2017年夏季天津一次下?lián)舯┝魇录某梢虺跆?/h1>
2022-12-01 16:46:16王艷春尉英華張楠孫密娜林曉萌
暴雨災(zāi)害 2022年5期
王艷春，尉英華，張楠，孫密娜，林曉萌
（天津市氣象臺(tái)，天津300074）
引言
下?lián)舯┝魇且环N突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大的強(qiáng)對(duì)流天氣，常導(dǎo)致樹木和農(nóng)作物倒伏、房屋倒塌，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。Fujita和Byers(1977)將下?lián)舯┝鞫x為地面上水平風(fēng)速超過17.9 m·s-1、中空氣流向下、地面氣流呈輻散或直線型的災(zāi)害性大風(fēng)。因其時(shí)空尺度小、致災(zāi)性強(qiáng)、形成機(jī)理復(fù)雜，加之現(xiàn)有觀測(cè)資料中缺少高時(shí)空分辨率探測(cè)數(shù)據(jù)，很難捕捉到下?lián)舯┝魈鞖膺^程中的中小尺度信息，因此下?lián)舯┝魈鞖忸A(yù)報(bào)預(yù)警是當(dāng)前短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的難點(diǎn)。多年來，國(guó)內(nèi)外氣象學(xué)者從下?lián)舯┝鞯睦走_(dá)回波特征及其形成的環(huán)境條件、動(dòng)力機(jī)制等方面對(duì)其開展了大量研究。Parsons 和Weisman(1993)、許煥斌和魏紹遠(yuǎn)(1995)通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，降水引起的負(fù)浮力可導(dǎo)致上升氣流崩塌并被下沉氣流代替，從而形成下?lián)舯┝?，下沉氣流?huì)使下?lián)舯┝髅黠@增強(qiáng)。周后福等(2017)分析了一次下?lián)舯┝鞯某梢颍赋鲆簯B(tài)或固態(tài)降水粒子下降的拖曳作用是其產(chǎn)生的初始原因。Roberts 和Wilson (1989)、孫凌峰等(2003)、俞小鼎等(2006b)、吳芳芳等(2009)、李夢(mèng)婕等(2013)、翟麗萍等(2019)在研究中均發(fā)現(xiàn)反射率因子核心下降是下?lián)舯┝髦匾睦走_(dá)回波特征之一，此特征有助于預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中對(duì)下?lián)舯┝髯鞒鲱A(yù)警。唐明暉等(2016)研究2015年6月1日湖北省監(jiān)利縣一次由下?lián)舯┝鲗?dǎo)致的極端大風(fēng)過程指出，極端大風(fēng)發(fā)生前強(qiáng)反射率因子核心持續(xù)下降，其發(fā)生時(shí)風(fēng)暴中的中氣旋特征已減弱。夏羽等(2019)、周長(zhǎng)春等(2016)分別對(duì)湖北和四川成都一次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)個(gè)例的研究表明，其發(fā)生前雷達(dá)回波呈現(xiàn)典型的脈沖風(fēng)暴特征，脈沖風(fēng)暴消亡期間出現(xiàn)明顯下?lián)舯┝?，且大風(fēng)主要發(fā)生在雷暴冷出流最強(qiáng)處。杜牧云等(2015)利用下?lián)舯┝黠@著的低層輻散特征，引入連通區(qū)域圖像識(shí)別技術(shù)，開發(fā)出能用于多普勒天氣雷達(dá)的下?lián)舯┝鲌D像識(shí)別算法。崔講學(xué)等(2007)指出，雷暴帶形成的宏、微下?lián)舯┝魇窃斐傻孛娲箫L(fēng)的主要天氣系統(tǒng)。
以上研究成果對(duì)理解下?lián)舯┝鞒梢?、提高此類天氣預(yù)報(bào)預(yù)警能力具有重要參考價(jià)值，但這些成果多采用數(shù)值模擬方法或基于單部雷達(dá)資料分析獲得。然而，下?lián)舯┝鲗?dǎo)致的空氣輻散通常發(fā)生在近地面層，僅在離雷達(dá)較近的距離范圍內(nèi)才能被發(fā)現(xiàn)，而單部雷達(dá)的觀測(cè)范圍有限，很難對(duì)一次過程進(jìn)行全面覆蓋。因此，本文利用天津、北京、滄州三部多普勒天氣雷達(dá)資料和常規(guī)氣象觀測(cè)資料，對(duì)2017 年7 月9 日天津西南部強(qiáng)雷暴大風(fēng)天氣過程中下?lián)舯┝鞒梢蜻M(jìn)行了初探，首次將雷達(dá)三維變分風(fēng)場(chǎng)反演方法應(yīng)用于下?lián)舯┝鞣治?，揭示了該過程的環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)，并從對(duì)流不穩(wěn)定條件、雷達(dá)回波特征、三維風(fēng)場(chǎng)特征等方面分析了下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生發(fā)展機(jī)制，以期進(jìn)一步提升對(duì)下?lián)舯┝髟斐傻臑?zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。
1 資料說明
本文使用的資料包括: (1) 美國(guó)大氣環(huán)境中心(NCEP)提供的全球分析資料FNL (Final Operation Global Analysis)，其時(shí)間分辨率為6 h，水平分辨率為1°×1°；(2) 天津市地面加密自動(dòng)站分鐘級(jí)觀測(cè)資料；(3) 天津塘沽雷達(dá)站(117.72°E，39.04°N)、北京大興雷達(dá)站(116.47°E，39.81°N)和河北滄州雷達(dá)站(116.84°E，38.30°N)基數(shù)據(jù)；(4)基于三維變分方法反演得到的高時(shí)空分辨率三維風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)(水平分辨1 km×1 km，垂直分辨率0.5 km，時(shí)間分辨率6 min)，其可靠性已利用雙雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)反演資料進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證(王艷春等，2016)。
2 天氣實(shí)況與災(zāi)情調(diào)查
2017年7月9日20:00—23:00(北京時(shí)，下同)，天津市西南地區(qū)出現(xiàn)一次強(qiáng)雷暴大風(fēng)天氣，伴有72.5 mm·h-1短時(shí)強(qiáng)降水和直徑超過2 cm的冰雹，最大過程累計(jì)雨量達(dá)102.7 mm，出現(xiàn)在天津靜海臺(tái)頭站(圖1a)；22 個(gè)加密自動(dòng)站最大陣風(fēng)風(fēng)力達(dá)8 級(jí)以上(圖1b)，其中天津靜海獨(dú)流鎮(zhèn)先后于20:55 和21:45 發(fā)生兩次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)，最大陣風(fēng)風(fēng)速分別達(dá)27.2 m·s-1和30.4 m·s-1，大風(fēng)和冰雹造成天津靜海地區(qū)部分農(nóng)作物倒伏。加密自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)顯示，地面大風(fēng)呈直線型、輻散狀分布，下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)特征明顯。
圖1 2017年7月9日20:00—23:00天津及周邊地區(qū)累計(jì)降水量(a，實(shí)心彩色圓點(diǎn)，單位:mm)與8級(jí)以上雷暴大風(fēng)(b，風(fēng)向桿)分布(黑色“＋”表示臺(tái)頭和獨(dú)流鎮(zhèn)位置)Fig.1 Distribution of(a)accumulated precipitation(solid colored dot,unit:mm)and(b)thunderstorm gale(wind barb)above level 8 in Tianjin and its surrounding areas from 20:00 BT to 23:00 BT on 9 July 2017.Black symbols“+”mark Taitou and Duliu Towns
3 環(huán)流背景與不穩(wěn)定條件
3.1 環(huán)流形勢(shì)
2017年7月9日08:00(圖略)，500 hPa冷渦中心位于蒙古國(guó)東部與我國(guó)黑龍江省交界處，500 hPa 和700 hPa槽線位于河北西北部，天津地區(qū)為槽前西南暖濕氣流控制。當(dāng)日20:00(圖2)，冷渦系統(tǒng)東移至黑龍江西部，500 hPa槽線東移至渤海西部海面，天津地區(qū)中高層轉(zhuǎn)為槽后西北氣流控制，有明顯冷平流，濕度很小，比濕不足6 g·kg-1。850 hPa 切變線位于京津交界地區(qū)，高空槽呈前傾結(jié)構(gòu)，天津地區(qū)位于850 hPa槽前暖濕氣流中，比濕達(dá)到12～14 g·kg-1，可見低層濕度條件較好。對(duì)大尺度環(huán)境場(chǎng)的分析表明，本次過程發(fā)生在蒙古冷渦天氣背景下，高層干冷空氣疊加在低層暖濕氣流上，在天津西南地區(qū)形成“上干冷下暖濕”結(jié)構(gòu)，有助于靜力不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展，為天津地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件。
