暴雨，有時(shí)還伴有冰雹和龍卷風(fēng)，是一種具有短時(shí)巨大破壞力的天氣系統(tǒng)［1］。氣象工作者對(duì)颮線進(jìn)行了深入研究。丁一匯等［2］根據(jù)我國(guó)18個(gè)颮線個(gè)例，研究了颮線發(fā)生的天氣背景、觸發(fā)條件和形成的物理?xiàng)l件 （熱力和動(dòng)力學(xué)條件）。張培昌等［1］根據(jù)雷達(dá)回波的不同表現(xiàn)形態(tài)，將颮線劃分為斷續(xù)線型、后續(xù)線型、離散區(qū)線型以及嵌套區(qū)線型4種類型。侯建忠等［3］在黃土高原一次冷渦颮線的綜合分析與數(shù)值模擬中指出，強(qiáng)對(duì)流主要出現(xiàn)在冷渦中心的西南側(cè)及南側(cè)，在這個(gè)部位的大氣層結(jié)常常是不穩(wěn)定的，有利于中尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展，激發(fā)不穩(wěn)定能量釋放，造成強(qiáng)雷暴天氣發(fā)生。姬鴻麗等［4］分析了影響洛陽(yáng)的一次中尺度颮線天氣過(guò)程，認(rèn)為高空冷渦后部冷空氣的入侵加劇了層結(jié)的不穩(wěn)定而造成較強(qiáng)颮線天氣的發(fā)生、發(fā)展。劉子臣［5］認(rèn)為高空冷渦是夏季造成我國(guó)西北地區(qū)強(qiáng)雷暴和強(qiáng)颮線天氣的主要系統(tǒng)之一，當(dāng)蒙古東部與我國(guó)東北地區(qū)500hPa上有一冷渦時(shí)，冷渦后部的偏北氣流將會(huì)影響陜西大部。本文利用常規(guī)氣象資料、NCEP1°×1°6h資料、衛(wèi)星云圖和多普勒雷達(dá)資料對(duì)陜西中部2013年7月31日颮線天氣過(guò)程的要素特征演變、環(huán)流形勢(shì)、雷達(dá)回波特征等綜合分析，旨在加深對(duì)颮線天氣的認(rèn)識(shí)，建立此類天氣的預(yù)報(bào)思路。

1 颮線氣象要素演變及環(huán)流特征

1.1 氣象要素演變

2013－07－31夜間寶雞東部、咸陽(yáng)、西安、渭南等地區(qū)先后出現(xiàn)雷電、大風(fēng)、短時(shí)暴雨等強(qiáng)對(duì)流天氣。不少測(cè)站氣壓、溫度、濕度等要素均反映明顯，以咸陽(yáng)和藍(lán)田兩個(gè)測(cè)站為例，8月1日00時(shí)、01時(shí)兩站分別出現(xiàn)11.5m/s、16.5 m/s的大風(fēng)，關(guān)中共有11測(cè)站出現(xiàn)6級(jí)以上大風(fēng)；1日02時(shí)咸陽(yáng)、藍(lán)田3h變壓分別為4.1 hPa和5.8hPa。7月31日22時(shí)—8月1日02時(shí)關(guān)中地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間短、分布不均的強(qiáng)降水，降水中心位于關(guān)中中東部，最大為淳化強(qiáng)村81.4mm。從咸陽(yáng)站逐時(shí)氣象要素變化 （圖1）可見，氣象要素具有以下變化特點(diǎn)：風(fēng)速迅速增大到極值后又迅速減小，變化最劇烈；氣壓緩慢降低后迅速升高；氣溫一直趨于降低，相對(duì)濕度先變化較小，后快速增大，與降水出現(xiàn)時(shí)段相對(duì)應(yīng)。從7月31日夜間西安多普勒雷達(dá)基本反射率 （圖略）看，21時(shí)開始陜西中部地區(qū)出現(xiàn)了NE—SW走向的帶狀對(duì)流回波帶，其長(zhǎng)、寬之比大于5∶1，分析強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)特征及其過(guò)境時(shí)氣象要素演變發(fā)現(xiàn)，此次過(guò)程為典型的颮線天氣過(guò)程。

