渤海北部東岸海風(fēng)鋒活動(dòng)及其觸發(fā)對(duì)流特征分析

張晶 姚文 陳海濤 何曉東 張運(yùn)芝 李黎 趙曉川

(營(yíng)口市氣象局，遼寧 營(yíng)口115001)

引言

海陸風(fēng)是近海地區(qū)由于海、陸加熱快慢不均造成的風(fēng)向晝夜變化顯著的風(fēng)，海陸風(fēng)環(huán)流是沿海地區(qū)大氣邊界層中特有的一種局地中小尺度地形性環(huán)流。海風(fēng)鋒指海陸風(fēng)環(huán)流中的海風(fēng)。海風(fēng)鋒在合適的天氣形勢(shì)和環(huán)境背景之下可以作為觸發(fā)機(jī)制，導(dǎo)致強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生，海風(fēng)鋒的觸發(fā)作用是沿海地區(qū)強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)需要考慮的重要因素[1]。中國(guó)不同地區(qū)海風(fēng)鋒活動(dòng)差異明顯，如海南島全年均有海風(fēng)，但多發(fā)生于春、秋季[2]；臺(tái)灣海峽西岸4—5月以及夏末秋初海陸風(fēng)日較多，冬季相對(duì)較少[3]；上海地區(qū)海風(fēng)鋒多發(fā)生在6—9月，7—8月海風(fēng)鋒最易觸發(fā)對(duì)流，且分為南支海風(fēng)鋒、北支海風(fēng)鋒及南北支海風(fēng)鋒三種類(lèi)型[4－6]；渤海灣地區(qū)6—9月發(fā)生海風(fēng)鋒的頻率較高，不同海風(fēng)鋒過(guò)程維持的時(shí)間和伸展到內(nèi)陸的距離差異明顯[7－9]。此外，還有氣象工作者對(duì)海風(fēng)鋒觸發(fā)的雷暴、局地暴雨、強(qiáng)對(duì)流等過(guò)程進(jìn)行了綜合分析，歸納出海風(fēng)鋒觸發(fā)對(duì)流活動(dòng)的特征和規(guī)律[10－12]，并應(yīng)用數(shù)值模擬方式分析了海風(fēng)鋒觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣的機(jī)理[13－15]。

遼寧省毗鄰黃海和渤海，海洋對(duì)遼寧氣候影響明顯，有研究對(duì)遼寧省海岸帶大風(fēng)[16]、冷槽降水[17]和風(fēng)雹天氣[18－19]進(jìn)行詳細(xì)分析，總結(jié)了大連地區(qū)海陸風(fēng)環(huán)流[19]及大連地區(qū)雷暴[20]時(shí)空變化特征，但總體來(lái)說(shuō)對(duì)渤海北部海風(fēng)鋒的活動(dòng)研究較少，本文通過(guò)對(duì)渤海北部東岸的海風(fēng)鋒活動(dòng)及其觸發(fā)對(duì)流特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合實(shí)例分析，以期為遼寧沿海地區(qū)海風(fēng)鋒的雷達(dá)監(jiān)測(cè)和短臨預(yù)報(bào)提供參考。

1 資料與方法

使用的資料為2015年、2018年和2019年3 a的營(yíng)口(Z9417)CINRAD/SA雷達(dá)資料、地面加密自動(dòng)站資料、衛(wèi)星和高空、地面常規(guī)觀測(cè)資料。營(yíng)口雷達(dá)位于大石橋蟠龍山(40.64°N，122.52°E)，海拔高度為230 m，時(shí)間分辨率為6 min，所用資料2015年和2018年為單偏振雷達(dá)產(chǎn)品，2019年為雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品。

