不同天氣系統(tǒng)影響下陣風(fēng)鋒的對比分析

屈梅芳，古明悅

（1.廣西區(qū)氣象臺，廣西南寧　530022；2.南寧市氣象局，廣西南寧　530022）

不同天氣系統(tǒng)影響下陣風(fēng)鋒的對比分析

屈梅芳1，古明悅2

（1.廣西區(qū)氣象臺，廣西南寧530022；2.南寧市氣象局，廣西南寧530022）

利用常規(guī)觀測資料、多普勒天氣雷達資料和地面加密觀測數(shù)據(jù)，對2014年6月8～9日發(fā)生在南寧的兩次陣風(fēng)鋒天氣進行分析。得到以下結(jié)論：陣風(fēng)鋒回波強度為10-20dBZ，水平尺度20km，呈弧狀，成熟時高度大概1.5km，陣風(fēng)鋒只是對流層低層的淺薄系統(tǒng)。陣風(fēng)鋒移動速度與母體雷暴移動速度的關(guān)系對雷暴的發(fā)展與減弱有很好的指示作用。陣風(fēng)鋒前沿有明顯的風(fēng)速輻合，可以觸發(fā)新的對流單體的生成。兩條陣風(fēng)鋒的相遇合并會使得陣風(fēng)鋒加強，更易觸發(fā)新的對流單體產(chǎn)生。陣風(fēng)鋒愈強，其過境時所引起的風(fēng)速增大的現(xiàn)象就愈明顯。單體質(zhì)心的快速下降和反射率因子核心的快速下降對地面雷暴大風(fēng)有很好的指示作用，約可提前半小時預(yù)警。

陣風(fēng)鋒；雷暴大風(fēng)；窄帶回波

1　引言

華南地區(qū)是我國強對流天氣頻發(fā)的地區(qū)，春夏季節(jié)冷暖空氣交匯頻繁，容易產(chǎn)生暴雨、冰雹、雷雨大風(fēng)等強對流天氣。其中短時雷雨大風(fēng)天氣具有突發(fā)性強，破壞力大的特點，是短時臨近預(yù)報的重點。許多學(xué)者在這方面做了大量的研究［1-8］。其中陣風(fēng)鋒就是產(chǎn)生地面大風(fēng)的一種典型形勢。對流風(fēng)暴中的冷性下沉氣流到達低空，并向外擴散，與低層暖濕空氣交匯而引發(fā)的地面強風(fēng)，其前緣就是陣風(fēng)鋒［9］。陣風(fēng)鋒的發(fā)生時間很短，陣風(fēng)鋒后的水平速度通常很大，具有極大的危害性，經(jīng)常在地面或者近地層帶來很大的風(fēng)，造成嚴(yán)重的災(zāi)害，因此很多科學(xué)家致力于對陣風(fēng)鋒的研究和預(yù)報。通常認(rèn)為陣風(fēng)鋒是邊界層輻合線的一種類型，又稱雷暴的出流邊界。在雷達回波上多表現(xiàn)為窄帶回波，陣風(fēng)鋒過境時，可以引起地面氣溫降低，風(fēng)向轉(zhuǎn)變、風(fēng)速突增。陣風(fēng)鋒回波與災(zāi)害性大風(fēng)的研究已成為短時臨近預(yù)報的重要話題。陣風(fēng)鋒是地面強風(fēng)的邊緣，通常僅與短時大風(fēng)或風(fēng)速的大值段對應(yīng)，不伴有雷雨、冰雹等對流性天氣。陣風(fēng)鋒常出現(xiàn)在低仰角（如：0.5°仰角）雷達反射率因子產(chǎn)品上，即近地面層［10］。南寧地勢平坦，常能觀測到陣風(fēng)鋒。如果陣風(fēng)鋒的速度與颮線的速度相匹配，颮線就會持續(xù)數(shù)小時［11］。袁子鵬等［12］在對颮線系統(tǒng)研究中發(fā)現(xiàn)陣風(fēng)鋒與雷暴間的距離基本保持不變時，雷暴的強度變化不大，若遠離雷暴，雷暴將迅速減弱。劉勇等［13］對發(fā)生在陜西的兩次陣風(fēng)鋒系統(tǒng)進行分析，認(rèn)為陣風(fēng)鋒的強度不能以回波強度的大小決定，而是以徑向速度的大小為主要參考依據(jù)，多普勒雷達徑向速度圖可以較好的了解陣風(fēng)鋒的強度，對短時預(yù)報有很好的參考價值。

