2016年11月10日大連機場颮線天氣過程淺析

陳 晨

（中國民用航空大連空中交通管理站，大連 遼寧 116033）

1 引言

颮線是具有強烈對流的中尺度對流系統(tǒng)，其水平尺度約150～300km，生命期一般4～10h。颮線是線狀的中尺度對流系統(tǒng)，它是強天氣中破壞性最強和最大的，沿颮線經(jīng)常可見到大風、強雷暴、強降水和冰雹等天氣現(xiàn)象，有時還伴有下?lián)舯┝骰螨埦恚瑤頌?zāi)害性的破壞，造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失，同時也對航空飛行安全造成極大威脅，嚴重影響飛行正常和機場安全運營。因此在強天氣分析預(yù)報中是氣象人員詳細分析和重點預(yù)報的對象[1]。

颮線是在有利的大尺度環(huán)境條件下形成的，這些條件主要包括：大氣層結(jié)呈條件性不穩(wěn)定；低層水汽豐富；高、低層存在強風帶或急流，風向通常向上順轉(zhuǎn)；中空有干、冷空氣入侵大氣中具有某些動力機制以釋放不穩(wěn)定能等[2]?？偨Y(jié)表明，颮線最可能在發(fā)展中的地面低壓東南方濕舌附近發(fā)生；高、低空急流相交區(qū)是最有可能發(fā)生颮線的落取[3]。

本文利用常規(guī)觀測和自動站觀測資料、NCEP再分析資料、MICAPS資料、大連機場毫米波雷達探測資料和大連市氣象局多普勒雷達探測等資料，從天氣學條件、物理量場診斷和遙感圖像判識等方面全方位分析這次颮線的活動規(guī)律和物理成因，力求加強對該類天氣過程的認識，提高其預(yù)報準確率。

2 實況

2.1 天氣實況

2016年11月10日大連機場經(jīng)歷了一次較為少見的颮線天氣過程，10日下午出現(xiàn)小雨天氣，北京時間（下同）17：15左右轉(zhuǎn)為小陣雨，17:28出現(xiàn)弱雷雨，17:35轉(zhuǎn)為弱雷雨伴有雷暴大風，瞬時最大風速18.3m/s，17:59出現(xiàn)冰雹天氣，18:05冰雹結(jié)束，18:45雷暴解除。此次過程中出現(xiàn)了小陣雨、雷暴、冰雹和大風天。由于本次過程時間較短，因此對大連機場運行未造成較大影響，共計致使航班返航4架次。

2.2 氣象要素變化

鑲嵌在颮線中的強雷暴常常引起局部地面風向突變、風速劇增、氣壓涌升和溫度驟降，有時還伴有冰雹、龍卷風等災(zāi)害天氣。2016年11月10日大連機場經(jīng)歷的颮線過境前后也經(jīng)歷了明顯的氣象要素突變，包括溫度驟降和風速劇烈變化，并伴有冰雹天氣。

圖1 2016 年 11 月 10 日 17∶35～18∶10大連機場28號跑道溫度變化

利用大連機場自動觀測系統(tǒng)28號跑道的氣溫觀測數(shù)據(jù)做10日17:37～18:09的溫度變化折線圖 （圖1）可以得出，大連機場颮線過境之前，氣溫值均在9.2℃左右，當17:47左右機場雷雨加強颮線過境開始時，氣溫出現(xiàn)了明顯變化，28號跑道氣溫下降至8.4℃。且在颮線過境后氣溫開始上升，恢復(fù)至9℃左右。

圖2 2016 年 11 月 10 日 17∶35～18∶10大連機場28號跑道風速變化

利用大連機場自動觀測系統(tǒng)28號跑道的風速觀測數(shù)據(jù)做10日17:37～18:09的2min風速變化折線圖（圖2）可以得出，大連機場颮線過境之前，28號跑道風速基本維持在6m/s左右，強颮線過境開始時，風速徒增，28號跑道極大值為18.3m/s，颮線過境后風速下降趨于平穩(wěn)。

通過以上對大連機場颮線過境前后風速和溫度的分析結(jié)果可以看出，大連機場在10日晚17:49～18:03左右過境期間，氣溫下降，風速徒增，雷暴強烈這些都與颮線特征相吻合。