圖2 2017年7月9日20時(shí)500 hPa(a)和850 hPa(b)位勢(shì)高度(黑色等值線，單位:dagpm)、溫度(紅色等值線,單位:℃)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)向桿)與比濕(填色區(qū)，單位：g·kg-1)分布圖(棕色單實(shí)線為西風(fēng)槽，紅色雙實(shí)線為切變線，紅色方框表示天津地區(qū))Fig.2 Superposition of geopotential height(black contours,unit:dagpm),temperature(red contours,unit:℃),wind(wind barbs)and specific humidity(colored area,unit:g·kg-1)at(a)500 hPa and(b)850 hPa at 20:00 BT on 9 July 2017.Brown single solid line denotes westerly trough,red double solid line denotes shear line,and red boxes maik Tianjin
3.2 對(duì)流不穩(wěn)定條件
由于天津本地?zé)o探空站，在分析水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)條件、能量條件和垂直風(fēng)切變等的過程中，使用位于本次過程對(duì)流區(qū)北側(cè)約50 km處的北京探空站和位于對(duì)流區(qū)東北側(cè)約180 km 處的河北樂亭探空站資料。該過程對(duì)流最先在天津靜海臺(tái)頭觸發(fā)，時(shí)間為7月9日19:54。此時(shí)，北京探空站附近已有降水，樂亭探空站附近暫無降水。因此，分析中使用的北京和樂亭探空站資料時(shí)間分別為7 月9 日14:00 和20:00。考慮到上述兩站探空曲線在水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)條件和能量條件上表現(xiàn)出相似特征，僅對(duì)北京站探空曲線進(jìn)行分析。由于兩站探空垂直風(fēng)切變強(qiáng)度存在差異，故在垂直風(fēng)切變討論中綜合考慮了兩站的探測(cè)結(jié)果。
圖3 是7 月9 日14:00 北京探空站T-lnp圖及其垂直位溫分析圖。從中可見(圖3a)，溫度層結(jié)曲線呈現(xiàn)出明顯上干下濕結(jié)構(gòu)，925—850 hPa 溫度露點(diǎn)差(T-Td)最小值為4 ℃，850 hPa 以下比濕超過12 g·kg-1，表明低層濕度條件較好；而700—500 hPa (距地面約3—6 km)T-Td平均值和最大值分別為31 ℃和35 ℃，遠(yuǎn)高于陳曉欣等(2022)統(tǒng)計(jì)我國(guó)大范圍雷暴大風(fēng)事件得到的3—6 km層T-Td平均值(14.8 ℃)和最大值(26.4 ℃)，表明本次對(duì)流發(fā)生前對(duì)流層中層非常干。另外，圖3b顯示，假相當(dāng)位溫(θse)從1 000 hPa開始向上逐漸減小，到700 hPa 附近達(dá)到最小；然后，θse向上逐漸增加，700 hPa 層與地面層θse差為-46 ℃，表明大氣低層暖濕、中層700 hPa 附近干冷。中層干冷空氣環(huán)境可以在夾卷過程中加強(qiáng)下沉氣流，往往對(duì)雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生起驅(qū)動(dòng)作用(俞小鼎等，2006a)。
圖3 2017年7月9日14:00北京探空站T-lnp圖(a)與垂直位溫分析圖(b)Fig.3(a)T-lnp chart and(b)vertical potential temperature diagram at the Beijing sounding station at 14:00 BT on 9 July 2017
條件靜力不穩(wěn)定是導(dǎo)致深厚濕對(duì)流的關(guān)鍵要素，其主要出現(xiàn)在對(duì)流層中低層，通常用850—500 hPa溫差表示。探空結(jié)果顯示，7 月9 日14:00 北京探空站850—500 hPa溫差為31 ℃，遠(yuǎn)高于我國(guó)雷暴大風(fēng)發(fā)生前850—500 hPa溫差26.9 ℃的平均值(陳曉欣等，2022)，表明本次對(duì)流發(fā)生前對(duì)流層中下層具有明顯的條件不穩(wěn)定。
在低層暖濕、中層干冷且對(duì)流層中低層表現(xiàn)為明顯條件不穩(wěn)定的環(huán)境下，還需要有足夠大的對(duì)流有效位能(CAPE)才能在抬升機(jī)制下觸發(fā)深厚濕對(duì)流，而在雷暴大風(fēng)事件中還要關(guān)注表示強(qiáng)下沉氣流潛勢(shì)的參數(shù)，即下沉對(duì)流有效位能(DCAPE)。探測(cè)結(jié)果 顯 示，7 月9 日14:00 北京探空站CAPE 從08:00 的2 808.7 J·kg-1上升到3 103.4 J·kg-1，DCAPE從08:00的1 597.0 J·kg-1上升至1 786.4 J·kg-1。可見，本次對(duì)流發(fā)生前具有較大的CAPE 和DCAPE，且二者均呈上升趨勢(shì)，為雷暴大風(fēng)的發(fā)生提供了很好的能量條件。
我國(guó)雷暴大風(fēng)事件中0—6 km垂直風(fēng)切變平均值為19.8 m·s-1，其75 百分位值為26 m·s-1，總體都在中等偏強(qiáng)水平(陳曉欣等，2022)；而在較弱垂直風(fēng)切變下，可能發(fā)生的強(qiáng)風(fēng)暴通常只有脈沖風(fēng)暴一種(俞小鼎等，2006a)。7 月9 日不同時(shí)刻探空結(jié)果顯示，14:00 北京站0—6 km 垂直風(fēng)切變?yōu)?4.7 m·s-1，20:00 樂亭站0—6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.9 m·s-1，均未達(dá)到我國(guó)雷暴大風(fēng)事件中0—6 km垂直風(fēng)切變平均值(19.8 m·s-1)。由此推斷，位于北京與樂亭之間的天津靜海地區(qū)在對(duì)流發(fā)生前垂直風(fēng)切變強(qiáng)度為中等偏弱，較弱的垂直風(fēng)切變環(huán)境使得本次對(duì)流風(fēng)暴在初期以脈沖風(fēng)暴的形式出現(xiàn)(脈沖風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展過程將在下文介紹)。
4 下?lián)舯┝鞯男纬稍?/h2>4.1 對(duì)流觸發(fā)機(jī)制
本次過程對(duì)流發(fā)生前，天津西南部水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)條件和能量條件均十分有利，但還需有抬升觸發(fā)機(jī)制才能使得不穩(wěn)定能量釋放，造成對(duì)流天氣。觸發(fā)雷暴的抬升運(yùn)動(dòng)主要是中尺度上升運(yùn)動(dòng)，而邊界層輻合線是觸發(fā)雷暴的重要中尺度系統(tǒng)之一(Doswell，1987)，大約有一半的雷暴在邊界層輻合線附近生成(Wilson，1997)。分析京津冀地面加密自動(dòng)站資料發(fā)現(xiàn)，19:00 臺(tái)頭站(對(duì)流觸發(fā)位置)溫度達(dá)34 ℃(圖4a)，明顯高于其周圍站。較高的地面溫度加大了地面與其上空的溫度垂直遞減率，還可降低對(duì)流抑制能量(CIN)和自由對(duì)流高度(LFC)、增加CAPE，從而增加對(duì)流潛勢(shì)，使得對(duì)流更易發(fā)展。與此同時(shí)，19:00(圖4b)天津西南地區(qū)臺(tái)頭站附近存在一條西南風(fēng)和東南風(fēng)形成的中尺度輻合線，初始回波19:54 出現(xiàn)在臺(tái)頭附近；20:00(圖4c)上述輻合線仍然存在，回波單體迅速發(fā)展。由此可知，西南風(fēng)與東南風(fēng)形成的中尺度輻合線在低層高溫背景下觸發(fā)了本次對(duì)流。
圖4 天津及周邊地區(qū)加密自動(dòng)氣象站2017年7月9日19:00溫度(a)及19:00(b)和20:00(c)風(fēng)場(chǎng)(棕色實(shí)線為中尺度輻合線；黑色“＋”表示對(duì)流觸發(fā)位置臺(tái)頭站)Fig.4(a)Temperature at 19:00 BT,and wind field at(b)19:00 BT and(c)20:00 BT in Tianjin and its surrounding areas from the intensive automatic weather stations on 9 July 2017.Brown solid line denotes mesoscale convergence line,and black symbols“+”mark the Taitou station where convection is triggered
4.2 雷達(dá)回波特征
多普勒天氣雷達(dá)在雷暴大風(fēng)等災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警和預(yù)報(bào)分析中具有重要作用，下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生前在雷達(dá)回波圖上往往表現(xiàn)出反射率因子核心下降、中層徑向輻合和中尺度氣旋式旋轉(zhuǎn)等特征(Roberts and Wilson，1989)，雷達(dá)回波有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出典型的脈沖風(fēng)暴特征(周長(zhǎng)春等，2016；夏羽等，2019)。下文使用天津塘沽雷達(dá)資料對(duì)本次對(duì)流初生階段的脈沖風(fēng)暴特征及下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生前的反射率因子和徑向速度特征進(jìn)行分析。圖5 給出7 月9 日20:00、20:54和21:42天津塘沽雷達(dá)組合反射率因子圖和穿過最強(qiáng)回波單體的反射率因子剖面圖(剖面位置如圖中黑色實(shí)線所示)。圖6 給出獨(dú)流鎮(zhèn)兩次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生前的徑向速度圖和加密自動(dòng)氣象站風(fēng)場(chǎng)。
