一次下?lián)舯┝鬟^程形成機(jī)制的模擬分析

于雷，連志鸞，熊秋芬，丁和悅

(1.保定市氣象局，保定 071000；2.河北省氣象臺(tái)，石家莊 050021；3.中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081；4.河北省氣象局強(qiáng)對(duì)流創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，石家莊 050021)

引言

我國(guó)內(nèi)陸一些突破歷史觀測(cè)記錄的極端大風(fēng)天氣，往往是由下?lián)舯┝髟斐傻?翟麗萍等，2019)。而關(guān)于下?lián)舯┝鞲拍?，早?0世紀(jì)80年代，F(xiàn)ujita(1981，1985)將其定義為地面上水平風(fēng)速超過17.9 m·s-1、中空氣流向下、地面氣流呈輻散型的，直線型或曲線型風(fēng)害。俞小鼎等(2005)在進(jìn)行對(duì)流風(fēng)暴分類時(shí)也指出，下?lián)舯┝魇悄茉诘孛嫔袭a(chǎn)生18 m·s-1以上輻散風(fēng)的一股集中下沉氣流。目前多將快速下降的反射率因子核、強(qiáng)而深厚的中層徑向輻合等特征作為下?lián)舯┝鞒霈F(xiàn)的預(yù)兆(俞小鼎等，2006；吳芳芳等，2009)。而在下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生、發(fā)展機(jī)理方面，張怡等(2012)指出高空動(dòng)量下傳是造成低空及地面風(fēng)速迅速增大的一個(gè)重要因素。張弛等(2019)發(fā)現(xiàn)動(dòng)量下傳和蒸發(fā)作用共同引發(fā)了下沉氣流；王秀明等(2013)認(rèn)為，地面強(qiáng)風(fēng)由對(duì)流單體下沉輻散氣流疊加在冷池密度流上造成。周后福等(2017)對(duì)天氣個(gè)例分析后指出，水成物與環(huán)境大氣之間的負(fù)浮力增加是下?lián)舯┝鞯闹匾梢?。崔?qiáng)等(2017)的研究結(jié)果顯示地面風(fēng)速與雨水蒸發(fā)呈正相關(guān)，增大雨水蒸發(fā)率能引起地面風(fēng)速的增加。周后福等(2018)進(jìn)一步指出地面大風(fēng)是由下沉運(yùn)動(dòng)配合降水物的重力拖曳、雷暴高壓局地輻散以及大氣次級(jí)環(huán)流圈等因素共同造成的。為明確比較水的相變冷卻和凝結(jié)物重量在下沉氣流的形成和維持方面所做的貢獻(xiàn)，Hjelmfelt(1989)提出將各水成物的比含水量換算為等效冷卻溫度來表征負(fù)浮力的大小。劉香娥等(2012)的研究結(jié)果表明降水粒子的融化、蒸發(fā)過程能顯著影響雷暴冷池的強(qiáng)度，進(jìn)而造成地面大風(fēng)的出現(xiàn)或加強(qiáng)，其中雨水蒸發(fā)是關(guān)鍵因素；孫凌峰等(2003)的個(gè)例分析則發(fā)現(xiàn)冰雹重力拖曳作用是直接原因，其次是冰雹融化和雨水蒸發(fā)。

2017年7月9日傍晚至夜間河北中部發(fā)生了一次由下?lián)舯┝饕l(fā)的地面大風(fēng)天氣過程，雷雨大風(fēng)伴隨的次生和衍生災(zāi)害較為嚴(yán)重，部分學(xué)者(馬鴻青等，2019；楊曉亮等，2020)對(duì)過程發(fā)生的環(huán)境條件和對(duì)流風(fēng)暴演變特征等進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步探討這次大風(fēng)過程中水成物的微物理特征及其對(duì)大風(fēng)風(fēng)速的影響，本文利用常規(guī)觀測(cè)、自動(dòng)站加密觀測(cè)和雷達(dá)資料等先給出了下?lián)舯┝饕l(fā)的大風(fēng)的時(shí)空分布特征、雷達(dá)回波反射率因子演變等；再基于華北區(qū)域中尺度模式(RMAPS)的模擬結(jié)果對(duì)下?lián)舯┝鬟^程中的風(fēng)場(chǎng)及微物理過程等進(jìn)行了模擬和分析，以期提高預(yù)報(bào)員對(duì)此類致災(zāi)性強(qiáng)天氣的認(rèn)識(shí)，并為RMAPS產(chǎn)品在短臨預(yù)報(bào)預(yù)警工作中的應(yīng)用提供參考。