本文識(shí)別海風(fēng)鋒的資料以雷達(dá)為主要依據(jù)，以加密自動(dòng)站的風(fēng)場(chǎng)資料和常規(guī)資料分析為輔助。參考上海地區(qū)的研究結(jié)果[4－5]，并結(jié)合本地實(shí)際情況，確定海風(fēng)鋒在多普勒雷達(dá)產(chǎn)品上的特征為:低仰角(只出現(xiàn)在0.5°/1.5°仰角)；窄帶弱回波(呈線(xiàn)狀)；回波兩側(cè)為風(fēng)的輻合(存在海風(fēng)與環(huán)境風(fēng)的輻合)；初始時(shí)通常平行于海岸線(xiàn)；出現(xiàn)在白天晴空狀況下。定義海風(fēng)鋒為同時(shí)滿(mǎn)足上述條件的低仰角弱窄帶回波。但出流邊界(陣風(fēng)鋒)、下?lián)舯┝?、鋒面等同樣具有上述雷達(dá)回波特征，因此在具體判定中還需要根據(jù)實(shí)際的天氣情況進(jìn)行分析判斷。發(fā)生海風(fēng)鋒的當(dāng)日稱(chēng)為“海風(fēng)鋒日”，無(wú)論當(dāng)天出現(xiàn)幾支海風(fēng)鋒，只計(jì)做“1次”。

2 結(jié)果分析

2.1 渤海北部東岸海風(fēng)鋒時(shí)間

2015年、2018年和2019年渤海北部東岸共出現(xiàn)57次海風(fēng)鋒，其中2015年11次，2018年24次，2019年22次(表1)，不同年份海風(fēng)鋒出現(xiàn)次數(shù)差異較大。渤海北部東岸海風(fēng)鋒主要出現(xiàn)在6—8月，集中時(shí)段在6月下旬到8月中旬，其中7月最多，占夏季總頻次的比例2015年、2018年、2019年分別為45%、50%、77%。三個(gè)年份中的5月和9月未出現(xiàn)海風(fēng)鋒，主要是渤海北部東岸地處39°N以北，從季節(jié)變化的角度，5月和9月氣溫相對(duì)較低，不易形成海陸風(fēng)環(huán)流。

表1 2015年、2018年和2019年渤海北部東岸海風(fēng)鋒出現(xiàn)次數(shù)Table 1 Occurrence numbers of sea breeze fronts on the eastern coast of the northern Bohai Sea in 2015，2018 and 2019 次

從日變化上看，海風(fēng)鋒起始時(shí)刻與溫度的日變化相關(guān)性明顯，2019年22次渤海北部東岸海風(fēng)鋒起始時(shí)刻與當(dāng)天陸地和海面白天最高溫度統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)圖1(陸地選取營(yíng)口地區(qū)自動(dòng)氣象站觀測(cè)的溫度最高值，海面選取的是營(yíng)口海上燈船自動(dòng)站溫度觀測(cè)數(shù)據(jù))。6月到7月上旬海風(fēng)鋒初始時(shí)刻一般在11—12時(shí)，消亡時(shí)刻一般在16—17時(shí)；7月中旬到8月海風(fēng)鋒初始時(shí)刻一般在9—10時(shí)，消亡時(shí)刻一般在18—19時(shí)。具體時(shí)刻還與當(dāng)天的溫度日變化密切相關(guān)，如上午天空有云或溫度上升緩慢時(shí)，海風(fēng)鋒初始時(shí)刻可推遲到13—14時(shí)；處于副熱帶高壓內(nèi)部時(shí)，海風(fēng)鋒初始時(shí)刻最早可出現(xiàn)在08時(shí)左右；白天溫度較高時(shí)，海風(fēng)鋒消亡時(shí)刻可推遲至20—21時(shí)；在海風(fēng)鋒上觸發(fā)大范圍強(qiáng)雷暴時(shí)，海風(fēng)鋒消亡較快。

圖1 2019年渤海北部東岸22次海風(fēng)鋒過(guò)程維持時(shí)間及當(dāng)日海陸最高溫度變化Fig.1 Duration and daily maximum temperature over the land and sea of 22 sea breeze fronts in 2019 on the eastern coast of the northern Bohai Sea

2.2 渤海北部東岸海風(fēng)鋒空間分布及移動(dòng)