圖5 2017年7月9日20:00(a)、20:54(b)和21:42(c)天津塘沽雷達(dá)組合反射率因子(單位:dBz)，以及過最強(qiáng)回波單體即沿圖a—c中黑色實(shí)線所作的相應(yīng)時(shí)刻(d—f)反射率因子剖面圖Fig.5 Composite reflectivity factor(unit:dBz)from the Tanggu radar in Tianjin at(a)20:00 BT,(b)20:54 BT and(c)21:42 BT on 9 July 2017,and(d-f)the vertical cross sections of reflectivity factor along the black solid lines through which the echo cells arestrong in(a),(b)and(c)at the corresponding time
從7月9日不同時(shí)刻天津塘沽雷達(dá)組合反射率因子和徑向速度圖上看到，19:54(圖略)，該雷達(dá)觀測(cè)到天津靜海區(qū)臺(tái)頭鎮(zhèn)附近有一孤立單體回波生成，此時(shí)反射率因子均在40 dBz 以下，對(duì)應(yīng)的反射率因子剖面上回波并未及地，回波中心高度約9 km。20:00(圖5a、d)，上述孤立單體回波迅速發(fā)展，僅1個(gè)體掃，最大反射率因子就達(dá)50 dBz，回波中心所在高度仍然較高(在7 km 左右)，可見回波在其初生階段呈現(xiàn)出典型的脈沖風(fēng)暴特征。此后，該對(duì)流風(fēng)暴先后于20:12 和20:30(圖略)與其南側(cè)新生單體和西側(cè)移來多單體風(fēng)暴發(fā)生兩次合并，脈沖風(fēng)暴在回波合并過程中逐漸消亡，合并后的多單體回波在向東移動(dòng)的同時(shí)迅速發(fā)展加強(qiáng)。20:54(圖5b、e)，回波發(fā)展到強(qiáng)盛階段，最大反射率因子高達(dá)60 dBz，強(qiáng)回波后側(cè)有入流缺口(西北方向)，反射率因子在垂直方向上向入流一側(cè)傾斜，反射率因子核心高度下降至2.5 km左右，55 dBz強(qiáng)回波所在高度下降至1 km 以下；3.4°仰角徑向速度圖上(圖6b)，距地面約5 km高度處有中層徑向輻合(圖中白色矩形框所示)，輻合值達(dá)25 m·s-1；0.5°仰角徑向速度圖上(圖6a)，距地面約1 km高度處有明顯輻散氣流(圖中白色矩形框所示)，輻散值為39 m·s-1。20:55，位于強(qiáng)回波中心前側(cè)的獨(dú)流鎮(zhèn)出現(xiàn)27.2 m·s-1雷暴大風(fēng)。此后，回波繼續(xù)向東移動(dòng)，21:42(圖4c、f)在獨(dú)流鎮(zhèn)前側(cè)(東南方向)觀測(cè)到超級(jí)單體風(fēng)暴，其反射率因子核心達(dá)55 dBz，所在高度約6.5 km，中層回波懸垂和弱回波區(qū)明顯；0.5°—2.4°仰角徑向速度圖(圖6c、d)上，可見與超級(jí)單體風(fēng)暴相伴隨的中氣旋，中氣旋距離雷達(dá)站約65 km，距地面高度約0.8 km，旋轉(zhuǎn)速度達(dá)17.5 m·s-1，強(qiáng)度為中等。與此同時(shí)，在中氣旋后側(cè)觀測(cè)到0.5°仰角低層輻散和2.4°仰角中層徑向輻合，21:45位于中氣旋后側(cè)下沉氣流區(qū)的獨(dú)流鎮(zhèn)出現(xiàn)30.4 m·s-1雷暴大風(fēng)。與之對(duì)應(yīng)，20:55和21:45加密自動(dòng)站觀測(cè)到輻散式風(fēng)場(chǎng)。
圖6 天津塘沽雷達(dá)2017年7月9日20:54 0.5°(a)和3.4°(b)仰角與21:42 0.5°(c)和2.4°(d)仰角徑向速度圖(白色矩形框和白色圓圈分別表示輻合輻散和中氣旋)，以及同日靜海獨(dú)流鎮(zhèn)及周邊地區(qū)20:55(e)和21:45(f)地面加密自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)(黑色“＋”為臺(tái)頭和獨(dú)流鎮(zhèn)位置)Fig.6 Radial velocity(unit:m·s-1)at(a)0.5°and(b)3.4°elevation angle at 20:54 BT and(c)0.5°and(d)2.4°elevation angle at 21:42 BT on 9 July 2017 from the Tanggu radar in Tianjin,and the wind field from the intensive automatic weather stations in Duliu Town of Jinghai and its surrounding areas at(e)20:55 BT and(f)21:45 BT on the same day.In(a)-(d)white rectangles and circles denote convergence or divergence and mesocyclone,respectively.In(e)and(f)black symbols“+”mark Taitou and Duliu Towns
綜上可知，上述兩次地面強(qiáng)陣風(fēng)均具有下?lián)舯┝魈卣?，下?lián)舯┝靼l(fā)生前雷達(dá)回波呈現(xiàn)出典型的脈沖風(fēng)暴特征，并伴隨反射率因子核心下降、中層徑向輻合和中氣旋等特征。
4.3 下?lián)舯┝鞒梢?/h3>
俞小鼎等(2006b)綜合考慮下?lián)舯┝鞯乃胶痛怪背叨龋瑢?duì)垂直運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，得出強(qiáng)烈下沉氣流的產(chǎn)生主要受3 個(gè)因素影響，包括擾動(dòng)垂直氣壓梯度力、浮力和液態(tài)降水及固態(tài)降水的向下拖曳作用。另外，除上述3個(gè)因素外，一些學(xué)者認(rèn)為空氣夾卷在下沉氣流的啟動(dòng)中也發(fā)揮著重要作用(Knupp，1987；Kingsmill and Wakimoto，1991)。因此，本文從降水粒子的拖曳作用、負(fù)浮力和夾卷、垂直擾動(dòng)氣壓梯度力等方面，對(duì)本次下?lián)舯┝鞯男纬稍蜻M(jìn)行初步探討。
4.3.1 降水粒子的拖曳作用
有些下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生以風(fēng)暴反射率因子核心下降為前兆，據(jù)此可判斷降水和冰雹的拖曳作用對(duì)強(qiáng)下沉氣流形成起了重要作用(孫凌峰等，2003；俞小鼎等，2006b)；周后福等(2017)研究指出，雷達(dá)1個(gè)體掃時(shí)間內(nèi)(6 min)降水達(dá)4 mm以上是發(fā)生下?lián)舯┝鞯恼髡字?。圖7給出7月9日20:30—22:30天津靜海獨(dú)流鎮(zhèn)自動(dòng)站逐5 min雨量、瞬時(shí)風(fēng)速和溫度變化以及該站雷達(dá)反射率因子時(shí)間序列。從圖7a中看到，獨(dú)流鎮(zhèn)在降水過程中共發(fā)生兩次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)，第一次在20:55，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)27.2 m·s-1；第二次在21:45，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)30.4 m·s-1。獨(dú)流鎮(zhèn)降水始于20:30，風(fēng)速變化和逐5 min雨量變化有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，20:30—20:55逐5 min雨量迅速增加，對(duì)應(yīng)瞬時(shí)風(fēng)速迅速增大，20:55逐5 min雨量達(dá)9.5 mm，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)27.2 m·s-1，第一次下?lián)舯┝靼l(fā)生。此前，獨(dú)流鎮(zhèn)雷達(dá)反射率因時(shí)間序列圖(圖7b)顯示，20:48—20:54最大反射率因子所在高度迅速下降，另外21:00左右獨(dú)流鎮(zhèn)觀測(cè)到直徑超過2 cm的大冰雹；21:00—21:30，該站降水整體呈減小趨勢(shì)，同時(shí)最大反射率因子所在高度略有升高，大風(fēng)減弱消失；21:30—21:45，逐5 min雨量再次增加，最大反射率因子高度隨之下降，瞬時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)第二次增大，其中21:45逐5 min雨量達(dá)8.0 mm，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)30.4 m·s-1，第二次下?lián)舯┝靼l(fā)生。兩次下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生均以最大反射率因子高度下降和逐5 min雨量增加為前兆，且下?lián)舯┝靼l(fā)生時(shí)逐5 min 雨量均達(dá)到或超過8.0 mm，遠(yuǎn)超過周后福等(2017)總結(jié)得到的下?lián)舯┝靼l(fā)生征兆的相關(guān)閾值，因此可推斷降水粒子的拖曳作用可能是本次下?lián)舯┝靼l(fā)生的重要原因。
