江蘇一次颮線過程的數(shù)值分析

郁懋楠++劉曉莉++水旭瓊+周溥佳

摘 要：2006年4月28日江蘇發(fā)生了1次颮線強對流天氣過程。利用中尺度數(shù)值模式WRF對這次過程進行數(shù)值模擬。結果表明：低層的中尺度切變線和輻合線是這次過程主要的觸發(fā)系統(tǒng)；高層強冷空氣配合低層暖平流，構成上冷下暖的不穩(wěn)定層結結構；這次過程中地面大風的出現(xiàn)與颮線后方的下沉輻散氣流有關；云微物理量配合抬升運動為降水降雹提供了有利條件，但低層水汽條件的不足導致降雹和降水較弱。

關鍵詞：大氣科學；颮線；WRF；數(shù)值模擬

中圖分類號：S163 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171132190

颮線是由對流單體側向排列而成的狹窄雷暴帶，發(fā)生時通常伴隨著強風、冰雹、下?lián)舯┝?、龍卷等災害性天氣。颮線一般長約幾十至幾百公理，寬約幾十至200km[1]。近年來，隨著衛(wèi)星、雷達和中小尺度數(shù)值模式的發(fā)展，國內外對于颮線的研究已取得重大進展。許多作者[2-4]通過雷達、數(shù)值模式等研究了我國颮線發(fā)展的背景環(huán)境；侯建忠等[5]和翟國慶等[6]分析了我國不同地理位置的颮線環(huán)境；易笑園等[7]提出颮線系統(tǒng)強回波帶中，6min地閃頻數(shù)和對流云的回波頂高>11或12km范圍的回波面積有正相關關系。

2006年4月28日18：00左右起，受山東南部發(fā)展起來的颮線影響，江蘇自北向南出現(xiàn)了大范圍9～11級西北大風，局地伴有強雷暴和冰雹天氣。這次颮線過程主要影響是風災，持續(xù)6～7h。

1 環(huán)流背景

4月28日08：00的500hPa圖上，亞洲高緯地區(qū)為2槽1脊型。江蘇處于槽前，槽后有1溫度槽與之配合，槽后為弱冷平流。此后，貝湖西側的低渦出現(xiàn)分裂，分裂出的次中心攜冷空氣向東南加深發(fā)展。中低層來看，河套東部的切變線，到20：00移到蘇魯皖交界處。位于中西部的暖舌也快速東移，江蘇大部出現(xiàn)正變溫。地面圖上，28日2：00在河套地區(qū)出現(xiàn)1個低壓，隨后系統(tǒng)不斷加強南壓，漸變?yōu)?條地面輻合線，與對流層底部的切變線形成深厚的輻合系統(tǒng)。

2 數(shù)值模式及試驗方案

本文選取分辨率為1×1°、6h1次的NCEP再分析資料，運用WRF模式對這次過程進行了數(shù)值模擬。模式采用雙層嵌套，以E117.95°，N34.10°為中心。外層格點數(shù)為201×228，格距為6km；內層為301×337，格距為2km。垂直方向取19層，模式頂氣壓為100hPa。積分時間從4月28日06：00（北京時28日14：00）—18：00（北京時29日02：00）。

3 模擬結果

3.1 降水過程分析

從實況（圖1a）來看，降水主要分布在山東東部及江蘇北部，降水中心位于連云港北部。模擬的降水區(qū)域（圖1b）在陸地上分布在蘇魯交界。模擬的降水區(qū)域稍偏小，降水中心與實況基本吻合，中心降水量稍稍偏低，但總體來說，模式對這次過程的降水模擬比較好。因此，下面利用本次模擬結果對這次過程作進一步分析。

3.2 雷達回波分析

4月28日18：58的實況顯示，在蘇魯交界處，有1條弓狀回波帶，中心強度達到55dBz。20：00前后（圖2a）發(fā)展到最旺盛。隨后回波到達沿淮一帶，但其結構發(fā)生明顯改變，回波帶開始從曲率最大處斷裂，結構也變得松散，尾部的層狀云區(qū)逐漸消散，到21：08（圖略），可以清晰地看到回波分裂為2條。

對比發(fā)現(xiàn)，這次模擬較好地復制了颮線初生、發(fā)展和消亡的演變過程：模擬的颮線于北京時16：30左右在魯南發(fā)展起來，隨后范圍一直擴大，強度也有所增大，在19：30之后發(fā)展到最強，20：00開始，強度有所減弱，之后其結構也發(fā)生分裂，分裂的回波在向東南移動的過程中，范圍不斷減小，強度不斷減弱，到次日凌晨，陸地上回波基本消散。

3.3 動力結構特征

模擬風場上，在魯南可以看到1條輻合帶，隨后東移南壓，與颮線的移動一致。緯向風前后都是西風，中心在250hPa附近的急流帶上。28日18：30，中低層風速等值線變得十分密集，這說明低層垂直梯度增大，風切變增強，有利于對流的進一步發(fā)展增強。經向風上，颮線發(fā)展前期，低層為南風，中高層的偏北風開始出現(xiàn)并向低層發(fā)展。28日19：00，低層颮線前有1個南風中心，其北側是深厚的偏北風?？梢钥吹?，颮線后部為密集的北風風速等值線，800hPa附近的南北風分界面說明颮線在對流層中低層表現(xiàn)為近乎垂直的南北風輻合帶。