2014年6月8日-9日南寧附近在高空槽過境前后出現(xiàn)了兩次強對流天氣，都伴有陣風(fēng)鋒的發(fā)展過程，其回波形態(tài)和相伴隨的天氣現(xiàn)象有較大區(qū)別，本文應(yīng)用多普勒雷達探測數(shù)據(jù)、氣象探空和地面加密觀測數(shù)據(jù)綜合分析這2次陣風(fēng)鋒的發(fā)展和演變過程，探討不同天氣背景下陣風(fēng)鋒發(fā)展的異同。

2　兩次陣風(fēng)鋒過程實況概述

2014年6月8日（以下簡稱“過程一”）陣風(fēng)鋒過境南寧城區(qū)普遍產(chǎn)生5-6級大風(fēng)，但是測站在陣風(fēng)鋒過境后溫度、濕度和氣壓變化不明顯。陣風(fēng)鋒過境引起南寧地面站產(chǎn)生12.5m.s-1的瞬時大風(fēng)，但是降雨不明顯，而同時段風(fēng)暴引起的最大降雨在南寧地面站東面的壇羌水庫站，也就是在陣風(fēng)鋒移動方向的后方，小時雨量達到30mm。由此可知，陣風(fēng)鋒引起的大風(fēng)產(chǎn)生在風(fēng)暴前沿，而降水則發(fā)生在風(fēng)暴過境時。

2014年6月9日（以下簡稱“過程二”）下午15-17時南寧受多個對流單體的影響，由于開始時雷暴單體產(chǎn)生的陣風(fēng)鋒都比較弱，陣風(fēng)鋒經(jīng)過測站的時候只產(chǎn)生了3-4級左右的陣風(fēng)，測站溫度下降也比較小，如良慶站，陣風(fēng)鋒過境前溫度為32.6℃，陣風(fēng)鋒過境后溫度為30.7℃，下降了1.9℃。而陣風(fēng)鋒合并后激發(fā)的雷暴群所經(jīng)過的地方普遍產(chǎn)生5-6級大風(fēng)，同時伴有氣壓升高，氣溫驟降，相對濕度升高的現(xiàn)象。以南寧西部的五合大學(xué)城站為例，16：30五合大學(xué)城站出現(xiàn)了17m.s-1的大風(fēng)，而在16：00時測站溫度為32.5℃，相對濕度為65%，到了16：30溫度劇烈下降到25.5℃，濕度和氣壓猛升，相對濕度上升到92%，氣壓升高了1.3hPa，半小時雨量達到23mm。這表明地面的極大風(fēng)和降溫增壓增濕過程是同步的，這與過程一不同。此次強對流過程共造成南寧市區(qū)16個內(nèi)澇積水點，多處積水超過40cm，葛村路鐵路橋底積水最大深度2m，青秀區(qū)多處主干道內(nèi)澇，為2014年入夏以來最強突發(fā)性短時強降水。

3　兩次陣風(fēng)鋒過程環(huán)流形勢對比分析

2014年6月8日20時500hPa在華北存在一低渦，低渦東移過程中南部為向華東沿海伸出的低槽，槽后的偏北氣流不斷引導(dǎo)弱冷空氣南下影響華南地區(qū)。850hPa廣西大部為溫度脊控制，切變線在北部灣沿海，700hPa和850hPa廣西為偏北氣流控制。地面在重慶到貴州為一明顯高壓帶，高壓南部有弱的冷鋒，8日的白天廣西受西南暖低壓控制，溫度急劇上升，為強對流的發(fā)生提供了很好的熱力條件。到了20時弱冷鋒南壓到南寧附近，鋒面附近的抬升作用對強對流的發(fā)生有很好的觸發(fā)作用。