圖7 2017年7月9日20:30—22:30獨(dú)流鎮(zhèn)自動(dòng)站逐5 min雨量、瞬時(shí)風(fēng)速和溫度變化(a)與該站雷達(dá)反射率因子時(shí)間序列(b)Fig.7(a)Variation of 5-min rainfall,instantaneous wind speed and temperature,and(b)time series plot of radar reflectivity factor at Duliu station from 20:30 BT to 22:30 BT on 9 July 2017
另外，冰雹拖曳產(chǎn)生的負(fù)浮力是驅(qū)動(dòng)爆發(fā)性下沉氣流的直接原因之一，冰雹的融化冷卻對(duì)下沉氣流也有明顯的加強(qiáng)作用(付丹紅等，2003)，且大冰雹往往伴隨地面大風(fēng)(廖玉芳等，2003)。如前所述，獨(dú)流鎮(zhèn)第一次下?lián)舯┝靼l(fā)生之后5 min左右地面觀測(cè)到直徑超過2 mm的大冰雹，考慮到冰雹在下降過程中的融化及其下降需要一定時(shí)間，推斷其空中出現(xiàn)時(shí)間在下?lián)舯┝靼l(fā)生前，且其在空中的直徑更大。因此，冰雹的出現(xiàn)可能是第一次下?lián)舯┝鲉?dòng)的原因之一，但更確切的結(jié)論還需要由適當(dāng)?shù)臄?shù)值模擬結(jié)果來印證。
4.3.2 負(fù)浮力和夾卷
如果對(duì)流層中層存在明顯干層，則干空氣夾卷使得雨滴或冰雹迅速蒸發(fā)造成下沉氣流降溫，雷暴下沉氣流內(nèi)溫度明顯低于環(huán)境溫度而產(chǎn)生向下的負(fù)浮力將導(dǎo)致下沉氣流加速下降(俞小鼎等，2012)。圖8給出7月9日20:54(獨(dú)流鎮(zhèn)第一次下?lián)舯┝靼l(fā)生前1min)利用北京、天津、滄州三部雷達(dá)數(shù)據(jù)通過三維變分方法反演的不同高度水平風(fēng)場(chǎng)與雷達(dá)反射率因子疊加圖。從中看到，獨(dú)流鎮(zhèn)位于風(fēng)暴中心附近，3 km、4.5 km和6 km高度上均存在明顯的向著風(fēng)暴中心的輻合氣流，表明有環(huán)境空氣被夾卷進(jìn)入了風(fēng)暴內(nèi)部。另外，當(dāng)日14:00北京站溫度對(duì)數(shù)壓力圖(圖3)顯示的環(huán)境空氣溫度露點(diǎn)差在850—500 hPa(約1.5—6 km 高度)之間較小，即存在明顯的干層。由此可判斷，本次過程中存在干空氣夾卷，被夾卷的干空氣進(jìn)入下沉氣流加速了云雨粒子的蒸發(fā)和升華，有助于風(fēng)暴中氣塊溫度降低而形成負(fù)浮力，負(fù)浮力使得降水粒子拖曳作用發(fā)動(dòng)的下沉氣流加速下降。從獨(dú)流鎮(zhèn)第一次下?lián)舯┝靼l(fā)生前后地面溫度(圖7a)的明顯降低大致可說明負(fù)浮力的影響。有人研究表明(李彩玲，2021)，1 ℃溫差造成的負(fù)浮力相當(dāng)于4 g·kg-1水物質(zhì)的重力拖曳作用。觀測(cè)結(jié)果顯示，20:30—20:55 獨(dú)流鎮(zhèn)自動(dòng)站氣溫從31.4 ℃下降至24.2 ℃，降幅達(dá)7.2 ℃。由此可以推斷出7.2 ℃溫差造成的負(fù)浮力效應(yīng)大致相當(dāng)于28.8 g·kg-1水物質(zhì)產(chǎn)生的重力拖曳作用。
綜上分析表明，干空氣夾卷進(jìn)入下沉氣流加速了云雨粒子蒸發(fā)，使得下沉氣流溫度明顯低于環(huán)境溫度而產(chǎn)生向下的負(fù)浮力，對(duì)獨(dú)流鎮(zhèn)第一次下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生起到一定作用。
圖8利用北京、天津和滄州三部雷達(dá)數(shù)據(jù)通過三維變分方法反演的2017年7月9日20:54靜海獨(dú)流鎮(zhèn)及周邊地區(qū)不同高度(a.3 km；b.4.5 km；c.6 km)水平風(fēng)場(chǎng)(箭矢，單位:m·s-1)與雷達(dá)反射率因子(填色區(qū)，單位:dBz)疊加圖(白色“＋”表示獨(dú)流鎮(zhèn)自動(dòng)站位置)Fig.8 Superposition of the horizontal wind field(vectors,unit:m·s-1)retrieved by 3DVAR based on the data from the three radars at Beijing,Tianjin and Cangzhou stations and the radar reflectivity(colored area,unit:dBz)at(a)3 km,(b)4.5 km and(c)6 km height in Duliu Town of Jinghai and its surrounding areas at 20:54 BT on 9 July 2017.White symbols“+”mark Duliu station
4.3.3 擾動(dòng)氣壓垂直梯度
風(fēng)暴中若無明顯旋轉(zhuǎn)，就難推斷擾動(dòng)氣壓垂直梯度在下?lián)舯┝魃芍械淖饔?；但在超?jí)單體風(fēng)暴中，擾動(dòng)氣壓垂直梯度可以是導(dǎo)致強(qiáng)烈后側(cè)下沉氣流的重要原因(Johns and Doswell, 1992)。如上文所述，21:45 獨(dú)流鎮(zhèn)發(fā)生第二次下?lián)舯┝鲿r(shí)，陣風(fēng)風(fēng)速達(dá)34 m·s-1，地面出現(xiàn)輻散風(fēng)，此前21:42 塘沽雷達(dá)觀測(cè)到了與超級(jí)單體風(fēng)暴相伴的中氣旋(圖6c、d)，且中氣旋向下伸展到近地面0.8 km高度左右，中氣旋加強(qiáng)導(dǎo)致低層氣壓降低，形成向下的擾動(dòng)氣壓梯度力，促進(jìn)后側(cè)下沉氣流加強(qiáng)。由此推斷，位于中氣旋后側(cè)的獨(dú)流鎮(zhèn)第二次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)與中氣旋后側(cè)擾動(dòng)氣壓垂直梯度有關(guān)。
7 結(jié)論與討論
利用京津冀3 部S 波段多普勒天氣雷達(dá)探測(cè)資料，采用三維變分風(fēng)場(chǎng)反演方法建立高分辨率三維風(fēng)場(chǎng)，結(jié)合全球分析資料FNL 和地面加密站觀測(cè)資料，對(duì)天津地區(qū)一次強(qiáng)雷暴大風(fēng)天氣過程中下?lián)舯┝鞒梢蜻M(jìn)行了初步探討。主要結(jié)論如下：
(1)本次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生在蒙古冷渦天氣背景下，高層干冷空氣疊加在低層暖濕氣流上在天津西南地區(qū)形成“上干冷下暖濕”結(jié)構(gòu)，對(duì)流發(fā)生前對(duì)流層中下層具有明顯的條件不穩(wěn)定、較大的對(duì)流有效位能和下沉對(duì)流有效位能，西南風(fēng)與東南風(fēng)形成的中尺度輻合線在低層高溫背景下觸發(fā)了本次對(duì)流，較弱的垂直風(fēng)切變環(huán)境使得對(duì)流風(fēng)暴初期以脈沖風(fēng)暴形式出現(xiàn)。
(2)對(duì)雷達(dá)回波特征的分析表明，回波在其初生階段反射率因子核心高度約9 km，最大反射率因子達(dá)50 dBz，呈現(xiàn)出典型的脈沖風(fēng)暴特征，經(jīng)兩次合并加強(qiáng)后發(fā)展為多單體風(fēng)暴，多單體風(fēng)暴中又鑲嵌了超級(jí)單體風(fēng)暴，下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生前伴隨反射率因子核心下降、中層徑向輻合和低層中氣旋等特征。
(3)分析此次下?lián)舯┝靼l(fā)生發(fā)展機(jī)制發(fā)現(xiàn)，獨(dú)流鎮(zhèn)兩次下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生均以最大反射率因子高度下降和逐5 min 雨量增加為前兆，降水粒子的拖曳作用是兩次下?lián)舯┝靼l(fā)生的重要原因之一。干空氣夾卷進(jìn)入下沉氣流，加速云雨粒子蒸發(fā)，使得下沉氣流溫度明顯低于環(huán)境溫度而產(chǎn)生向下負(fù)浮力對(duì)第一次下?lián)舯┝髌鸬揭欢ㄗ饔?，位于中氣旋后?cè)的獨(dú)流鎮(zhèn)第二次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)與中氣旋后側(cè)擾動(dòng)氣壓垂直梯度有關(guān)。
下?lián)舯┝鲗?dǎo)致的空氣輻散通常發(fā)生在近地面層，目前對(duì)其開展臨近預(yù)報(bào)主要依靠天氣雷達(dá)，本文將雷達(dá)三維變分風(fēng)場(chǎng)反演方法應(yīng)用到下?lián)舯┝鞯姆治鲋?，?duì)本次下?lián)舯┝鞯男纬稍蜻M(jìn)行了初步探討，但仍存在一些不足。首先，雷達(dá)反演的準(zhǔn)確性受區(qū)域限制較大，僅在兩部或以上雷達(dá)覆蓋區(qū)域反演效果較好，因此難以對(duì)1.5 km 以下風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行分析；其次，冰雹的出現(xiàn)可能是第一次下?lián)舯┝鲉?dòng)的原因之一，但更確切的結(jié)論還需要有適當(dāng)?shù)臄?shù)值模擬結(jié)果來佐證。
