貴州一次暖區(qū)颮線過程的環(huán)境條件和結(jié)構(gòu)特征

聶 云，周繼先，李習(xí)瑾，冉 陽，陳 超

（1.貴州省銅仁市氣象局，貴州 銅仁 554300；2.貴州省碧江區(qū)氣象局，貴州 碧江 554300）

引 言

颮線是由多個(gè)雷暴單體側(cè)向排列的一種中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣，其過境時(shí)常表現(xiàn)出氣壓涌升、氣溫劇降、風(fēng)向突變、風(fēng)速急增等劇烈天氣變化，并伴有暴雨、雷暴、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣［1－2］，具有突發(fā)性強(qiáng)、空間尺度小、破壞性大等特點(diǎn)，往往給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳拓?cái)產(chǎn)造成重大危害。研究表明，颮線大多形成于上干下濕、不穩(wěn)定能量高和垂直風(fēng)切變強(qiáng)的環(huán)境條件下［3－6］，邊界層輻合線對(duì)颮線有觸發(fā)和加強(qiáng)作用［7］，地面冷池與低層環(huán)境風(fēng)垂直切變相互作用是颮線系統(tǒng)維持、發(fā)展和傳播的關(guān)鍵機(jī)制［8－9］。此外，尾部入流對(duì)颮線的發(fā)展及地面尾流低壓的形成具有重要作用［10］。目前，雖然對(duì)颮線的研究已比較深入，但颮線的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)極其復(fù)雜的物理過程，其形成過程可能受多種因素影響，特別是地面無冷空氣參與的暖區(qū)颮線過程。

貴州省強(qiáng)對(duì)流天氣主要發(fā)生在3—8月，以冰雹、短時(shí)強(qiáng)降水為主，且強(qiáng)對(duì)流天氣大多有地面冷空氣參與［11－13］。2018年5月 17—18日貴州省中北部出現(xiàn)一次以雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水為主，局地伴有冰雹的颮線混合強(qiáng)對(duì)流天氣，此次過程地面受熱低壓控制，近地面無冷空氣影響。由于此次強(qiáng)對(duì)流天氣形勢(shì)不明顯，加上對(duì)貴州暖區(qū)颮線認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致過程漏報(bào)。關(guān)于暖區(qū)的定義最早由黃土松等［14］提出，認(rèn)為暖區(qū)暴雨發(fā)生時(shí)華南一帶沒有鋒面存在，也不受冷空氣或變性冷高壓控制。參考此概念，將此次地面無冷空氣參與，受暖性低壓或偏南氣流影響產(chǎn)生的強(qiáng)對(duì)流定義為暖區(qū)強(qiáng)對(duì)流。本文利用地面常規(guī)氣象觀測(cè)資料、自動(dòng)站加密觀測(cè)資料、多普勒天氣雷達(dá)資料、探空資料以及NCEP逐6 h再分析資料（水平分辨率1°×1°），從環(huán)境場(chǎng)條件和地面溫、壓、風(fēng)演變以及雷達(dá)回波等方面進(jìn)行綜合診斷分析，探討此次暖區(qū)颮線的結(jié)構(gòu)特征和觸發(fā)維持機(jī)制，尋找具有預(yù)警指示意義的氣象預(yù)報(bào)因子，以期為今后貴州此類強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警提供參考。

1 天氣實(shí)況與環(huán)流背景

1.1 強(qiáng)對(duì)流天氣概況

2018年5月17 日午后到18日早晨，貴州中北部出現(xiàn)一次颮線引發(fā)的混合強(qiáng)對(duì)流天氣過程。過程期間，貴州19個(gè)區(qū)縣51站（6個(gè)國家站、45個(gè)區(qū)域站）出現(xiàn)8級(jí)以上雷暴大風(fēng)，其中17日19：15（北京時(shí)，下同）德江縣長豐鄉(xiāng)出現(xiàn)本次過程的最大瞬時(shí)風(fēng)速，達(dá)28.5 m·s－1（10級(jí)），桐梓、習(xí)水、大方、納雍、赫章、平壩等區(qū)縣出現(xiàn)小冰雹為主的降雹，桐梓縣冰雹直徑為2.0 cm；17日08：00至 18日 08：00，全省239站出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水（雨強(qiáng)為20 mm·h－1以上），過程最大雨量111.9 mm（江口縣快場(chǎng)區(qū)域站）、最大雨強(qiáng)74.4 mm·h－1（17日14：00—15：00，赤水市燕子巖區(qū)域站）［圖1（a）］。由于颮線系統(tǒng)的強(qiáng)對(duì)流雨帶較窄、雨強(qiáng)大，其東移造成的短時(shí)強(qiáng)降水站點(diǎn)分布與24 h大雨以上量級(jí)的雨區(qū)分布較為吻合［圖1（b）］。

綜上可見，此次混合強(qiáng)對(duì)流天氣造成的大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水范圍廣、強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)，而降雹時(shí)間短、范圍分散，且以小冰雹為主，是以雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水為主、局地夾雜著冰雹的一次罕見大范圍暖區(qū)颮線混合強(qiáng)對(duì)流天氣過程。

1.2 環(huán)流形勢(shì)

