盛夏海風(fēng)輻合線對(duì)青島對(duì)流性天氣影響分析

董海鷹 王建林 畢瑋 凌藝

摘 要：青島地區(qū)受海陸地形影響，海風(fēng)輻合線是觸發(fā)夏季對(duì)流性降水的重要影響因子。該文以2008年8月12-14日連續(xù)三天出現(xiàn)的對(duì)流性天氣為例，綜合運(yùn)用氣象觀測(cè)、雷達(dá)和衛(wèi)星云圖等多種資料，分析不同環(huán)流形勢(shì)下海風(fēng)輻合線觸發(fā)的對(duì)流性降水特征。研究表明：?jiǎn)我坏暮ｏL(fēng)輻合線一般不產(chǎn)生對(duì)流天氣，但與中低空系統(tǒng)疊加易使局地輻合加強(qiáng)，觸發(fā)對(duì)流天氣；冷鋒南壓與海風(fēng)輻合線交匯處易產(chǎn)生較強(qiáng)對(duì)流天氣，若冷槽發(fā)展深厚則轉(zhuǎn)為大尺度系統(tǒng)過境過程，易出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。

關(guān)鍵詞：海風(fēng)輻合線 強(qiáng)對(duì)流 多普勒雷達(dá) 衛(wèi)星云圖

中圖分類號(hào)：P49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（a）-0166-02

山東半島三面臨海，最先出現(xiàn)輻合的是地勢(shì)較高的地方，而這些地方也是海風(fēng)較強(qiáng)處。夏季海風(fēng)形成的近地面輻合線常常深入到內(nèi)陸，在離海岸30～50 km的位置上東西擺動(dòng)，造成輻合加強(qiáng)，降水增多；同時(shí)這一帶也是魯東丘陵區(qū)所在，處在夏季風(fēng)和海風(fēng)的迎風(fēng)坡上，受地形抬升作用降水增大。青島位于山東半島南岸，東側(cè)為嶗山灣，南面直接瀕臨黃海，西面有膠州灣，處于三面環(huán)海的位置，受海風(fēng)輻合線影響很大。該文選取了在不同的環(huán)流形勢(shì)下，青島地區(qū)出現(xiàn)的由海風(fēng)輻合線觸發(fā)的對(duì)流性降水天氣個(gè)例，結(jié)合天氣形勢(shì)和多種探測(cè)資料綜合分析，為今后預(yù)報(bào)這類海風(fēng)輻合線觸發(fā)的對(duì)流性降水提供一些參考，以期對(duì)沿海地區(qū)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率提高有所幫助。

1 海陸風(fēng)環(huán)流研究現(xiàn)狀

海陸風(fēng)環(huán)流是世界沿海地區(qū)最突出的中尺度特征之一，白天隨著海風(fēng)勢(shì)力的不斷增強(qiáng)，使得在近海岸的陸區(qū)一般出現(xiàn)一條平行海岸線的狹窄輻合區(qū)或輻合線，這種由海面向陸地推進(jìn)的海風(fēng)輻合線，具有類似鋒面的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)特征，并伴有一定的天氣。國際上隨著測(cè)風(fēng)氣球觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，海陸風(fēng)的觀測(cè)研究才真正開始。Jeffreys[1]奠定了海陸風(fēng)定量理論研究的基礎(chǔ)，Estoque應(yīng)用海陸風(fēng)模式， 模擬海岸線的變化對(duì)海風(fēng)鋒的作用。國內(nèi)研究是從20世紀(jì)50年代開始，王彥等[2]利用天津多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)資料和中尺度數(shù)值模式，對(duì)比分析海風(fēng)鋒觸發(fā)雷暴天氣的發(fā)生、發(fā)展演變特征。莊子善等[3]利用近海海溫資料和氣象站資料，對(duì)比分析了日照地區(qū)沿海海陸風(fēng)的氣候特征及對(duì)當(dāng)?shù)靥鞖獾挠绊憽Ｉ搅x昌等[4]研究法相當(dāng)海陸風(fēng)鋒與其他天氣系統(tǒng)疊加，會(huì)使系統(tǒng)加強(qiáng)，天氣劇烈，是夏季沿海岸強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)的重要原因。若干學(xué)者應(yīng)用數(shù)值模擬方式揭示海風(fēng)輻合線能夠觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣。

