基于有限區(qū)域風場分解的海南島一次颮線過程演變特征分析

李宏江，曹 潔，李 勛，吳志彥

(1.海南省氣象臺，海南 海口 570203； 2.海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海南 ?？?570203；3.中國科學院大氣物理研究所云降水物理與強風暴實驗室，北京 100029； 4.俄克拉荷馬大學中尺度氣象研究所，美國 諾曼73072)

颮線是指準連續(xù)的能夠帶來區(qū)域性雷暴大風的線性對流系統(tǒng)[1-2]。颮線在華南地區(qū)頻繁發(fā)生，是該地區(qū)的主要災害性天氣系統(tǒng)之一[3]。統(tǒng)計結(jié)果表明，影響中國東部地區(qū)颮線的多數(shù)颮線呈西南-東北向，形成方式最多的是斷線型(38%)，多數(shù)伴有尾隨層云區(qū)[4]。華南西風帶颮線出現(xiàn)于春季和初夏，臺風颮線出現(xiàn)在盛夏，兩類颮線的日變化特征也有所不同[5]。近年來針對致災颮線典型個例，國內(nèi)學者綜合利用多種觀測資料、采用數(shù)值模擬和雷達風場反演等方法進行了大量研究，關(guān)于我國颮線形成的環(huán)境條件、發(fā)展維持機制和致災機理等的認識在不斷加深。颮線的組織結(jié)構(gòu)和維持機制與地面輻合線、雷暴高壓、冷池、風暴自組織等因素有關(guān)[6-11]，有利的溫濕度層結(jié)、邊界層輻合線、高層輻散、深層或低層垂直風切變等環(huán)境條件有利于颮線的發(fā)展和維持[12-15]。冷池合并、后側(cè)入流急流、風暴內(nèi)的強下沉氣流或粒子相變產(chǎn)生的下?lián)舯┝鞯纫蛩兀堑孛娈a(chǎn)生颮線大風的主要原因[16-19]；動量下傳、層狀云下沉氣流、特殊地形則可對颮線大風有增幅作用[16,19-20]。由于颮線往往發(fā)展迅速，生命時間短，局地性、突發(fā)性強，數(shù)值模式和基于環(huán)流形勢分析的主觀預報容易發(fā)生漏報，關(guān)于颮線的預報預警則是業(yè)務(wù)工作的難點[21]。不少研究針對業(yè)務(wù)預報中的疑難個例，在進行致災機理分析的同時，還總結(jié)了預報難點和預警著眼點[18,21-23]。

對于強對流的潛勢分析，預報員往往需要從大尺度環(huán)流背景入手。眾所周知，水平風矢量可視作旋轉(zhuǎn)風和輻散風的和，分別由流函數(shù)和勢函數(shù)表示。大尺度運動主要是旋轉(zhuǎn)，且具有準地轉(zhuǎn)的性質(zhì)，因而流函數(shù)對應的旋轉(zhuǎn)風分量在大氣環(huán)流演變、全球大洋環(huán)流模擬分析等方面有著重要應用。通常，速度勢對應的輻散風在量值上較旋轉(zhuǎn)風小許多，但它代表了穿越等壓線的非地轉(zhuǎn)運動，是引起大氣垂直運動、產(chǎn)生水汽相變和潛熱釋放的根本原因，在垂直運動、對流發(fā)展等方面起著非常重要的作用，對熱帶天氣和中小尺度系統(tǒng)分析而言尤為重要。與全球風場分解不同，中小尺度研究針對有限區(qū)域，邊界條件限制下的泊松方程求解往往精度低、效率低。針對以上問題，Chen和Kuo[24-25]提出調(diào)和-正弦/余弦函數(shù)譜展開法，求解有限區(qū)域的流函數(shù)和速度勢，有效提高了計算精度[26-27]，曹潔等[28]還用該方法對有限區(qū)域Q矢量進行分解，取得了較傳統(tǒng)方法更好的效果。分析表明，該方法可以較好地提取與臺風暴雨增幅有關(guān)的前期強輻合信號[29]，更清晰地顯示出臺風[26]和東北冷渦[30]的水汽輸送通道、直觀展現(xiàn)冷渦低層的中小尺度風場及水汽輻合輻散區(qū)[30]，在天氣系統(tǒng)診斷中具有重要的應用價值。Xu等[31]設(shè)計出格林函數(shù)展開的變分算法，解決了中尺度天氣分析經(jīng)常遇到的地形阻擋、高分辨率數(shù)值模式不規(guī)則網(wǎng)格帶來的資料缺測及非矩形邊界等問題，且具有很高的計算精度和效率，在提取華北暴雨中的變形場[32]、識別青藏高原渦[33]方面都顯示了獨特的優(yōu)勢。相比于高分辨率數(shù)值模擬龐大的計算代價，有限區(qū)域風場分解方法能高效地從常規(guī)觀測的風資料本身提取有利于強對流潛勢分析的信息，既能充分運用越來越充足的觀測和模擬資料，又能有效且高效地服務(wù)于業(yè)務(wù)預報。目前，該算法主要應用于中緯度地區(qū)的臺風、區(qū)域性暴雨過程的天氣尺度和次天氣尺度系統(tǒng)，尚未涉及在熱帶地區(qū)強對流過程的中尺度天氣系統(tǒng)的應用分析。

