寶雞兩次陣風(fēng)鋒天氣過程對(duì)比分析

龐 翻，何可杰，李恩莉

(陜西省寶雞市氣象局，陜西寶雞 721006)

對(duì)流風(fēng)暴中的冷性下沉氣流到達(dá)低空，并向外擴(kuò)散，與低層暖濕空氣交匯而引發(fā)的地面強(qiáng)風(fēng)，其前緣呈窄帶、圓弧狀，它就是陣風(fēng)鋒［1］。陣風(fēng)鋒的發(fā)生時(shí)間很短，生命史通常僅幾個(gè)小時(shí)，陣風(fēng)鋒過境時(shí)經(jīng)常在地面或近地層產(chǎn)生極具危害性的大風(fēng)，造成嚴(yán)重的氣象災(zāi)害，因此很多學(xué)者致力于對(duì)陣風(fēng)鋒的研究和預(yù)報(bào)［2－9］。隨著陜西省內(nèi)多普勒雷達(dá)的布設(shè)完畢，觀測到的陣風(fēng)鋒回波個(gè)例逐漸增多，陜西省內(nèi)多位研究人員對(duì)省內(nèi)陣風(fēng)鋒多個(gè)方面進(jìn)行了研究［5－9］，但對(duì)陣風(fēng)鋒的中尺度分析仍然不夠，寶雞地區(qū)的研究更少，有必要繼續(xù)加強(qiáng)這方面的研究，提高災(zāi)害性天氣的識(shí)別率和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)水平，爭取預(yù)警信號(hào)發(fā)布時(shí)間的提前量。

2012年7月13日和2013年7月31日從多普勒雷達(dá)觀測到發(fā)生在寶雞地區(qū)的2次陣風(fēng)鋒天氣過程，這2次雷暴的劇烈程度差異明顯，且觀測到的陣風(fēng)鋒移動(dòng)方向與雷暴方向也有所差別。筆者利用寶雞多普勒雷達(dá)資料、常規(guī)氣象資料及自動(dòng)站資料分析了這2次陣風(fēng)鋒天氣過程，較好地了解陣風(fēng)鋒天氣產(chǎn)生的環(huán)流背景、陣風(fēng)鋒的風(fēng)場特征以及陣風(fēng)鋒與雷暴的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以助于今后的識(shí)別和預(yù)報(bào)。

1 天氣實(shí)況

2012年7月13日，寶雞部分地方出現(xiàn)了高溫，局部出現(xiàn)了冰雹、雷暴、大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣，災(zāi)害損失嚴(yán)重。在整個(gè)強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)時(shí)段，多個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，其中北部山區(qū)麟游站18:00雨量為9.6 mm/h，多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)自動(dòng)站點(diǎn)降雨量達(dá)到中雨以上，最大為太白王家楞，14:00雨量達(dá)13.9 mm/h，接近短時(shí)暴雨。

2013年7月31日夜間，寶雞市自西向東出現(xiàn)了一次雷陣雨天氣過程，出現(xiàn)短時(shí)暴雨、冰雹、6級(jí)大風(fēng)，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)到8級(jí)，降水量級(jí)以小—中雨為主，降水具有突發(fā)性強(qiáng)、歷時(shí)短、強(qiáng)度大的特點(diǎn)。市區(qū)文理學(xué)院降水量最大，為36.5 mm，最大雨強(qiáng)為27.1 mm/h，全區(qū)共有4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)大于25 mm的降水。

2 環(huán)流形勢對(duì)比

2012年7月13日08:00 500 hPa(圖1a)，河西甘肅西部和蘭州附近有下滑短波槽，重慶有南支槽，在中衛(wèi)—天水—四川一帶有明顯冷溫槽，700 hPa青海湖背部青海和甘肅交界處有橫向切變線。13日20:00 500 hPa中高緯度形勢較為穩(wěn)定，變化較小，中緯度河西短波槽東移和南支槽合并為大槽，位于陜西省東部113°E，冷溫槽位于陜西省上空;700 hPa，偏北風(fēng)加強(qiáng)。地面圖上，13日05:00～14:00陜西省受暖低壓控制，14:00后，冷空氣沿東北路倒灌影響關(guān)中西部寶雞地區(qū)，觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)。

