吉安春季一次颮線天氣過程分析

王文娟 張曉露 郭丹

關(guān)鍵詞低空急流;輻合線;不穩(wěn)定;弓形回波;逗點云系

吉安市地處長江以南，位于江西省中西部，境內(nèi)地形條件復(fù)雜，山脈、丘陵和平原交錯，水系發(fā)達(dá)，贛江穿城而過。每年春季江南地區(qū)進(jìn)入強(qiáng)對流天氣高發(fā)時段，常常給經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民群眾生命安全帶來嚴(yán)重威脅。為探究強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展機(jī)理，不少氣象專家學(xué)者開展了相關(guān)研究，也取得了很多科研成果。許愛華等通過分析中國中東部強(qiáng)對流天氣的天氣形勢分類和基本要素配置特征，提出了強(qiáng)對流天氣5種基本類別：冷平流強(qiáng)迫類、暖平流強(qiáng)迫類、斜壓鋒生類、準(zhǔn)正壓類、高架對流類：葉愛芬等指出中高層強(qiáng)冷空氣入侵配合地面中尺度低壓的發(fā)展，導(dǎo)致不穩(wěn)定能量突增：下濕上干的不穩(wěn)定層結(jié)、合適的0℃層與-20℃層高度利于大冰雹的形成;強(qiáng)有力的中尺度抬升系統(tǒng)和強(qiáng)垂直風(fēng)切變直接導(dǎo)致強(qiáng)對流的發(fā)生，并使強(qiáng)對流長時間維持：陳梓浩等指出冷鋒、切變線南壓為觸發(fā)颮線的主要機(jī)制，各層急流出現(xiàn)相交，且明顯的上干下濕和上冷下暖的垂直結(jié)構(gòu)有利于颮線進(jìn)一步發(fā)展與維持。

本文利用NCEP再分析資料和多源氣象觀測資料，對2020年5月15日吉安出現(xiàn)的一次颮線天氣過程進(jìn)行天氣學(xué)診斷分析，總結(jié)其中的發(fā)生發(fā)展成因及機(jī)理，找出識別判據(jù)，以期為今后預(yù)報此類天氣提供一些經(jīng)驗參考。

1天氣實況

2020年5月15日午后至上半夜，吉安出現(xiàn)一次區(qū)域性強(qiáng)對流天氣，具備典型的颮線天氣系統(tǒng)特征，所經(jīng)之處伴隨明顯大風(fēng)、短時強(qiáng)降水和局地冰雹天氣。據(jù)氣象觀測資料統(tǒng)計，共有14個站出現(xiàn)短時8級以上雷雨大風(fēng)，以永豐高山站26.3m/s（10級）大風(fēng)為最大，吉水盤谷、永豐古田出現(xiàn)小冰雹天氣，吉安中東部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨天氣，15日08：00～16日08：00全市平均雨量18.4mm，以青原區(qū)37.1mm為最大，永豐縣30mm次之，共有27個站超過50mm，以青原區(qū)東固站84.5mm為最大。

2環(huán)流背景分析

2.1500 hPa分析

5月15日08：00 500 hPa歐亞中高緯為“兩槽一脊”，烏拉爾山為一高壓脊，脊前不斷有冷空氣沿新疆經(jīng)河套影響黃河以北地區(qū)，貝加爾湖地區(qū)為一低槽，華北至東北地區(qū)有低槽活動，槽后弱冷空氣擴(kuò)散南下影響長江中下游一帶。中低緯位于四川東部和廣西境內(nèi)，分別有高原和南支槽逐漸東移，南北槽經(jīng)向度較大，西太平洋副高位置偏南，主體位居海上，吉安處在槽前強(qiáng)盛的西南暖濕氣流控制之下，暖平流特征非常明顯，高空槽前正渦度平流加強(qiáng)了低層上升運(yùn)動的發(fā)展，隨著高空槽逐漸東移，南支槽前暖平流與北支槽后弱冷平流疊加于江南上空觸發(fā)強(qiáng)對流天氣;14：00高原槽與南支槽合并東移，槽前正渦度平流明顯加強(qiáng)，強(qiáng)對流天氣強(qiáng)烈發(fā)展;20：00隨著槽前正渦度平流東移減弱，強(qiáng)對流天氣也趨于結(jié)束（圖1）。