圖3 2016年11月10日北京時08時高空500hPa、700hPa、850hPa環(huán)流形勢

圖4 2016年11月10日北京時11、14、17地面氣壓場形勢

3 有利的環(huán)流形勢

3.1 高空形勢分析

颮線的形成與大尺度環(huán)流形勢和天氣尺度影響系統(tǒng)密切相關(guān)。如圖3所示，2016年11月10日08時歐亞地區(qū)500hPa高空表現(xiàn)為一槽一脊的環(huán)流形勢，高壓脊位于我國河套地區(qū)至西伯利亞地區(qū)，高空低槽位于我國內(nèi)蒙古北部至我國黃海一帶，并且呈階梯狀分布，溫度槽落后于高度槽，有利于高空槽的發(fā)展。大連處于超前的西南暖濕氣流中，其后有較強的西北氣流，冷空氣不斷南下影響我國東北地區(qū)；700hPa本場形勢與500hPa類似，低壓槽位置與500hPa槽線位置基本重合，本場處于槽前暖濕氣流控制；850hPa在我國東北地區(qū)出現(xiàn)閉合環(huán)流，低壓槽位置領(lǐng)先于高空槽線位置，槽線可延伸至我國長江下游地區(qū)。低槽的迅速南壓，引導(dǎo)冷空氣南下。冷空氣前沿已經(jīng)到達我國長江下游地區(qū)。本場處于槽前西南暖濕氣流和暖脊的共同控制，為近地面層增溫提供了有力條件。

由以上天氣系統(tǒng)分析可見，大范圍的上升氣流為颮線發(fā)生發(fā)展提供了背景，槽前的西南暖濕氣流使近地面層空氣強烈增溫為颮線的生成提供了不穩(wěn)定層結(jié)，冷空氣南下、高空輻散和低空輻合為這次颮線過程提供了動力機制，利于觸發(fā)強烈上升運動。

3.2 地面形勢分析

由2016年11月10日11～17時分析可見，氣壓場為鞍型場，本場位于兩高之間低壓帶控制，盛行西南風。高壓中心位于內(nèi)蒙古與遼寧交界地帶，高壓所攜帶的冷空氣已經(jīng)開始南下入侵本場。地面鋒面附近有較強的冷空氣擾動，激發(fā)了本場周圍的對流擾動的發(fā)生發(fā)展。颮線位置位于鋒面前沿的地面低壓暖區(qū)中，為鋒前颮線。隨著高空槽發(fā)展和冷空氣入侵，大連機場在隨后兩小時內(nèi)收到颮線系統(tǒng)影響，從而產(chǎn)生了雷雨冰雹大風等強對流天氣。

4 水平物理量場分析

圖5 2016年11月10日水平物理量分析圖

利用NCEP的逐6h分析資料計算物理量場，對颮線過程發(fā)生前的時間和區(qū)域進行診斷分析，發(fā)現(xiàn)颮線生成和發(fā)展的重要條件。

從圖5中的（a）圖700hPa的溫度平流分析圖上可以發(fā)現(xiàn)，700hPa上的槽后偏北風強盛，給大連西北的渤海海域及其西北地區(qū)帶來充分的冷平流擾動，中層有干冷空氣入侵為颮線產(chǎn)生和發(fā)展，釋放大氣中的不穩(wěn)定能量提供重要條件。

圖5（b）是850hPa水汽輸送圖，可以看出整個渤海海域及大連內(nèi)陸地區(qū)高空槽前和槽后區(qū)域水汽條件都很充沛，良好的水汽條件為渤海和遼東半島地區(qū)產(chǎn)生較強降水和雷暴等強對流天氣提供了有利條件。

5 雷達回波特征分析

颮線是成線狀排列的對流單體族，其長寬比大于5:1。在典型的組完好的颮線中，上升氣流先以很陡的角度上升，然后向后斜升直至云頂，下沉氣流形成于上升氣流后的降水回波中，強烈的颮線的反射率因子垂直結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為低層對應(yīng)于前側(cè)入流的弱回波區(qū)和中高空的懸垂回波結(jié)構(gòu)[4]。