2013年7月31日20:00 500 hPa西風(fēng)槽已移至隴東(圖1b)，與之相對(duì)應(yīng)的700 hPa切變移至寶雞西部，850 hPa有低渦發(fā)展，形成“人字型切變”;地面圖上，20:00前受暖低壓控制，后冷空氣沿華北南下入侵關(guān)中地區(qū)，觸發(fā)了強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)。

可見，2次陣風(fēng)鋒天氣過程環(huán)流背景基本相同，均是在高空西風(fēng)槽東移，攜帶冷空氣入侵寶雞，地面前期受暖低壓控制，后冷空氣倒灌影響，使得不穩(wěn)定能量加強(qiáng)，觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

3 熱力及動(dòng)力條件對(duì)比分析

2012年7月13日08:00開始，寶雞地區(qū)低層受偏西風(fēng)影響，氣溫回升明顯，14:00寶雞地區(qū)川塬區(qū)6縣區(qū)氣溫全部上升至36℃左右，15:00個(gè)別站點(diǎn)更是達(dá)37℃的高溫。從13日08:00西安探空站資料得出西安沙氏指數(shù)為－1.1℃，K指數(shù)為35℃，存在較強(qiáng)不穩(wěn)定能量，而平?jīng)?8:00 K指數(shù)為25℃、SI指數(shù)為0.26℃，層結(jié)較為穩(wěn)定(圖2a)，而到20:00平?jīng)鯧指數(shù)達(dá)36℃，SI指數(shù)轉(zhuǎn)為－1.08℃，層結(jié)變?yōu)椴环€(wěn)定，且不穩(wěn)定能量增加。

2013年7月31日寶雞地區(qū)處于地面暖低壓底部，低層同樣受偏西風(fēng)影響，氣溫出現(xiàn)躍升，14:00寶雞川塬地區(qū)7縣區(qū)(渭濱區(qū)、陳倉、扶風(fēng)、眉縣、岐山、鳳翔、千陽)氣溫上升至34℃以上，16:00部分站點(diǎn)達(dá)36℃，寶雞站點(diǎn)更是達(dá)37.6℃的高溫。從31日20:00西安、平?jīng)鎏娇照举Y料(圖2b)得出，西安、平?jīng)鯯I指數(shù)均為負(fù)值，分別為－1.3和－0.6℃，K指數(shù)分別為37和39℃。

以上分析可見，2次過程均是在低層吹偏西風(fēng)的影響下，氣溫升溫明顯，達(dá)到高溫，為強(qiáng)對(duì)流天氣提供了一定的熱力條件，層結(jié)的不穩(wěn)定存在較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量。低層風(fēng)速隨高度順轉(zhuǎn)有暖平流，高層風(fēng)速隨高度逆轉(zhuǎn)有冷平流，且均有較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變，上層干冷、下層暖濕的高低空配置有利于不穩(wěn)定能量的積累，在有不穩(wěn)定能量的區(qū)域有利于局地強(qiáng)對(duì)流天氣的產(chǎn)生。