17日08：00 過程發(fā)生前［圖2（a）］，500 hPa歐亞中高緯地區(qū)（35°N以北）為“2槽1脊”形勢(shì)，副熱帶高壓穩(wěn)定在我國華南地區(qū)少動(dòng)，584 dagpm線在貴州東南部至湖南中北部一帶形成高壓脊；位于川東南的高原槽槽前和槽后分別有明顯的暖、冷平流，高原槽緩慢東移發(fā)展影響貴州，且槽前暖脊加強(qiáng)北伸，使得貴州中北部的環(huán)流經(jīng)向度加大，等溫線與等高線交角增大，導(dǎo)致該區(qū)域大氣斜壓不穩(wěn)定增強(qiáng)；95°E附近青藏高原南側(cè)有南支槽東移發(fā)展，配合低層850～700 hPa較強(qiáng)的西南低空急流，低層強(qiáng)暖平流將充沛的水汽向貴州輸送，850 hPa暖脊自云南向貴州伸展，在貴州中北部低層形成高溫高濕區(qū)（850 hPa上 T≥21℃、q≥15 g·kg－1），且850 hPa與500 hPa溫差達(dá)23℃以上，加大了高空槽前的對(duì)流不穩(wěn)定；重慶中部至川東一線850 hPa上存在切變，對(duì)應(yīng)地面有中尺度輻合線（圖略），850 hPa切變線是對(duì)流不穩(wěn)定觸發(fā)的主要?jiǎng)恿σ蜃樱孛孑椇暇€是產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流的地面觸發(fā)系統(tǒng)。地面氣壓場(chǎng)上，17日白天貴州受熱低壓控制［圖2（b）］，無冷空氣參與，白天太陽輻射增溫使得熱低壓強(qiáng)烈發(fā)展和不穩(wěn)定能量積聚，導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定度加大。17日08：00—20：00，200 hPa貴州中北部逐漸轉(zhuǎn)為反氣旋環(huán)流控制，20：00該區(qū)域低層850 hPa為輻合，散度值為 －10×10－5～0 s－1，高層200 hPa為輻散，輻散中心散度達(dá)40×10－5s－1以上［圖2（c）］，明顯強(qiáng)于低層輻合強(qiáng)度，使高層輻散與低層輻合的抽吸作用增強(qiáng)，有利于上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)和不穩(wěn)定能量觸發(fā)。

另外，過程發(fā)生時(shí)副熱帶高壓穩(wěn)定維持，貴州東南部584 dagpm線的阻擋使低層850 hPa切變線位置偏北，這是強(qiáng)對(duì)流發(fā)生在貴州中北部的原因之一，強(qiáng)對(duì)流區(qū)位于584 dagpm線西北側(cè)1.5～4個(gè)緯距?？梢?，在500 hPa高原槽和南支槽東移影響背景下，850 hPa切變線和地面輻合線是造成此次貴州中北部暖區(qū)混合強(qiáng)對(duì)流天氣的主要影響系統(tǒng)。

圖1 2018年5月17日08：00至18日08：00貴州省大風(fēng)（17.2 m·s－1以上）、短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹站點(diǎn)分布（a）和大雨以上量級(jí)雨區(qū)分布（b，單位：mm）Fig.1 The spatial distribution of gale（wind speed more than 17.2 m·s－1），short－term strong rainfall and hail stations（a）and precipitation areas with heavy rain and above（b，Unit：mm）from 08：00 BST 17 to 08：00 BST 18 May 2018 in Guizhou Province

圖2 2018年5月17日08：00天氣系統(tǒng)配置（a）和地面氣壓場(chǎng)（b，單位：hPa）以及20：00的850 hPa（黑色線）、200 hPa（紅色線）散度（單位：10－5 s－1）和200 hPa風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m·s－1）（c）Fig.2 The weather system configuration（a）and surface pressure field（b，Unit：hPa）at 08：00 BST 17 May，and 850 hPa（black lines），200 hPa（red lines）divergences（Unit：10－5 s－1）and 200 hPa wind field（wind shafts，Unit：m·s－1）at 20：00 BST 17 May（c），2018

2 環(huán)境條件

2.1 水汽條件

強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)的發(fā)展和維持需要充沛的水汽供應(yīng)［15］，且水汽輸送主要來自對(duì)流層低層。圖3是過程期間850 hPa風(fēng)場(chǎng)、水汽通量和水汽通量散度場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)850 hPa孟加拉灣至貴州有一條水汽輸送通道，來自孟加拉灣的偏南氣流攜帶的水汽經(jīng)中南半島中北部向東北方向輸送，途經(jīng)云南東部至廣西中北部再折向北輸送到貴州上空，孟加拉灣是此次強(qiáng)對(duì)流天氣的主要水汽源地。17日14：00［圖3（a）］，850 hPa水汽通量中心位于廣西中部，貴州中北部水汽通量為6～10 g·hPa－1·cm－1·s－1，850 hPa切變線東移至貴州西北部邊緣，切變線附近的畢節(jié)北部、遵義西北部地區(qū)有2個(gè)中尺度環(huán)流系統(tǒng)，其中心對(duì)應(yīng)水汽輻合中心，散度值分別在－6×10－6、－4×10－6g·hPa－1·cm－2·s－1以上，強(qiáng)對(duì)流在切變線附近觸發(fā)；20：00［圖3（b）］，850 hPa水汽通量大值區(qū)向北發(fā)展，貴州中北部水汽通量增至8～12 g·hPa－1·cm－1·s－1，對(duì)應(yīng)為－4×10－6g·hPa－1·cm－2·s－1以上的水汽輻合區(qū)，輻合中心值超過 －8×10－6g·hPa－1·cm－2·s－1，配合850 hPa切變線的動(dòng)力抬升作用，造成貴州中北部遵義、銅仁、畢節(jié)、貴陽、六盤水等地出現(xiàn)混合強(qiáng)對(duì)流天氣。