遼寧地勢(shì)的特點(diǎn)是東西兩側(cè)高、中間低，地勢(shì)整體呈馬蹄形環(huán)繞渤海。渤海北部東岸海岸線(xiàn)分為兩段，營(yíng)口蓋州西海村以南為東北—西南走向，西海村以北為東南—西北走向。渤海北部海風(fēng)鋒移動(dòng)與地形和近地面風(fēng)向密切相關(guān)，根據(jù)雷達(dá)觀測(cè)到海風(fēng)鋒起始位置不同，渤海北部東岸海風(fēng)鋒形式和移動(dòng)路徑分為3種:一是沿山型(圖2a)，二是北部沿海型(圖3a)，三是混合型(圖4a)。

圖2 沿山型海風(fēng)鋒示意(a)、2019年7月24日營(yíng)口(Z9417)SA雷達(dá)0.5°仰角實(shí)例(b)和沈陽(yáng)(Z9240)SC雷達(dá)0.5°仰角實(shí)例(c)Fig.2 Schematic diagram of the along-mountain type of sea breeze front(a)，distribution of SA radar reflectivity with 0.5°elevation at Yingkou(Z9417)(b)and Shenyang(Z9240)(c)on July 24，2019

2.2.1 沿山型

沿山型為海風(fēng)鋒移動(dòng)的主要類(lèi)型，占比為渤海北部東岸海風(fēng)鋒的75%左右，多發(fā)生在地面偏南風(fēng)背景下。一般11時(shí)左右開(kāi)始生成，生成時(shí)基本與東北—西南走向的海岸線(xiàn)平行，之后向東推進(jìn)，北部速度快，南部速度慢；13—14時(shí)南部到達(dá)蓋州、大石橋東部山地之后維持不動(dòng)，北部繼續(xù)向東北方向移動(dòng)；15—16時(shí)北部達(dá)到海城東部山地，并沿山繼續(xù)向東北方向伸展，有時(shí)可以達(dá)到遼陽(yáng)至沈陽(yáng)地區(qū)(圖2b)；17—18時(shí)海風(fēng)鋒逐漸減弱消失。雷達(dá)隨探測(cè)距離的變大，波束距地面距離逐漸增高，0.5°仰角上，在遼陽(yáng)地區(qū)距地面高度達(dá)到1.5 km，由于海風(fēng)鋒屬于近地面的淺薄系統(tǒng)，在遼陽(yáng)以北地區(qū)營(yíng)口雷達(dá)無(wú)法探測(cè)到，查看同時(shí)刻的沈陽(yáng)雷達(dá)，可以看到遼陽(yáng)—燈塔—沈陽(yáng)沿山一線(xiàn)仍有窄帶回波延伸，可以判定海風(fēng)鋒延伸的距離可以達(dá)到沈陽(yáng)地區(qū)(圖2c)。不同季節(jié)起始時(shí)間和維持時(shí)間略有變化，一般維持時(shí)間越長(zhǎng)，向東北方向延伸的距離越遠(yuǎn)。

2.2.2 北部沿海型

北部沿海型占比為渤海北部東岸海風(fēng)鋒的5%左右，多發(fā)生在地面偏北風(fēng)或偏西風(fēng)背景下。該類(lèi)型發(fā)生在蓋州西海以北沿海地區(qū)，初始時(shí)刻與東南—西北走向的海岸線(xiàn)平行，隨后逐漸向內(nèi)陸移動(dòng)(圖3b)。該類(lèi)型海風(fēng)鋒向內(nèi)陸伸展的距離較短，一般在沿海附近穩(wěn)定少動(dòng)，也有向東移動(dòng)逐漸發(fā)展成沿山型的。單純北部沿海型的海風(fēng)鋒比較少，多數(shù)情況為混合型。

圖3 北部沿海型海風(fēng)鋒示意(a)及2018年7月29日營(yíng)口(Z9417)SA雷達(dá)0.5°仰角實(shí)例(b)Fig.3 Schematic diagram of the northern-coast type of sea breeze front(a)and distribution of SA radar reflectivity with 0.5°elevation at Yingkou(Z9417)on July 29，2018(b)