1 天氣過程概況

如圖1所示，2017年7月9日下午至夜間，冀中南77個(gè)縣(市/區(qū))出現(xiàn)雷雨天氣，64個(gè)國(guó)家站的極大風(fēng)風(fēng)速達(dá)8級(jí)，16個(gè)國(guó)家站風(fēng)速達(dá)10級(jí)，位于保定市順平縣高于鋪的4要素自動(dòng)站監(jiān)測(cè)到43.1 m·s-1的極端大風(fēng)，為當(dāng)?shù)?973年有氣象記錄以來的歷史極值。同時(shí)本次過程中5個(gè)國(guó)家站出現(xiàn)冰雹，最大冰雹直徑1 cm。

圖1 2017年7月9日14:00—20:00(北京時(shí)，下同)地面極大風(fēng)(風(fēng)矢，單位:m·s-1)分布(黑色代表風(fēng)力8級(jí)，藍(lán)色9級(jí)；綠色10級(jí)；橙色11級(jí)；紅色12級(jí))Fig.1 The distribution of extreme surface wind speed(barb,unit:m·s-1)from 14:00 to 20:00 BT on 9 July 2017(The black blue,green,orange,and red wind barbs are the scale of wind-force of 8,9,10,11 and 12,respectively).

2 下?lián)舯┝鞯睦走_(dá)和自動(dòng)站觀測(cè)特征

本文關(guān)注的高于鋪極端大風(fēng)由中尺度颮線過境時(shí)伴隨的下?lián)舯┝饕l(fā)。下?lián)舯┝靼l(fā)生時(shí)，可以從石家莊雷達(dá)回波中觀察到順平站(圖2a中△標(biāo)記處)附近上空有反射率因子核的多次下降，圖2給出了9日19∶00石家莊雷達(dá)1.5°仰角的反射率因子及沿線段AB的剖面產(chǎn)品，可以看出在18：54(圖2b)，≥55 dBz的反射率因子質(zhì)心1已經(jīng)降至距地面2—4 km高度處，此時(shí)質(zhì)心2位于6 km高度。至19∶00(圖2c)，質(zhì)心1已經(jīng)完全降至地面并在反射率因子圖中消失，質(zhì)心2降至2 km；19∶06(圖2d)質(zhì)心2也完全降落。

圖2 2017年7月9日19:00石家莊雷達(dá)1.5°仰角反射率因子(a)及18∶54(b)、19∶00(c)、19∶06(d)沿線段AB的剖面(dBz)，△為順平站Fig.2 The reflectivity factor(unit:dBz)from Shijiazhuang Doppler radar(a)with 1.5°elevation angle at 19:00 BT and the cross sections of radial velocities along the blue line AB at(b)18:54,(c)19:00 and(d)19:06 BT on 9 July 2017(△is the location of Shunping station).