圖1 2013－07－31—08－01咸陽(yáng)站颮線經(jīng)過(guò)前后氣象要素變化

1.2 環(huán)流特征

1.2.1 對(duì)流層中上層冷渦特征 7月下旬后期，500～300hPa高度場(chǎng) （圖略）上，西伯利亞與貝加爾湖之間有寬廣的低值系統(tǒng)，低渦中心位于75°E～95°E、50°N～60°N范圍內(nèi)，高原以東到陜西處于冷渦底部西北氣流之中。7月31日20時(shí)，冷渦東移南壓過(guò)程中不斷分裂冷空氣，貝加爾湖與蒙古之間低值環(huán)流加強(qiáng)，并對(duì)應(yīng)有冷中心，300 hPa高空冷槽位于河套西部，500hPa高空冷槽位于寧夏—陜北地區(qū)—華北，槽后部均有較強(qiáng)冷平流；300hPa高度場(chǎng)上冷渦底部有大于32m/s的高空急流存在，陜西關(guān)中地區(qū)位于高空急流右后側(cè)強(qiáng)輻散區(qū)中，可見，深厚低渦后部的較強(qiáng)冷平流和其南側(cè)高空急流的強(qiáng)輻散作用，為本次強(qiáng)對(duì)流天氣提供了極其有利的環(huán)流背景場(chǎng)。

圖2 2013－07－31T20 300hPa （a）和850hPa （b）溫度場(chǎng) （單位：℃）

1.2.2 溫度場(chǎng)分析 7月31日20時(shí)，300hPa河套以西有冷空氣中心存在 （圖2a），陜西西部約5個(gè)經(jīng)距范圍內(nèi)有大于10℃的溫度梯度，等溫線密集區(qū)在甘肅南部、寧夏、陜西西部之間，呈東北—西南走向。850hPa整個(gè)高原地區(qū)為暖區(qū) （圖2b），陜西中北部到寧夏之間有大于28℃的暖中心，該暖中心向東南方向移動(dòng)，引起垂直方向溫度梯度進(jìn)一步增強(qiáng)，為颮線的發(fā)生、發(fā)展積累了大量的不穩(wěn)定能量。8月1日02時(shí)，850hPa關(guān)中地區(qū)溫度迅速降到24℃以下，此次颮線過(guò)程逐漸結(jié)束。由此可見，產(chǎn)生颮線的地區(qū)大氣在垂直方向有著明顯的高層冷平流和低層暖平流。

2 層結(jié)穩(wěn)定度及水汽條件

2.1 層結(jié)穩(wěn)定度

在溫度對(duì)數(shù)壓力圖 （圖略）上，7月31日08時(shí)西安 Δθse（850與500hPa的θse差）為17.8℃，K 指數(shù)為26℃，沙氏指數(shù)為－4.6℃，大氣層結(jié)非常不穩(wěn)定；20時(shí)西安Δθse為11.3℃，K指數(shù)為39℃，沙氏指數(shù)為－0.25℃，大氣層結(jié)為弱不穩(wěn)定。西安08時(shí)抬升凝結(jié)高度為1 061m，20時(shí)為2 068m，不穩(wěn)定能量面積明顯增大。

2.2 水汽條件

高層干冷空氣，低層暖濕空氣是不穩(wěn)定度增大的重要原因。7月31日西安站08：00探空?qǐng)D（圖略）上，850hPa以下各等壓面比濕大于10 g/kg，平均為15.8g/kg，850hPa以上比濕迅速減弱為10g/kg以下，850～300hPa之間各層平均比濕為2g/kg。分析濕度垂直分布 （圖略）可以發(fā)現(xiàn)，850hPa和500hPa有濕度的大值區(qū)，兩層以上分別有上干下濕的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)應(yīng)在垂直范圍內(nèi)有兩個(gè) “喇叭口”狀結(jié)構(gòu)。