海南島地處熱帶，相較中緯西風帶而言，海南島的大尺度斜壓強迫較弱，對流活動具有明顯的熱帶和中尺度特征。個例分析表明[34-36]，海南島在弱強迫背景下也易出現(xiàn)諸如EF-2級龍卷、颮線等災害性強對流天氣。近年來對海南島強對流的研究雖然逐漸增多，但對影響該地區(qū)的強颮線過程仍缺乏針對性分析。此外，以往采用有限區(qū)域風場分解方法的應用研究，使用的都是規(guī)則的矩形區(qū)域資料，要么針對中高緯度天氣過程[30，32]，要么針對臺風天氣[26,29]。考慮海南島地形造成的不規(guī)則邊界，針對熱帶地區(qū)弱強迫背景下的強對流過程，采用Xu等[31]提出的改進后的算法，能否提取有價值的風場診斷信息？以上問題都值得進行研究。

2020年4月22日下午受罕見弓狀強颮線影響，海南島北部沿海和陸地出現(xiàn)了一次大范圍雷暴大風過程。該次颮線過程發(fā)生在副高控制的弱強迫背景下，具有快速發(fā)展的特征，基于環(huán)流形勢的主觀潛勢分析難以做出預判，業(yè)務(wù)數(shù)值模式對該過程的降水預報也出現(xiàn)明顯漏報。本文擬針對該次過程，綜合海南省區(qū)域加密自動站逐小時觀測資料、?？诙嗥绽绽走_產(chǎn)品、Himawari-8高分辨率衛(wèi)星資料和ERA5逐小時再分析資料，嘗試采用有限區(qū)域風場分解方法，對該次過程的風暴演變特征和環(huán)境風場進行分析，以期尋找可能有助于臨近預警的信息，為海南颮線過程的預報預警提供有益的參考。

1 資料和方法

1.1 資料

本文所使用的資料包括：海南省逐小時區(qū)域加密自動站資料、海口S波段多普勒雷達反射率因子和徑向速度產(chǎn)品、Himawari-8靜止衛(wèi)星紅外通道亮溫和ERA5再分析資料。ERA5再分析資料空間分辨率為0.25°×0.25°，時間分辨率為1小時，包含等壓面資料和地面資料。

1.2 方法

近年來，隨著氣象衛(wèi)星、多普勒雷達、自動觀測站等多種觀測手段全方位精確監(jiān)測以及高分辨率數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，強對流天氣的業(yè)務(wù)預報準確率有了一定提高。以往常用的分析手段主要有：常規(guī)天氣分析、非常規(guī)觀測分析和高分辨率數(shù)值模擬。其中常規(guī)分析歷史悠久，天氣圖在解釋實際強對流天氣生消的物理機制方面有優(yōu)勢，然而由于時空分辨率不夠高，對次天氣尺度、中尺度天氣過程的診斷分析效果不佳。雷達、衛(wèi)星等非常規(guī)觀測資料，彌補了常規(guī)天氣分析時空分辨率不足的缺點，但資料本身的可靠性及其巨大的數(shù)據(jù)存儲量是其應用到業(yè)務(wù)氣象臺站的隱患。高分辨率數(shù)值模擬可以提供強對流天氣內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)信息，具有非常高的時空分辨率，但模擬結(jié)果與實際天氣事件的一致性和差異真?zhèn)未甲C，而且模擬需要大計算量和存儲量，不利于業(yè)務(wù)氣象臺站日常使用。本文擬采用有限區(qū)域風場分解方法，作為常規(guī)天氣分析的一個補充工具，綜合使用再分析資料、非常規(guī)觀測資料和模擬資料，從資料本身出發(fā)提取強對流天氣內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的方法，細致分析出強對流天氣的動熱力結(jié)構(gòu)，旨在加深對強對流天氣生消機理的了解，提高災害天氣監(jiān)測和預警水平，有益于科學研究和業(yè)務(wù)應用。