2.2.3 混合型

混合型為多條海風(fēng)鋒同時(shí)出現(xiàn)的情況，占比為渤海北部東岸海風(fēng)鋒的20%左右，多出現(xiàn)在地面弱風(fēng)場(chǎng)的背景下，北部多為偏西或偏北風(fēng)，南部為偏南風(fēng)(圖4 b)。在移動(dòng)的過(guò)程中海風(fēng)鋒可能合并。

2.3 渤海北部東岸海風(fēng)鋒的雷達(dá)產(chǎn)品特征

2.3.1 反射率因子

渤海北部東岸海風(fēng)鋒在反射率產(chǎn)品上表現(xiàn)為窄帶弱回波，寬度為5—7 km，有時(shí)會(huì)達(dá)到10 km，其中最強(qiáng)的中心寬為2—4 km。統(tǒng)計(jì)2015年、2018年和2019年3 a的渤海北部東岸海風(fēng)鋒反射率因子強(qiáng)度(表2)，海風(fēng)鋒強(qiáng)度范圍一般小于27 dBz，個(gè)別達(dá)到32 dBz。按照海風(fēng)鋒強(qiáng)度大小分為5個(gè)等級(jí)，分別為7—12 dBz、12—17 dBz、17—22 dBz、22—27 dBz、27—32 dBz。其中17—22 dBz最多，占比40%。

圖4 混合型海風(fēng)鋒示意(a)及2018年7月5日營(yíng)口(Z9417)SA雷達(dá)0.5°仰角實(shí)例(b)Fig.4 Schematic diagram of the hybrid type of sea breeze front(a)and distribution of SA radar reflectivity with 0.5°elevation at Yingkou(Z9417)on July 5，2018(b)

表2 2015年、2018年和2019年渤海北部東岸海風(fēng)鋒強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)Table 2 Intensity of sea breeze fronts on the eastern coast of the northern Bohai Sea in 2015，2018 and 2019 次

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，7—12 dBz主要出現(xiàn)在6月至7月上中旬，此時(shí)氣溫相對(duì)低一些，海風(fēng)鋒的強(qiáng)度相對(duì)較弱。

27—32 dBz多發(fā)生在溫度較高的情況下，陸地白天最高溫度可達(dá)36—37℃。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約50%發(fā)生在超折射的背景下，如2018年8月3日海風(fēng)鋒過(guò)程，雷達(dá)圖上地物雜波較多，從當(dāng)日08時(shí)錦州探空?qǐng)D上可以看到，大氣中地面到925 hPa氣溫向上遞增、露點(diǎn)溫度向上迅速遞減，存在明顯的“干暖蓋”大氣層結(jié)，有利于超折射的形成(圖略)。

2019年探測(cè)到的海風(fēng)鋒強(qiáng)度較2015年和2018年偏強(qiáng)。這主要與雷達(dá)的算法有關(guān)，單偏振雷達(dá)分辨率為1000 m，是對(duì)來(lái)自4個(gè)相接的距離庫(kù)的回波功率取平均，升級(jí)后的雙偏振雷達(dá)強(qiáng)度距離分辨率由1000 m提高至250 m，不再對(duì)距離庫(kù)取平均。海風(fēng)鋒是窄帶回波，其寬度較小，相鄰距離庫(kù)間的數(shù)值差異較大，4個(gè)距離庫(kù)取平均之后數(shù)值減小，而雙偏振產(chǎn)品不存在這種情況，因此雙偏振產(chǎn)品較單偏振產(chǎn)品偏強(qiáng)。