4 雷達(dá)資料對(duì)比分析

4.1 反射率因子 2012年7月13日下午，寶雞大部分地方發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣。從15:44雷達(dá)回波組合反射率因子圖上可以看到，在寶雞地區(qū)東北部咸陽長武、靈臺(tái)、彬縣一帶出現(xiàn)多個(gè)雷暴單體，回波強(qiáng)度最大達(dá)65 dBz左右。隨著雷暴單體的發(fā)展、合并及東南向移動(dòng)，形成2個(gè)對(duì)流風(fēng)暴s、x。16:15(圖3a)，對(duì)流風(fēng)暴s和x產(chǎn)生的下沉氣流與地面暖空氣形成西北—東南向陣風(fēng)鋒，呈線狀，陣風(fēng)鋒位于對(duì)流風(fēng)暴的西南部，長度約30 km，回波強(qiáng)度在5～10 dBz。多單體對(duì)流風(fēng)暴s和x繼續(xù)東南向移動(dòng)、發(fā)展及合并，合并后的對(duì)流風(fēng)暴中生成了一個(gè)尺度約10 km，強(qiáng)度達(dá)60 dBz的單體，合并后對(duì)流風(fēng)暴的增強(qiáng)，促使陣風(fēng)鋒增強(qiáng)。16:58陣風(fēng)鋒已經(jīng)越過麟游，移動(dòng)到距離雷達(dá)站約25 km處，形態(tài)呈弧狀，長度約100 km，強(qiáng)度在35 dBz左右。陣風(fēng)鋒后產(chǎn)生強(qiáng)度達(dá)60 dBz對(duì)流單體，該對(duì)流單體在發(fā)展中與對(duì)流風(fēng)暴合并，陣風(fēng)鋒得到繼續(xù)加強(qiáng)。17:04～17:35，對(duì)流風(fēng)暴與陣風(fēng)鋒之間先后產(chǎn)生了多個(gè)對(duì)流單體，并依次與對(duì)流風(fēng)暴合并，形成臍帶連接，而對(duì)流風(fēng)暴本身卻在不斷減弱;17:41陣風(fēng)鋒西南向越過岐山、扶風(fēng)、眉縣，移動(dòng)到距離雷達(dá)站10 km處，長度約150 km，強(qiáng)度在30 dBz，寬度約3～5 km(圖3b)。陣風(fēng)鋒繼續(xù)向西南移動(dòng)，后部再?zèng)]有產(chǎn)生對(duì)流單體，對(duì)流風(fēng)暴強(qiáng)度減弱，陣風(fēng)鋒強(qiáng)度也隨之減弱。在18:12和19:14陣風(fēng)鋒南段、北段相繼消失，至此，該陣風(fēng)鋒生命史結(jié)束。

2013年7月31日20:05雷達(dá)回波組合反射率因子圖上(圖4a)，固原—平?jīng)觥獩荜枴f浪有一帶狀回波，呈東北—西南走向，弓狀結(jié)構(gòu)，為颮線，最大回波強(qiáng)度為55 dBz，陣風(fēng)鋒出現(xiàn)在颮線東北部，呈圓弧狀，長度約25 km，回波強(qiáng)度在5～10 dBz。隨著陣風(fēng)鋒及颮線的東移，颮線整體逐漸減弱，尤其是北段弓狀結(jié)構(gòu)形態(tài)緩慢消失，有減弱為單體的態(tài)勢，南部最大回波強(qiáng)度仍為55 dBz，陣風(fēng)鋒呈圓弧狀，長度約50 km，回波強(qiáng)度達(dá)10～15 dBz。隨后，颮線形態(tài)繼續(xù)減弱，但隴縣、千陽境內(nèi)發(fā)展為多個(gè)強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴單體，形成對(duì)流風(fēng)暴群，強(qiáng)度增大至60 dBz，陣風(fēng)鋒強(qiáng)度仍為10～15 dBz，長度約70 km，寬度約3～5 km(圖4b)。之后對(duì)流風(fēng)暴群東南向移動(dòng)，有所減弱，陣風(fēng)鋒逐漸減弱，至22:15陣風(fēng)鋒消失，生命史結(jié)束。