下?lián)舯┝鞒霈F(xiàn)后，地面風(fēng)場(chǎng)呈輻散狀，高于鋪位于該輻散中心的東南側(cè)(圖4a)，結(jié)合其四要素自動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(圖略)可知，高于鋪在下?lián)舯┝鞒霈F(xiàn)前(18∶55)有弱偏東風(fēng)(＜2 m·s-1)；19∶00風(fēng)向突變?yōu)槲鞅憋L(fēng)且風(fēng)速陡增至18.8 m·s-1，隨后風(fēng)向緩慢逆轉(zhuǎn)、風(fēng)速持續(xù)增加；19∶09出現(xiàn)了西北偏北風(fēng)，風(fēng)速43.1 m·s-1；之后風(fēng)速緩慢減弱、風(fēng)向變動(dòng)不大；19∶25轉(zhuǎn)為2.1 m·s-1的偏西風(fēng)。18∶57地面開始有降水出現(xiàn)，19∶00、19∶05、19∶10的5分鐘雨量分別為1.3 mm、5.9 mm和9.6 mm。19∶00—19∶10氣溫驟降10.6℃。

自動(dòng)站觀測(cè)圖(圖3)可清楚的觀察到地面冷池，由于地形海拔高度的影響，19：00冷中心與地面輻散中心相距約0.5個(gè)經(jīng)距(圖3a)，而1 h變溫場(chǎng)(圖3b)中可以看到風(fēng)場(chǎng)輻散中心大致位于負(fù)變溫中心附近略偏北的位置，這種溫度場(chǎng)的配置有利于冷池密度流的出現(xiàn)，尤其是地面輻散中心的東南側(cè)。最大風(fēng)速站點(diǎn)高于鋪就位于在地面輻散中心東南側(cè)的變溫梯度最大處。

圖3 2017年7月9日19∶00氣溫(a，等值線，單位:℃)、18∶00—19∶00變溫(b，等值線，單位:℃)與地形高度(陰影，單位:m，下同)的空間分布(b，○為地面風(fēng)場(chǎng)輻散中心，△為順平站，□為高于鋪)Fig.3(a)Temperature(solid line,unit:℃),(b)hourly temperature variation(solid line,unit:℃)at 19:00 BT on 9 July 2017 and terrain height(shadow,unit:m,○is the center of divergence of surface wind field,△is the location of Shunping station,□is the location of Gaoyupu station).

3 模式簡(jiǎn)介

北京城市氣象研究院開發(fā)的華北區(qū)域中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)RMAPS(Rapid-refresh Mulit-scale Analysis and Prediction System)是基于WRFDA資料同化系統(tǒng)和WRF模式的新一代高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，目前被廣泛應(yīng)用于華北地區(qū)各氣象臺(tái)站的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)及天氣分析中(郭良辰等，2019；陶局等，2019；楊璐等，2019)。

本文基于RMAPS系統(tǒng)平臺(tái)建立兩重嵌套網(wǎng)格，采用σ-z地形追隨坐標(biāo)，以NCEP-GFS 0.5°×0.5°資料為背景場(chǎng)，并同化了京津冀本地實(shí)況觀測(cè)和雷達(dá)資料等，對(duì)本次下?lián)舯┝鬟^程進(jìn)行模擬，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 RMAPS-ST系統(tǒng)及相關(guān)參數(shù)設(shè)定Table1 The version and related parameters setting of RMAPS-ST.

圖4b給出了模擬的9日19∶00地面風(fēng)的空間分布，可知下?lián)舯┝鞯乃匠叨嚷源笥?.2個(gè)緯距(約20～30 km)，其中心位于114.92°E，38.89°N，與實(shí)況(圖4a)對(duì)比，模擬的地面輻散中心較實(shí)況約偏西、偏南各0.1個(gè)緯距，但最大風(fēng)速出現(xiàn)在輻散中心的東南側(cè)，輻散中心西北側(cè)的風(fēng)速較小，以及輻散風(fēng)場(chǎng)的水平尺度等特征與觀測(cè)基本一致。表2為模擬的典型要素或物理量與實(shí)際觀測(cè)值的對(duì)比，同樣可以看到模擬下?lián)舯┝鞯睦走_(dá)回波、地面風(fēng)速(其中實(shí)況數(shù)據(jù)為區(qū)域站5 min最大風(fēng))、降水及變溫情況基本與實(shí)況觀測(cè)相符，因此模擬結(jié)果較為理想，其資料可用于本次過程的診斷分析。

圖4 2017年7月9日19∶00地面自動(dòng)站瞬時(shí)風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)矢，單位:m·s-1；圖中陰影為地形高度，單位：m)與(b)RMAPS模擬風(fēng)場(chǎng)(b，風(fēng)矢，單位:m·s-1)(○、△、□含義同圖3)Fig.4(a)The surface instantaneous wind(barb,unit:m·s-1)of automatic station and(b)RMAPS surface wind(barb,unit:m·s-1)at 19:00 BT on 9 July 2017(Shaded terrain height and○,△,□same as Fig.3).