2.3.2 徑向速度

渤海北部東岸海風(fēng)鋒在雷達(dá)徑向速度圖上的特征沒(méi)有反射率圖上明顯，與環(huán)境場(chǎng)的風(fēng)向風(fēng)速和海風(fēng)鋒本身的移向移速均有關(guān)系。圖5為沿山型海風(fēng)鋒發(fā)展最為旺盛的情況。反射率圖上可以看到自大連北部到遼陽(yáng)以北整個(gè)沿山地區(qū)均有明顯的窄帶回波(圖5a)。在徑向速度圖上可以分為3部分，南部為偏南風(fēng)區(qū)域，中間為偏西風(fēng)和東南風(fēng)的輻合帶，北部為西南風(fēng)，在海風(fēng)鋒處可以看到風(fēng)速較其他地方略強(qiáng)(圖5b)。從地面自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)可以看出，南部為偏西風(fēng)和偏南風(fēng)的輻合帶，中部為偏西風(fēng)和東南風(fēng)輻合，北部為西南風(fēng)(圖5c)。雷達(dá)徑向速度和地面自動(dòng)站風(fēng)向大致相同，地面受到地形作用，在弱風(fēng)的情況下風(fēng)向會(huì)有局地變化。

圖5 2019年7月24日沿山型海風(fēng)鋒營(yíng)口(Z9417)SA雷達(dá)0.5°仰角反射率(a)、徑向速度(b)和地面自動(dòng)站風(fēng)速圖(c)Fig.5 Distribution of SA radar reflectivity(a)and radial velocity(b)with 0.5°elevation at Yingkou(Z9417)and surface wind rose(c)during the along-mountain type of sea breeze front on July 24，2019

圖6為混合型海風(fēng)鋒的情況。反射率因子圖上可以看到西側(cè)有一條西北—東南向沿海岸線(xiàn)的窄帶回波，東側(cè)有一條沿山的窄帶回波，兩條窄帶回波在營(yíng)口青石嶺附近交匯(圖6a)。徑向速度圖上，左邊西北—東南向海風(fēng)鋒的西側(cè)為偏西風(fēng)、東側(cè)為偏北風(fēng)，沿山的海風(fēng)鋒西側(cè)為偏北風(fēng)、東側(cè)為偏南風(fēng)，兩條海風(fēng)鋒上風(fēng)向輻合明顯，風(fēng)速較小(圖6b)。自動(dòng)站風(fēng)速圖上與雷達(dá)速度圖對(duì)應(yīng)的比較好(圖6c)。

圖6 2018年7月5日混合型海風(fēng)鋒營(yíng)口(Z9417)SA雷達(dá)0.5°仰角反射率(a)、徑向速度(b)和地面自動(dòng)站風(fēng)速圖(c)Fig.6 Distribution of SA radar reflectivity(a)and radial velocity(b)with 0.5°elevation at Yingkou(Z9417)and surface wind rose(c)during the hybrid type of sea breeze front on July 5，2018

2.3.3 其他雙偏振參量

分析渤海北部東岸海風(fēng)鋒出現(xiàn)時(shí)差分反射率、相關(guān)系數(shù)和差分相移率3個(gè)雙偏振雷達(dá)參量產(chǎn)品顯示，海風(fēng)鋒附近差分反射率數(shù)值較大，達(dá)到5 dB以上，但其他非降水回波的差分反射率也比較大，該產(chǎn)品不能提供較好的分辨力；海風(fēng)鋒上相關(guān)系數(shù)均在0.8以下；差分相移率產(chǎn)品上沒(méi)有數(shù)值。總的來(lái)說(shuō)，雙偏振雷達(dá)參量上沒(méi)有可明顯識(shí)別的特征(圖略)。

2.4 渤海北部東岸海風(fēng)鋒環(huán)流背景與觸發(fā)對(duì)流

2015年，2018年和2019年渤海北部東岸海風(fēng)鋒形勢(shì)場(chǎng)與觸發(fā)對(duì)流統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。由表3可知，海風(fēng)鋒在各種天氣背景下均能發(fā)生，57次海風(fēng)鋒中有20次觸發(fā)了對(duì)流，其中弱對(duì)流12次，較強(qiáng)對(duì)流8次。槽后脊前、高空脊背景下出現(xiàn)海風(fēng)鋒的概率最高，共22次，觸發(fā)對(duì)流5次。高空脊控制下大氣穩(wěn)定、天氣晴好，白天地面升溫快，有利于海風(fēng)鋒的形成。5次對(duì)流過(guò)程均為弱對(duì)流，其中蓋州南部山區(qū)和海城東部山區(qū)最易觸發(fā)，一般出現(xiàn)在14時(shí)以后，觸發(fā)后以孤立對(duì)流單體方式發(fā)展，持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度弱，為午后熱對(duì)流。