圖6 2016年11月10日颮線過程多普勒雷達圖反射率圖

根據(jù)大連氣象局多普勒雷達資料顯示，11月10日發(fā)生于大連地區(qū)的颮線移動方向主要為自西向東，移動速度約為50km/h，颮線產(chǎn)生的主要地區(qū)為大連地區(qū)及其北部地區(qū)。分別選取10日17:39、17:57、18:03和18:10的雷達反射率圖對本次颮線過程進行診斷分析。由雷達反射率圖分析可知，17:33（圖略）在大連地區(qū)及北部有颮線形成且處于發(fā)展初期，還未形成明顯的“弓”型回波。本場處于颮線系統(tǒng)的西側(cè)，但在本場周圍有強度50dbz以上強對流單體已經(jīng)形成并已經(jīng)影響本場，導(dǎo)致本場出現(xiàn)雷雨，大風天氣。從圖6（a）和（b）的多普勒雷達圖中可以看出，在 17：39 和17:57颮線系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)展，“弓”型回波已經(jīng)基本形成，呈南北走向分布，長約200km，寬約20～30km，移動速度約為30km/h，移動方向為東南方向。本場依舊位于颮線系統(tǒng)西側(cè)。受颮線系統(tǒng)影響，從圖6（c）和（d）的多普勒雷達圖中可以看出，在18:03～18:09颮線繼續(xù)發(fā)展東移，對流單體主體已經(jīng)位于黃海海域，對本場的影響基本結(jié)束。

由多普勒雷達資料可以看出本場在颮線發(fā)生發(fā)展的過程中基本位于颮線西側(cè)，受颮線發(fā)展時的超級單體影響，這也是為什么本場氣壓變化不大，天氣現(xiàn)象劇烈的主要原因。

圖7 毫米波雷達反射率因子圖

由毫米波雷達反射率因子圖（圖7）分析可見，在17:32時本場東側(cè)由對流單體開始發(fā)展且強度較大，至17:39時對流單體繼續(xù)發(fā)展東移，對流頂高度在3km左右，17:49時對流單體發(fā)展至成熟時期，對流頂高度達5km左右，回波強度都在30dbz以上。18:09對流單體東移至本場東側(cè)6～9km左右，本場強對流天氣基本結(jié)束。與多普勒雷達資料時間基本吻合。

圖8 垂直速度圖

由垂直速度圖（圖8）可以看出本場在颮線系統(tǒng)發(fā)生前有長時間的上升運動，由于暖平流可以產(chǎn)生上升運動，所以可以判斷本場近地層存在明顯的暖平流，提供了強對流發(fā)生發(fā)展前的能量積累，而且在17:36左右本場有強烈的上升運動，這種上升運動也為颮線的發(fā)生發(fā)展提供了不穩(wěn)定的層結(jié)條件。有利于颮線系統(tǒng)的發(fā)生。18:03左右颮線已經(jīng)離開本場，近地面層暖平流消失轉(zhuǎn)入下沉氣流即冷平流的控制，天氣基本穩(wěn)定。

6 結(jié)論

颮線過程有大尺度環(huán)流形勢相配合,此次颮線天氣過程發(fā)生在歐亞中高緯度一槽一脊的環(huán)流形勢，高空槽線、中低空切變線和地面冷鋒是天氣尺度的主要影響系統(tǒng)。天氣爆發(fā)前期有明顯的能量積累,且低層充沛的水汽輸送,為中小尺度對流云的發(fā)生、發(fā)展提供了大的環(huán)流背景。颮線過程開始前邊界層的強烈的上升氣流是對強對流天氣的觸發(fā)機制。

颮線為線性結(jié)構(gòu),以強降水、降雹是由颮線中的小尺度超級單體發(fā)展產(chǎn)生，并且在颮線移動過程中沒有小尺度單體彌合并入,不屬于后續(xù)線形颮線。本次颮線天氣過程為鋒前颮線,由一個颮線過程構(gòu)成,這是這次天氣過程維持時間短的原因。

對回波反射率因子分析表明，本次回波為南北向帶狀回波增強為“弓”型回波，地面大風產(chǎn)生在“弓”型回波凸起部位。