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王艷春，尉英華，張楠，孫密娜，林曉萌
（天津市氣象臺(tái)，天津300074）
引言
下?lián)舯┝魇且环N突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大的強(qiáng)對(duì)流天氣，常導(dǎo)致樹木和農(nóng)作物倒伏、房屋倒塌，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。Fujita和Byers(1977)將下?lián)舯┝鞫x為地面上水平風(fēng)速超過17.9 m·s-1、中空氣流向下、地面氣流呈輻散或直線型的災(zāi)害性大風(fēng)。因其時(shí)空尺度小、致災(zāi)性強(qiáng)、形成機(jī)理復(fù)雜，加之現(xiàn)有觀測(cè)資料中缺少高時(shí)空分辨率探測(cè)數(shù)據(jù)，很難捕捉到下?lián)舯┝魈鞖膺^程中的中小尺度信息，因此下?lián)舯┝魈鞖忸A(yù)報(bào)預(yù)警是當(dāng)前短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的難點(diǎn)。多年來，國(guó)內(nèi)外氣象學(xué)者從下?lián)舯┝鞯睦走_(dá)回波特征及其形成的環(huán)境條件、動(dòng)力機(jī)制等方面對(duì)其開展了大量研究。Parsons 和Weisman(1993)、許煥斌和魏紹遠(yuǎn)(1995)通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，降水引起的負(fù)浮力可導(dǎo)致上升氣流崩塌并被下沉氣流代替，從而形成下?lián)舯┝?，下沉氣流?huì)使下?lián)舯┝髅黠@增強(qiáng)。周后福等(2017)分析了一次下?lián)舯┝鞯某梢颍赋鲆簯B(tài)或固態(tài)降水粒子下降的拖曳作用是其產(chǎn)生的初始原因。Roberts 和Wilson (1989)、孫凌峰等(2003)、俞小鼎等(2006b)、吳芳芳等(2009)、李夢(mèng)婕等(2013)、翟麗萍等(2019)在研究中均發(fā)現(xiàn)反射率因子核心下降是下?lián)舯┝髦匾睦走_(dá)回波特征之一，此特征有助于預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中對(duì)下?lián)舯┝髯鞒鲱A(yù)警。唐明暉等(2016)研究2015年6月1日湖北省監(jiān)利縣一次由下?lián)舯┝鲗?dǎo)致的極端大風(fēng)過程指出，極端大風(fēng)發(fā)生前強(qiáng)反射率因子核心持續(xù)下降，其發(fā)生時(shí)風(fēng)暴中的中氣旋特征已減弱。夏羽等(2019)、周長(zhǎng)春等(2016)分別對(duì)湖北和四川成都一次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)個(gè)例的研究表明，其發(fā)生前雷達(dá)回波呈現(xiàn)典型的脈沖風(fēng)暴特征，脈沖風(fēng)暴消亡期間出現(xiàn)明顯下?lián)舯┝?，且大風(fēng)主要發(fā)生在雷暴冷出流最強(qiáng)處。杜牧云等(2015)利用下?lián)舯┝黠@著的低層輻散特征，引入連通區(qū)域圖像識(shí)別技術(shù)，開發(fā)出能用于多普勒天氣雷達(dá)的下?lián)舯┝鲌D像識(shí)別算法。崔講學(xué)等(2007)指出，雷暴帶形成的宏、微下?lián)舯┝魇窃斐傻孛娲箫L(fēng)的主要天氣系統(tǒng)。
以上研究成果對(duì)理解下?lián)舯┝鞒梢?、提高此類天氣預(yù)報(bào)預(yù)警能力具有重要參考價(jià)值，但這些成果多采用數(shù)值模擬方法或基于單部雷達(dá)資料分析獲得。然而，下?lián)舯┝鲗?dǎo)致的空氣輻散通常發(fā)生在近地面層，僅在離雷達(dá)較近的距離范圍內(nèi)才能被發(fā)現(xiàn)，而單部雷達(dá)的觀測(cè)范圍有限，很難對(duì)一次過程進(jìn)行全面覆蓋。因此，本文利用天津、北京、滄州三部多普勒天氣雷達(dá)資料和常規(guī)氣象觀測(cè)資料，對(duì)2017 年7 月9 日天津西南部強(qiáng)雷暴大風(fēng)天氣過程中下?lián)舯┝鞒梢蜻M(jìn)行了初探，首次將雷達(dá)三維變分風(fēng)場(chǎng)反演方法應(yīng)用于下?lián)舯┝鞣治?，揭示了該過程的環(huán)流形勢(shì)和影響系統(tǒng)，并從對(duì)流不穩(wěn)定條件、雷達(dá)回波特征、三維風(fēng)場(chǎng)特征等方面分析了下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生發(fā)展機(jī)制，以期進(jìn)一步提升對(duì)下?lián)舯┝髟斐傻臑?zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警能力。
1 資料說明
本文使用的資料包括: (1) 美國(guó)大氣環(huán)境中心(NCEP)提供的全球分析資料FNL (Final Operation Global Analysis)，其時(shí)間分辨率為6 h，水平分辨率為1°×1°；(2) 天津市地面加密自動(dòng)站分鐘級(jí)觀測(cè)資料；(3) 天津塘沽雷達(dá)站(117.72°E，39.04°N)、北京大興雷達(dá)站(116.47°E，39.81°N)和河北滄州雷達(dá)站(116.84°E，38.30°N)基數(shù)據(jù)；(4)基于三維變分方法反演得到的高時(shí)空分辨率三維風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)(水平分辨1 km×1 km，垂直分辨率0.5 km，時(shí)間分辨率6 min)，其可靠性已利用雙雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)反演資料進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證(王艷春等，2016)。
2 天氣實(shí)況與災(zāi)情調(diào)查
2017年7月9日20:00—23:00(北京時(shí)，下同)，天津市西南地區(qū)出現(xiàn)一次強(qiáng)雷暴大風(fēng)天氣，伴有72.5 mm·h-1短時(shí)強(qiáng)降水和直徑超過2 cm的冰雹，最大過程累計(jì)雨量達(dá)102.7 mm，出現(xiàn)在天津靜海臺(tái)頭站(圖1a)；22 個(gè)加密自動(dòng)站最大陣風(fēng)風(fēng)力達(dá)8 級(jí)以上(圖1b)，其中天津靜海獨(dú)流鎮(zhèn)先后于20:55 和21:45 發(fā)生兩次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)，最大陣風(fēng)風(fēng)速分別達(dá)27.2 m·s-1和30.4 m·s-1，大風(fēng)和冰雹造成天津靜海地區(qū)部分農(nóng)作物倒伏。加密自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)顯示，地面大風(fēng)呈直線型、輻散狀分布，下?lián)舯┝黠L(fēng)場(chǎng)特征明顯。
圖1 2017年7月9日20:00—23:00天津及周邊地區(qū)累計(jì)降水量(a，實(shí)心彩色圓點(diǎn)，單位:mm)與8級(jí)以上雷暴大風(fēng)(b，風(fēng)向桿)分布(黑色“＋”表示臺(tái)頭和獨(dú)流鎮(zhèn)位置)Fig.1 Distribution of(a)accumulated precipitation(solid colored dot,unit:mm)and(b)thunderstorm gale(wind barb)above level 8 in Tianjin and its surrounding areas from 20:00 BT to 23:00 BT on 9 July 2017.Black symbols“+”mark Taitou and Duliu Towns
3 環(huán)流背景與不穩(wěn)定條件
3.1 環(huán)流形勢(shì)
2017年7月9日08:00(圖略)，500 hPa冷渦中心位于蒙古國(guó)東部與我國(guó)黑龍江省交界處，500 hPa 和700 hPa槽線位于河北西北部，天津地區(qū)為槽前西南暖濕氣流控制。當(dāng)日20:00(圖2)，冷渦系統(tǒng)東移至黑龍江西部，500 hPa槽線東移至渤海西部海面，天津地區(qū)中高層轉(zhuǎn)為槽后西北氣流控制，有明顯冷平流，濕度很小，比濕不足6 g·kg-1。850 hPa 切變線位于京津交界地區(qū)，高空槽呈前傾結(jié)構(gòu)，天津地區(qū)位于850 hPa槽前暖濕氣流中，比濕達(dá)到12～14 g·kg-1，可見低層濕度條件較好。對(duì)大尺度環(huán)境場(chǎng)的分析表明，本次過程發(fā)生在蒙古冷渦天氣背景下，高層干冷空氣疊加在低層暖濕氣流上，在天津西南地區(qū)形成“上干冷下暖濕”結(jié)構(gòu)，有助于靜力不穩(wěn)定層結(jié)發(fā)展，為天津地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件。