有限區(qū)域風場分解的基本原理是全球都適用的亥姆霍茲定律，即：水平風場v的旋轉(zhuǎn)和輻散分量是由如下的流函數(shù)(ψ)和速度勢(χ)決定：

v= ?χ+k×?ψ.

(1)

流函數(shù)在大氣環(huán)流演變、全球大洋環(huán)流模擬分析等方面有重要應用，在分析理想流型結(jié)構(gòu)、熱帶天氣系統(tǒng)分析以及中小尺度系統(tǒng)穩(wěn)定性中也有一些理論研究；速度勢對應的輻散風代表大氣中的地轉(zhuǎn)偏差運動，在量值上雖然小很多，但它卻是引起大氣垂直運動、產(chǎn)生水汽相變和潛熱釋放的根本原因，對熱帶天氣系統(tǒng)分析和中小尺度動力學尤為重要。不同于以往直接求解帶邊界條件泊松方程的直接解法，Xu等[29]通過最小化區(qū)域積分的原始和重建的水平風場動能之差，建立求解任意形狀有限區(qū)域內(nèi)流函數(shù)速度勢的方程和邊界條件耦合方法，其優(yōu)勢在于既能精確高效地求解有限區(qū)域流函數(shù)和速度勢，又不受規(guī)則區(qū)域的限制，對本文研究海南島這樣的不規(guī)則地形有限區(qū)域問題非常適合。極小值問題的代價函數(shù)是：

(2)

(3)

?2ψ=ζ，?2χ=α，對D內(nèi)任一點；

(4)

?nχ-?sψ=vn，?sχ+ ?nψ=vs，對S上任一點。

(5)

其中，vn和vs分別是邊界上的法向和切向速度。對于任意形狀有限區(qū)域問題，方程(4)和(5)的解可以寫成以下兩部分：

ψ=ψi+ψe，χ=χi+χe.

(6)

其中，下標i和e分別代表有限區(qū)域內(nèi)部和外部渦度和散度激發(fā)的分量解。它們的數(shù)學表達式分別為：

(7a)

(7b)

把(7)得到的流函數(shù)和速度勢分量場帶回方程(6)，即得到適合任意形狀邊界的有限區(qū)域流函數(shù)和速度勢，代回方程(1)便得到風場的旋轉(zhuǎn)和輻散分量。下文將結(jié)合常規(guī)天氣分析手段，診斷分解得到的旋轉(zhuǎn)風和輻散風分量在海南颮線過程中的應用。

2 天氣實況和天氣形勢

2.1 天氣實況

該次颮線過程以直線型災害性大風為主，伴隨局地短時強降水，具有大風風力強、范圍廣、突發(fā)性強的特點。颮線于22日下午先后影響海南島西北部近海、瓊州海峽和海南島北部沿海和內(nèi)陸，自動站監(jiān)測顯示15:00～19:00時(北京時，下同)海南島東北部地區(qū)普遍出現(xiàn)8～10級以上雷暴大風(圖1)，瓊州海峽和海南島北部沿海陣風達11級，風向以西北風為主，其中最大陣風16:50出現(xiàn)在新海港，為29.2 m·s-1(11級)。五指山以北多個測站出現(xiàn)短時強降水，其中南坤鎮(zhèn)黃嶺農(nóng)場17～18時的小時雨量達45.3 mm。