過程二發(fā)生前的2014年6月9日14時，500hPa有小槽移到桂西北，700hPa和850hPa槽位于云南西部，從高低空的配置來看，500hPa的高空槽明顯超前于700和850hPa，為前傾的結(jié)構(gòu)，在這種天氣形勢下，高空槽后干冷平流位于低層槽前暖濕平流之上，形成了有利于強對流發(fā)生的位勢不穩(wěn)定條件。從濕度條件看，850hPa廣西為明顯的濕區(qū)。地面午后隨著暖低壓發(fā)展，下午南寧附近三小時變壓達到近-3hPa，氣溫迅速上升，下午15時南寧近地面氣溫為33℃，達到對流溫度，為強對流天氣的發(fā)生提供了熱力條件，對流極易發(fā)展。

4　穩(wěn)定度的對比分析

過程一發(fā)生前的8日20時南寧探空（圖1a）顯示南寧上空從地面到400hPa相對濕度都很大，CAPE值為2063J·kg-1，K指數(shù)為41℃，SI指數(shù)為-2.12℃，說明南寧上空能量充足，存在明顯的熱力不穩(wěn)定條件。

過程二發(fā)生前的9日14時從南寧的探空（圖1b）看出濕度條件比前一天要差，700hPa以下到925hPa溫度露點差較小，相對濕度較大，500hPa附近溫度露點差達到最大，說明在中層有一定的干空氣卷入，而在850hPa到925hPa之間為暖濕的空氣，疊加在中層干冷空氣之下，加強了南寧上空的位勢不穩(wěn)定層結(jié)，有利于強對流天氣的發(fā)生。同時925hPa以下的近地面層溫度層結(jié)曲線接近干絕熱線，說明低層濕度很低，而低層的低濕度能保證雨滴在下降過程中不斷蒸發(fā)，以抵消氣塊絕熱下沉的增溫，保持氣塊負(fù)浮力，有利于對流性大風(fēng)的形成。LFC（自由對流高度）高度很低，幾乎接地。CAPE值僅為193J.kg-1，K指數(shù)為37℃，SI指數(shù)為-0.54℃，這樣的大氣層結(jié)非常有利于雷暴大風(fēng)等強對流天氣的產(chǎn)生。

風(fēng)的垂直切變影響著對流云的發(fā)展、移動和分裂等，經(jīng)計算08日20時南寧0～6km的垂直風(fēng)切變?yōu)?m.s-1，09日14時南寧0～6km的垂直風(fēng)切變?yōu)?m.s-1，二者垂直風(fēng)切變都不強，但是從低層到高層都是偏東風(fēng)與偏西風(fēng)的切變，風(fēng)向隨高度升高呈順時針變化，為雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生提供了有利的動力條件。