圖2 2017年7月9日20時(shí)500 hPa(a)和850 hPa(b)位勢(shì)高度(黑色等值線，單位:dagpm)、溫度(紅色等值線,單位:℃)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)向桿)與比濕(填色區(qū)，單位：g·kg-1)分布圖(棕色單實(shí)線為西風(fēng)槽，紅色雙實(shí)線為切變線，紅色方框表示天津地區(qū))Fig.2 Superposition of geopotential height(black contours,unit:dagpm),temperature(red contours,unit:℃),wind(wind barbs)and specific humidity(colored area,unit:g·kg-1)at(a)500 hPa and(b)850 hPa at 20:00 BT on 9 July 2017.Brown single solid line denotes westerly trough,red double solid line denotes shear line,and red boxes maik Tianjin
3.2 對(duì)流不穩(wěn)定條件
由于天津本地?zé)o探空站，在分析水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)條件、能量條件和垂直風(fēng)切變等的過程中，使用位于本次過程對(duì)流區(qū)北側(cè)約50 km處的北京探空站和位于對(duì)流區(qū)東北側(cè)約180 km 處的河北樂亭探空站資料。該過程對(duì)流最先在天津靜海臺(tái)頭觸發(fā)，時(shí)間為7月9日19:54。此時(shí)，北京探空站附近已有降水，樂亭探空站附近暫無降水。因此，分析中使用的北京和樂亭探空站資料時(shí)間分別為7 月9 日14:00 和20:00。考慮到上述兩站探空曲線在水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)條件和能量條件上表現(xiàn)出相似特征，僅對(duì)北京站探空曲線進(jìn)行分析。由于兩站探空垂直風(fēng)切變強(qiáng)度存在差異，故在垂直風(fēng)切變討論中綜合考慮了兩站的探測(cè)結(jié)果。
圖3 是7 月9 日14:00 北京探空站T-lnp圖及其垂直位溫分析圖。從中可見(圖3a)，溫度層結(jié)曲線呈現(xiàn)出明顯上干下濕結(jié)構(gòu)，925—850 hPa 溫度露點(diǎn)差(T-Td)最小值為4 ℃，850 hPa 以下比濕超過12 g·kg-1，表明低層濕度條件較好；而700—500 hPa (距地面約3—6 km)T-Td平均值和最大值分別為31 ℃和35 ℃，遠(yuǎn)高于陳曉欣等(2022)統(tǒng)計(jì)我國(guó)大范圍雷暴大風(fēng)事件得到的3—6 km層T-Td平均值(14.8 ℃)和最大值(26.4 ℃)，表明本次對(duì)流發(fā)生前對(duì)流層中層非常干。另外，圖3b顯示，假相當(dāng)位溫(θse)從1 000 hPa開始向上逐漸減小，到700 hPa 附近達(dá)到最小；然后，θse向上逐漸增加，700 hPa 層與地面層θse差為-46 ℃，表明大氣低層暖濕、中層700 hPa 附近干冷。中層干冷空氣環(huán)境可以在夾卷過程中加強(qiáng)下沉氣流，往往對(duì)雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生起驅(qū)動(dòng)作用(俞小鼎等，2006a)。
圖3 2017年7月9日14:00北京探空站T-lnp圖(a)與垂直位溫分析圖(b)Fig.3(a)T-lnp chart and(b)vertical potential temperature diagram at the Beijing sounding station at 14:00 BT on 9 July 2017
條件靜力不穩(wěn)定是導(dǎo)致深厚濕對(duì)流的關(guān)鍵要素，其主要出現(xiàn)在對(duì)流層中低層，通常用850—500 hPa溫差表示。探空結(jié)果顯示，7 月9 日14:00 北京探空站850—500 hPa溫差為31 ℃，遠(yuǎn)高于我國(guó)雷暴大風(fēng)發(fā)生前850—500 hPa溫差26.9 ℃的平均值(陳曉欣等，2022)，表明本次對(duì)流發(fā)生前對(duì)流層中下層具有明顯的條件不穩(wěn)定。
在低層暖濕、中層干冷且對(duì)流層中低層表現(xiàn)為明顯條件不穩(wěn)定的環(huán)境下，還需要有足夠大的對(duì)流有效位能(CAPE)才能在抬升機(jī)制下觸發(fā)深厚濕對(duì)流，而在雷暴大風(fēng)事件中還要關(guān)注表示強(qiáng)下沉氣流潛勢(shì)的參數(shù)，即下沉對(duì)流有效位能(DCAPE)。探測(cè)結(jié)果 顯 示，7 月9 日14:00 北京探空站CAPE 從08:00 的2 808.7 J·kg-1上升到3 103.4 J·kg-1，DCAPE從08:00的1 597.0 J·kg-1上升至1 786.4 J·kg-1。可見，本次對(duì)流發(fā)生前具有較大的CAPE 和DCAPE，且二者均呈上升趨勢(shì)，為雷暴大風(fēng)的發(fā)生提供了很好的能量條件。
我國(guó)雷暴大風(fēng)事件中0—6 km垂直風(fēng)切變平均值為19.8 m·s-1，其75 百分位值為26 m·s-1，總體都在中等偏強(qiáng)水平(陳曉欣等，2022)；而在較弱垂直風(fēng)切變下，可能發(fā)生的強(qiáng)風(fēng)暴通常只有脈沖風(fēng)暴一種(俞小鼎等，2006a)。7 月9 日不同時(shí)刻探空結(jié)果顯示，14:00 北京站0—6 km 垂直風(fēng)切變?yōu)?4.7 m·s-1，20:00 樂亭站0—6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.9 m·s-1，均未達(dá)到我國(guó)雷暴大風(fēng)事件中0—6 km垂直風(fēng)切變平均值(19.8 m·s-1)。由此推斷，位于北京與樂亭之間的天津靜海地區(qū)在對(duì)流發(fā)生前垂直風(fēng)切變強(qiáng)度為中等偏弱，較弱的垂直風(fēng)切變環(huán)境使得本次對(duì)流風(fēng)暴在初期以脈沖風(fēng)暴的形式出現(xiàn)(脈沖風(fēng)暴發(fā)生發(fā)展過程將在下文介紹)。
4 下?lián)舯┝鞯男纬稍?/h2>4.1 對(duì)流觸發(fā)機(jī)制
本次過程對(duì)流發(fā)生前，天津西南部水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)條件和能量條件均十分有利，但還需有抬升觸發(fā)機(jī)制才能使得不穩(wěn)定能量釋放，造成對(duì)流天氣。觸發(fā)雷暴的抬升運(yùn)動(dòng)主要是中尺度上升運(yùn)動(dòng)，而邊界層輻合線是觸發(fā)雷暴的重要中尺度系統(tǒng)之一(Doswell，1987)，大約有一半的雷暴在邊界層輻合線附近生成(Wilson，1997)。分析京津冀地面加密自動(dòng)站資料發(fā)現(xiàn)，19:00 臺(tái)頭站(對(duì)流觸發(fā)位置)溫度達(dá)34 ℃(圖4a)，明顯高于其周圍站。較高的地面溫度加大了地面與其上空的溫度垂直遞減率，還可降低對(duì)流抑制能量(CIN)和自由對(duì)流高度(LFC)、增加CAPE，從而增加對(duì)流潛勢(shì)，使得對(duì)流更易發(fā)展。與此同時(shí)，19:00(圖4b)天津西南地區(qū)臺(tái)頭站附近存在一條西南風(fēng)和東南風(fēng)形成的中尺度輻合線，初始回波19:54 出現(xiàn)在臺(tái)頭附近；20:00(圖4c)上述輻合線仍然存在，回波單體迅速發(fā)展。由此可知，西南風(fēng)與東南風(fēng)形成的中尺度輻合線在低層高溫背景下觸發(fā)了本次對(duì)流。
圖4 天津及周邊地區(qū)加密自動(dòng)氣象站2017年7月9日19:00溫度(a)及19:00(b)和20:00(c)風(fēng)場(chǎng)(棕色實(shí)線為中尺度輻合線；黑色“＋”表示對(duì)流觸發(fā)位置臺(tái)頭站)Fig.4(a)Temperature at 19:00 BT,and wind field at(b)19:00 BT and(c)20:00 BT in Tianjin and its surrounding areas from the intensive automatic weather stations on 9 July 2017.Brown solid line denotes mesoscale convergence line,and black symbols“+”mark the Taitou station where convection is triggered
4.2 雷達(dá)回波特征
多普勒天氣雷達(dá)在雷暴大風(fēng)等災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警和預(yù)報(bào)分析中具有重要作用，下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生前在雷達(dá)回波圖上往往表現(xiàn)出反射率因子核心下降、中層徑向輻合和中尺度氣旋式旋轉(zhuǎn)等特征(Roberts and Wilson，1989)，雷達(dá)回波有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出典型的脈沖風(fēng)暴特征(周長(zhǎng)春等，2016；夏羽等，2019)。下文使用天津塘沽雷達(dá)資料對(duì)本次對(duì)流初生階段的脈沖風(fēng)暴特征及下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生前的反射率因子和徑向速度特征進(jìn)行分析。圖5 給出7 月9 日20:00、20:54和21:42天津塘沽雷達(dá)組合反射率因子圖和穿過最強(qiáng)回波單體的反射率因子剖面圖(剖面位置如圖中黑色實(shí)線所示)。圖6 給出獨(dú)流鎮(zhèn)兩次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生前的徑向速度圖和加密自動(dòng)氣象站風(fēng)場(chǎng)。