圖1 2020年4月22日16-19時區(qū)域加密自動站極大風(≥17.2 m·s-1)分布(風向桿，單位：m·s-1)Fig.1 Surface observation of the maximum wind velocity ≥17.2 m·s-1 (wind barb, unit: m·s-1) during 16:00-19:00 BT 22 April 2020

2.2 天氣形勢和環(huán)境條件

這是一次準正壓類-副高邊緣[37-38]強對流過程。前期受副高穩(wěn)定控制，海南島北部地區(qū)連續(xù)3天午后最高氣溫達到35℃以上?；贓RA5再分析資料的22日12時環(huán)流分析(圖2)表明，海南島發(fā)生對流前500 hPa帶狀副高北界較前日有所南落，但仍穩(wěn)定控制海南島。伴隨中緯度弱冷空氣南下，低層925 hPa以下有淺薄冷空氣入侵，廣西至越南北部沿海一帶形成鋒生強迫。北部灣、雷州半島以南 925 hPa比濕達到14 g·kg-1以上；廣西中部以南CAPE值在1000～2500 J·kg-1左右；北部灣附近700-1000 hPa風切變矢量差在12 m·s-1以上， 500-1000 hPa風切變矢量差(圖略)也達到20～26 m·s-1。這表明廣西南部到北部灣一帶的動熱力條件均較為有利，大尺度模式對這一帶的對流也有較好的預報能力。而海南島位于切變線南側(cè)的暖區(qū)中，從22日12時?？诟浇奶娇辗治隹梢?，對流區(qū)上空熱力不穩(wěn)定特征較有利：對流有效位能(CAPE)形態(tài)呈細長狀且值達到1500 J·kg-1左右；對流抑制(CIN)值很小，抬升凝結(jié)高度在900 hPa附近，且900 hPa以下接近干絕熱層結(jié)，有利于對流啟動。此外，海南島北部地面露點為22～25℃左右(圖略)，水汽條件也有利于東移風暴發(fā)展維持。雖然具備了較好的熱力條件，但大尺度動力強迫特征并不明顯：中低空為弱環(huán)境風場，700 hPa以下西南風風速在8 m·s-1以下，500 hPa也僅為12 m·s-1；1000～500 hPa 風切變約為12 m·s-1左右，1000～700 hPa垂直風切變值也接近海南島2016年6月5日強對流過程的弱強迫環(huán)境[35]。由于海南島地處熱帶，在暖季尤其午后往往具備高溫、高濕的環(huán)境，熱力條件經(jīng)常有利于局地對流發(fā)展。而對于該類具備高度組織化程度和一定維持時間的弓狀颮線，通過常規(guī)分析得到的對流前環(huán)境動力條件并不明朗，一旦對流觸發(fā)，預報員也容易在臨近時效低估其發(fā)展強度和生命史。

圖2 2020年4月22日12時颮線發(fā)展前的環(huán)境條件Fig.2 Environmental conditions at 12:00 BT 22 April 2020 before the quall line formation

3 颮線的形成和演變

颮線是多單體線風暴的一種，單體間的相互作用與颮線的形成和發(fā)展密切相關(guān)。從形成方式來看，該次颮線屬于斷線型[39]，該類颮線由離散的對流單體發(fā)展而來，各單體生成時間相近且排列成線狀，隨著各單體發(fā)展，期間不斷有新的單體生成，最后發(fā)展成為連續(xù)的線狀對流風暴。