海風(fēng)（偏南風(fēng)）與偏北陸風(fēng)在海岸線附近交綏而形成海風(fēng)輻合線，這是一個(gè)中尺度觸發(fā)系統(tǒng)。夏季海面上海風(fēng)活躍且處于弱氣壓場(chǎng)時(shí)，由于海陸氣象要素日變化的差異，邊界層偏南海風(fēng)與近地面層弱偏北陸風(fēng)交綏而形成中尺度鋒區(qū)，多形成和徘徊于海岸線附近。單一海風(fēng)鋒一般不產(chǎn)生對(duì)流天氣，原因可能是由于水平范圍小，垂直厚度較低，輻合能量也較小的緣故，這留待以后做進(jìn)一步的研究。但如果具備有利天氣形勢(shì)配置，海風(fēng)輻合線在白天可向內(nèi)陸推進(jìn)和發(fā)展，觸發(fā)造成強(qiáng)對(duì)流天氣。本文以2008年8月12-14日連續(xù)三天出現(xiàn)海風(fēng)輻合線觸發(fā)的對(duì)流性降水為例進(jìn)行說明。

2 天氣形勢(shì)分析

從高空形勢(shì)來看，500hPa中高緯度環(huán)流（圖略）為兩槽一脊型，中緯度地區(qū)環(huán)流相對(duì)平直；12日08時(shí)（北京時(shí)，下同）河套西部形成切斷低壓，山東處于西太平洋副熱帶高壓北部，584線控制下，500、700、850 hPa在半島地區(qū)均有弱切變線。13日08時(shí)，500 hPa副高逐漸增強(qiáng)西伸北抬，588線北側(cè)伸至32°N，切斷低壓東移略有加深移至河套地區(qū)，半島處在弱脊后部控制下，中低層弱切變線依然維持。14日08時(shí)副高明顯減弱東撤，在副高東退過程中，700 hPa、850 hPa有弱冷空氣南下，14日20時(shí)，山東半島有閉合低渦形成。

從地面形勢(shì)（圖略）來看，8月12-14日青島地區(qū)均為弱氣壓場(chǎng)，利于海陸風(fēng)環(huán)流發(fā)展。12日青島處在海上低壓北部，上午海風(fēng)緩慢向內(nèi)陸推進(jìn)與偏北陸風(fēng)在青島嶗山沿線相遇產(chǎn)生海風(fēng)輻合線，南風(fēng)環(huán)流形勢(shì)利于對(duì)流發(fā)展，實(shí)況表明13-14時(shí)出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水。13日上午青島地區(qū)從沿岸逐漸由偏北風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，與偏北陸風(fēng)相遇在青島嶗山一帶產(chǎn)生弱的風(fēng)切變，即海風(fēng)輻合線，穩(wěn)定少動(dòng)造成14-15時(shí)的短時(shí)強(qiáng)降水。14日青島位于蒙古高壓南部，上午北部地區(qū)自西北向東南陸續(xù)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，并有弱的風(fēng)切變伴隨，這表明自西北方向下來一股冷空氣開始影響北部地區(qū)。11時(shí)沿岸站點(diǎn)開始轉(zhuǎn)為南風(fēng)，與偏北陸風(fēng)形成風(fēng)切變，海風(fēng)輻合線形成發(fā)展，強(qiáng)降水發(fā)生在16-19時(shí)，主要為系統(tǒng)降水。

3 多種探測(cè)資料對(duì)比分析

3.1 大氣層結(jié)穩(wěn)定度指數(shù)分析

對(duì)流能否發(fā)生、發(fā)展，首先取決于大氣層結(jié)的穩(wěn)定狀況。大氣層結(jié)穩(wěn)定度是由大氣溫度和濕度在鉛直方向上的分布狀況所決定的，它是判斷對(duì)流能否發(fā)生、發(fā)展的最重要的因子。