2.2 冷暖平流

大氣不穩(wěn)定層結(jié)是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展的必要條件，與溫、濕度垂直分布密切相關(guān)。5月17日08：00（圖略），貴州中北部850 hPa與500 hPa溫差為23～25℃，850～700 hPa低空西南急流已建立；14：00［圖4（a）］，850 hPa南風(fēng)分量加大，且貴州中北部偏南風(fēng)與等溫線接近垂直，有利于低空暖濕平流向該區(qū)域輸送；20：00，前期（08：00—20：00）低空暖平流輸送加強(qiáng)使得850 hPa增溫2～6℃，導(dǎo)致上述區(qū)域850 hPa與500 hPa溫差增至26～30℃（圖略）。從最大瞬時(shí)風(fēng)速最鄰近站點(diǎn)（108°E、28°N，強(qiáng)對(duì)流天氣主要發(fā)生在17日20：00前后）的溫度平流和風(fēng)場(chǎng)時(shí)間演變［圖4（b）］看出，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前隨著低空南風(fēng)分量的增大，暖平流輸送逐漸增強(qiáng)，700 hPa以下均處于暖平流中，有利于低層暖濕層結(jié)形成；20：00，在925～850 hPa之間有一暖平流中心，中心值超過3×10－5K·s－1，同時(shí)隨著高空冷溫度槽東移影響，在400 hPa附近形成冷平流區(qū)，中心強(qiáng)度達(dá) －3×10－5K·s－1以上，此外，800 hPa附近也有弱冷平流影響，伴隨著925～850 hPa暖平流的增強(qiáng)，大氣熱力不穩(wěn)定度增大，配合850 hPa切變系統(tǒng)的動(dòng)力抬升作用，暖平流中心附近上空對(duì)應(yīng)垂直運(yùn)動(dòng)負(fù)值中心，上升運(yùn)動(dòng)更有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展，其中熱力不穩(wěn)定度增大過程中低空暖濕平流輸送起主導(dǎo)作用。

圖3 2018年5月17日14：00（a）、20：00（b）850 hPa風(fēng)場(chǎng)（箭矢，單位：m·s－1）與水汽通量（線條，單位：g·hPa－1·cm－1·s－1）及輻合區(qū)水汽通量散度（陰影，單位：10－6 g·hPa－1·cm－2·s－1）Fig.3 The wind field（vectors，Unit：m·s－1），water vapor flux（lines，Unit：g·hPa－1·cm－1·s－1）and water vapor flux divergence in convergence area（shadows，Unit：10－6 g·hPa－1·cm－2·s－1）on 850 hPa at 14：00 BST（a）and 20：00 BST（b）17 May 2018

圖4 2018年5月17日14：00的850 hPa風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)矢桿，單位：m·s－1）和溫度場(chǎng)（黑色線，單位：℃）（a），16日20：00至18日02：00沿最大瞬時(shí)風(fēng)速最鄰近站點(diǎn)（108°E、28°N）的溫度平流（陰影，單位：10－5 K·s－1）、垂直速度（黑色線，單位：Pa·s－1）和風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)矢桿，單位：m·s－1）的時(shí)間 －高度剖面（b）以及17日08：00（c）、14：00（d）地面氣壓場(chǎng)（黑色線，單位：hPa）和溫度場(chǎng)（紅色數(shù)值，單位：℃）（紅色線為850 hPa切變線）Fig.4 The wind field（wind shafts，Unit：m·s－1）and temperature field（black lines，Unit：℃）on 850 hPa at 14：00 BST on May 17（a），and time－h(huán)eight section of temperature advection（shadows，Unit：10－5 K·s－1），vertical velocity（black lines，Unit：Pa·s－1）and wind field（wind shafts，Unit：m·s－1）along the position of 108°E，28°N from 20：00 BST 16 to 02：00 BST 18 May（b）and surface pressure field（black lines，Unit：hPa）and temperature field（red numbers，Unit：℃）at 08：00 BST（c）and 14：00 BST（d）May 17，2018（the red line for 850 hPa shear line）

地面上，17日08：00［圖4（c）］，西南地區(qū)東部至江淮、江漢一帶為低壓控制，低壓中心位于四川東南部，中心氣壓值為997.1 hPa；14：00［圖4（d）］，白天太陽輻射增溫使得地面熱低壓進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，貴州處在熱低壓控制范圍內(nèi)，且熱低壓中心東南移至貴州畢節(jié)東部至遵義西南部一帶，中心值降至995.9 hPa，貴州大部地區(qū)地面氣溫升至28℃以上，個(gè)別站點(diǎn)超過35℃，地面快速升溫導(dǎo)致大氣層結(jié)不穩(wěn)定度增強(qiáng)［16］。

綜上分析，這種低空暖平流的主導(dǎo)作用與我國中東部低層暖平流強(qiáng)迫類強(qiáng)對(duì)流天氣［17］有相似之處。然而，以往過多關(guān)注高空冷平流、地面冷空氣對(duì)貴州強(qiáng)對(duì)流天氣的影響，容易忽視地面熱低壓控制下低空暖濕平流對(duì)熱力不穩(wěn)定度增大作用，是造成此次強(qiáng)對(duì)流天氣漏報(bào)的原因之一。因此，在貴州地面無冷空氣影響，且地面熱低壓強(qiáng)烈發(fā)展、低空有切變系統(tǒng)東移的背景下，應(yīng)更多關(guān)注低層暖平流發(fā)展及之上冷平流對(duì)大氣熱力不穩(wěn)定度增大的作用。

2.3 氣象要素場(chǎng)垂直分布

探空曲線反映了探空站及其附近一定范圍內(nèi)氣象要素的垂直分布，能夠在一定程度上識(shí)別不同強(qiáng)對(duì)流天氣類型［18］。遵循時(shí)空臨近原則，結(jié)合颮線系統(tǒng)對(duì)各區(qū)域的影響時(shí)段［圖5（a）］，選取17日08：00貴陽站與20：00貴陽站、懷化站分別作為貴州北部（遵義、畢節(jié)）、中部（安順、貴陽、六盤水、黔南西北部）和東部（銅仁、黔東南、黔南東部）代表探空站，探討此次混合強(qiáng)對(duì)流天氣過程的大氣垂直結(jié)構(gòu)特征。探空數(shù)據(jù)與強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)間間隔在4 h以內(nèi)時(shí)指示性較好［19］，故利用14：00地面氣象要素對(duì)08：00貴陽站探空資料進(jìn)行訂正。