颮線后為負渦度區(qū)，中心位于500hPa，并向東移動，颮線前低層為正渦度區(qū)控制。28日19：30，颮線附近600hPa以上高層為負渦度區(qū)，反氣旋性渦度中心位于500hPa，600hPa以下中低層為正渦度區(qū)，氣旋性渦度中心位于900hPa，對比中低層背景場，這與該處較強的風切變吻合；同一時間散度分布上，颮線附近550hPa以下中低層為負值區(qū)，說明中低層為輻合氣流，而在中高層，出現(xiàn)正值區(qū)，其中心位于300hPa上，中心值為1.5×10-3s-1，氣流呈輻散狀；再比較該時刻垂直速度剖面發(fā)現(xiàn)，在颮線后部中層為強度稍弱的上升運動，而低層出現(xiàn)了1個負值中心，說明此處有下沉氣流，但強度較小，該處對應著1個強度稍弱的輻散區(qū)，在隨后的發(fā)展過程中，颮線所處區(qū)域的中低層都為強烈的上升運動，而其后部低層都存在微弱的下沉運動。地面大風區(qū)主要分布在颮線附近地面輻合區(qū)后部的輻散區(qū)中，說明地面大風的出現(xiàn)與颮線后方的下沉輻散氣流有關。

3.4 熱力結構特征

分析假相當位溫θse可知，初期階段600hPa以下?θse /?Z<0，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，上下層差值約為13K；隨著颮線的進一步發(fā)展，θse 的拐點高度降低，到颮線成熟階段，28日20：00，950～900hPa出現(xiàn)了?θse /?Z比值接近于0的中性層結，此時該地區(qū)正是颮線對流系統(tǒng)的強上升運動區(qū)；颮線過境后，28日21：00，900hPa以下?θse /?Z>0，氣層趨于穩(wěn)定，對流層中層仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但其差值只有4K左右，與颮線發(fā)展初期相比不穩(wěn)定程度大大降低。

3.5 云微物理量及水汽分析

北京時20：30左右，在650hPa出現(xiàn)了云水比含水量的最大值，該處對應著上升運動；850～350hPa出現(xiàn)雹比含水量的大值區(qū)，中心對應700hPa以上為上升運動，下層逐漸被下沉氣流控制；750hPa以下出現(xiàn)雨水比含水量的大值區(qū)，對應著較強的下沉氣流。因此，中層的水汽伴隨著上升氣流被帶到高層，隨后雹比含水量達到最大值，說明云內有冰晶出現(xiàn)，有利于降雹；伴隨系統(tǒng)的移出，低層的上升氣流被下沉氣流取代，將水汽和冰晶帶到低層，低層的雨水比含水量增加，為降水提供了有利的條件。

但是，分析水汽條件可知，低層僅在連云港鹽城的沿海一帶出現(xiàn)溫度露點差為3℃的濕區(qū)，而相對濕度方面，也僅有連云港鹽城沿海一帶>70%。因此，低層的水汽條件并不充分，導致中層云水比含量值偏低，從而引起冰雹和降水的減少。這與模擬結果吻合，累計降水大值主要在海面，陸地降水主要集中在連云港鹽城沿海一帶，累計降水最大值位置連云港東南，為18mm；而冰雹落區(qū)也主要在連云港及其南部，但量級較小，不到0.5mm。

4 結語

本文分析了發(fā)生在江蘇的1次颮線過程，并利用WRF模式模擬結果分析了動力結構、熱力結構、云微物理量及水汽條件，得到以下結論。

這次過程發(fā)生在2槽1脊的經向型環(huán)流背景下，低層的中尺度切變線和輻合線是本次過程主要的觸發(fā)系統(tǒng)。上冷下暖的不穩(wěn)定層結結構，對強對流天氣的發(fā)展十分有利；WRF模式較成功地模擬出了此次颮線過程，從降水、雷達回波、動力熱力結構等方面看，模式對強對流天氣的中尺度特征具有一定的模擬能力；這次過程的颮線在對流層中低層表現(xiàn)為近乎垂直的南北風輻合帶，地面大風的出現(xiàn)與颮線后方的下沉輻散氣流有關；颮線發(fā)展旺盛階段對流系統(tǒng)的強上升運動區(qū)附近出現(xiàn)了?θse /?Z比值接近于0的中性層結，θse 的上下層差值隨颮線發(fā)展消亡大幅減小，不穩(wěn)定程度大大降低；云水比含水量大值區(qū)伴隨較強的上升氣流，為降雹提供了有利的條件，隨著颮線的過境，低層上升氣流被颮線后的下沉氣流取代，為降水提供了有利的條件。但是，中低層水汽條件的缺乏，導致降雹和降水量的減少。

參考文獻

[1]壽紹文，勵申申，姚秀萍.中尺度氣象學[M].北京：氣象出版社，2003.

[2]姚晨，戴娟，劉曉蓓.江淮流域長生命史颮線的特征分析與臨近預警[J].氣象科學，2013（5）：577-583.

[3]孫素琴，苗春生，王堅紅.一次颮線過程的數(shù)值模擬及診斷分析[J].氣象與環(huán)境學報，2010（2）：21-26.

[4]于庚康，吳海英，曾明劍，等.江蘇地區(qū)兩次強颮線天氣過程的特征分析[J].大氣科學學報，2013（1）：47-59.

[5]侯建忠，王繁強，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.

作者簡介：郁懋楠，男，本科，助理工程師，研究方向：天氣預報服務。