表2 2017年7月9日19∶00模擬結(jié)果與觀測(cè)實(shí)況比較Table2 Comparison of simulated meteorological parameters with surface observations at 19：00 BT on 9 July 2017.

4 下?lián)舯┝餍纬蓹C(jī)制分析

4.1 動(dòng)量下傳影響

基于RMAPS模擬結(jié)果，對(duì)下?lián)舯┝靼l(fā)生前后地面風(fēng)輻散中心(114.92°E，38.89°N)上空水平風(fēng)場(chǎng)與反射率因子進(jìn)行時(shí)間剖面分析，如圖5所示，17∶00—18∶00垂直方向上的大風(fēng)速核心分別位于500 hPa和600 hPa，19∶00伴隨著降水回波的出現(xiàn)，650 hPa以上風(fēng)速減弱，而地面至700 hPa風(fēng)速加強(qiáng)，且地面至900 hPa的風(fēng)向也轉(zhuǎn)為西北風(fēng)，表明下?lián)舯┝靼l(fā)生時(shí)，出現(xiàn)了動(dòng)量下傳。

圖5 RMAPS模擬的地面風(fēng)場(chǎng)輻散中心上空2017年7月9日16∶00—21∶00水平風(fēng)（風(fēng)矢，單位:m·s-1）與雷達(dá)反射率因子(彩色，單位:dBz)的時(shí)空剖面圖，紫色箭頭為大風(fēng)核下沉示意圖Fig.5 The spatio-temporal profile of wind(barb,unit:m·s-1)and reflectivity factor(shaded,unit:dBz)over the divergence center simulated by RMAPS from 16:00 to 21:00 BT on 9 July 2017(Purple arrow is the denotes schematic diagram of gale nuclear subsidence).

圖6給出了19∶00水平風(fēng)場(chǎng)與反射率因子的空間分布，此時(shí)緯向垂直剖面(圖6a)與經(jīng)向垂直剖面(圖6b)中，≥20 m·s-1的大風(fēng)核均位于柱狀回波內(nèi)并與下沉速度中心相對(duì)應(yīng)，中心值分處在114.96°E、800 hPa(圖6a)和38.92°N、800 hPa(圖6b)處，由于降水影響，兩平面內(nèi)中低層大氣出現(xiàn)正擾動(dòng)氣壓，擾動(dòng)氣壓0線分別伸展至600 hPa和500 hPa。結(jié)合圖5的分析可知中低層環(huán)境大氣內(nèi)較強(qiáng)的西北氣流在云中和云底下方受降水影響出現(xiàn)動(dòng)量下傳。

圖6 RMAPS模擬的2017年7月9日19:00沿輻散中心反射率因子(彩色，單位:dBz)、水平風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)矢，單位:m·s-1）、垂直速度(綠色等值線，單位:m·s-1)和擾動(dòng)氣壓(藍(lán)色實(shí)線，hPa)沿38.89°N(a)和114.92°E(b)垂直剖面(橫坐標(biāo)黑色圓點(diǎn)處為地面輻散中心，下同)Fig.6 The reflectivity factor(shaded，unit:dBz),wind(barb,unit:m·s-1),vertical velocity(green contours,unit:m·s-1)and perturbation pressure(blue contours,unit:hPa)along(a)38.89°N and(b)114.92°E simulated by RMAPS at 19:00 BT on 9 July 2017(The black point is the center of surface divergence).