探空廓線顯示，17日08：00貴陽站［圖5（b）］、20：00懷化站［圖5（d）］均呈“上干冷、下暖濕”的溫濕層結(jié)，低層暖濕分布有利于風(fēng)暴發(fā)展增強(qiáng)，進(jìn)而產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水，中層干冷空氣卷入風(fēng)暴下沉氣流，一方面使雨滴強(qiáng)烈蒸發(fā)吸熱形成更強(qiáng)的下沉氣流，造成低層冷空氣外流，有利于地面產(chǎn)生大風(fēng)；另一方面強(qiáng)的低層冷空氣外流通過強(qiáng)迫抬升使得暖濕氣流上升加強(qiáng)，促進(jìn)對(duì)流發(fā)展，導(dǎo)致貴州北部、東部出現(xiàn)以短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴大風(fēng)為主，局地夾雜降雹的混合強(qiáng)對(duì)流天氣。17日20：00貴陽探空廓線演變?yōu)椤癤”型結(jié)構(gòu)［20］，即邊界層低層為干暖氣團(tuán)，大氣呈干絕熱特征，中低層為濕層，中高層為干冷氣層［圖5（c）］。約22：00強(qiáng)對(duì)流開始影響貴州中部地區(qū)，故貴陽站20：00的T－ln P圖反映了該區(qū)域臨近對(duì)流的狀態(tài)；從水汽垂直分布來看，貴陽站溫度露點(diǎn)差小于4℃的濕層高度較高（700～600 hPa），對(duì)流觸發(fā)后，一方面濕層附近降水云團(tuán)下降進(jìn)入干暖的低層產(chǎn)生蒸發(fā)降溫，加上中層干冷空氣卷入風(fēng)暴下沉氣流的蒸發(fā)冷卻作用，導(dǎo)致貴州中部產(chǎn)生雷暴大風(fēng)；另一方面，雨滴蒸發(fā)不利于短時(shí)強(qiáng)降水形成，貴州中部安順、貴陽一帶的降雨強(qiáng)度、短時(shí)強(qiáng)降水密度均明顯小于東部和北部。

垂直風(fēng)切變對(duì)風(fēng)暴的發(fā)展和組織有重要作用［21－22］。結(jié)合圖5和表1分析發(fā)現(xiàn)，此次過程是以風(fēng)速垂直切變?yōu)橹鞯摹暗蛯优搅鲝?qiáng)迫類”強(qiáng)對(duì)流。17日08：00，貴陽站 500 hPa為8 m·s－1的西南風(fēng)，與地面的風(fēng)矢量差僅4.6 m·s－1，而400 hPa西南偏西風(fēng)迅速增大至18 m·s－1，與地面的風(fēng)矢量差達(dá) 16.0 m·s－1，達(dá)到中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變［23］；20：00，貴陽站、懷化站地面與500 hPa風(fēng)矢量差均達(dá)11 m·s－1以上，配合低層暖平流、高層冷平流的熱力不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，有利于對(duì)流發(fā)展。

貴陽站、懷化站環(huán)境參數(shù)（表1）顯示，過程期間850 hPa與500 hPa的 θse差值為18.4～25.2℃，表明貴州中北部大氣層結(jié)不穩(wěn)定，尤其北部、東部不穩(wěn)定性更強(qiáng)；0℃層高度維持在5 km以上，且白天低層增暖，融化層進(jìn)一步增厚，不利于冰雹產(chǎn)生，有降雹但以局地小冰雹為主。對(duì)比貴陽站兩時(shí)刻的K指數(shù)發(fā)現(xiàn)，08：00中層700 hPa很干，溫度露點(diǎn)差為11℃，K指數(shù)相對(duì)較小，但大氣“上干下濕”的特征明顯，且訂正后的 CAPE值達(dá) 2054.0 J·kg－1；20：00，K指數(shù)明顯增大，大氣層結(jié)演變?yōu)椤癤”型結(jié)構(gòu)，同時(shí) CAPE值減小至 532.6 J·kg－1，這主要由低層大氣濕度減小引起氣塊抬升凝結(jié)高度和自由對(duì)流高度升高造成。20：00懷化站K指數(shù)為37℃、CAPE值達(dá) 1378.6 J·kg－1。以上分析可見，貴州北部、東部的不穩(wěn)定條件和能量條件比中部更好，導(dǎo)致北部、東部對(duì)流強(qiáng)度及密度明顯高于中部。此外，各時(shí)刻均存在一定的下沉對(duì)流有效位能（DCAPE），這對(duì)雷暴大風(fēng)有一定指示意義［24］，且抬升凝結(jié)高度均較高，說明850 hPa切變線的外力抬升作用是造成此次強(qiáng)對(duì)流的關(guān)鍵系統(tǒng)。

圖5 2018年5月17—18日颮線系統(tǒng)主體逐2 h演變（a）和17日08：00貴陽站（b）及20：00貴陽站（c）、懷化站（d）探空廓線Fig.5 The 2－h(huán)our evolution of main part of squall line system from 17 to 18 May（a），and corrected T－ln P profile at Guiyang station at 08：00 BST 17 May（b）and T－ln P profiles at Guiyang（c）and Huaihua（d）stations at 20：00 BST 17 May，2018

表1 2018年5月17日08：00（CAPE與DCAPE訂正到14：00）和20：00貴陽站、懷化站環(huán)境要素Tab.1 The environmental elements at Guiyang and Huaihua radiosonde stations at 08：00 BST（CAPE and DCAPE revised to 14：00 BST）and 20：00 BST on May 17，2018