圖1　8日20時南寧探空圖（a）和9日14時南寧探空圖（b）

5　雷達回波分析

⑴第一次雷暴和陣風(fēng)鋒演變過程

6月8日晚上22時左右在南寧東面有一雷暴單體生成（圖2，見彩頁），隨著對流單體的發(fā)展，22時30分在雷暴單體的西側(cè)觀測到陣風(fēng)鋒，此時雷暴單體的回波強度最大為55dBz左右，陣風(fēng)鋒回波強度為15-25dBz，水平尺度20km，成熟時高度大概1.5km，說明陣風(fēng)鋒只是對流層低層的淺薄系統(tǒng)。開始時陣風(fēng)鋒與雷暴單體離的很近，與雷暴單體一起向西移動，雷暴單體在移動過程中不斷加強，陣風(fēng)鋒的水平尺度也不斷延長，陣風(fēng)鋒所經(jīng)之處普遍產(chǎn)生5-6級大風(fēng)天氣，而后雷暴單體經(jīng)過產(chǎn)生了短時強降水，最強的為南寧青秀區(qū)長塘鎮(zhèn)小時雨量達52mm。23時23分陣風(fēng)鋒開始逐漸遠離雷暴單體，與雷暴單體的距離越來越遠，雷暴單體逐漸減弱消亡，陣風(fēng)鋒的強度也隨之減弱，結(jié)構(gòu)變得松散，繼而減弱消失。許多學(xué)者研究表明［12，14］，當(dāng)陣風(fēng)鋒速度大于對流風(fēng)暴速度時，兩者距離越來越遠，對流風(fēng)暴將減弱甚至消亡；而當(dāng)陣風(fēng)鋒速度小于對流風(fēng)暴速度時，兩者距離越來越近或保持不變時，對流風(fēng)暴則強盛發(fā)展或變化不大。本次個例陣風(fēng)鋒和雷暴單體的演變特征也符合以上結(jié)論。從單體質(zhì)心高度變化（圖3）可以看出，23時58分之后單體質(zhì)心迅速下降，而后大概半小時地面產(chǎn)生了大風(fēng)，說明單體質(zhì)心高度的快速下降對大風(fēng)預(yù)警有很好的指示作用，約可提前半小時預(yù)警。

圖3　9日00∶18風(fēng)暴趨勢圖

從6月8日的雷達徑向速度圖可以看到，陣風(fēng)鋒后側(cè)為大片的相對負(fù)速度大值區(qū)，陣風(fēng)鋒的位置位于負(fù)速度大值區(qū)的前沿，且陣風(fēng)鋒過境之處對應(yīng)徑向速度圖上有明顯的風(fēng)速的輻合。極大風(fēng)速出現(xiàn)的時刻與陣風(fēng)鋒過境的時刻吻合且陣風(fēng)鋒的移向與徑向速度方向一致，最大的負(fù)速度達到13m.s-1，而陣風(fēng)鋒過境時南寧地面站產(chǎn)生了12.5m.s-1的極大風(fēng)速，與雷達平均徑向速度圖上的最大值基本相同，說明當(dāng)陣風(fēng)鋒的移向與雷達徑向相重合時，低仰角近距離的雷達平均徑向速度能很好地表示陣風(fēng)鋒過境時地面的極大風(fēng)速，這對陣風(fēng)鋒過境時所產(chǎn)生的地面大風(fēng)的強度有很好的指示作用。

⑵第二次雷暴和陣風(fēng)鋒演變過程

6月9日午后南寧附近有零散的回波出現(xiàn)并發(fā)展。15時左右在南寧南面有一個雷暴單體（以下簡稱南單體）和西北面有一個雷暴單體（以下簡稱北單體）生成（圖略），強度在40-50dBZ，隨著雷暴單體的發(fā)展，北單體和南單體分別緩慢的向南和向北移動。15時05分（圖4a，見彩頁）在0.5°PPI反射率因子產(chǎn)品上兩單體移動方向的前方開始各出現(xiàn)一條陣風(fēng)鋒。陣風(fēng)鋒回波強度10-20dBZ，水平尺度20km，呈弧狀，兩條陣風(fēng)鋒呈橫“八”字狀，并相向而行。隨著陣風(fēng)鋒的逐漸遠離雷暴單體，兩個雷暴單體逐漸的減弱。此后兩條陣風(fēng)鋒繼續(xù)相向而行，15時40分（圖4b，見彩頁）兩條陣風(fēng)鋒的東端相遇合并并激發(fā)出新的對流單體（以下稱單體一），14.6°PPI反射率產(chǎn)品上首次出現(xiàn)40dBz的回波。15時46分（圖略）單體一發(fā)展加強至50dBz，同時在3.4°PPI上也開始出現(xiàn)回波。15時52分單體一在14.6°、9.9°和6°PPI回波強度發(fā)展，而且在6°PPI回波強度最大達到65dBz，至15時58分（圖略），該回波向下發(fā)展降到地面，地面也開始出現(xiàn)大風(fēng)天氣。同時兩條陣風(fēng)鋒的西端也開始相遇，在單體一的西面觸發(fā)出新的對流（以下稱單體二）。單體二首先在19.5°PPI上有回波快速發(fā)展。16時04分（圖4d，見彩頁）0.5°PPI上也開始出現(xiàn)單體二的回波，回波強度達45dBz，之后單體一和單體二繼續(xù)快速發(fā)展，且單體一向單體二靠近，16時35分（圖4e，見彩頁）單體一與單體二相遇并合并成一東西向長條形雷暴群，回波強度最大達65dBz，水平尺度達70km，雷暴群所經(jīng)之處地面普遍產(chǎn)生了5-6級大風(fēng)和短時強降水，最大的為16時30分位于南寧西部的五合大學(xué)城出現(xiàn)了17m.s-1的短時大風(fēng)和1小時40mm的短時強降水天氣。

