宿遷一次強(qiáng)颮線過程的綜合分析

徐恩 龐礴 程昕 周航 王錦杰 張瑩

摘要?利用常規(guī)探測資料、NCEP再分析資料、S波段多普勒雷達(dá)資料等，對(duì)2019年7月6日發(fā)生在宿遷市的一次強(qiáng)颮線天氣過程進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明：該次強(qiáng)颮線天氣過程是在深厚的東北冷渦背景下發(fā)生的。颮線回波在移動(dòng)過程中“弓”狀特征愈發(fā)明顯，后側(cè)入流缺口、中氣旋及速度模糊的出現(xiàn)，預(yù)示著地面極端大風(fēng)的發(fā)生;回波垂直剖面上存在一個(gè)有界弱回波區(qū)，中高層有回波懸垂。在颮線發(fā)展過程中，近地面層風(fēng)場垂直梯度增大，風(fēng)切變迅速增強(qiáng)，有利于對(duì)流風(fēng)暴的組織化和颮線的維持。對(duì)流層中低層存在一穩(wěn)定層結(jié)，有利于低層能量的累積，隨著冷中心南移，干冷空氣疊置于低層暖濕氣流之上，引發(fā)上升運(yùn)動(dòng)，突破了大氣穩(wěn)定層結(jié)，強(qiáng)對(duì)流暴發(fā)。

關(guān)鍵詞?颮線;強(qiáng)對(duì)流;冰雹;大風(fēng)

中圖分類號(hào)?S?166文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2020）17-0225-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.17.058

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Comprehensive Analysis of a Strong Squall Line Process in Suqian

XU En， PANG Bo， CHENG Xin et al?（Suqian Meteorological Bureau，Suqian，Jiangsu 223800）

Abstract?Based on the conventional observations， NECP reanalysis data and S?band Doppler radar data， this paper analyzes the weather process of a strong squall line on July 6， 2019 in Suqian City. Results show that： The strong squall line weather process occurred in the background of a cold vortex activity in Northeast China. The bow like characteristics of squall line echoes are more and more obvious on the move. The appearance of rear inflow notches， mesocyclones and velocity ambiguity indicates the occurrence of extreme gale on the ground. There are bounded weak echo regions and overhang echoes on the vertical cross-section. In the process of squall line development， the vertical gradient of wind speed in the surface wind and the wind shear increases rapidly， which is conducive to the organization of convective storm and the maintenance of squall line. There is a stable stratification in the middle and lower troposphere， which is conducive to the accumulation of energy in the lower troposphere. As the cold center moves southward， the dry and cold air overlaps on the warm and wet air flow in the lower troposphere， leading to upward movement， breaking through the stable stratification between the atmosphere and causing strong convection.

Key words?Squall line;Severe convection;Hail;Gale

颮線是由許多雷暴單體側(cè)向排列成帶狀，組織性較強(qiáng)的中至小尺度的對(duì)流系統(tǒng)。颮線過境時(shí)，氣象要素會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈變化，同時(shí)伴隨雷暴、暴雨、大風(fēng)、冰雹和龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣，是一種破壞力強(qiáng)大的災(zāi)害性天氣[1]，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都會(huì)帶來嚴(yán)重的影響。近年來，專家學(xué)者從不同方面對(duì)颮線展開了研究，并取得了不少成果[2-12]。翟國慶等[2]分析了華東颮線過程的地面中尺度物理特征，蔡則怡等[3]則對(duì)華北颮線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與演變特征進(jìn)行了研究。丁一匯等[4]將國內(nèi)形成颮線的天氣形勢分為槽后型、槽前型、高后型和臺(tái)風(fēng)倒槽或東風(fēng)波型4種類型，并分別討論了形成各類型颮線的熱動(dòng)力學(xué)條件以及觸發(fā)機(jī)制。張馳等[5-6]分析了典型颮線個(gè)例的雷達(dá)回波特征。鄭媛媛等[7]分析了在東北冷渦背景下，江淮地區(qū)颮線生成的特征。沈杭鋒等[8-9]對(duì)強(qiáng)颮線過程中極端大風(fēng)的演變特征和機(jī)理進(jìn)行了分析。支樹林等[10]分析了江西的一次颮線天氣過程，并指出強(qiáng)垂直風(fēng)切變、地面中尺度輻合線、中尺度溫度鋒區(qū)以及高低空急流耦合等都能夠維持強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展。王秀明等[11]研究表明，颮線發(fā)展、維持的原因是其自組織結(jié)構(gòu)，干線及其上的小擾動(dòng)能夠不斷觸發(fā)新生積云帶;強(qiáng)下沉輻散氣流、強(qiáng)冷池密度流和降水粒子的蒸發(fā)均對(duì)地面災(zāi)害性大風(fēng)有增幅作用。張建軍等[12]研究指出，隨著颮線的發(fā)展，動(dòng)量、熱量和水汽會(huì)有一個(gè)再分配的過程，從而影響系統(tǒng)內(nèi)部深對(duì)流的組織化過程。上述研究揭示了颮線天氣的形成機(jī)理、觸發(fā)條件和演變規(guī)律，對(duì)其監(jiān)測和預(yù)警發(fā)揮了重要作用。