圖5 2017年7月9日20:00(a)、20:54(b)和21:42(c)天津塘沽雷達(dá)組合反射率因子(單位:dBz)，以及過最強(qiáng)回波單體即沿圖a—c中黑色實(shí)線所作的相應(yīng)時(shí)刻(d—f)反射率因子剖面圖Fig.5 Composite reflectivity factor(unit:dBz)from the Tanggu radar in Tianjin at(a)20:00 BT,(b)20:54 BT and(c)21:42 BT on 9 July 2017,and(d-f)the vertical cross sections of reflectivity factor along the black solid lines through which the echo cells arestrong in(a),(b)and(c)at the corresponding time
從7月9日不同時(shí)刻天津塘沽雷達(dá)組合反射率因子和徑向速度圖上看到，19:54(圖略)，該雷達(dá)觀測(cè)到天津靜海區(qū)臺(tái)頭鎮(zhèn)附近有一孤立單體回波生成，此時(shí)反射率因子均在40 dBz 以下，對(duì)應(yīng)的反射率因子剖面上回波并未及地，回波中心高度約9 km。20:00(圖5a、d)，上述孤立單體回波迅速發(fā)展，僅1個(gè)體掃，最大反射率因子就達(dá)50 dBz，回波中心所在高度仍然較高(在7 km 左右)，可見回波在其初生階段呈現(xiàn)出典型的脈沖風(fēng)暴特征。此后，該對(duì)流風(fēng)暴先后于20:12 和20:30(圖略)與其南側(cè)新生單體和西側(cè)移來多單體風(fēng)暴發(fā)生兩次合并，脈沖風(fēng)暴在回波合并過程中逐漸消亡，合并后的多單體回波在向東移動(dòng)的同時(shí)迅速發(fā)展加強(qiáng)。20:54(圖5b、e)，回波發(fā)展到強(qiáng)盛階段，最大反射率因子高達(dá)60 dBz，強(qiáng)回波后側(cè)有入流缺口(西北方向)，反射率因子在垂直方向上向入流一側(cè)傾斜，反射率因子核心高度下降至2.5 km左右，55 dBz強(qiáng)回波所在高度下降至1 km 以下；3.4°仰角徑向速度圖上(圖6b)，距地面約5 km高度處有中層徑向輻合(圖中白色矩形框所示)，輻合值達(dá)25 m·s-1；0.5°仰角徑向速度圖上(圖6a)，距地面約1 km高度處有明顯輻散氣流(圖中白色矩形框所示)，輻散值為39 m·s-1。20:55，位于強(qiáng)回波中心前側(cè)的獨(dú)流鎮(zhèn)出現(xiàn)27.2 m·s-1雷暴大風(fēng)。此后，回波繼續(xù)向東移動(dòng)，21:42(圖4c、f)在獨(dú)流鎮(zhèn)前側(cè)(東南方向)觀測(cè)到超級(jí)單體風(fēng)暴，其反射率因子核心達(dá)55 dBz，所在高度約6.5 km，中層回波懸垂和弱回波區(qū)明顯；0.5°—2.4°仰角徑向速度圖(圖6c、d)上，可見與超級(jí)單體風(fēng)暴相伴隨的中氣旋，中氣旋距離雷達(dá)站約65 km，距地面高度約0.8 km，旋轉(zhuǎn)速度達(dá)17.5 m·s-1，強(qiáng)度為中等。與此同時(shí)，在中氣旋后側(cè)觀測(cè)到0.5°仰角低層輻散和2.4°仰角中層徑向輻合，21:45位于中氣旋后側(cè)下沉氣流區(qū)的獨(dú)流鎮(zhèn)出現(xiàn)30.4 m·s-1雷暴大風(fēng)。與之對(duì)應(yīng)，20:55和21:45加密自動(dòng)站觀測(cè)到輻散式風(fēng)場(chǎng)。
圖6 天津塘沽雷達(dá)2017年7月9日20:54 0.5°(a)和3.4°(b)仰角與21:42 0.5°(c)和2.4°(d)仰角徑向速度圖(白色矩形框和白色圓圈分別表示輻合輻散和中氣旋)，以及同日靜海獨(dú)流鎮(zhèn)及周邊地區(qū)20:55(e)和21:45(f)地面加密自動(dòng)站風(fēng)場(chǎng)(黑色“＋”為臺(tái)頭和獨(dú)流鎮(zhèn)位置)Fig.6 Radial velocity(unit:m·s-1)at(a)0.5°and(b)3.4°elevation angle at 20:54 BT and(c)0.5°and(d)2.4°elevation angle at 21:42 BT on 9 July 2017 from the Tanggu radar in Tianjin,and the wind field from the intensive automatic weather stations in Duliu Town of Jinghai and its surrounding areas at(e)20:55 BT and(f)21:45 BT on the same day.In(a)-(d)white rectangles and circles denote convergence or divergence and mesocyclone,respectively.In(e)and(f)black symbols“+”mark Taitou and Duliu Towns
綜上可知，上述兩次地面強(qiáng)陣風(fēng)均具有下?lián)舯┝魈卣?，下?lián)舯┝靼l(fā)生前雷達(dá)回波呈現(xiàn)出典型的脈沖風(fēng)暴特征，并伴隨反射率因子核心下降、中層徑向輻合和中氣旋等特征。
4.3 下?lián)舯┝鞒梢?/h3>
俞小鼎等(2006b)綜合考慮下?lián)舯┝鞯乃胶痛怪背叨龋瑢?duì)垂直運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，得出強(qiáng)烈下沉氣流的產(chǎn)生主要受3 個(gè)因素影響，包括擾動(dòng)垂直氣壓梯度力、浮力和液態(tài)降水及固態(tài)降水的向下拖曳作用。另外，除上述3個(gè)因素外，一些學(xué)者認(rèn)為空氣夾卷在下沉氣流的啟動(dòng)中也發(fā)揮著重要作用(Knupp，1987；Kingsmill and Wakimoto，1991)。因此，本文從降水粒子的拖曳作用、負(fù)浮力和夾卷、垂直擾動(dòng)氣壓梯度力等方面，對(duì)本次下?lián)舯┝鞯男纬稍蜻M(jìn)行初步探討。
4.3.1 降水粒子的拖曳作用
有些下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生以風(fēng)暴反射率因子核心下降為前兆，據(jù)此可判斷降水和冰雹的拖曳作用對(duì)強(qiáng)下沉氣流形成起了重要作用(孫凌峰等，2003；俞小鼎等，2006b)；周后福等(2017)研究指出，雷達(dá)1個(gè)體掃時(shí)間內(nèi)(6 min)降水達(dá)4 mm以上是發(fā)生下?lián)舯┝鞯恼髡字?。圖7給出7月9日20:30—22:30天津靜海獨(dú)流鎮(zhèn)自動(dòng)站逐5 min雨量、瞬時(shí)風(fēng)速和溫度變化以及該站雷達(dá)反射率因子時(shí)間序列。從圖7a中看到，獨(dú)流鎮(zhèn)在降水過程中共發(fā)生兩次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)，第一次在20:55，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)27.2 m·s-1；第二次在21:45，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)30.4 m·s-1。獨(dú)流鎮(zhèn)降水始于20:30，風(fēng)速變化和逐5 min雨量變化有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，20:30—20:55逐5 min雨量迅速增加，對(duì)應(yīng)瞬時(shí)風(fēng)速迅速增大，20:55逐5 min雨量達(dá)9.5 mm，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)27.2 m·s-1，第一次下?lián)舯┝靼l(fā)生。此前，獨(dú)流鎮(zhèn)雷達(dá)反射率因時(shí)間序列圖(圖7b)顯示，20:48—20:54最大反射率因子所在高度迅速下降，另外21:00左右獨(dú)流鎮(zhèn)觀測(cè)到直徑超過2 cm的大冰雹；21:00—21:30，該站降水整體呈減小趨勢(shì)，同時(shí)最大反射率因子所在高度略有升高，大風(fēng)減弱消失；21:30—21:45，逐5 min雨量再次增加，最大反射率因子高度隨之下降，瞬時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)第二次增大，其中21:45逐5 min雨量達(dá)8.0 mm，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)30.4 m·s-1，第二次下?lián)舯┝靼l(fā)生。兩次下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生均以最大反射率因子高度下降和逐5 min雨量增加為前兆，且下?lián)舯┝靼l(fā)生時(shí)逐5 min 雨量均達(dá)到或超過8.0 mm，遠(yuǎn)超過周后福等(2017)總結(jié)得到的下?lián)舯┝靼l(fā)生征兆的相關(guān)閾值，因此可推斷降水粒子的拖曳作用可能是本次下?lián)舯┝靼l(fā)生的重要原因。
