一次江蘇颮線過程特征分析

夏雨晨

摘要：利用常規(guī)探空資料、自動(dòng)站資料和多普勒天氣雷達(dá)資料等對(duì)2021年5月15日下午發(fā)生在江蘇境內(nèi)的一次颮線天氣進(jìn)行了分析， 本次颮線天氣過程的天氣尺度背景是江蘇地區(qū)處于副熱帶高壓邊緣，高空伴隨著西風(fēng)槽東移，攜帶冷空氣南下入侵，低層有強(qiáng)暖濕氣流的配合。颮線前段有陣風(fēng)鋒的產(chǎn)生，造成了雷暴大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣。

關(guān)鍵詞：颮線 ?雷暴大風(fēng) ?特征分析 ?強(qiáng)對(duì)流

Abstract： Using conventional observation data， automatic weather station data and Doppler radar data， a squall line weather occurred in Jiangsu on the afternoon of May 15， 2021 is analyzed. It is found that the synoptic scale background of the squall line weather process is that Jiangsu was at the edge of subtropical high， he high altitude moves eastward with the westerly trough， carries cold air southward invasion.There is strong warm and humid air flow in the lower layer. There is a gust front in the front of the squall line， it has caused severe convective weather such as thunderstorm， gale and short-term heavy precipitation.

Key Words：Squall line; Thunderstorm; Feature analysis; Strong convection

0引言

颮線是高度組織化的中尺度對(duì)流系統(tǒng)，由多個(gè)活躍的雷暴單體排列形成，并常伴有大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹甚至龍卷風(fēng)等災(zāi)害性天氣。颮線在靠近地表的對(duì)流區(qū)域通常會(huì)存在一個(gè)冷池，其前緣為陣風(fēng)鋒，陣風(fēng)鋒面上常有氣壓、氣溫和風(fēng)向的突變，這也是最容易產(chǎn)生災(zāi)害性天氣的地方。颮線過程往往突發(fā)性強(qiáng)，來勢(shì)突然，經(jīng)常給人民的生產(chǎn)生活帶來很大的影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成人員和財(cái)產(chǎn)損失，帶來重大災(zāi)害，國內(nèi)外學(xué)者也針對(duì)颮線作了大量的研究。Qian[1]等使用WRF模式對(duì)颮線的微物理特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)使用不同的參數(shù)化方案對(duì)模擬結(jié)果影響很明顯，颮線中冰雹的模擬結(jié)果存在較大差異，從而影響冷池的形成和降水過程。He[2]等使用多普勒雷達(dá)資料對(duì)一次颮線進(jìn)行了觀測(cè)，分析發(fā)現(xiàn)此次颮線過程主要影響系統(tǒng)是副熱帶高壓的加強(qiáng)，非絕熱加熱對(duì)颮線有觸發(fā)作用，颮線的傳播過程中，颮線前方的冷池得到加強(qiáng)。

國內(nèi)很多學(xué)者也基于雷達(dá)觀測(cè)資料和數(shù)值模式對(duì)颮線進(jìn)行了一系列研究，官曉軍[3]等對(duì)福建省一次強(qiáng)颮線過程進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)低層垂直風(fēng)切變和中層干冷空氣的卷入使得進(jìn)入福建境內(nèi)的颮線增強(qiáng)，后期與新生對(duì)流單體的合并形成了后部擴(kuò)建型颮線。馮璐[4]等對(duì)颮線過程的雨滴譜微物理特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同時(shí)期的不同降水系統(tǒng)降水效率不同，槽前型颮線產(chǎn)生的中等粒徑粒子比重較高，而東風(fēng)型颮線主要以中小粒徑的粒子居多，因此帶來了降水效率的差異。陶局[5]等研究了下墊面對(duì)颮線形成及發(fā)展過程的影響，發(fā)現(xiàn)渤海光滑的水面對(duì)近地面風(fēng)場(chǎng)有增強(qiáng)作用，從而使得對(duì)流更近活躍，但是颮線的移動(dòng)速度趨緩，白天海面感熱和潛熱交換小，夜間水面潛熱通量高，不利于低層垂直風(fēng)切變的增強(qiáng)，對(duì)颮線的發(fā)展起阻礙作用。陳鋒[6]等利用雷達(dá)資料同化對(duì)浙江一次強(qiáng)颮線天氣過程進(jìn)行模擬，探討了不同數(shù)量和位置的雷達(dá)資料同化對(duì)結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)反射率因子同化對(duì)颮線前部的冷池強(qiáng)度和位置都有較好的改進(jìn)，可以提高強(qiáng)對(duì)流天氣的短時(shí)預(yù)報(bào)效果。于懷征對(duì)山東省一次強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)境風(fēng)的風(fēng)向和雷達(dá)與目標(biāo)物的相對(duì)位置不同，探測(cè)的中尺度氣旋特征也不同，氣旋性旋轉(zhuǎn)的增強(qiáng)、深厚的中氣旋和強(qiáng)垂直風(fēng)切變是產(chǎn)生雷暴大風(fēng)的重要因素。賴晨[7]等對(duì)江西一次颮線過程進(jìn)行探測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)探測(cè)資料在短時(shí)強(qiáng)降水和風(fēng)雹天氣中特征不同，可以用來預(yù)測(cè)颮線的發(fā)展演變趨勢(shì)。