判斷大氣層結(jié)穩(wěn)定度的指標(biāo)，有以下幾種：

（1）TT指數(shù)。

TT=T850+Td850-2T500=2（T850-T500）-D850 ，其中D850= T850- Td850

T850和T500是850和500 hPa溫度，Td850是850 hPa的露點(diǎn)溫度。TT一般是探空曲線的拐點(diǎn)。當(dāng)暖濕空氣在對(duì)流中層的冷空氣下面時(shí)，TT的值較大，可能會(huì)有劇烈的對(duì)流活動(dòng)。

（2）沙氏指數(shù)（SI）。

SI=（T- T′）500

將850 hPa上的空氣質(zhì)點(diǎn)沿干絕熱線上升到凝結(jié)高度后，再沿濕絕熱線上升到500 hPa，以500 hPa上的環(huán)境溫度減去該上升點(diǎn)的溫度，所得的差數(shù)為沙氏指數(shù)。SI負(fù)值越大，大氣層結(jié)越不穩(wěn)定。

（3）K指數(shù)。

K=（T850-T500）+Td850-（T-Td）700

K指數(shù)計(jì)算式中第一項(xiàng)表示溫度直減率，第二項(xiàng)表示低層水汽條件，第三項(xiàng)表示中層飽和程度。因此K指數(shù)可以反映大氣的層結(jié)穩(wěn)定情況。K指數(shù)越大，層結(jié)越不穩(wěn)定。

8月12-14日的大氣穩(wěn)定度指數(shù)對(duì)比分析可以看出，白天由于邊界層非絕熱增溫，層結(jié)會(huì)更不穩(wěn)定。13日TT指數(shù)、K指數(shù)和高低層的假相當(dāng)位溫差都具有條件不穩(wěn)定，TT指數(shù)由08時(shí)的0.9降至20時(shí)的-1.5，也標(biāo)示大氣層結(jié)不穩(wěn)定（見表1）。12和14日大氣層結(jié)條件不穩(wěn)定，且14日08和20時(shí)的大氣層結(jié)不穩(wěn)定度均比12日的不穩(wěn)定度大，這也是導(dǎo)致14日青島部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨-大暴雨的原因之一。

3.2 云圖特征分析

衛(wèi)星云圖是由氣象衛(wèi)星自上而下觀測(cè)到的地球上的云層覆蓋和地表面特征的圖像。利用衛(wèi)星云圖可以識(shí)別不同的天氣系統(tǒng)，確定它們的位置，估計(jì)其強(qiáng)度和發(fā)展趨勢(shì)，為天氣分析和天氣預(yù)報(bào)提供依據(jù)。在海洋、沙漠、高原等缺少氣象觀測(cè)臺(tái)站的地區(qū)，衛(wèi)星云圖所提供的資料，彌補(bǔ)了常規(guī)探測(cè)資料的不足，對(duì)提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率起了重要作用。從紅外云圖來看，12日11時(shí)左右在魯中南一帶開始出現(xiàn)塊狀積云，之后再向東推進(jìn)過程中受海風(fēng)輻合線影響積云團(tuán)迅速發(fā)展壯大，形成對(duì)流云團(tuán)，范圍加大，對(duì)流加強(qiáng)，午后到達(dá)青島中北部，造成較強(qiáng)降水。13日中午對(duì)流云團(tuán)沿著海風(fēng)輻合線附近原地生消，穩(wěn)定少動(dòng)，最終在下午造成青島地區(qū)的較強(qiáng)降水。14日上午山東地區(qū)上空云量較多，此時(shí)系統(tǒng)降水云團(tuán)已到達(dá)魯南并繼續(xù)東移北上，中午前后受海陸風(fēng)影響青島沿岸地區(qū)有弱對(duì)流云團(tuán)活動(dòng)，但下午至夜間降水云團(tuán)則為大尺度對(duì)流云團(tuán)，是系統(tǒng)過程影響，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

3.3 雷達(dá)回波特征分析

雷達(dá)發(fā)射的電磁波遇到海風(fēng)輻合線后，由于折射而形成平行于海岸線的窄帶弱回波，它在雷達(dá)不同產(chǎn)品中表現(xiàn)出不同的特征。海陸風(fēng)雖然只是由海陸溫差引起的距海岸線幾十公里的中尺度現(xiàn)象，但反過來又影響沿海地區(qū)的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的分布，從而影響沿海地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的布局，對(duì)沿海地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。