表3 2015年、2018年和2019年渤海北部東岸海風(fēng)鋒形勢(shì)場(chǎng)與觸發(fā)對(duì)流統(tǒng)計(jì)Table 3 Synoptic condition and triggered convection during sea breeze fronts in the eastern coast of the northern Bohai Sea in 2015，2018 and 2019 次

高空槽前背景下出現(xiàn)18次海風(fēng)鋒，觸發(fā)對(duì)流8次，其中較強(qiáng)對(duì)流4次，6—8月均有發(fā)生；冷渦背景下出現(xiàn)11次海風(fēng)鋒，觸發(fā)對(duì)流4次，其中較強(qiáng)對(duì)流2次，多發(fā)生在7月中旬之前和8月中旬及以后；副熱帶高壓后部背景下出現(xiàn)6次海風(fēng)鋒，觸發(fā)對(duì)流3次，其中較強(qiáng)對(duì)流2次，一般發(fā)生在7月下旬到8月上旬。高空槽和冷渦背景均為降水天氣的有利形勢(shì)，副熱帶高壓后部水汽條件充足、不穩(wěn)定能量較大，3種天氣背景下海風(fēng)鋒的存在成為對(duì)流的有利觸發(fā)機(jī)制，且一旦觸發(fā)就容易產(chǎn)生較強(qiáng)的對(duì)流。海風(fēng)鋒觸發(fā)的強(qiáng)對(duì)流多在12—13時(shí)開(kāi)始，在整條海風(fēng)鋒上均易觸發(fā)，觸發(fā)后很快連成一片，形成對(duì)流風(fēng)暴，可造成一定影響。

2.5 渤海北部東岸海風(fēng)鋒觸發(fā)對(duì)流個(gè)例

2019年8月1日午后，遼寧南部出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣。多地發(fā)生短時(shí)強(qiáng)降水，最大降水出現(xiàn)在鞍山牧牛鎮(zhèn)，2 h降水量達(dá)58.2 mm；營(yíng)口九寨、陳屯、小石棚、臥龍泉、建一等鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹，冰雹最大直徑為4 cm左右，持續(xù)時(shí)間為30 min左右，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，密度大；同時(shí)伴有雷雨大風(fēng)，營(yíng)口九寨鎮(zhèn)瞬時(shí)風(fēng)力為27 m·s－1(10級(jí))。

2.5.1 形勢(shì)場(chǎng)和環(huán)境場(chǎng)

2019年8月1日08時(shí)，200 hPa上遼寧南部受高空西南急流影響，急流強(qiáng)度較強(qiáng)，達(dá)到34 m·s－1；500 hPa上黑龍江北部存在冷渦中心，遼寧南部處于冷渦底部高空槽前，槽后冷空氣不斷積聚并隨高空槽東移南壓，副熱帶高壓后部控制遼寧南部地區(qū)；850 hPa上黑龍江北部冷渦中心更為明顯，遼寧南部位于冷渦底部切變前，高低空呈上冷下暖的配置，強(qiáng)對(duì)流潛勢(shì)明顯；地面遼寧南部位于低壓底部、高壓后部弱氣壓場(chǎng)控制。

8月1日08時(shí)大連探空?qǐng)D上(圖略)，CAPE值為1374.7 J·kg－1，遼寧南部午后氣溫達(dá)到36℃以上，將探空?qǐng)D的地面溫度訂正到36℃，CAPE值達(dá)到2906.8 J·kg－1，不穩(wěn)定能量較大。在風(fēng)場(chǎng)上，地面到850 hPa風(fēng)向由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)力不大，為弱的暖平流；850 hPa到500 hPa風(fēng)向由西北風(fēng)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速?gòu)? m·s－1急劇增加至16 m·s－1，冷平流強(qiáng)盛；同時(shí)地面到500 hPa存在較強(qiáng)的風(fēng)切變。水汽上，850 hPa附近有淺薄的濕層，850 hPa與500 hPa之間、地面與850 hPa之間均有明顯的干層，溫度層結(jié)曲線(xiàn)與露點(diǎn)溫度曲線(xiàn)整體呈“X”型，為雷暴大風(fēng)型探空曲線(xiàn)。綜上，遼寧南部具備出現(xiàn)雷暴大風(fēng)的潛勢(shì)。