2021年5月15日，江蘇境內(nèi)出現(xiàn)了一次颮線天氣過程，此次颮線過程自西向東橫掃了江蘇沿江蘇南地區(qū)，陣風(fēng)風(fēng)力達(dá)8～11級(jí)，并伴隨短時(shí)強(qiáng)降水和局地冰雹等災(zāi)害性天氣，造成了較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。由于颮線天氣過程的預(yù)報(bào)難度大，致災(zāi)性強(qiáng)，為了提高對(duì)此類颮線過程的預(yù)報(bào)和預(yù)警能力，本文利用常規(guī)資料、探空資料以及多普勒雷達(dá)資料對(duì)此次颮線的形成原因及其特征進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析有利于此次颮線過程形成的環(huán)境條件，為今后對(duì)颮線天氣過程的預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。

1 環(huán)流背景分析

中尺度系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展與大尺度環(huán)流背景是密切相關(guān)的，中尺度系統(tǒng)的發(fā)展離不開大尺度環(huán)流形勢(shì)的制約。在圖1的500hPa高空?qǐng)D 上，副熱帶高壓穩(wěn)定維持，江蘇處于副熱帶高壓邊緣地區(qū)，588線維持在江蘇的沿江蘇南地區(qū)，上游河套地區(qū)有一個(gè)西風(fēng)槽東移，攜帶冷空氣南下侵入江蘇地區(qū)，槽前暖濕氣流所帶來的水汽條件和靜力不穩(wěn)定條件增強(qiáng)有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。受槽前的暖濕氣流的降壓影響，槽前的低壓區(qū)不斷降壓，在圖1的850hPa高空?qǐng)D上，華中地區(qū)生成了一個(gè)低渦，并在高空槽的引導(dǎo)下緩慢東移，低渦東移至江蘇境內(nèi)后，從低壓中心向東伸出一條切變線，在江蘇的沿江地區(qū)開始出現(xiàn)西南急流并增強(qiáng)，西風(fēng)急流將孟加拉灣的水汽源源不斷地向江蘇輸送，低渦北側(cè)的弱冷空氣與南側(cè)的西南急流交匯，造成強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，其上空有高空槽的配合，造成高空的抽取作用更加明顯，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生和發(fā)展。由此可見，大尺度環(huán)流形勢(shì)為此次颮線過程提供了良好的天氣背景，河套地區(qū)的高空槽東移和低層低渦的發(fā)展是此次颮線過程的主要影響系統(tǒng)，低層中小尺度的擾動(dòng)觸發(fā)了此次颮線天氣過程。

2環(huán)境條件分析

大氣物理量可以定量描述大氣中某些特征，因此對(duì)其進(jìn)行分析可以對(duì)大氣特性有更為清晰的認(rèn)識(shí)。2021年5月15日08時(shí)，由南京站的探空?qǐng)D 2可知，地面風(fēng)場(chǎng)到700hPa風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，風(fēng)速明顯增大，表明低層有較強(qiáng)的暖平流，700hPa到500hPa之間風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，表明高層有冷平流，這種上冷下暖的強(qiáng)不穩(wěn)定大氣層結(jié)配置非常有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。對(duì)流有效位能（CAPE）是表示風(fēng)暴潛在強(qiáng)度的一個(gè)重要指標(biāo)，CAPE值越大，表明對(duì)流釋放的能量越多，越有可能發(fā)生強(qiáng)對(duì)流天氣，颮線發(fā)生前南京站CAPE值為1340J/kg，颮線發(fā)生前的能量條件較好。從探空曲線來看，低層700hPa的溫度露點(diǎn)差小于5℃，表明低層濕度較大，水汽條件較好，有利于對(duì)流的發(fā)生，而850hPa的溫度露點(diǎn)差大于5℃，表明近地面層的濕度相對(duì)較小，低層水汽條件的缺少也就意味著產(chǎn)生短時(shí)強(qiáng)降水的可能性較小，對(duì)流能量的釋放主要以雷暴大風(fēng)為主。在大氣穩(wěn)定度指標(biāo)上，從探空曲線可以得到，南京站08時(shí)的K指數(shù)為37℃，SI指數(shù)較小，為-0.6℃，表明颮線發(fā)生前的環(huán)境場(chǎng)有著較好的對(duì)流潛勢(shì)。此外，從環(huán)境風(fēng)垂直切變來看，近地面風(fēng)力到850hPa風(fēng)速垂直切變達(dá)到15m/s，在一定的熱力不穩(wěn)定條件下，垂直風(fēng)切變可以對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有著維持作用，此次颮線過程具有較強(qiáng)的低空垂直風(fēng)切變，這樣在低空形成較強(qiáng)的水平渦管，經(jīng)過上升氣流的抬升轉(zhuǎn)為垂直渦管，使得中層的旋轉(zhuǎn)氣流加強(qiáng)，有利于颮線的加強(qiáng)和維持。