3 颮線與地面溫壓場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的關(guān)系

在有利的大尺度環(huán)流背景下，強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生、發(fā)展及減弱主要取決于低層觸發(fā)機(jī)制［25］。貴州地處高原山地，山巒起伏，受雷達(dá)站位置、仰角等因素限制，多數(shù)時(shí)候無法直接從雷達(dá)資料中捕捉到近地層信息。近年來，隨著自動(dòng)氣象站加密觀測(cè)資料的有效應(yīng)用，地面場(chǎng)特征及演變分析更加直觀有效。對(duì)貴州84個(gè)地面自動(dòng)站觀測(cè)資料分析發(fā)現(xiàn)，此次暖區(qū)颮線過程中對(duì)流的初生、發(fā)展、消亡與地面溫壓場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)演變有密切關(guān)系。

3.1 初生階段

圖6是 17日 13：00、14：00（對(duì)流初生階段）貴州省1 h變壓場(chǎng)與瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)和雷達(dá)組合反射率?？梢钥闯?，17日 13：00［圖6（a）］，由于下墊面熱力差異，貴州西北部出現(xiàn)東北—西南向顯著的負(fù)變壓區(qū)（－0.5 hPa·h－1以下），中心值達(dá) －0.9 hPa·h－1，且在變壓梯度大值區(qū)或“負(fù)變壓中心”附近形成偏南風(fēng)與偏北風(fēng)的中尺度擾動(dòng)輻合線，輻合線附近有若干對(duì)流單體觸發(fā)；14：00［圖6（b）］，貴州西北部1 h負(fù)變壓中心東移至銅仁西部，且中心值增大至－1.4 hPa·h－1，西北部邊緣受雷暴高壓影響，赤水站1 h正變壓值達(dá)0.8 hPa·h－1，變壓梯度增強(qiáng)，對(duì)流單體在變壓梯度大值區(qū)及地面輻合線附近發(fā)展為東北—西南向帶狀回波，范圍和強(qiáng)度均明顯增大，且該區(qū)域上空對(duì)應(yīng)有850 hPa切變線動(dòng)力抬升作用。與13：00相比，14：00中尺度輻合線北側(cè)的偏北風(fēng)由2～4 m·s－1增大至4～8 m·s－1?？梢姡孛嬷谐叨葦_動(dòng)輻合、1 h變壓梯度的增大與對(duì)流發(fā)生發(fā)展呈明顯正相關(guān)。

根據(jù)自由大氣地轉(zhuǎn)偏差原理［26］，氣壓的局地變化造成氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力不平衡產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏差，稱為變壓風(fēng)。強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前期，地面風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)輻合線的移動(dòng)與變壓風(fēng)有關(guān)［27］。變壓風(fēng)的計(jì)算公式［26］：

式中：f（10－4s－1）為地轉(zhuǎn)參數(shù)；ρ（kg·m－3）為大氣密度；為水平變壓梯度。變壓風(fēng)與水平變壓梯度大小成正比，方向與水平變壓梯度方向一致，負(fù)變壓中心對(duì)應(yīng)變壓風(fēng)輻合。

根據(jù)公式（1）可知，一方面變壓梯度大值區(qū)產(chǎn)生的變壓風(fēng)較大，形成擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)，另一方面由于熱力差異在變壓梯度大值區(qū)形成多個(gè)“負(fù)變壓中心”，變壓風(fēng)的輻合也會(huì)造成擾動(dòng)風(fēng)場(chǎng)，最終形成風(fēng)的不連續(xù)線，在有利的環(huán)境條件下觸發(fā)對(duì)流的發(fā)生、發(fā)展。

圖6 2018年5月17日13：00（a）、14：00（b）貴州地面自動(dòng)站1 h變壓場(chǎng)（藍(lán)色等值線，單位：hPa·h－1）與瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m·s－1）及雷達(dá)組合反射率（彩色陰影，單位：dBZ）（黑色實(shí)線是地面中尺度輻合線，下同）Fig.6 The 1－h(huán)our allobaric field（blue isolines，Unit：hPa·h－1）and instantaneous wind field（wind shafts，Unit：m·s－1）at automatic weather stations in Guizhou and radar composite reflectivity（color shadows，Unit：dBZ）at 13：00 BST（a）and 14：00 BST（b）on May 17，2018（the black solid line for ground mesoscale convergence line，the same as below）

3.2 颮線發(fā)展階段

17日16：00 ［圖7（a）］，變壓風(fēng)擾動(dòng)在桐梓附近形成“人”字型輻合線，輻合線與颮線相交于桐梓西南部，交點(diǎn)附近產(chǎn)生的強(qiáng)輻合中心使對(duì)流強(qiáng)烈發(fā)展［27］為雹暴，雹暴位于颮線頂端，最大回波強(qiáng)度達(dá)65 dBZ。從17日15：41的雷達(dá)反射率因子垂直剖面（圖略）看出，低層有界弱回波區(qū)寬廣，中高層回波懸垂，且有界弱回波區(qū)之上有65 dBZ的強(qiáng)反射率因子核，60 dBZ的強(qiáng)回波伸展至12 km；17日15：35—15：41，桐梓西南部風(fēng)水鄉(xiāng)一帶 VIL從50 kg·m－2以下躍增至75 kg·m－2以上，這是由云內(nèi)含雹量急劇增加所導(dǎo)致；之后，60 kg·m－2以上的 VIL值一直持續(xù)到15：59（圖略），颮線的強(qiáng)烈發(fā)展導(dǎo)致桐梓出現(xiàn)雷暴大風(fēng)、2.0 cm大冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水。