從雷達徑向速度圖（圖略）上可以看出，過程二中陣風(fēng)鋒強度很弱，其所對應(yīng)的陣風(fēng)鋒后部的大風(fēng)區(qū)也很弱，最大風(fēng)速僅為7m.s-1，但是陣風(fēng)鋒過境之處仍有風(fēng)速輻合。15時58分兩條陣風(fēng)鋒相遇后，在徑向速度圖上出現(xiàn)與陣風(fēng)鋒相對應(yīng)的逆風(fēng)區(qū)。此后隨著回波的向西發(fā)展，速度圖上可以看見一片相對速度大值區(qū)，最大徑向速度達15m.s-1，而且從徑向速度圖的演變來看，速度大值區(qū)有向下發(fā)展逐漸接地的過程，對應(yīng)的在16：00-16：50在南寧民族大道沿線產(chǎn)生了5-6級大風(fēng)。

與過程一不同的是過程二的陣風(fēng)鋒過境時均只產(chǎn)生了3-4級左右的陣風(fēng)。此陣風(fēng)鋒強度較過程一弱，說明陣風(fēng)鋒的強度與產(chǎn)生陣風(fēng)鋒的雷暴單體的強度有關(guān)。單體一和單體二均由較高的高度開始發(fā)展，此后回波迅速向下發(fā)展，引起了地面大風(fēng)天氣。由此說明雷暴單體的反射率因子核心快速下降對地面大風(fēng)的產(chǎn)生有很好的指示作用。過程二的大風(fēng)天氣主要不是雷暴單體所產(chǎn)生的陣風(fēng)鋒所引起，而是可能由合并后的陣風(fēng)鋒所激發(fā)的雷暴群中的降水粒子產(chǎn)生的拖曳作用形成的下沉氣流引起。

對比兩個過程可知，過程一由于從500hPa到850hPa都為偏北氣流控制，層結(jié)趨于穩(wěn)定，需要較強的抬升條件才能觸發(fā)對流，所以陣風(fēng)鋒過境時大尺度環(huán)流背景不利于對流的發(fā)展，沒能觸發(fā)新對流。而由16：59分南寧雷達風(fēng)廓線圖（圖5）可以看出，過程二中在兩單體生成的時候（15時左右），南寧還處于高空槽前，北單體屬于高空槽前云系產(chǎn)生的對流，南單體屬于偏南風(fēng)氣流下生長的對流，兩個單體在各自引導(dǎo)氣流作用下相向而行，其所產(chǎn)生的陣風(fēng)鋒也相向而行。在兩條陣風(fēng)鋒相遇后的16時左右，高空槽過境南寧，槽后的冷平流加強了南寧上空位勢不穩(wěn)定，所以兩條陣風(fēng)鋒合并后的抬升作用能觸發(fā)新對流的發(fā)展。