綜上所述，2次陣風(fēng)鋒的位置出現(xiàn)在對(duì)流風(fēng)暴移動(dòng)方向的不同面，陣風(fēng)鋒的移動(dòng)方向和出現(xiàn)方向一致，與對(duì)流風(fēng)暴的移動(dòng)方向不一致。2012年7月13日的陣風(fēng)鋒移動(dòng)方向與對(duì)流風(fēng)暴移動(dòng)方向相垂直，這與很多學(xué)者指出的“陣風(fēng)鋒在對(duì)流風(fēng)暴前方，其移動(dòng)方向與對(duì)流風(fēng)暴移動(dòng)方向一致”［5－7］存在偏差。2次陣風(fēng)鋒的初始水平尺度為25～30 km，其水平尺度最大差別較大，最大可達(dá)150 km，寬度3～5 km，回波強(qiáng)度10～30 dBz，生命史3～4 h，呈弧狀;陣風(fēng)鋒的強(qiáng)度與對(duì)流風(fēng)暴的強(qiáng)度密切相關(guān)，對(duì)流風(fēng)暴增強(qiáng)，陣風(fēng)鋒增強(qiáng)，反之亦然。

4.2 徑向速度 在2012年7月13日0.5°仰角徑向速度圖上，16:15還沒有陣風(fēng)鋒特征的出現(xiàn)，直到16:27出現(xiàn)陣風(fēng)鋒特征，陣風(fēng)鋒移動(dòng)速度≥10 m/s，移動(dòng)方向?yàn)槲髂希霈F(xiàn)時(shí)間相比反射率因子圖晚了2個(gè)體掃;16:34最大移動(dòng)速度達(dá)15 m/s(圖5a)，對(duì)流風(fēng)暴前沿出現(xiàn)大片15 m/s的速度區(qū)，17:17陣風(fēng)鋒形態(tài)最為清晰，移動(dòng)速度維持在10 m/s(圖5b)，移向西南，對(duì)流風(fēng)暴速度同樣下降至10 m/s左右。之后陣風(fēng)鋒繼續(xù)向西南移動(dòng)并逐漸減弱，至17:35消失。

在2013年7月31日0.5°仰角徑向速度圖上，20:05已出現(xiàn)陣風(fēng)鋒特征，與反射率因子出現(xiàn)時(shí)間同步，陣風(fēng)鋒移動(dòng)速度≥10 m/s，移動(dòng)方向?yàn)闁|南;20:55最大移動(dòng)速度達(dá)15 m/s，此后幾分鐘內(nèi)陣風(fēng)鋒迅速減弱，并與21:01消失。但在1.5°仰角徑向速度圖(圖6a)，陣風(fēng)鋒特征出現(xiàn)的時(shí)間為20:24，晚于0.5°仰角徑向速度圖3個(gè)體掃，隨著東南向移動(dòng)，對(duì)流風(fēng)暴移動(dòng)初速增大，出現(xiàn)整體15 m/s的移動(dòng)速度區(qū)，到21:50該仰角陣風(fēng)鋒形態(tài)逐漸減弱，陣風(fēng)鋒移動(dòng)速度為5 m/s(圖6b)，但后部對(duì)流風(fēng)暴移動(dòng)速度維持，對(duì)流風(fēng)暴區(qū)存在大面積輻合區(qū)，至21:56陣風(fēng)鋒形態(tài)消失，對(duì)流風(fēng)暴繼續(xù)發(fā)生發(fā)展。

由此可見，2次陣風(fēng)鋒在移動(dòng)過程中移動(dòng)速度呈先增大后減小的特征，在不同的仰角生命史各不相同，1.5°仰角徑向速度圖上陣風(fēng)鋒生命史比0.5°仰角徑向速度圖生命史長。這主要是因?yàn)閷?duì)流風(fēng)暴的下沉氣流自上而下逐漸開始，并逐漸結(jié)束，所以在高仰角的徑向速度圖上生命史長一些。但與組合反射率因子圖上的生命史相比，均要短。