2019年7月6日江蘇自北向南出現(xiàn)了一次大范圍強(qiáng)對(duì)流天氣過程，6日14：00（北京時(shí)，下同）強(qiáng)對(duì)流進(jìn)入宿遷之后，發(fā)展成為颮線（以下簡稱“7·6”颮線過程），并伴隨出現(xiàn)災(zāi)害性大風(fēng)、歷時(shí)強(qiáng)降水和局地冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，造成了十分嚴(yán)重的損失。筆者利用常規(guī)探空和地面觀測資料、NCEP 0.25°×0.25°逐6 h再分析資料、多普勒雷達(dá)等探測資料，對(duì)此次過程的背景形勢場、物理量和雷達(dá)回波中尺度特征進(jìn)行綜合分析，以期為今后開展颮線預(yù)報(bào)和預(yù)警提供參考。

1?天氣實(shí)況與災(zāi)情

2019年7月6日14：00—16：00，受山東發(fā)展起來的颮線影響，宿遷市出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)和冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，宿遷116個(gè)站中58個(gè)站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，最大小時(shí)雨量達(dá)882 mm（泗陽黃圩，6日15：00—16：00），25個(gè)站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，其中泗洪縣陳圩鄉(xiāng)最大風(fēng)力達(dá)28.7 m/s（11級(jí)），城區(qū)南龍河、羅圩，沭陽沂濤、李恒，泗洪歸仁、太平、曹廟、魏營出現(xiàn)冰雹。此次颮線過程造成2人死亡，1人受傷，多處房屋農(nóng)田受損。

2?颮線過程中氣象要素變化及環(huán)流特征分析

2.1?氣象要素變化

從宿遷各觀測站的觀測資料可以看到，颮線過境前后地面風(fēng)向突變，風(fēng)速驟增，氣壓涌升，溫度劇降。選取宿遷泗洪站進(jìn)行分析，颮線過境前后，氣溫從26.5 ℃（13：50）驟降到20.2 ℃（14：30），溫度降幅達(dá)6.3 ℃;相對(duì)濕度從69%（13：50）猛增至99%（14：50）;風(fēng)速劇增，風(fēng)力由1.6 m/s（13：50）迅速增至20.5 m/s（14：30）;氣壓從992.7 hPa（13：50）上升至996.1 hPa（14：50），增加了3.4 hPa（圖1）。

2.2?大尺度環(huán)流背景

分析“7·6”颮線過程環(huán)流形勢表明，2019年7月6日08：00，200 hPa上東亞中高緯環(huán)流徑向度較大，呈現(xiàn)兩脊一槽型，2個(gè)高壓脊分別位于貝加爾湖西側(cè)，吉林與朝鮮接壤處，蒙古國東部有一冷渦，冷渦低槽位于華北至江淮一線，槽后有強(qiáng)勁的西北風(fēng)急流，槽前是范圍較小的西南急流（圖2）。分析冷渦的垂直結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，冷渦系統(tǒng)較深厚，500、700、850、925 hPa 上冷渦結(jié)構(gòu)都較完整， 冷渦中心逐漸向南偏移，各層冷渦槽線位置近乎垂直。500 hPa冷槽位于河北河南中部，925 hPa上，在河南南部有一27 ℃暖中心，暖脊從暖中心向東北方向伸展至山東半島南部，黃淮江淮地區(qū)850與500 hPa溫差大于26 ℃，大氣層結(jié)不穩(wěn)定。同時(shí)地面圖上，黃淮中部有地面氣旋配合，冷鋒位于山東中北部至河南中南部一帶。

6日20：00（圖略），500 hPa冷渦已分裂南下，在內(nèi)蒙東北和華北東部地區(qū)分別形成2個(gè)冷性渦旋，華北冷渦低槽深入江蘇西北部至安徽東南一線，對(duì)應(yīng)850 hPa在江蘇中部形成一個(gè)低渦系統(tǒng)，地面南段冷鋒向東南方向推進(jìn)到江淮南部。