下沉氣流在近地層引起的輻散風(fēng)場(chǎng)具有“非對(duì)稱”的特征，以輻散中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，地面最大風(fēng)速出現(xiàn)在第二象限(圖7)。這種非對(duì)稱風(fēng)場(chǎng)的分布，除了與圖3中分析的密度流有關(guān)以外，下沉氣流的不均勻分布也有重要貢獻(xiàn)，如圖7所示，950 hPa中≤1.5 m·s-1的下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)，基本與10 m風(fēng)場(chǎng)中≥18 m·s-1的大風(fēng)區(qū)域相對(duì)應(yīng)，二者均呈“東北-西南”走向，但大風(fēng)中心略偏向于下沉運(yùn)動(dòng)中心的下游。

由圖7還可分析出，950 hPa垂直速度場(chǎng)中有下沉和上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，配合近地層輻散風(fēng)場(chǎng)，表明有次級(jí)環(huán)流存在。

圖7 RMAPS模擬的2017年7月9日19:00 950 hPa垂直速度(彩色線，單位:m·s-1)和地面水平風(fēng)速(黑色實(shí)線，單位:m·s-1)的空間分布(黑色圓點(diǎn)表示模擬的地面輻散中心)Fig.7 Vertical velocity(color line,unit:m·s-1)and surface wind speed(black line,unit:m·s-1)of 950 hPa simulated by RMAPS at 19:00 BT on 9 July 2017(The black point is the center of surface divergence).

4.2 微物理過程影響

根據(jù)相態(tài)、形狀和形成的物理過程不同，云中水成物可分為云水、雨水、云冰、雪、霰和雹(劉曉莉等，2018)，比含水量表征了單位質(zhì)量濕空氣中各水成物的質(zhì)量，常用g·kg-1為單位來表示。研究表明，水成物的比含水量與垂直運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)(李夢(mèng)婕等，2013)。

圖8為RMAPS模擬的沿38.89°N處19∶00云內(nèi)不同粒子比含水量的空間分布，可知雨水比含水量(圖8a)主要集中于550 hPa以下，中心值6.1 g·kg-1位于0℃層下方的114.99°E、650 hPa處，霰/冰雹比含水量(圖8b)的中心值6.2 g·kg-1位于0℃層上方的114.99°E、500 hPa處，雨水基本位于冰雹的下方且二者的中心值近乎垂直，這表明部分雨水粒子是由霰/冰雹融化而來。

云水(圖8c)大致與上升運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)應(yīng)，兩個(gè)大值中心分別位于115.03°E、600 hPa和115°E、350 hPa處，數(shù)值分別為1.6 g·kg-1和1.5 g·kg-1，其中350 hPa處的云水中心對(duì)應(yīng)上升運(yùn)動(dòng)中心。圖8d表明，在上升運(yùn)動(dòng)的配合下，115°E、500—300 hPa的雪比含水量等值線向上凸起，數(shù)值隨高度增加，300 hPa處達(dá)到5 g·kg-1。以上分析表明，本次過程中，霰/冰雹的雹胚長(zhǎng)所需的水汽主要由雪和云水提供。云冰比含水量(圖略)主要集中在0℃層之上，中心值僅為0.012 g·kg-1，可知其在本次過程中的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

圖8 RMAPS模擬的2017年7月9日19∶00沿38.89°N的雨水(a)、霰/冰雹(b)、云水(c)、雪(d)比含水量(黑色等值線，單位:g·kg-1)、及垂直速度(陰影，單位:m·s-1)的空間分布(紫色、藍(lán)色實(shí)線分別為0℃線和擾動(dòng)氣壓0線,下同)Fig.8(a)Rain water mixing ratio,(b)graupel water mixing ratio,(c)cloud water mixing ratio and(d)snow water mixing ratio(black line,unit:g·kg-1)and vertical velocity(shaded,unit:m·s-1)simulated by RMAPS along 38.89°N at 19:00 BT on 9 July 2017(Purple line is 0℃,and blue line is 0 hPa of perturbation pressure)