2.5.2 海風(fēng)鋒

2019年8月1日上午遼寧南部氣溫快速升至35℃以上，海陸溫差明顯，從雷達(dá)反射率因子圖可以看到(圖7a)，09:00左右在沿海地區(qū)逐漸有海風(fēng)鋒生成，并向東向北移動(dòng)，到達(dá)沿山地區(qū)，并逐漸加強(qiáng)成一條東北—西南向的明顯的窄帶回波，海風(fēng)鋒北端到海城附近，南端在瓦房店境內(nèi)，長(zhǎng)度約150 km，回波中心強(qiáng)度17—22 dBz，從對(duì)應(yīng)速度圖可以看到(圖7b)，海風(fēng)鋒西側(cè)為偏西風(fēng)，東側(cè)為偏南風(fēng)，海風(fēng)鋒上為偏西風(fēng)和偏南風(fēng)的輻合，與自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)相對(duì)應(yīng)(圖7c)，同時(shí)在可見(jiàn)光云圖上可以看到一條明顯的對(duì)流云帶(圖8a)。

2.5.3 對(duì)流風(fēng)暴

2019年8月1日13:30左右沿著海風(fēng)鋒自西南向東北方向開(kāi)始有對(duì)流發(fā)展，到15時(shí)以后整條海風(fēng)鋒上有對(duì)流快速發(fā)展加強(qiáng)。8月1日13:49海風(fēng)鋒在營(yíng)口雷達(dá)反射率、徑向速度和自動(dòng)站風(fēng)速見(jiàn)圖7，圖8可見(jiàn)光云圖上能看到海風(fēng)鋒觸發(fā)的對(duì)流。8月1日14:00—16:30可見(jiàn)光云圖見(jiàn)圖8，14:00(圖8 a)整條海風(fēng)鋒表現(xiàn)為一條比較弱的狹長(zhǎng)的對(duì)流云帶，對(duì)流發(fā)展尚不明顯；14:30在海風(fēng)鋒的南部對(duì)流已經(jīng)發(fā)展起來(lái)(圖8 b)；15:30在整條海風(fēng)鋒上均有對(duì)流觸發(fā)，并且對(duì)流單體連成一片，成為多單體強(qiáng)風(fēng)暴(圖8 c)；16:30對(duì)流風(fēng)暴整體向東北方向移動(dòng)，高空云砧伸展到遼寧東北部地區(qū)，同時(shí)在風(fēng)暴西側(cè)渤海上可以看到從雷暴中分離的陣風(fēng)鋒快速西移(圖8 d)；18:00以后風(fēng)暴逐漸消亡。

圖7 2019年8月1日13:49海風(fēng)鋒在營(yíng)口(Z9417)SA雷達(dá)0.5°仰角反射率(a)、徑向速度(b)和自動(dòng)站(c)風(fēng)速圖Fig.7 Distribution of SA radar reflectivity(a)and radial velocity(b)with 0.5°elevation at Yingkou(Z9417)and surface wind rose(c)during a sea breeze front at 13:49 on August 1，2019

圖8 2019年8月1日14:00(a)、14:30(b)、15:30(c)、16:30(d)可見(jiàn)光云圖Fig.8 Satellite visible imagery at 14:00(a)，14:30(b)，15:30(c)，and 16:30(d)on August 1，2019

圖9 2019年8月1日14:48營(yíng)口(Z9417)SA雙偏振雷達(dá)0.5°仰角反射率(a)、相關(guān)系數(shù)(b)、差分反射率(c)、差分相移率(d)、粒子分類(lèi)(e)、徑向速度(f)分布Fig.9 Distribution of reflectivity(a)，correlation coefficient(b)，differential reflectivity(c)，differential phase-shift rate(d)，particle classification(e)，and radial velocity(f)measured by a SA dual-polarization radar with 0.5°elevation at Yingkou(Z9417)at 14:48 on August 1，2019