3?颮線過程中的雷達(dá)回波特征

2019年7月6日08：00（圖略）濟(jì)寧中部有一短帶狀回波，其中鑲嵌有反射率因子超過65 dBZ的點(diǎn)狀強(qiáng)回波，此點(diǎn)狀強(qiáng)回波逐漸與北段回波分離，向東南方向移動(dòng)到徐州境內(nèi)，同時(shí)臨沂的回波發(fā)展較強(qiáng)，并緩慢往東移，新生回波單體位于其正南方的連云港、宿遷地區(qū)，之后兩塊回波合并加強(qiáng)發(fā)展成颮線并繼續(xù)南移。13：00（圖略）左右颮線主體向南發(fā)展并進(jìn)入宿遷地區(qū)，開始影響宿遷西部城區(qū)，中心回波強(qiáng)度55 dBz，13：00—14：00宿遷1 h降水量達(dá)39.5 mm。14：36（圖3a）左右颮線移到宿遷南部，最強(qiáng)反射率因子超過65 dBz，頂高12 km，VIL值達(dá)到70 kg/m2，在颮線回波帶前側(cè)有強(qiáng)反射率因子梯度，且強(qiáng)回波帶向前凸起呈“弓”狀，而颮線回波帶后側(cè)的入流缺口，表明存在強(qiáng)的下沉后側(cè)入流急流，有利于地面極端大風(fēng)的出現(xiàn)[13]，從此時(shí)刻0.5 °仰角的雷達(dá)徑向速度圖（圖3b）上可以看到，颮線前沿呈明顯的氣旋式輻合，并伴有多個(gè)中氣旋，而其后側(cè)區(qū)域則為正速度大風(fēng)區(qū)，經(jīng)速度退模糊計(jì)算后得出流風(fēng)速達(dá)30.5 m/s，自動(dòng)站數(shù)據(jù)顯示，14：36前后，泗洪多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)9級(jí)以上大風(fēng)及冰雹天氣，其中泗洪陳圩鄉(xiāng)最大風(fēng)速達(dá)28.7 m/s。

從剖面圖（圖3c）上可以看到，回波發(fā)展高度在15 km以上，對(duì)流單體的最強(qiáng)回波中心可超過65 dBz，超過55 dBz的強(qiáng)回波伸展到10 km以上。對(duì)流層低層有明顯的弱回波區(qū)，中、高層回波懸垂，回波頂位于有界弱回波區(qū)之上。以上分析均表明，此次颮線過程中出現(xiàn)了超級(jí)單體風(fēng)暴，不僅帶來了十分強(qiáng)的地面大風(fēng)，也有利于冰雹等災(zāi)害性天氣的產(chǎn)生[13]。

4?環(huán)境場結(jié)構(gòu)特征分析

4.1?動(dòng)力條件

4.1.1?水平風(fēng)場垂直結(jié)構(gòu)。

為了解颮線發(fā)生過程風(fēng)場的垂直結(jié)構(gòu)，分別作環(huán)境風(fēng)u分量和v分量的垂直剖面。從緯向風(fēng)垂直結(jié)構(gòu)的演變發(fā)現(xiàn)，6日14：00（圖4a），118 °E以西緯向風(fēng)為上下一致的西風(fēng)，西風(fēng)大值帶位于200 hPa高度附近，中心位于110 °E附近，中心值為40 m/s，近地面層的118 °E以東為弱的偏東風(fēng)，118 °E附近，700～1 000 hPa風(fēng)速差約為6 m/s，在颮線發(fā)展移動(dòng)過程中，20：00（圖略），200 hPa上偏西風(fēng)風(fēng)速中心由110 °E東移至114 °E附近，中心值由40 m/s逐漸增強(qiáng)至48 m/s，并向低層伸展，同時(shí)近地面層的東風(fēng)也大幅增大至10 m/s，在118 °E附近低層形成東西風(fēng)的輻合，700 hPa以下風(fēng)速等值線變密集，緯向風(fēng)垂直切變逐漸增強(qiáng)，6日20：00，風(fēng)速差最大達(dá)到18 m/s。

經(jīng)向風(fēng)垂直結(jié)構(gòu)的演變特征顯示，強(qiáng)對(duì)流發(fā)展期間，對(duì)流層低層伴有南風(fēng)的向北推進(jìn)，同時(shí)對(duì)流層中高層的偏北風(fēng)迅速度發(fā)展并向低層擴(kuò)展。從14：00環(huán)境風(fēng)v分量的垂直分布場（圖4b）中可以看出，對(duì)流層高層250 hPa上，颮線及其未來移動(dòng)區(qū)域附近32°～34°N有一北風(fēng)為10 m/s的風(fēng)速中心，300～400 hPa等風(fēng)速線較為密集，400 hPa以上為偏北風(fēng)，400 hPa以下為偏南風(fēng)控制，20：00（圖略），北風(fēng)進(jìn)一步向低層擴(kuò)展，颮線所在區(qū)域，北風(fēng)已經(jīng)侵入到近地面層，500 hPa以下呈現(xiàn)南北風(fēng)疊置的結(jié)構(gòu)，且近地面層風(fēng)場垂直梯度增大，風(fēng)切變迅速增強(qiáng)，有利于對(duì)流風(fēng)暴的組織化和颮線的維持。