2.2 700 hPa、850 hPa分析

通過分析5月15日08：00中低層700 hPa、850 hPa高空圖可知，江西中北部中低層均處明顯高濕區(qū)中（T-Td≤3℃），同時850 hPa比濕為（11-12）g/kg，位于兩廣北部有明顯的低空急流大風(fēng)速軸伸向我省，吉安處于850 hPa低空急流出口區(qū)和西南風(fēng)速輻合區(qū)中，具備良好的水汽、動力輻合拾升條件，對流不穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，對當(dāng)日午后強(qiáng)對流天氣發(fā)展極為有利。

2.3 925 hPa分析

從15日08：00 925 hPa實況分析可知，南昌、贛州站西南風(fēng)速分別為（8-10）m/s，尤其位于兩廣北部至江西中南部有明顯的超低空急流存在，贛中位于風(fēng)速輻合區(qū)，且江西中北部T-Td≤1℃，比濕值接近15 g/kg，近地層接近飽和狀態(tài)，同時江西境內(nèi)處于20cc暖脊控制之下，具備顯著的高溫、高濕熱力不穩(wěn)定特征，這也為強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展創(chuàng)造了有利的不穩(wěn)定條件。

2.4地面形勢

5月15日08：00吉安處于地面暖低壓倒槽控制下，大氣中不穩(wěn)定能量較高，08：00前強(qiáng)對流區(qū)域主要位于我省北部，吉安位于強(qiáng)對流區(qū)域南緣，其中新干-峽江-安福-線有一條東北-西南向的輻合線逐漸發(fā)展，境內(nèi)存在明顯的溫度鋒區(qū)：11：00峽江一帶有一中小尺度低壓環(huán)流中心發(fā)展，且存在明顯的氣旋式切變，上升運(yùn)動發(fā)展強(qiáng)烈，受此小尺度低壓中心東南移影響，位于宜春至萍鄉(xiāng)一帶的颮線系統(tǒng)快速向東南方向移動;受颮線前側(cè)中小尺度輻合系統(tǒng)的影響，12：OO-13：00地面輻合線南北溫差高達(dá)12℃，對流不穩(wěn)定特征顯著增強(qiáng)：隨著颮線系統(tǒng)的快速發(fā)展東南移，吉安中東部部分出現(xiàn)明顯的大風(fēng)和短時強(qiáng)降水天氣：14：00受輻合線影響，南部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)先后出現(xiàn)強(qiáng)雷電、短時強(qiáng)降水和雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣。

綜上分析表明，“5.15”颮線天氣過程是一次由低層暖平流強(qiáng)迫觸發(fā)形成的中小尺度天氣系統(tǒng)，高空低槽、低空急流、地面輻合線和中小尺度低壓是主要影響系統(tǒng)。

3物理量診斷分析

3.1水汽條件

通過對15日中低層700 hPa、850hPa比濕、水汽通量散度場分析發(fā)現(xiàn)（圖略）：15日強(qiáng)對流天氣區(qū)域的移動變化與比濕、水汽通量負(fù)散度中心大值區(qū)呈較好的對應(yīng)關(guān)系：當(dāng)日08：00、14：00700 hPa、850 hPa比濕大值區(qū)12-14/（g/kg）位于湘贛中、南部，850 hPa水汽通量散度負(fù)值中心位于湘贛中、南部，變化與之類似，表明水汽輻合條件自西向東逐漸增加：20：00比濕逐漸減小，比濕的減弱也意味著對流系統(tǒng)的逐漸減弱。

綜上分析表明，700 hPa、850 hPa比濕強(qiáng)度的變化整體較好地反映了強(qiáng)對流系統(tǒng)強(qiáng)度及落區(qū)的變化，水汽通量負(fù)散度中心的減弱也同樣標(biāo)志著對流系統(tǒng)的減弱與結(jié)束。