17日17：00 ，隨著颮線的發(fā)展，地面氣壓場(chǎng)上颮線前低壓、雷暴高壓和尾流低壓等颮線中尺度特征明顯（圖略），颮線造成貴州37站短時(shí)強(qiáng)降水，最大雨強(qiáng)為60 mm·h－1，強(qiáng)降水造成明顯的負(fù)變溫，負(fù)變溫中心強(qiáng)度達(dá) －10℃·h－1［圖7（b）］，是強(qiáng)降水的拖曳和劇烈蒸發(fā)冷卻作用在地面形成冷池造成，冷池的負(fù)變溫中心位于強(qiáng)回波正下方；對(duì)應(yīng)變壓場(chǎng)［圖7（c）］上，雷暴高壓造成的1 h正變壓中心達(dá)2.7 hPa·h－1，颮線最強(qiáng)回波位于正變壓中心附近，正變壓前側(cè)為明顯的負(fù)變壓區(qū)（中心值為－0.9 hPa·h－1），該區(qū)域有離散的新對(duì)流單體觸發(fā)，這是由颮線冷池出流與周圍偏南暖濕入流形成的輻合抬升以及負(fù)變壓中心變壓風(fēng)的輻合抬升造成。18：00［圖7（d）］，颮線朝著其前側(cè)負(fù)變壓區(qū)方向移動(dòng)和發(fā)展，冷池增強(qiáng)，導(dǎo)致變溫梯度進(jìn)一步加大，颮線強(qiáng)回波與變溫梯度大值區(qū)對(duì)應(yīng)，線狀特征最顯著，帶狀回波從貴州東北部道真縣一直延伸至西部威寧縣，長度達(dá)480 km。需注意的是，18：00的1 h變溫場(chǎng)上有3個(gè)負(fù)變溫中心對(duì)應(yīng)的3個(gè)冷池A、B和 C，其負(fù)變溫中心值分別為 －4.6、－7.0和－5.8℃·h－1，冷池 B、C的變溫梯度明顯大于 A。與前一時(shí)次相比，負(fù)變溫中心A附近的變壓梯度明顯減弱，對(duì)應(yīng)地面輻合線西段畢節(jié)中東部風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)輻合也明顯減弱，說明該區(qū)域風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)的動(dòng)力觸發(fā)作用減弱；颮線西段的負(fù)變壓中心位于其南側(cè)，說明颮線西段將沿著前側(cè)的負(fù)變壓中心南移，而輻合線中東部的冷池B、C加強(qiáng)，使冷池邊界快速向東擴(kuò)展，該區(qū)域?qū)α飨到y(tǒng)東移速度加快以維持風(fēng)暴平衡狀態(tài)［28］，預(yù)示著颮線系統(tǒng)將在畢節(jié)中東部地區(qū)分裂成東西兩段，且強(qiáng)度逐漸減弱。20：00［圖5（a）］，颮線斷裂成東西兩段，東段位于銅仁西北部至遵義東南部，西段位于畢節(jié)中南部至六盤水北部。

3.3 颮線維持階段

颮線17日20：00斷裂成東西兩段，東段對(duì)貴州東北部的影響持續(xù)到18日00：00，西段對(duì)貴州中部、東南部的影響持續(xù)到18日08：00，造成上述區(qū)域大范圍混合強(qiáng)對(duì)流天氣。根據(jù)RKW理論［29－30］，低層環(huán)境垂直風(fēng)切變和近地面冷池的相互作用是颮線發(fā)展維持的重要?jiǎng)恿蜔崃l件，當(dāng)近地面冷池出流造成的水平負(fù)渦度和低層環(huán)境垂直風(fēng)切變?cè)斐傻乃秸郎u度近似平衡時(shí)，對(duì)颮線的維持和發(fā)展最有利，且冷池的作用在雷暴后期更為顯著。

圖7 2018年 5月17日 16：00（a）、17：00（b、c）和18：00（d）貴州地面瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m·s－1）與雷達(dá)組合反射率（陰影，單位：dBZ）（a）以及地面1 h變溫場(chǎng)（紅色等值線，單位：℃·h－1）、瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m·s－1）與雷達(dá)組合反射率（陰影，單位：dBZ）（b、d）和地面1 h變壓場(chǎng)（藍(lán)色等值線，單位：hPa·h－1）、瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m·s－1）與雷達(dá)組合反射率（陰影，單位：dBZ）（c）Fig.7 The surface instantaneous wind field（wind shafts，Unit：m·s－1）and radar composite reflectivity（shadows，Unit：dBZ）（a），and surface 1－h(huán)our variable temperature field（red isolines，Unit：℃·h－1），instantaneous wind field（wind shafts，Unit：m·s－1），radar composite reflectivity（shadows，Unit：dBZ）（b，d）and surface 1－h(huán)our allobaric field（blue isolines，Unit：hPa·h－1），instantaneous wind field（wind shafts，Unit：m·s－1）and radar composite reflectivity（shadows，Unit：dBZ）（c）at 16：00 BST（a），17：00 BST（b，c），18：00 BST（d）on May 17，2018 in Guizhou