由于低層弱冷空氣侵入，22日早上在中南半島北部至廣西西部的鋒生區(qū)附近已有對流云團發(fā)展(圖略)，并沿副高外圍西南氣流向東北方向移動。午后，東移對流云團開始迅速向南擴展，在廣西南部沿海和雷州半島各形成一條颮線。由海口雷達0.5°仰角基本反射率因子(圖3)可見，至15:46(圖3(a))，廣西南部沿海颮線東移減弱，位于其東側(cè)、雷州半島西側(cè)的海面上有多個對流單體發(fā)展。雷州半島颮線南端的風暴單體有陣風鋒A出流，海南島臨高北部沿海和南部陸地分別有小尺度對流單體B和單體C生成；此外，海南島西北部的輻合線D南側(cè)也有對流單體E形成。研究表明[40]，在識別出窄帶回波或清晰的徑向輻合線約1 h后，是雷暴首次觸發(fā)的主要時間段。16:03(圖3(b))，雷州半島颮線南端出流的陣風鋒A與臨高北部沿海的單體B相遇，單體B迅速發(fā)展加強；在單體B的北側(cè)，颮線南端又有陣風鋒F向南移動；臨高南部的單體C和輻合線D南側(cè)的單體E也不斷發(fā)展，并向輻合線D靠近。至16:20(圖3(c))，北部灣颮線東移過程中繼續(xù)減弱，而兩條颮線間的多個對流單體最強反射率因子維持50 dBz以上。臨高北部沿海已形成的多單體風暴迅速發(fā)展呈塊狀，同時臨高南側(cè)多個單體已沿輻合線D組織發(fā)展形成多單體線風暴。剖面分析顯示(圖略)，兩條颮線間多個對流單體的下沉氣流合并形成強冷池，在2 km高度以下出現(xiàn)-25 m·s-1以上的徑向速度大值區(qū)。至16:43(圖3(d))，雷州半島颮線、塊狀多單體對流和海南島輻合線上的線狀多單體風暴迅速合并發(fā)展，形成東北-西南向的弓形颮線，其前側(cè)線狀對流結(jié)構(gòu)密實，帶狀回波反射率因子在50 dBz以上，其上鑲嵌多個對流單體。至 17:18時，弓形颮線50 dBz以上的帶狀強回波寬度增大且結(jié)構(gòu)密實(圖3(e))，其西側(cè)減弱的多個塊狀對流回波的出流冷池與颮線后側(cè)入流合并，形成橫跨瓊州海峽的后方入流通道。過330°作徑向速度剖面可見(圖3(f))，在雷州半島至定安附近水平距離100 km范圍內(nèi)，在弓形颮線后側(cè)形成大范圍強后側(cè)入流區(qū)，2 km高度以下的近地面層最大徑向速度絕對值達30 m·s-1以上。

圖3 ?？诶走_0.5°仰角反射率因子(單位：dBz)和徑向速度(單位：m·s-1)垂直剖面圖Fig.3 Radar reflectivity (unit: dBz) at 0.5° elevation and cross-section of radical velocity (unit: m·s-1) from Haikou Doppler radar

以上分析可見，該次颮線過程發(fā)生在弱強迫背景下，具有快速發(fā)展的特征。多個局地小尺度對流與陣風鋒、地面β-中尺度輻合線相互作用，在1 h內(nèi)迅速發(fā)展成為高度組織化的弓狀颮線，偏離引導氣流向東南傳播且移速接近15 m·s-1。業(yè)務(wù)數(shù)值模式對該過程出現(xiàn)明顯漏報，而常規(guī)潛勢分析也難以對對流強度和風暴類型做出準確預判。那么在常規(guī)分析之外，有限區(qū)域風場分解方法能否提取對流發(fā)展的前期強迫信號，為業(yè)務(wù)預警提供有益的參考？