3.2動力條件

通過對當(dāng)日渦度、散度及垂直速度場分析可知（圖2）：15日08：00、14：00渦度、散度場呈現(xiàn)明顯增強(qiáng)趨勢：20：00逐漸減弱，這與強(qiáng)對流天氣發(fā)展東移存在較好的對應(yīng)關(guān)系。分別沿27°N做渦度、散度與垂直速度的垂直剖面圖分析發(fā)現(xiàn)：5月15日08：00吉安中低層850-200 hPa為正渦度區(qū)，且位于高層200 hPa存在一正渦度中心，表明上升運(yùn)動發(fā)展明顯，850 hPa、200 hPa正渦度中心快速增大，表明14：00上升運(yùn)動明顯加強(qiáng)，08：00低層700N850 hPa處于負(fù)散度區(qū)中，300 hPa為正散度區(qū);14：00吉安850 hPa處于負(fù)散度大值中心，中心值≤4×10-，高層200 hPa為正散度區(qū)，存在低層輻合、高層輻散特征：同時，當(dāng)日14：00垂直速度剖面圖上中低層也呈現(xiàn)明顯的上升運(yùn)動特征，600 hPa以下均為上升運(yùn)動區(qū)，600 hPa上升速度達(dá)0.6 hPa/s以上。上述分析表明，15日08：00～14：00吉安境內(nèi)的動力輻合抬升條件呈明顯增強(qiáng)趨勢。

3.3熱力條件

通過對吉安當(dāng)日14：00 ese、CAPE垂直剖面圖分析可知（圖略）：850 hPa以下處于e se高能量鋒區(qū)中，e se中心值為≥348 K（750c），表明近地層大氣不穩(wěn)定度很高，CAPE值吉安境內(nèi)≥1200J/kg，以上對流不穩(wěn)定指數(shù)均表明14：00前后吉安大氣不穩(wěn)定能量高，具備良好的熱力條件，對強(qiáng)對流天氣發(fā)展有利。

3.4不穩(wěn)定抬升條件

通過分析5月15日08：00贛州站探空圖可發(fā)現(xiàn)（圖3）：整層大氣均為上下一致的西南氣流，表明暖濕氣流非常活躍，尤其低層暖平流特征明顯，中低層0～6km存在較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變達(dá)16m/s，具備充足的水汽、動力抬升條件，探空露壓曲線呈明顯的“上干下濕”喇叭口結(jié)構(gòu)特征，中上層干冷，低層暖濕的大氣層結(jié)對短時雷暴大風(fēng)出現(xiàn)非常有利，且對流有效位能CAPE值821.1J/kg，下沉對流有效位能DCAPE值753.9J/kg，S1為-0.92℃，K指數(shù)為32.5℃，0℃層高度4.6km，-20℃層高度8km，有利于大氣不穩(wěn)定能量的積聚，滿足了強(qiáng)對流天氣發(fā)生的潛勢。

對15日14：00吉安站探空資料進(jìn)行分析可知，CAPE值達(dá)1292J/kg，0℃層高度為4.5 km，-20℃層為7.5 km，一般0℃高度在4km左右，-20℃層高度在6～7km左右，對冰雹天氣發(fā)生有利，另外中低層環(huán)境風(fēng)垂直切變?yōu)?8m/s，有利于風(fēng)雹天氣的進(jìn)一步發(fā)展與維持。

4雷達(dá)回波和閃電特征分析

利用江西省雷達(dá)拼圖、閃電和吉安雙偏振雷達(dá)資料對“5.15”颮線天氣過程進(jìn)行了回顧（圖4），主要分為兩個時段：一個時段為15日12：00～15：00，為典型的颮線窄帶回波過境;另一個時段為17：00～20：00，由暖區(qū)塊狀對流單體回波合并增強(qiáng)造成。第一時段：15日11：30，宜春至蓮花一帶有一強(qiáng)的颮線帶狀回波發(fā)展東移，反射率因子梯度較大，回波強(qiáng)中心最大反射率因子≥55dBz，強(qiáng)回波中心及前沿伴隨密集的負(fù)地閃發(fā)生;12：00颮線南段強(qiáng)回波進(jìn)入安福、永新境內(nèi)，正、負(fù)地閃頻數(shù)急劇增加，且以負(fù)地閃居多;12：30強(qiáng)回波快速東移，反射率因子梯度進(jìn)一步增強(qiáng)，且前沿呈明顯弓形回波特征，最大反射率因子高達(dá)65dBz，伸展高度達(dá)10km左右，負(fù)閃密集區(qū)處于弓形回波頂端，安福東南部、吉安縣西部部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)短時大風(fēng)和強(qiáng)降水天氣;13：00-15：00，≥60 dBZ強(qiáng)回波中心進(jìn)入吉安中部，正、負(fù)閃密集區(qū)隨之東南移動，吉安市、吉水、永豐部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)先后出現(xiàn)短時強(qiáng)降水、短時8級雷暴大風(fēng)和局地冰雹天氣，其中吉州區(qū)白塘站1h雨量達(dá)51.3mm，吉水盤谷、永豐谷田出現(xiàn)了小冰雹天氣。由于此次過程降雹時段較短，且為小冰雹（不排除雨夾雹的可能性），吉安雙偏振雷達(dá)可更好地幫助了識別冰雹。通過分析14：03永豐降雹時段雙偏振參量可以發(fā)現(xiàn)：永豐境內(nèi)最大反射率因子Zr≥65dBz，差分反射率因子zdr值在0附近，相關(guān)系數(shù)phv為0.98-0.99，差分傳播相移率KdD接近0-0.50，這也進(jìn)一步印證了14：00前后永豐境內(nèi)出現(xiàn)了降雹的可能性。第二時段：16：00-17：00，受南部地面輻合線的影響，泰和、萬安、遂川境內(nèi)有≥60 dBz積狀對流回波發(fā)展并范圍逐漸擴(kuò)大，回波結(jié)構(gòu)密實，降水效率較高，負(fù)地閃密集區(qū)域?qū)?yīng)于強(qiáng)回波中心區(qū)域：18：00-19：00為鼎盛時段，強(qiáng)回波中心向東南方向移動，之后隨著不穩(wěn)定能量逐漸釋放，閃電明顯減弱：20：00～21：00整體趨于減弱并進(jìn)入贛州、撫州境內(nèi)，第二階段強(qiáng)對流宣告結(jié)束。