圖5　9日16：59南寧雷達風(fēng)廓線圖

6　結(jié)論

（1）過程一中對流是由于弱冷鋒南壓到南寧附近時觸發(fā)的對流，由于冷鋒后為冷高壓控制，700hPa和850hPa為偏北氣流，有冷平流，所以鋒后大尺度環(huán)流條件不利于對流的發(fā)展，所以過程一只有弱冷鋒過境時觸發(fā)的對流，陣風(fēng)鋒沒能觸發(fā)新對流的生成。過程二高空槽過境南寧，槽后的干冷空氣與低層暖低壓發(fā)展造成的升溫加大了大氣的層結(jié)不穩(wěn)定，為對流發(fā)展提供了更為有利的外部環(huán)境條件，只要有小的擾動就能觸發(fā)對流的發(fā)展。所以過程二中的兩條陣風(fēng)鋒的合并所產(chǎn)生的抬升作用能觸發(fā)一系列對流單體的發(fā)展。

（2）兩個過程的探空均表明南寧上空都具備很好的不穩(wěn)定條件。垂直風(fēng)切變上來看風(fēng)向隨高度升高均呈順時針變化，為雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生提供了有利的動力條件。

（3）陣風(fēng)鋒是地面強風(fēng)的前沿，陣風(fēng)鋒過境處有明顯的風(fēng)速輻合，降水通常由位于其后的對流風(fēng)暴產(chǎn)生，陣風(fēng)鋒上一般無降水；陣風(fēng)鋒相對于主體雷暴的移動速度決定了主體雷暴的發(fā)展強弱。當(dāng)陣風(fēng)鋒移速明顯比主體雷暴快，二者距離逐漸增大時，主體雷暴強度減弱，強風(fēng)持續(xù)時間短；當(dāng)陣風(fēng)鋒移速明顯比主體雷暴慢，二者距離逐漸接近或保持不變時，主體雷暴強盛發(fā)展或保持不變，強風(fēng)持續(xù)時間長。對比兩個過程陣風(fēng)鋒帶來的大風(fēng)強度可知，產(chǎn)生陣風(fēng)鋒的母體雷暴越強，陣風(fēng)鋒也越強。低仰角近距離的雷達徑向速度能夠直接產(chǎn)生反映地面大風(fēng)的強度。

（4）過程二中陣風(fēng)鋒觸發(fā)了新的對流單體產(chǎn)生，且新單體回波出現(xiàn)的起始高度都較高，隨后回波快速加強并向下發(fā)展，到達地面，造成地面大風(fēng)天氣。單體質(zhì)心的快速下降和反射率因子核心的快速下降對地面雷暴大風(fēng)有很好的指示作用，約可提前半小時預(yù)警。

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Comparative analysis of gust front under the influence of different weather systems

Qu Mei-fang，Gu Ming-yue
（1.Guangxi Meteorological Observatory，Nanning Guangxi 530022；2.Nanning Municipal Meteorological Service，Nanning Guangxi 530022）

Based on conventional observation data，Doppler weather radar data and ground observation data，two gust front weather processes during 8 to 9，June，2014 in Nanning were analyzed.The results show that:gust front is just shallow system in the lower troposphere with 10 to 20 DBZ echo intensity，20 km horizontal scale，arc shape and 1.5 km height when matured.The instructions of relationships between gust front moving speed and maternal thunderstorms moving speed performed well for the developing and weakening of thunderstorm.Obvious wind speed convergence in front of gust front triggers the generation of new convection cell.Furthermore，the new convection cell is more likely generated by stronger gust front，which was combined by two gust fronts trigger.The stronger gust front caused the more increase of wind speed.The rapid decline of monomer mass center and reflectivity core could be used for the halfhour early warning of the ground thunderstorm wind.

gust front；thunderstorm gale；narrow-band echo

P458

A

1673-8411（2016）02-0020-05

2015-11-25

屈梅芳（1989-），女，本科，助工，主要從事短時臨近預(yù)報預(yù)警研究工作。