4 風場結(jié)構(gòu)分析

4.1 高層風場演變特征

基于ERA5逐時再分析資料，采用風場分解方法對200 hPa風場進行分解，結(jié)果如圖4所示。在海南島輻合線上對流觸發(fā)前的15:00，廣西南部沿海和雷州半島均有深對流云團形成，此時原始風場200 hPa上為較一致的西南氣流(圖4(a))，從流場形態(tài)上難以看出高空輻散強迫特征。而輻散風場上，自23°N的兩廣交界處至海南島一帶為氣流輻散帶(圖4(b))，其上有兩個強分流區(qū)與散度大值中心對應，分別位于23°N附近以及海南島西北部；而在輻散區(qū)西側(cè)，廣西南部沿海至雷州半島一帶為高空輻合區(qū)。雷達監(jiān)測顯示(圖略)，此時位于輻散區(qū)下方的雷州半島已形成颮線，海南島西北部海面上有東移對流云團并伴隨陣風鋒出流，且海南島西北部有β-中尺度地面輻合線形成。東移對流云團下游的地面輻合和高空輻散強迫均有利于海南島深對流的爆發(fā)?？梢?，200 hPa高空輻散強迫是海南島對流回波生成和發(fā)展的前期信號，而200 hPa原始風場為相對均勻的西南氣流，難以直觀提取高空輻散信息，而基于風場分解得到的輻散風場則清楚地體現(xiàn)了高空輻散區(qū)的位置。至16:00(圖4(c))，位于高空輻合區(qū)的廣西南部沿海對流云團在東移過程中逐漸減弱，而位于輻散區(qū)的雷州半島颮線云團則快速發(fā)展，海南島西北部地面輻合線上開始有小尺度對流云團觸發(fā)，對比圖3(b)的雷達回波監(jiān)測表明，此時瓊州海峽、海南島西北部輻合線上的對流單體正不斷合并發(fā)展東移。該時次的輻散風分布圖4(d)所示，與上一時次相比，廣西南部至雷州半島西部沿海的高空輻合區(qū)范圍縮小，但中心強度基本維持；兩廣交界處至海南島上空仍維持輻散氣流，海南島西北部的強輻散中心北移至雷州半島附近，位于對流云團下游的海南島東半部地區(qū)高空輻散增強。17:00，海南島上的多個小尺度對流云團快速發(fā)展東移(圖4(e))，與雷州半島颮線相連側(cè)向排列形成線狀，紅外云頂最低亮溫達到-80 ℃以下且結(jié)構(gòu)密實，且發(fā)展達到強盛階段，形成典型的颮線云團。輻散風場上(圖4(f))，高空輻散中心北收至廣東北部一帶，其南側(cè)的海南島附近無明顯分流，高空輻散開始減弱，但仍維持弱輻散氣流。至18:00，強輻散中心繼續(xù)北收(圖4(h))，海南島上空輻散進一步減弱，颮線云團亮溫降低(圖4(g))，隨后颮線快速減弱，海南島雷暴大風過程結(jié)束。

圖4 200 hPa原始風場(流線)和Himawari-8紅外云圖(左列)；200 hPa輻散風場(流線)和散度(色斑，單位：10-6 s-1)(右列)Fig.4 Original wind field at 200 hPa (stream line) and infrared satellite imagery of Himawari-8(left); divergent component wind field (stream line) and divergence (unit: 10-6 s-1) at 200 hPa

由以上分析可見，在颮線東移發(fā)展、影響海南島期間，高空200 hPa原始風場維持相對均勻的西南氣流，難以直觀判斷輻散特征。而風場分解得到的輻散風則清楚地體現(xiàn)了高空輻散強迫的演變：海南島對流發(fā)展前，輻散風場在對流區(qū)上空有較強的前期輻散信號，已發(fā)生的對流傾向于向高空輻散區(qū)移動或快速發(fā)展；在對流發(fā)展的成熟階段，高空輻散開始減弱，隨后對流減弱，風暴成熟期高空輻散的減弱是對流消散的前期信號。風場分解得到的輻散風反映出的輻散中心比原始風場更能體現(xiàn)高空強迫信息，可為對流潛勢診斷提供更為直觀的診斷依據(jù)。

4.2 近地面風場特征

前人研究指出[34,36]，陣風鋒、海風鋒等邊界層中尺度輻合線，可能是海南島弱強迫背景下形成超級單體風暴甚至龍卷的重要因子。對華南颮線大風典型個例的研究也表明[5]，地面輻合線、雷暴高壓和冷池的出現(xiàn)在颮線的形成中起到重要作用。而冷池的水平尺度、厚度和強度直接影響地面大風強度[16]。近地面冷池是颮線重要的邊界層特征[6]。該次過程中背景風較弱，颮線在形成后以15 m·s-1的較快速度移動且形成大范圍雷暴大風，這與冷池的驅(qū)動作用密不可分。雷達產(chǎn)品剖面顯示在海南島颮線形成之前的16:00左右，在其西側(cè)海面由于多個單體的下沉氣流合并，已在2 km高度以下形成持續(xù)的強下沉輻散區(qū)。由于海面觀測資料稀少，故本文選擇颮線東移影響海南島的主要時段(17:00～19:00)，采用地面加密觀測資料分析冷池的推進特征。