5紅外云圖特征分析

5月15日颮線天氣過程從紅外云圖特征分析來看大概可分為兩個影響時段（圖5）：一個時段為12：00～15：00：另一個時段為17：00～20：00。其中第一時段是影響最劇烈的時段，從西北部向東南方向發(fā)展移動，影響吉安中東部。15日10：00，吉安處于高空500 hPa槽前西南暖濕氣流控制，中南部晴空區(qū)增溫明顯，位于湖南東部至贛西北一帶有中尺度對流云團(tuán)發(fā)展東移，隨著槽前正渦度平流輻合上升運(yùn)動的發(fā)展加強(qiáng)，形成了明顯的中尺度對流系統(tǒng)（HCS）;12：00～13：00，HCS整體進(jìn)入江西境內(nèi)，并呈現(xiàn)出明顯的逗點云系特征，吉安西北部正處于逗點云系尾部，颮線天氣系統(tǒng)正是由此逗點云系南段的對流云團(tuán)激發(fā)造成的，隨著逗點云系東移，吉安中東部部分地方出現(xiàn)明顯的短時大風(fēng)、強(qiáng)降水和局地冰雹天氣;14：00～15：00逗點云系消失，對流云團(tuán)整體向贛東北方向移動，吉安中東部風(fēng)暴也逐漸趨于減弱。上述分析可知，逗點云系的發(fā)展消亡對預(yù)判強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展具有一定的指示意義。第二時段對流系統(tǒng)從西南部向東北方向發(fā)展移動，影響吉安東南部。16：00湖南東南部有一對流云團(tuán)發(fā)展，受強(qiáng)盛的西南氣流影響，該對流云團(tuán)迅速發(fā)展加強(qiáng)并向東北方向發(fā)展;17：00～19：00對流云團(tuán)進(jìn)入吉安西南部，并逐漸與泰和、萬安境內(nèi)的對流云團(tuán)合并增強(qiáng)，受其影響，吉安東南部局地出現(xiàn)明顯雷電和短時強(qiáng)降水天氣;20：00強(qiáng)對流天氣逐漸減弱消亡。

6結(jié)論

（1）“5.15”颮線天氣過程是一次由低層暖平流強(qiáng)迫觸發(fā)形成，“上干下濕”的大氣不穩(wěn)定層結(jié)，地面輻合線、中小尺度低壓和925 hPa輻合線、0～6 km較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變此次過程的主要觸發(fā)機(jī)制。

（2）此次過程中水汽、熱力、動力不穩(wěn)定拾升條件均有利于強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展。

（3）此次強(qiáng)對流天氣發(fā)生時負(fù)地閃密集中心區(qū)域與強(qiáng)回波中心相對應(yīng)，弓形回波的發(fā)展可提前預(yù)示地面雷暴大風(fēng)出現(xiàn)，雙偏振雷達(dá)參量對監(jiān)測識別冰雹具有較好的效果，逗點云系的發(fā)展與消亡對預(yù)判強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展具有一定指示意義。