3 雷達(dá)回波特征

利用江蘇省多普勒雷達(dá)基本反射率資料，對(duì)此次颮線過程的系統(tǒng)演變和回波特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，此次颮線過程自西向東移動(dòng)，從進(jìn)入江蘇境內(nèi)到移出江蘇共經(jīng)歷約5h，發(fā)展階段可以分為形成、發(fā)展和減弱3個(gè)階段。從圖3的 5月15日12時(shí)的雷達(dá)拼圖可以看出，在安徽巢湖北側(cè)及南京西側(cè)有強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴生成并東移發(fā)展，在移入江蘇境內(nèi)之前對(duì)流性天氣已經(jīng)十分明顯，可以看出弓形回波的特征。且從圖3的雷達(dá)拼圖上可以很清晰地看到，15日12時(shí)，颮線已經(jīng)在安徽境內(nèi)初步生成，13時(shí)颮線進(jìn)一步增強(qiáng)發(fā)展，移入江蘇境內(nèi)，開始影響南京地區(qū)，颮線中心最強(qiáng)超過55dBz，在東移過程中迅速發(fā)展增強(qiáng)，不斷有新的對(duì)流單體生成并入風(fēng)暴中，大于55dBz回波區(qū)域不斷增大，颮線移動(dòng)過程中，從1.5仰角的反射率因子可以看到，颮線回波的前沿有明顯的陣風(fēng)鋒（弱窄回波帶），颮線過境期間，南京浦口區(qū)出現(xiàn)23.5m/s的大風(fēng)。颮線的后側(cè)存在弱回波通道，可以看出其后側(cè)有大范圍的下沉氣流入流。在東移過程中，颮線強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)，45dBz以上的強(qiáng)回波帶長(zhǎng)約300km，寬約30km，最大回波強(qiáng)度65dBz，移速也進(jìn)一步加快。弓形回波在12-17時(shí)掃過江蘇境內(nèi)，造成浦口、泰州、如皋等站點(diǎn)出現(xiàn)超過17m/s的大風(fēng)，分析大風(fēng)出現(xiàn)的時(shí)間與颮線過境的雷達(dá)特征可以發(fā)現(xiàn)，大風(fēng)集中發(fā)生于弓形回波向前凸出區(qū)域，也就是颮線前沿的陣風(fēng)鋒帶。17時(shí)以后，弓形回波移出江蘇境內(nèi)，進(jìn)入東海，回波強(qiáng)度有所減弱，此次颮線過程對(duì)江蘇的影響趨于結(jié)束。

4 結(jié)論與討論

本文對(duì)2021年5月15日發(fā)生在江蘇境內(nèi)的一次颮線天氣過程進(jìn)行了分析，利用利用常規(guī)資料、探空資料以及多普勒雷達(dá)資料，分析了此次颮線的形成原因以及特征。具體結(jié)論如下。

（1） 本次颮線天氣過程是西風(fēng)槽東移和副熱帶高壓邊緣共同作用下形成的，低層的急流和上升運(yùn)動(dòng)觸發(fā)了此次颮線天氣過程，探空?qǐng)D上發(fā)現(xiàn)，颮線發(fā)生前有較大的K指數(shù)和垂直風(fēng)切變，提供了有利的環(huán)境條件，為颮線的觸發(fā)提供了不穩(wěn)定能量。

（2） 此次颮線東移發(fā)展的過程中伴有明顯的陣風(fēng)鋒，在颮線發(fā)展前段不斷有新的對(duì)流單體并入颮線內(nèi)，造成颮線發(fā)展的進(jìn)一步增強(qiáng)，颮線后側(cè)存在弱回波通道，有大范圍的下沉氣流，颮線的弓狀回波特征明顯，前段有弱窄回波帶，有利于雷暴大風(fēng)的發(fā)生。

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