對(duì)東段的雷達(dá)回波跟蹤發(fā)現(xiàn)，17日20：00—23：00一直維持著50 dBZ以上的帶狀回波，到18日00：00，回波迅速減弱移出銅仁市。17日20：00，地面1 h正變壓中心強(qiáng)度為4.2 hPa·h－1［圖8（a）］，1 h負(fù)變溫中心（德江站）強(qiáng)度為－9.1℃·h－1（圖略），強(qiáng)回波在正變壓中心及附近變壓梯度大值區(qū)發(fā)展旺盛，17日19：00—20：00東段回波造成22站短時(shí)強(qiáng)降水和10站雷暴大風(fēng)，其中德江縣城19：09—19：16持續(xù)出現(xiàn)20 m·s－1以上的雷暴大風(fēng)；風(fēng)場(chǎng)上，風(fēng)暴系統(tǒng)適中的冷池強(qiáng)度使其前側(cè)出流邊界的出流風(fēng)速較?。?～6 m·s－1），從而導(dǎo)致東段回波前側(cè)的輻合線與其保持著一定距離，對(duì)應(yīng)回波強(qiáng)度維持。17日21：00（圖略），東段地面1 h負(fù)變溫中心強(qiáng)度增大至－10.1℃·h－1，之后逐漸減弱，對(duì)應(yīng)回波也隨之減弱。根據(jù)RKW理論，此時(shí)地面冷池過強(qiáng)產(chǎn)生的水平負(fù)渦度大于低層環(huán)境垂直風(fēng)切變產(chǎn)生的正渦度，使其前沿上升氣流逐漸向冷池一側(cè)傾斜，不利于雷暴前方新生單體的形成。17日23：00［圖8（b）］，冷池負(fù)變溫中心強(qiáng)度減弱至－3.9℃·h－1，變溫梯度明顯減小，東段前側(cè)的出流風(fēng)速增大至6～14 m·s－1，導(dǎo)致陣風(fēng)鋒遠(yuǎn)離風(fēng)暴主體，風(fēng)暴前側(cè)的輻合上升氣流逐漸被冷池切斷；18日00：00（圖略），東段回波的線狀特征不明顯，風(fēng)暴反射率因子迅速減小，對(duì)流減弱消亡。

西段的雷達(dá)回波演變發(fā)現(xiàn)，17日20：00至18日01：00回波的帶狀特征明顯，強(qiáng)回波中心在50 dBZ以上，造成畢節(jié)、安順、貴陽等地強(qiáng)對(duì)流天氣；18日01：00—06：00回波逐漸減弱東移出黔東南州。18日01：00［圖8（c）］，地面 1 h變壓場(chǎng)上颮線前低壓、雷暴高壓和尾流低壓明顯，強(qiáng)回波帶位于正變壓中心及附近變壓梯度大值區(qū)，對(duì)應(yīng)地面風(fēng)場(chǎng)上雷暴高壓中尺度環(huán)流清晰，地面1 h負(fù)變溫中心強(qiáng)度最強(qiáng)（－7.8℃·h－1），變溫梯度最大，之后逐漸減弱。根據(jù)RKW理論，強(qiáng)冷池將導(dǎo)致風(fēng)暴前側(cè)垂直上升運(yùn)動(dòng)快速減弱，破壞了風(fēng)暴的維持和發(fā)展機(jī)制，預(yù)示著西段回波減弱。18日02：00［圖8（d）］，西段地面1 h負(fù)變溫中心強(qiáng)度減弱至－4.5℃·h－1，冷池不斷擴(kuò)張導(dǎo)致變溫梯度明顯減弱，對(duì)流回波強(qiáng)度下降到50 dBZ以下，且逐漸減弱至消亡。值得注意的是，與東段相比，西段的冷池強(qiáng)度相對(duì)較弱，18日02：00—06：00西段前側(cè)一直維持著相對(duì)較小的冷池出流風(fēng)速（2～6 m·s－1），使得陣風(fēng)鋒無法快速遠(yuǎn)離風(fēng)暴主體，配合850 hPa切變線的動(dòng)力抬升作用，西段沿輻合線方向東移，其對(duì)貴州的影響持續(xù)到18日早晨。

圖8 2018年5月17日20：00（a）、23：00（b）和18日01：00（c）、02：00（d）貴州地面1 h變壓場(chǎng)（藍(lán)色等值線，單位：hPa·h－1）（a、c）及 1 h變溫場(chǎng)（紅色等值線，單位：℃·h－1）（b、d）與相應(yīng)時(shí)次地面瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m·s－1）和雷達(dá)組合反射率（彩色陰影，單位：dBZ）Fig.8 The surface 1－h(huán)our allobaric field（blue isolines，Unit：hPa·h－1）（a，c），1－h(huán)our variable temperature field（red isolines，Unit：℃·h－1）（b，d）and corresponding surface instantaneous wind field（wind shafts，Unit：m·s－1），radar composite reflectivity（color shadows，Unit：dBZ）at 20：00 BST（a）and 23：00 BST（b）17 May，01：00 BST（c）and 02：00 BST（d）18 May，2018 in Guizhou

綜上分析，颮線強(qiáng)回波主要集中在正變壓中心及其附近變壓梯度大值區(qū)，地面風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)輻合線提供的觸發(fā)抬升機(jī)制，在觸發(fā)對(duì)流的同時(shí)還促進(jìn)對(duì)流組織化發(fā)展，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有較好的指示意義；颮線向其前方地面1 h負(fù)變壓中心及地面中尺度輻合線移動(dòng)和發(fā)展，地面冷池對(duì)颮線的發(fā)展和維持起重要作用。

4 颮線結(jié)構(gòu)與移動(dòng)

從雷達(dá)回波形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，造成此次貴州省混合強(qiáng)對(duì)流天氣的是具有前導(dǎo)對(duì)流線和尾隨層狀云區(qū)的颮線系統(tǒng)［1］。由于雷達(dá)對(duì)近距離風(fēng)暴信息的探測(cè)能力更強(qiáng)，故選取17日22：00左右的銅仁站雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)颮線系統(tǒng)回波結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。17日22：28，颮線包含對(duì)流區(qū)和層狀云區(qū)兩部分，對(duì)流區(qū)由排列為帶狀發(fā)展較旺盛的對(duì)流單體組成［圖9（a）］，云頂高度達(dá)10 km以上［圖9（b）］，對(duì)流云帶前方低層暖濕入流進(jìn)入颮線，新的對(duì)流單體在此區(qū)域不斷生成，而在對(duì)流云帶后方，老對(duì)流云逐漸消亡，且形成較寬闊的尾隨層狀云區(qū)，范圍達(dá)80 km以上，雷達(dá)組合反射率因子普遍在40 dBZ以下，降雨均勻、強(qiáng)度較小，表現(xiàn)出“前導(dǎo)線和尾隨層狀云區(qū)”的特殊結(jié)構(gòu)。根據(jù)颮線移動(dòng)方向自颮線頂端沿圖9（a）中黑實(shí)線作反射率因子垂直剖面圖9（b）?？梢钥闯?，17日22：28，距離雷達(dá)站約30 km處有強(qiáng)風(fēng)暴單體維持，且低層有明顯的弱回波區(qū)，對(duì)應(yīng)平均徑向速度剖面上有明顯的入流，該對(duì)流單體前側(cè)有一支上升氣流向后傾斜，并在風(fēng)暴上部分成兩支，一支向前，一支向后，同時(shí)其后側(cè)中層有一支由后向前的入流急流位于前側(cè)傾斜上升氣流下方［圖9（c）］。此時(shí)，由前向后的上升氣流將強(qiáng)對(duì)流單體上部的冰粒子向后平流輸送到尾隨層狀云區(qū)，其下落過程中發(fā)生融化，在颮線后方30～50 km處的3 km高度附近形成融化層，表現(xiàn)為30～45 dBZ的亮帶。