隨著颮線東移發(fā)展，海南島西北部陸地在17:00觀測到最低氣溫為21～22℃(圖5(a))，而颮線前側(cè)地面最低氣溫則為30℃左右，冷池與颮線前暖空氣之間形成強地面溫度梯度。從降溫幅度來看(圖5(c))，最強降溫區(qū)位于澄邁經(jīng)臨高南部至儋州西部一帶，1h最大降溫幅度達-11℃，1h最大正變壓為 2 hPa。在此期間，?？诶走_觀測到颮線后側(cè)地面出流持續(xù)增強，對應地面觀測記錄，強冷池所經(jīng)的?？凇⒊芜~北部沿海分別于16:50和16:53測得29.2 m·s-1和29.1 m·s-1(11級)的極大風。基于ERA5逐時地面10m風場資料的分解結(jié)果表明，輻散風場上的中β尺度輻合線，其位置正對應著冷池前沿的溫度梯度大值區(qū)，體現(xiàn)了颮線后側(cè)的西北風和前側(cè)的西南風的輻合特征。伴隨颮線和冷池向東南方向快速推進，輻散風場上的輻合線也隨之推進。至18:00(圖5(b)、(d))，輻散風場上的輻合線比原始風場更清晰，位置已經(jīng)越過海南省東北部的海南角，可見輻散風分量移速快于原始風場。結(jié)合自動測站資料，可證實輻散風場比原始風場更接近實際颮線過境位置和速度。此時，輻合線已東移至文昌-瓊中-東方一線，海南島西北半部地區(qū)為大范圍強冷池所占據(jù)，最低氣溫為21℃左右。最強1h降溫區(qū)向東推進至文昌北部沿海經(jīng)?？?、定安至屯昌一帶，1h最大降溫幅度仍達-10℃，1h最大正變壓增至 6 hPa，冷池所經(jīng)之處多站測得10級大風。從疊加的降水分布可見(圖5(a)、(b))，未來1h降水位于輻合線附近偏暖濕入流一側(cè)。

圖5 地面輻散風(流線)和加密自動站觀測Fig.5 Divergent component wind field at the surface (streamline) and surface observation

風暴的移動是平流和傳播的合成[1,41]。該次過程環(huán)境引導氣流較弱(圖2(d))，颮線后側(cè)大范圍強冷池持續(xù)向東南方向推進，不斷造成地面強降溫和正變壓，促使颮線前側(cè)西南暖濕入流與颮線后方出流不斷輻合，這說明冷池驅(qū)動所形成的傳播作用在風暴的移動中占據(jù)主導地位。颮線后側(cè)的強下沉輻散、變壓風、冷池密度流，以及上游海面相對平坦的下墊面，均有利于海南島北部地面強風的出現(xiàn)?；谠俜治鲑Y料進行風場分解得出的輻散風分量，不僅較好地提取了弓形回波凸起處的地面強輻合特征，也體現(xiàn)了颮線冷池向東南方向快速推進的特征。

5 結(jié)論與討論

(1)該次颮線過程發(fā)生在副高控制的較弱環(huán)境風切變的背景下，其形成過程屬于斷線型，多個小尺度對流與陣風鋒、地面β-中尺度輻合線合并發(fā)展，在1h內(nèi)迅速發(fā)展成為高度組織化的弓形颮線。對流前的環(huán)境條件分析表明，該次過程具備了較好的熱力條件，但大尺度動力強迫特征并不明顯。業(yè)務(wù)數(shù)值模式對該過程出現(xiàn)明顯漏報，通過常規(guī)潛勢分析對于對流強度和風暴類型的預判也存在困難。

(2)分解后的高空輻散風場清楚地展現(xiàn)了海南島對流前的高層輻散強迫特征，而在風暴成熟期的高層輻散減弱則早于對流消散。相較原始風場，輻散風場更清楚地提示了對流發(fā)展和消散的前期高空強迫信息，可為對流潛勢診斷提供更為直觀的依據(jù)。

(3)在環(huán)境引導氣流較弱的背景下，颮線后側(cè)強冷池的驅(qū)動作用在風暴的移動中占據(jù)主導地位。相較原始風場，輻散風場上的地面輻合線更清晰，且體現(xiàn)了弓形回波凸起處的地面強輻合特征，也體現(xiàn)了颮線冷池向東南方向快速推進的特征，未來1-h降水位于輻合線附近偏暖濕入流一側(cè)。

(4)我們正在對此個例進行高分辨率數(shù)值模擬，未來將使用更高時空分辨率的模擬結(jié)果，對本文結(jié)論做進一步的補充。