4.1.2?渦散度和垂直速度。

6日14：00，中高層為一氣旋性渦度區(qū)，并隨高度逐漸向東傾斜（圖5a），颮線處于冷渦槽前正渦度區(qū)，氣旋性渦度大值中心在對(duì)流層高層300 hPa高度上的117.5 °E附近，中心值為32×10-5 s-1，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)流層低層颮線西側(cè)，950 hPa也有一個(gè)強(qiáng)烈發(fā)展的氣旋性渦度中心，中心值為12×10-5 s-1，且該渦度中心通過一條相對(duì)較弱的先向西伸展，再向東傾斜上升的渦度通道與300 hPa的渦度大值區(qū)相連。在散度場（圖5b）中，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生時(shí)刻，對(duì)流層低層輻合明顯，近地面輻合中心強(qiáng)度達(dá)-18×10-5 s-1，其上空有一9×10-5 s-1的輻散中心與之疊置，但在對(duì)流層高層又呈輻合狀態(tài)。與之對(duì)應(yīng)的垂直速度表現(xiàn)為以900 hPa為上升運(yùn)動(dòng)中心，上升中心強(qiáng)度達(dá)-2.4 Pa/s。

4.2?熱力條件

4.2.1?假相當(dāng)位溫。

由圖6可知，颮線發(fā)生前θse鋒區(qū)在39 °N附近先是向南伸展至800 hPa高度，再向北傾斜至700 hPa高度，隨后又向南伸展至600 hPa高度，最后向北傾斜至對(duì)流層高層，這表明低層暖濕氣流活躍，且在34°N附近700～800 hPa大氣呈穩(wěn)定狀態(tài)，有利于未來強(qiáng)對(duì)流發(fā)生區(qū)域低層能量的累積，干冷中心位于37°N附近800～500 hPa，冷中心強(qiáng)度為-324 K。14：00（圖略），冷中心南移至33°N附近，且低層暖濕平流也有所加強(qiáng)，干冷空氣疊置于低層暖濕氣流之上，引發(fā)上升運(yùn)動(dòng)，突破了700～800 hPa大氣穩(wěn)定層結(jié)。

4.2.2?不穩(wěn)定能量。

大氣不穩(wěn)定層結(jié)是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的必要條件，選取上游徐州站探空資料進(jìn)行分析，結(jié)果見圖7。從08：00的T-lnP圖（圖7）可以看出，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)流有效位能達(dá)2 240.9 J/kg，SI指數(shù)為-3.02 ℃，K指數(shù)為39 ℃，850 hPa接近飽和，中高層為干層，上干下濕的層結(jié)結(jié)構(gòu)也有利于雷暴大風(fēng)天氣的產(chǎn)生。且-20 ℃層高度為7 310 m，0 ℃層高度在4 474 m，高度適宜，也有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

5?結(jié)論

（1）該次強(qiáng)颮線天氣過程是在深厚的東北冷渦背景下發(fā)生的，低層有暖中心配合，上冷下暖的不穩(wěn)定大氣層結(jié)構(gòu)，極易發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣;颮線過境前后，氣象要素變化明顯。

（2）在雷達(dá)圖上，颮線回波在東移南壓過程中發(fā)展迅速，“弓”狀特征愈發(fā)明顯，且弓狀對(duì)流回波帶內(nèi)有強(qiáng)烈發(fā)展的風(fēng)暴尺度的對(duì)流單體，風(fēng)暴后側(cè)入流缺口、中氣旋及速度模糊的出現(xiàn)，預(yù)示著地面極端大風(fēng)的發(fā)生;回波垂直剖面上存在一個(gè)有界弱回波區(qū)，且強(qiáng)回波伸展到10 km以上，遠(yuǎn)高于-20 ℃等溫線高度，非常有利于冰雹的形成。

（3）在颮線發(fā)展過程中，近地面層風(fēng)場垂直梯度增大，風(fēng)切變迅速增強(qiáng)，有利于對(duì)流風(fēng)暴的組織化和颮線的維持。

（4）θse的垂直分布顯示出對(duì)流層中低層存在一穩(wěn)定層?結(jié)，有利于低層能量的累積，隨著冷中心南移，干冷空氣疊置于低層暖濕氣流之上，引發(fā)上升運(yùn)動(dòng)，突破了之間大氣穩(wěn)定層結(jié)，引發(fā)了強(qiáng)對(duì)流。探空資料也顯示，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前大氣處于上干下濕的不穩(wěn)定狀態(tài)，并具有充沛的能量。

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