3 雷達(dá)回波特征

分析衛(wèi)星云圖 （圖略）資料可以發(fā)現(xiàn)，颮線影響過(guò)程中在關(guān)中西部和陜北南部有弱對(duì)流云團(tuán)存在，云團(tuán)主體較小、邊界模糊，無(wú)法反應(yīng)出颮線的發(fā)生、發(fā)展特征，因此，利用西安多普勒雷達(dá)探測(cè)資料分析這次颮線過(guò)程中尺度系統(tǒng)的演變。

3.1 反射率因子的演變

從雷達(dá)基本反射率演變可以看出，這次颮線是以后續(xù)線型為主形成的 （圖3）。

初始階段，21：57西安多普勒雷達(dá)垂直反射率因子圖所示，在50～200km范圍內(nèi)有大片對(duì)流云團(tuán)生成，在主體云團(tuán)前沿有三個(gè)較強(qiáng)回波中心存在，分別位于寶雞鳳翔、咸陽(yáng)彬縣及甘肅慶陽(yáng)，如圖中的A、B、C所示，A和C的最大反射率因子超過(guò)60dBz，B單體反射率因子較弱為50dBz，三者連線呈東北—西南走向?？梢?，在颮線形成初始階段，在較小范圍內(nèi)有多個(gè)對(duì)流單體和對(duì)流回波群的活動(dòng)。

圖3 2013－07－31不同時(shí)次不同仰角的反射率因子 （距離每圈間隔50km）

發(fā)展成熟階段，高空冷渦后部干冷空氣與西南暖濕空氣在陜西中部交匯，該地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)的氣流輻合，不斷有新的對(duì)流單體生成，然后沿引導(dǎo)氣流方向移動(dòng)。22：21上述三個(gè)強(qiáng)回波云團(tuán)合并呈線狀排列的狹長(zhǎng)對(duì)流回波帶，在其前部咸陽(yáng)永壽出現(xiàn)反射率因子超過(guò)55dBz的對(duì)流單體D。隨后，強(qiáng)對(duì)流云帶向東南移動(dòng)，云體結(jié)構(gòu)密實(shí)，影響咸陽(yáng)、西安等地?？梢?，颮線發(fā)展成熟階段，對(duì)流回波活躍并快速移動(dòng)，演變過(guò)程中有趨于帶狀分布和排列的特征。23：46，0.5°仰角反射率因子圖，E處北側(cè)有45～50dBz回波帶，范圍較?。?.4°仰角回波圖上，F(xiàn)處北側(cè)有大片55～60dBz強(qiáng)回波帶，且回波帶范圍較大。可見，此次颮線在成熟階段具有低層弱回波區(qū)和中高空強(qiáng)回波區(qū)的懸垂回波結(jié)構(gòu)。

減弱階段 （圖略），颮線發(fā)展成熟后繼續(xù)向東南方向移動(dòng)，關(guān)中西部地區(qū)出現(xiàn)的對(duì)流單體相繼合并，云體范圍和強(qiáng)度均減小，颮線呈減弱趨勢(shì)并向東南方向移動(dòng)，影響渭南、商洛地區(qū)。

3.2 徑向速度場(chǎng)特征

從西安多普勒雷達(dá)徑向速度圖 （圖略）可以發(fā)現(xiàn)，7月31日22時(shí)，在寶雞東北部與咸陽(yáng)西北部之間30～50km范圍內(nèi)出現(xiàn)一條風(fēng)速輻合帶，輻合帶上鑲嵌多個(gè)小尺度輻合系統(tǒng)，輻合帶向東南方向移動(dòng)過(guò)程中，大片負(fù)速度區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了正速度區(qū) （如圖4），并有零速度線環(huán)繞，表明此處風(fēng)向發(fā)生了劇烈的變化。產(chǎn)生了強(qiáng)的風(fēng)切變，具有明顯的輻合輻散。8月1日00時(shí)、01時(shí)咸陽(yáng)、藍(lán)田分別出現(xiàn)11.5m/s、16.5m/s的大風(fēng)。