上面的分析表明雨水和霰/冰雹的比含水量大，為了進(jìn)一步分析過程中雨水、霰/冰雹等的相態(tài)變化對(duì)大風(fēng)形成的貢獻(xiàn)，參照Hjelmfelt等.(1989)、孫凌峰等(2003)、劉香娥等(2012)等的做法，引入式1～3，將雨水和霰/冰雹粒子的拖曳作用、雨水蒸發(fā)和冰雹融化等機(jī)制轉(zhuǎn)換成等效冷卻溫度。

其中Lf和Lv分別為冰融化和水蒸發(fā)對(duì)應(yīng)的潛熱，cp為定壓比熱，q為水凝物的混合比，qh、qr分別為霰混合比和雨水混合比，Θ為位溫，θ‘為擾動(dòng)位溫，w為垂直運(yùn)動(dòng)。

如圖9所示，可知本次過程中霰/冰雹的拖曳作用(圖9a)和融化作用(圖9c)轉(zhuǎn)換得到的等效冷卻溫度中心值位于0℃層之上的550 hPa附近、拖曳略大于融化，其余各層二者的貢獻(xiàn)幾乎相當(dāng)。雨水拖曳作用轉(zhuǎn)化得到的等效冷卻溫度(圖9b)中心值位于650 hPa附近，為1.8℃，小于冰雹拖曳作用的中心值2.1℃，但在700 hPa及以下各層中雨水的拖曳作用逐漸大于冰雹拖曳和冰雹融化(圖9a,c)之和，越接近地面越明顯。雨水蒸發(fā)(圖9d)在本次過程中貢獻(xiàn)最大，其等效冷卻溫度的中心值達(dá)14℃，近地面115°E附近的等效溫度為6℃，地面風(fēng)場(chǎng)輻散中心附近為3～4℃。

圖9 RMAPS模擬的2017年7月9日19∶00沿38.89°N處的冰雹拖曳(a)、雨水拖曳(b)、冰雹融化(c)、雨水蒸發(fā)(d)等效冷卻溫度的垂直剖面(單位℃)Fig.9 The equivalent cooling temperature(unit:℃)of(a)dragging mechanism of hail,(b)dragging mechanism of rainfall,(c)melting mechanism of hail and(d)rainfall evaporation simulated by RMAPS model at 38.89°N at 19:00 BT on 9 July 2017.

另外，上述四種機(jī)制在近地面所造成的等效溫度最大值均位于風(fēng)場(chǎng)輻散中心的東側(cè)，這與圖7中下沉運(yùn)動(dòng)的空間分布較為一致，進(jìn)一步證明了強(qiáng)下沉氣流的出現(xiàn)與水成物的拖曳、融化、蒸發(fā)等機(jī)制密切相關(guān)。

圖10給出了沿38.89°N剖面上述4種機(jī)制的總等效溫度，350 hPa以下各層的總等效溫度中心值近乎垂直于114.99°E，恰好此處為地面10 m風(fēng)速最大點(diǎn)(21 m·s-1)。地面風(fēng)場(chǎng)輻散中心處的10 m風(fēng)速最小，受下沉輻散氣流影響，其東、西兩側(cè)的風(fēng)速隨距離迅速增加，但東側(cè)增速的幅度比西側(cè)大，結(jié)合總等效溫度的分布，不難推斷，這是由于輻散中心的東側(cè)同時(shí)受到降水粒子的重力拖曳、蒸發(fā)、融化等機(jī)制的影響，這一點(diǎn)與前文的分析相一致。

降水粒子的上述分布特征及冷卻機(jī)制，導(dǎo)致了雷暴高壓的分布偏心于輻散中心東側(cè)(圖10)，在此區(qū)域，雷暴高壓的出流與風(fēng)場(chǎng)輻散氣流同向，從而進(jìn)一步影響了地面10 m風(fēng)場(chǎng)的分布，這與自動(dòng)站實(shí)況(圖3)中所分析的冷池密度流相一致。