圖9 2018年5月17日22：28銅仁雷達(dá)站組合反射率因子（a，單位：dBZ）及沿圖9（a）中黑線的反射率因子垂直剖面（b，單位：dBZ）和黑色矩框內(nèi)黑線的平均徑向速度垂直剖面（c，單位：m·s－1）（白色橢圓區(qū)在反射率因子和徑向速度垂直剖面圖上分別表示為弱回波區(qū)、入流區(qū)，黑色箭頭線表示颮線系統(tǒng)內(nèi)部氣流方向）Fig.9 The combined reflectivity factor（a，Unit：dBZ）and the vertical section of reflectivity factor along the black line（b，Unit：dBZ）and mean radial velocity along the black line inside the black rectangle（c，Unit：m·s－1）in Fig.a at Tongren radar station at 22：28 BST on May 17，2018（the white ellipse area for the weak echo area of reflectivity factor and the inflow area of radial velocity，respectively，the black arrow lines for the airflow direction inside the squall line system）

颮線的結(jié)構(gòu)與環(huán)境條件密切相關(guān)，此類颮線常發(fā)生在垂直風(fēng)切變相對(duì)較小的環(huán)境中。此次混合強(qiáng)對(duì)流天氣過程，貴州中北部地面與500 hPa垂直風(fēng)切變相對(duì)偏小，為 4.6～12.2 m·s－1，且700～500 hPa風(fēng)速垂直切變也較小，其中 17日20：00懷化站500 hPa和700 hPa風(fēng)速分別為14、10 m·s－1，貴陽站分別為 12、6 m·s－1，符合“前導(dǎo)線和尾隨層狀云區(qū)”特征颮線系統(tǒng)產(chǎn)生的環(huán)境條件［31］。這類颮線屬于傳播型風(fēng)暴，以離散傳播為主。在此次颮線混合強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)，500 hPa引導(dǎo)層盛行西南風(fēng)，颮線系統(tǒng)并未受西南風(fēng)引導(dǎo)向東北方向移動(dòng)，而是東移，引導(dǎo)氣流方向與颮線系統(tǒng)移動(dòng)方向相差近45°，給短臨預(yù)報(bào)造成困難，在今后貴州短臨預(yù)報(bào)中遇到類似颮線過程時(shí)應(yīng)引起重視。

5 結(jié) 論

（1）貴州此次暖區(qū)強(qiáng)迫類颮線過程產(chǎn)生的有利條件：在貴州東南部至湖南中北部一帶高壓脊發(fā)展北伸，使得貴州中北部上空500 hPa等溫線與等高線交角增大，大氣斜壓不穩(wěn)定增強(qiáng)；200 hPa反氣旋環(huán)流使對(duì)流區(qū)高空輻散抽吸和通風(fēng)作用增強(qiáng)；南支槽配合西南低空急流，加大低層強(qiáng)暖平流和水汽輸送；白天太陽輻射增溫使地面熱低壓強(qiáng)烈發(fā)展，不穩(wěn)定能量積聚，大氣層結(jié)不穩(wěn)定度加大。在上述環(huán)流形勢(shì)下，850 hPa切變線和地面輻合線是對(duì)流觸發(fā)和加強(qiáng)的主要影響系統(tǒng)。

（2）此次過程的熱力不穩(wěn)定增長機(jī)制主要是低空強(qiáng)暖濕平流疊加高空冷平流，且前者對(duì)熱力不穩(wěn)定增長起主導(dǎo)作用，預(yù)報(bào)時(shí)應(yīng)更多關(guān)注低層暖平流發(fā)展和之上冷平流的影響。貴州中低層垂直風(fēng)切變以風(fēng)速切變?yōu)橹鳎覗|部、北部的不穩(wěn)定條件和能量條件較中部更好，從而造成對(duì)流的強(qiáng)度和密度明顯高于中部。此外，抬升凝結(jié)高度較高，850 hPa切變線的外力抬升作用是造成此次強(qiáng)對(duì)流的關(guān)鍵因子，而一定強(qiáng)度的DCAPE對(duì)雷暴大風(fēng)有指示意義。

（3）地面風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)輻合線提供觸發(fā)抬升機(jī)制，在有利的環(huán)境條件下，其觸發(fā)對(duì)流的同時(shí)還能促進(jìn)對(duì)流組織化發(fā)展，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有較好的指示意義。颮線朝著前方地面1 h負(fù)變壓中心及地面中尺度輻合線移動(dòng)和發(fā)展，地面冷池與低層環(huán)境風(fēng)的相互作用對(duì)颮線發(fā)展和維持起重要作用。

（4）此次暖區(qū)颮線系統(tǒng)具有前導(dǎo)對(duì)流線和尾隨層狀云區(qū)的特征，屬于傳播型風(fēng)暴，以離散傳播為主。