圖7 2017年7月9日20:30—22:30獨(dú)流鎮(zhèn)自動(dòng)站逐5 min雨量、瞬時(shí)風(fēng)速和溫度變化(a)與該站雷達(dá)反射率因子時(shí)間序列(b)Fig.7(a)Variation of 5-min rainfall,instantaneous wind speed and temperature,and(b)time series plot of radar reflectivity factor at Duliu station from 20:30 BT to 22:30 BT on 9 July 2017
另外，冰雹拖曳產(chǎn)生的負(fù)浮力是驅(qū)動(dòng)爆發(fā)性下沉氣流的直接原因之一，冰雹的融化冷卻對(duì)下沉氣流也有明顯的加強(qiáng)作用(付丹紅等，2003)，且大冰雹往往伴隨地面大風(fēng)(廖玉芳等，2003)。如前所述，獨(dú)流鎮(zhèn)第一次下?lián)舯┝靼l(fā)生之后5 min左右地面觀測(cè)到直徑超過2 mm的大冰雹，考慮到冰雹在下降過程中的融化及其下降需要一定時(shí)間，推斷其空中出現(xiàn)時(shí)間在下?lián)舯┝靼l(fā)生前，且其在空中的直徑更大。因此，冰雹的出現(xiàn)可能是第一次下?lián)舯┝鲉?dòng)的原因之一，但更確切的結(jié)論還需要由適當(dāng)?shù)臄?shù)值模擬結(jié)果來印證。
4.3.2 負(fù)浮力和夾卷
如果對(duì)流層中層存在明顯干層，則干空氣夾卷使得雨滴或冰雹迅速蒸發(fā)造成下沉氣流降溫，雷暴下沉氣流內(nèi)溫度明顯低于環(huán)境溫度而產(chǎn)生向下的負(fù)浮力將導(dǎo)致下沉氣流加速下降(俞小鼎等，2012)。圖8給出7月9日20:54(獨(dú)流鎮(zhèn)第一次下?lián)舯┝靼l(fā)生前1min)利用北京、天津、滄州三部雷達(dá)數(shù)據(jù)通過三維變分方法反演的不同高度水平風(fēng)場(chǎng)與雷達(dá)反射率因子疊加圖。從中看到，獨(dú)流鎮(zhèn)位于風(fēng)暴中心附近，3 km、4.5 km和6 km高度上均存在明顯的向著風(fēng)暴中心的輻合氣流，表明有環(huán)境空氣被夾卷進(jìn)入了風(fēng)暴內(nèi)部。另外，當(dāng)日14:00北京站溫度對(duì)數(shù)壓力圖(圖3)顯示的環(huán)境空氣溫度露點(diǎn)差在850—500 hPa(約1.5—6 km 高度)之間較小，即存在明顯的干層。由此可判斷，本次過程中存在干空氣夾卷，被夾卷的干空氣進(jìn)入下沉氣流加速了云雨粒子的蒸發(fā)和升華，有助于風(fēng)暴中氣塊溫度降低而形成負(fù)浮力，負(fù)浮力使得降水粒子拖曳作用發(fā)動(dòng)的下沉氣流加速下降。從獨(dú)流鎮(zhèn)第一次下?lián)舯┝靼l(fā)生前后地面溫度(圖7a)的明顯降低大致可說明負(fù)浮力的影響。有人研究表明(李彩玲，2021)，1 ℃溫差造成的負(fù)浮力相當(dāng)于4 g·kg-1水物質(zhì)的重力拖曳作用。觀測(cè)結(jié)果顯示，20:30—20:55 獨(dú)流鎮(zhèn)自動(dòng)站氣溫從31.4 ℃下降至24.2 ℃，降幅達(dá)7.2 ℃。由此可以推斷出7.2 ℃溫差造成的負(fù)浮力效應(yīng)大致相當(dāng)于28.8 g·kg-1水物質(zhì)產(chǎn)生的重力拖曳作用。
綜上分析表明，干空氣夾卷進(jìn)入下沉氣流加速了云雨粒子蒸發(fā)，使得下沉氣流溫度明顯低于環(huán)境溫度而產(chǎn)生向下的負(fù)浮力，對(duì)獨(dú)流鎮(zhèn)第一次下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生起到一定作用。
圖8利用北京、天津和滄州三部雷達(dá)數(shù)據(jù)通過三維變分方法反演的2017年7月9日20:54靜海獨(dú)流鎮(zhèn)及周邊地區(qū)不同高度(a.3 km；b.4.5 km；c.6 km)水平風(fēng)場(chǎng)(箭矢，單位:m·s-1)與雷達(dá)反射率因子(填色區(qū)，單位:dBz)疊加圖(白色“＋”表示獨(dú)流鎮(zhèn)自動(dòng)站位置)Fig.8 Superposition of the horizontal wind field(vectors,unit:m·s-1)retrieved by 3DVAR based on the data from the three radars at Beijing,Tianjin and Cangzhou stations and the radar reflectivity(colored area,unit:dBz)at(a)3 km,(b)4.5 km and(c)6 km height in Duliu Town of Jinghai and its surrounding areas at 20:54 BT on 9 July 2017.White symbols“+”mark Duliu station
4.3.3 擾動(dòng)氣壓垂直梯度
風(fēng)暴中若無明顯旋轉(zhuǎn)，就難推斷擾動(dòng)氣壓垂直梯度在下?lián)舯┝魃芍械淖饔?；但在超?jí)單體風(fēng)暴中，擾動(dòng)氣壓垂直梯度可以是導(dǎo)致強(qiáng)烈后側(cè)下沉氣流的重要原因(Johns and Doswell, 1992)。如上文所述，21:45 獨(dú)流鎮(zhèn)發(fā)生第二次下?lián)舯┝鲿r(shí)，陣風(fēng)風(fēng)速達(dá)34 m·s-1，地面出現(xiàn)輻散風(fēng)，此前21:42 塘沽雷達(dá)觀測(cè)到了與超級(jí)單體風(fēng)暴相伴的中氣旋(圖6c、d)，且中氣旋向下伸展到近地面0.8 km高度左右，中氣旋加強(qiáng)導(dǎo)致低層氣壓降低，形成向下的擾動(dòng)氣壓梯度力，促進(jìn)后側(cè)下沉氣流加強(qiáng)。由此推斷，位于中氣旋后側(cè)的獨(dú)流鎮(zhèn)第二次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)與中氣旋后側(cè)擾動(dòng)氣壓垂直梯度有關(guān)。
7 結(jié)論與討論
利用京津冀3 部S 波段多普勒天氣雷達(dá)探測(cè)資料，采用三維變分風(fēng)場(chǎng)反演方法建立高分辨率三維風(fēng)場(chǎng)，結(jié)合全球分析資料FNL 和地面加密站觀測(cè)資料，對(duì)天津地區(qū)一次強(qiáng)雷暴大風(fēng)天氣過程中下?lián)舯┝鞒梢蜻M(jìn)行了初步探討。主要結(jié)論如下：
(1)本次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生在蒙古冷渦天氣背景下，高層干冷空氣疊加在低層暖濕氣流上在天津西南地區(qū)形成“上干冷下暖濕”結(jié)構(gòu)，對(duì)流發(fā)生前對(duì)流層中下層具有明顯的條件不穩(wěn)定、較大的對(duì)流有效位能和下沉對(duì)流有效位能，西南風(fēng)與東南風(fēng)形成的中尺度輻合線在低層高溫背景下觸發(fā)了本次對(duì)流，較弱的垂直風(fēng)切變環(huán)境使得對(duì)流風(fēng)暴初期以脈沖風(fēng)暴形式出現(xiàn)。
(2)對(duì)雷達(dá)回波特征的分析表明，回波在其初生階段反射率因子核心高度約9 km，最大反射率因子達(dá)50 dBz，呈現(xiàn)出典型的脈沖風(fēng)暴特征，經(jīng)兩次合并加強(qiáng)后發(fā)展為多單體風(fēng)暴，多單體風(fēng)暴中又鑲嵌了超級(jí)單體風(fēng)暴，下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)發(fā)生前伴隨反射率因子核心下降、中層徑向輻合和低層中氣旋等特征。
(3)分析此次下?lián)舯┝靼l(fā)生發(fā)展機(jī)制發(fā)現(xiàn)，獨(dú)流鎮(zhèn)兩次下?lián)舯┝鞯陌l(fā)生均以最大反射率因子高度下降和逐5 min 雨量增加為前兆，降水粒子的拖曳作用是兩次下?lián)舯┝靼l(fā)生的重要原因之一。干空氣夾卷進(jìn)入下沉氣流，加速云雨粒子蒸發(fā)，使得下沉氣流溫度明顯低于環(huán)境溫度而產(chǎn)生向下負(fù)浮力對(duì)第一次下?lián)舯┝髌鸬揭欢ㄗ饔?，位于中氣旋后?cè)的獨(dú)流鎮(zhèn)第二次下?lián)舯┝鞔箫L(fēng)與中氣旋后側(cè)擾動(dòng)氣壓垂直梯度有關(guān)。
下?lián)舯┝鲗?dǎo)致的空氣輻散通常發(fā)生在近地面層，目前對(duì)其開展臨近預(yù)報(bào)主要依靠天氣雷達(dá)，本文將雷達(dá)三維變分風(fēng)場(chǎng)反演方法應(yīng)用到下?lián)舯┝鞯姆治鲋?，?duì)本次下?lián)舯┝鞯男纬稍蜻M(jìn)行了初步探討，但仍存在一些不足。首先，雷達(dá)反演的準(zhǔn)確性受區(qū)域限制較大，僅在兩部或以上雷達(dá)覆蓋區(qū)域反演效果較好，因此難以對(duì)1.5 km 以下風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行分析；其次，冰雹的出現(xiàn)可能是第一次下?lián)舯┝鲉?dòng)的原因之一，但更確切的結(jié)論還需要有適當(dāng)?shù)臄?shù)值模擬結(jié)果來佐證。
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