5 自動(dòng)站氣象資料對(duì)比分析

利用2次陣風(fēng)鋒天氣過程中陣風(fēng)鋒所影響的寶雞地區(qū)自動(dòng)氣象站分析來看陣風(fēng)鋒過境前后溫度、濕度、風(fēng)向及風(fēng)速隨時(shí)間的演變情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表1)，在2012年7月13日17:00～18:00，自動(dòng)站溫度均明顯下降，下降幅度達(dá)4℃以上;除扶風(fēng)站外(14:00～15:00扶風(fēng)站出現(xiàn)小陣雨，濕度較大)，岐山、鳳翔兩站濕度明顯增加;3站風(fēng)向突變，但不一致，表現(xiàn)凌亂;風(fēng)速躍增，均在10 m/s以上，鳳翔最大。在2013年7月31日21:00～22:00(表2)，自動(dòng)站溫度同樣下降明顯，下降幅度達(dá)5.6℃;濕度均增加明顯(有雷陣雨出現(xiàn)的關(guān)系);風(fēng)向上變化不明顯;風(fēng)速上出現(xiàn)增大，達(dá)6級(jí)?？梢婈囷L(fēng)鋒過境時(shí)，氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速均呈現(xiàn)出明顯的變化，主要表現(xiàn)為氣溫下降、濕度增加(不論測站是否出現(xiàn)降水)、風(fēng)速激增、風(fēng)向上變化不一致，可能與局地地形密切相關(guān)。

表1 2012年7月13日寶雞3個(gè)自動(dòng)站氣象要素在陣風(fēng)鋒過境時(shí)變化

表2 2013年7月31日寶雞2個(gè)自動(dòng)站氣象要素在陣風(fēng)鋒過境時(shí)變化

6 結(jié)論

(1)2次陣風(fēng)鋒天氣過程環(huán)流背景基本相同，均是在高空西風(fēng)槽東移，攜帶冷空氣入侵寶雞，地面前期受暖低壓控制，偏西風(fēng)影響，溫度急速升高，后冷空氣倒灌，使得不穩(wěn)定能量加強(qiáng)，觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

(2)陣風(fēng)鋒的位置出現(xiàn)在對(duì)流風(fēng)暴移動(dòng)方向的不同面，陣風(fēng)鋒的移動(dòng)方向與出現(xiàn)方向一致，與對(duì)流風(fēng)暴的移動(dòng)方向不一致。

(3)陣風(fēng)鋒在移動(dòng)過程中移動(dòng)速度呈先增大后減小的特征，在不同的仰角生命史各不相同，1.5°仰角徑向速度圖上陣風(fēng)鋒生命史比0.5°仰角徑向速度圖生命史長。

(4)陣風(fēng)鋒過境時(shí)多個(gè)氣象要素出現(xiàn)較明顯變化，主要表現(xiàn)為溫度降低、濕度增大、風(fēng)速激增。

［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，2001:305，348.

［2］夏文梅，慕熙昱.南京地區(qū)初夏一次陣風(fēng)鋒過程的分析與識(shí)別［J］.高原氣象，2009，28(4):836 －845.

［3］馬中元，葉小峰，張瑛，等.江西三類致災(zāi)大風(fēng)天氣活動(dòng)與回波特征分析［J］.氣象，2011(9):1108－1117.

［4］袁子鵬，王瀛，崔勝權(quán)，等.一次中緯度颮線的陣風(fēng)鋒發(fā)展特征分析［J］.氣象，2011(7):814－820.

［5］畢旭，劉慧敏，趙榆飛.陜北系列陣風(fēng)鋒天氣過程分析［J］.陜西氣象，2008(2):23－26.

［6］龐翻，李建芳，蔡英，等.寶雞一次陣風(fēng)鋒天氣過程分析［J］.陜西氣象，2013(2):11－15.

［7］劉勇，王楠，劉黎平.陜西兩次陣風(fēng)鋒的多普勒雷達(dá)和自動(dòng)氣象站資料分析［J］.高原氣象，2007，26(2):380 －387.

［8］張建宏.一次陣風(fēng)鋒的觀測實(shí)例和分析溫對(duì)比分析［J］.陜西氣象，2009(2):4－8.

［9］畢旭，劉勇.一次陣風(fēng)鋒觸發(fā)的局地強(qiáng)冰雹天氣過程分析［J］.陜西氣象，2011(1):11－14.