8月12日-14日青島處在不同的環(huán)流形勢(shì)下，但這三天中低層都有弱的風(fēng)切變。在這種地面海風(fēng)輻合線與高空切變垂直迭置、高層輻散低層輻合的不穩(wěn)定狀態(tài)下，當(dāng)伴隨中層波動(dòng)的正渦度平流東傳逼近和疊置時(shí)，由于中低層系統(tǒng)的相互作用而使不穩(wěn)定度、海風(fēng)輻合進(jìn)一步增強(qiáng)，促使海風(fēng)輻合線發(fā)展北推從而觸發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。分析青島黃島多普勒雷達(dá)反射率因子可以發(fā)現(xiàn)，低仰角（0.5°和1.5°）的基本反射率產(chǎn)品上，青島東南沿海的海風(fēng)輻合線形成階段表現(xiàn)為平行于東南海岸線的塊狀回波，沿著海岸線幾乎呈準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)（見圖1a）；當(dāng)北方有弱冷鋒向青島移動(dòng)時(shí)，海風(fēng)輻合線向內(nèi)陸緩慢推進(jìn)，在兩條鋒面之間產(chǎn)生強(qiáng)度高達(dá)55dBz的回波，寬度隨著天氣背景場(chǎng)的變化而變化。低仰角（0.5°和1.5°）的基本速度產(chǎn)品上，海風(fēng)輻合線幾乎呈準(zhǔn)靜止的零速度窄帶回波，這是由于海風(fēng)輻合線形成后，向內(nèi)陸推進(jìn)緩慢的緣故。

8月13日降水回波只是在海風(fēng)輻合線原地生消，幾乎沒有移動(dòng)，中低層切變導(dǎo)致的降水回波也在東移到輻合線附近減弱消失（見圖1b）。12和14日海風(fēng)輻合線在即墨、膠州、膠南、五蓮一帶生成后，不斷有回波在原地生成發(fā)展，此后隨著高空西風(fēng)槽東移影響青島地區(qū)，在兩者之間的平度、膠州、高密、諸城一帶不斷有新的回波產(chǎn)生發(fā)展，12日新生成的回波與高空切變產(chǎn)生的回波合并發(fā)展，15-18時(shí)強(qiáng)降水回波一直維持在這一帶，回波最高達(dá)55dBz左右，之后緩慢東移南下，最終在海風(fēng)輻合線邊界處減弱消失。相較之下，14日海風(fēng)輻合線先觸發(fā)對(duì)流，之后冷鋒過境，轉(zhuǎn)為系統(tǒng)性降水（見圖1c）。

4 結(jié)語

該文以2008年8月12-14日青島地區(qū)連續(xù)三天海風(fēng)輻合線觸發(fā)的對(duì)流性降水天氣為例，利用氣象觀測(cè)、多普勒雷達(dá)和衛(wèi)星云圖等多種資料綜合分析，得出以下結(jié)論：

（1）海風(fēng)輻合線是一個(gè)邊界層中尺度觸發(fā)系統(tǒng)，在垂直結(jié)構(gòu)上比較淺薄。

（2）單一的海風(fēng)輻合線一般不產(chǎn)生對(duì)流天氣，但當(dāng)其與中低空系統(tǒng)疊加易使局地輻合加強(qiáng)，出現(xiàn)對(duì)流天氣；當(dāng)同時(shí)有弱冷鋒南壓時(shí)，海風(fēng)輻合線則緩慢向內(nèi)陸推進(jìn)，往往在交匯地區(qū)產(chǎn)生對(duì)流天氣。

（3）冷鋒南壓與海風(fēng)輻合線交匯處易產(chǎn)生較強(qiáng)對(duì)流天氣，若后期冷槽發(fā)展深厚則轉(zhuǎn)為大尺度系統(tǒng)過境過程，對(duì)流不穩(wěn)定能量積蓄爆發(fā)，易出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。

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