圖9為8月1日14:48營(yíng)口雙偏振雷達(dá)0.5°仰角上各產(chǎn)品反映的對(duì)流風(fēng)暴。反射率圖上對(duì)流單體呈線(xiàn)狀排列，每個(gè)單體發(fā)展都非常旺盛，單體強(qiáng)回波均在50 dBz以上，最強(qiáng)達(dá)到66.5 dBz。分析反射率回波不同強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的雙偏振產(chǎn)品特征可知，45 dBz以下(回波邊緣除外)，相關(guān)系數(shù)基本均在0.98以上，差分反射率為0.5—2.0 dBz，差分相移率為每公里0.1°—0.5°，雙偏振產(chǎn)品都比較均勻，粒子識(shí)別為小雨滴；45—55 dBz時(shí)，相關(guān)系數(shù)為0.96—0.97，差分反射率為1.0—2.5 dB，差分相移率為每公里0.5°—1.0°，粒子識(shí)別為大雨滴；大于55 dBz時(shí)，相關(guān)系數(shù)均為0.96以下(在60 dBz以上的強(qiáng)中心處相關(guān)系數(shù)甚至降至0.88以下)，差分反射率為2—3 dB(在60 dBz以上的強(qiáng)中心處降至－1～1 dB，差分相移率為每公里2°—6°(最大達(dá)到每公里9.6°，在60 dBz以上的強(qiáng)中心處存在空洞)，粒子識(shí)別為大雨滴或冰雹。對(duì)應(yīng)的速度圖上在強(qiáng)回波附近有明顯的大風(fēng)速中心，最大達(dá)到16.6 m·s－1，對(duì)應(yīng)地面強(qiáng)風(fēng)的位置。綜上，風(fēng)暴具有短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹和雷雨大風(fēng)的特征，落區(qū)均在強(qiáng)回波中心附近。

3 結(jié)論

(1)2015年、2018年和2019年3 a由營(yíng)口雷達(dá)觀測(cè)到的海風(fēng)鋒日共計(jì)57次，不同年份海風(fēng)鋒活動(dòng)差異較大，2018年海風(fēng)鋒日最多，為24次；海風(fēng)鋒過(guò)程主要出現(xiàn)在6—8月，集中時(shí)段在6月下旬到8月中旬，其中7月最多；海風(fēng)鋒初始和消亡時(shí)刻與氣溫日變化相關(guān)性大。

(2)渤海北部東岸海風(fēng)鋒分為沿山型、北部沿海型和混合型3種。其中沿山型占比為渤海北部東岸海風(fēng)鋒的70%以上，海風(fēng)鋒東移到達(dá)沿山地區(qū)后維持加強(qiáng)，北部可沿山繼續(xù)向東北方向伸展，可以達(dá)到遼陽(yáng)甚至沈陽(yáng)地區(qū)。

(3)海風(fēng)鋒在雷達(dá)反射率圖上表現(xiàn)為窄帶回波，回波強(qiáng)度一般小于27 dBz；在速度圖上表現(xiàn)為風(fēng)向的輻合或風(fēng)速的大值區(qū)，但在風(fēng)速較小的時(shí)候表現(xiàn)不明顯；在雙偏振雷達(dá)產(chǎn)品上沒(méi)有可明顯識(shí)別的特征。

(4)在各種天氣背景下均能發(fā)生海風(fēng)鋒過(guò)程，但在高空脊控制的情況下最多，占40%以上，不同年份差異較大。海風(fēng)鋒是重要的對(duì)流觸發(fā)機(jī)制，在副熱帶高壓后部、高空槽、冷渦背景下的海風(fēng)鋒容易觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣，高空脊控制下海風(fēng)鋒可觸發(fā)午后熱對(duì)流，多為弱對(duì)流。