4 2013－08－01T00：41（北京時(shí)）西安多普勒雷達(dá)徑向速度 （距離每圈間隔50km）

3.3 垂直累積液態(tài)水含量 （VIL）分析

垂直累積液態(tài)水含量是多普勒雷達(dá)的一個(gè)導(dǎo)出產(chǎn)品，是反映降水云體中，在某一確定的底面積的垂直柱體內(nèi)液態(tài)水總量分布的圖像產(chǎn)品。它是判斷強(qiáng)降水、冰雹等災(zāi)害性天氣的工具之一［6］。7月31日22：09，對(duì)流云回波出現(xiàn)在陜西關(guān)中地區(qū)，對(duì)流云帶中VIL最大值為30～35 kg/m2；隨著颮線生成發(fā)展東移，VIL值逐漸增大，23：04時(shí)對(duì)流回波中最大VIL值達(dá)到65 kg/m2；而后VIL值迅速減弱，23：16對(duì)流回波中最大VIL值減弱至50kg/m2后又快速躍增至70kg/m2；8月1日00時(shí)至01時(shí)，VIL值又減弱到30～40kg/m2，并維持在較低的范圍內(nèi)強(qiáng)弱交替，與地面11站大風(fēng)出現(xiàn)時(shí)間一致。由以上分析可以看出，回波強(qiáng)度存在強(qiáng)弱交替的現(xiàn)象，而VIL高值中心的強(qiáng)弱交替與影響區(qū)域大風(fēng)的發(fā)生有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，VIL由高到低的突然減弱，可以提前1h預(yù)示該地區(qū)大風(fēng)的出現(xiàn)。

4 小結(jié)

（1）本次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生在深厚的高空冷渦的西南象限，對(duì)流層高層強(qiáng)冷空氣與低層暖濕空氣的上下配置、充分的水汽條件，為颮線的生成、發(fā)展儲(chǔ)備了大量的不穩(wěn)定能量。

（2）中尺度對(duì)流系統(tǒng)颮線以后續(xù)線型為主，在低層輻合線上不斷有新生對(duì)流單體發(fā)生、發(fā)展、合并而形成較強(qiáng)的颮線天氣過(guò)程。

（3）帶狀回波、強(qiáng)雷達(dá)反射率因子 （55dBz以上）、強(qiáng)的風(fēng)速輻合帶、垂直方向的懸垂回波結(jié)構(gòu)等雷達(dá)回波特征，對(duì)此類強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生有一定的預(yù)警作用。

（4）雷雨大風(fēng)前的VIL高值中心 （超過(guò)50 kg/m2）回波強(qiáng)度存在強(qiáng)弱交替的現(xiàn)象，由高到低突然減弱，對(duì)大風(fēng)有較好的指示意義。

［1］張培昌，杜秉玉，戴鐵丕 .雷達(dá)氣象學(xué) ［M］.北京：氣象出版社，2001：420－426.

［2］丁一匯，李鴻洲，章名立，等 .我國(guó)颮線發(fā)生條件的研究 ［J］.大氣科學(xué)，1982 （1）：16－21.

［3］侯建忠，王繁強(qiáng)，方建剛，等 .黃土高原一次冷渦颮線的綜合分析與數(shù)值模擬 ［J］.高原氣象，2007 （2）：353－362.

［4］姬鴻麗，常紅麗，陳紅霞，等 .一次颮線天氣過(guò)程的綜合分析 ［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2009（2）：41－45.

［5］劉子臣.陜西中尺度系統(tǒng)及短時(shí)天氣預(yù)報(bào) ［M］.北京：氣象出版社，1998：54－108.

［6］俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等 .多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用 ［M］.北京：氣象出版社，2006：185－187.

P458.11

A

牛樂(lè)田，李春娥，王英，等 .陜西中部一次冷渦颮線天氣特征分析 ［J］.陜西氣象，2014（4）：7－10.

1006－4354 （2014）04－0007－04

2013－12－20

牛樂(lè)田 （1980—），男，漢族，陜西戶縣人，工程師，從事短期天氣預(yù)報(bào)研究。