由圖10還可知，在0℃層下方、正擾動(dòng)氣壓的東側(cè)總等效冷卻溫度值較大但并未引起擾動(dòng)氣壓的變化，結(jié)合圖8c可知，這是由于此處次級(jí)環(huán)流的上升支氣流及其內(nèi)部的云水凝結(jié)、雹胚生長(zhǎng)等過程抵消了部分水成物的冷卻效應(yīng)所致。此外，由于水成物的冷卻效應(yīng)在115°E以東迅速減小，同時(shí)擾動(dòng)氣壓梯度減小，地面風(fēng)速也有所減弱。

圖10 RMAPS模擬的38.89°N處2017年7月9日19∶00霰/冰雹拖曳、雨水拖曳及霰/冰雹融化和雨水蒸發(fā)的總等效冷卻溫度(紅色實(shí)線，單位:℃)、擾動(dòng)氣壓(藍(lán)色實(shí)線，單位:hPa)、0℃等溫線(紫色實(shí)線)及地面風(fēng)速(黑色實(shí)線，右側(cè)副坐標(biāo)，單位:m·s-1)空間分布Fig.10 The spatial distribution of RMAPS-simulated total equivalent cooling temperature for arroyo/hail drag,rain drag,arroyo/hail melt and rain evaporation(red solid line,unit:℃),disturbance pressure(bule solid line,unit:hPa)0℃isotherm(purple solid line)and surface wind speed(black solid line,,unit:m·s-1)along 38.89°N at 19:00 BT on 9 July 2017.

5 結(jié)論

本文基于多種觀測(cè)資料和RMAPS模擬結(jié)果，對(duì)2017年7月9日颮線過境河北保定順平時(shí)出現(xiàn)的下?lián)舯┝骷捌浒殡S的大風(fēng)過程進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論：

(1)對(duì)下?lián)舯┝靼l(fā)生前后的風(fēng)場(chǎng)和雷達(dá)反射率因子的模擬表明，中低層大氣中的西北氣流受降水的影響，出現(xiàn)動(dòng)量下傳。下沉氣流伴有輻散狀強(qiáng)風(fēng)，近地層下沉中心大致位于地面最大風(fēng)速區(qū)的上空。

(2)云中水成物微物理特征模擬結(jié)果顯示雨水和霰/冰雹的比含水量大，霰/冰雹下落融化后使雨水粒子增加；在0℃層以上雹胚生長(zhǎng)主要與雪和云水有關(guān)。

(3)比較不同水成物的等效冷卻溫度發(fā)現(xiàn)強(qiáng)下沉氣流的出現(xiàn)與水成物的拖曳、融化、蒸發(fā)等機(jī)制密切相關(guān)，其中雨水蒸發(fā)對(duì)大風(fēng)形成的貢獻(xiàn)最大；冰雹的拖曳作用與融化機(jī)制貢獻(xiàn)量相當(dāng)；在700 hPa以下，隨著高度降低，雨水拖曳的貢獻(xiàn)逐漸大于冰雹拖曳與冰雹融化貢獻(xiàn)之和。地面大風(fēng)區(qū)與總等效冷卻溫度中心對(duì)應(yīng)，而雷暴高壓位于地面輻散中心的東側(cè)，雷暴高壓的冷出流與地面風(fēng)向一致，使地面風(fēng)速加大。

(4)下沉氣流疊加在地面輻散氣流和冷池密度流上，導(dǎo)致地面輻散中心的東南側(cè)出現(xiàn)了43.1 m·s-1的極端強(qiáng)風(fēng)。極端強(qiáng)風(fēng)的下游，由于云水凝結(jié)、雹胚生長(zhǎng)等凝結(jié)潛熱釋放過程抵消了部分水成物的冷卻效應(yīng)，以及冷出流減弱等因素，使得地面風(fēng)速有所減弱。