一次臺(tái)前颮線影響南寧機(jī)場過程診斷分析

徐 凱，劉遠(yuǎn)方

（民航廣西空管分局，廣西 南寧 530048）

1 研究背景

颮線是風(fēng)和氣壓的不連續(xù)線，由多個(gè)雷暴單體（包括超級單體）側(cè)向排列成狹窄的強(qiáng)對流帶，發(fā)生時(shí)常伴有雷暴、大風(fēng)、冰雹、強(qiáng)降雨等災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，過境時(shí)會(huì)出現(xiàn)氣壓涌升、氣溫驟降、風(fēng)向突變、風(fēng)速驟增等特征，具有巨大的破壞力[1]；同時(shí)颮線系統(tǒng)具有移動(dòng)快、持續(xù)短、尺度小和突發(fā)性的特點(diǎn)，是對流性天氣預(yù)報(bào)工作的難點(diǎn)與重點(diǎn)。

根據(jù)丁一匯等[2]研究，將颮線的觸發(fā)機(jī)制分為槽后型、槽前型、高后型以及臺(tái)風(fēng)倒槽或東風(fēng)波型4種，華南地區(qū)的臺(tái)前颮線屬于第四類，通常是臺(tái)風(fēng)外圍螺旋云帶受副高南側(cè)邊緣偏東氣流和不穩(wěn)定擾動(dòng)作用西移發(fā)展而成，臺(tái)風(fēng)為臺(tái)前颮線的發(fā)展提供了有利的條件，臺(tái)前颮線是一種組織化的中尺度天氣系統(tǒng)，通常出現(xiàn)在熱帶氣旋中心之前300～500 km處，并以與熱帶氣旋同樣的速度移動(dòng)，一般持續(xù)3～9 h[3]。有研究結(jié)果表明，在登陸或臨近華南沿海地區(qū)的熱帶氣旋中有1/4會(huì)產(chǎn)生臺(tái)前颮線，臺(tái)前颮線往往具有突發(fā)性強(qiáng)、強(qiáng)度大等特點(diǎn)，在臺(tái)風(fēng)到達(dá)之前，往往在狹長的范圍內(nèi)導(dǎo)致破壞性的強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)降水[4]；臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)，其臺(tái)前颮線的回波強(qiáng)度就越強(qiáng)，移動(dòng)速度就越快，生命史也更長[5]。

本文利用常規(guī)觀測資料、NECP再分析資料（0.5°×0.5°）、FY2G衛(wèi)星云圖、南寧機(jī)場雷達(dá)圖和自動(dòng)觀測站資料，對2017-08-22—23影響廣西東南部和南寧機(jī)場的一次臺(tái)前颮線過程的中尺度特征、演變過程、物理量場進(jìn)行分析，探討形成和維持臺(tái)前颮線的機(jī)制，為進(jìn)一步做好中尺度對流天氣系統(tǒng)的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警提供一定的參考。

2 天氣過程概況

2017-08-20T14：00（北京時(shí)間，下同）位于臺(tái)灣東南洋面的熱帶低壓發(fā)展為第13號(hào)熱帶氣旋“天鴿”，并向西北偏西方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)；2017-08-22T 17：00，“天鴿”中心位于距離廣東珠海市東南偏東500 km的海面上，強(qiáng)度為臺(tái)風(fēng)級，此時(shí)在其移動(dòng)方向的右前部廣東江門至廣州地區(qū)附近出現(xiàn)較強(qiáng)的臺(tái)前颮線，整體自東向西移動(dòng)發(fā)展，于2017-08-22T23：00進(jìn)入廣西境內(nèi)，并在2017-08-23T07：24—09：08造成南寧機(jī)場出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)雷雨天氣，期間機(jī)場自動(dòng)觀測站測得累計(jì)降水23.7 mm，并導(dǎo)致多個(gè)航班備降；隨后，颮線系統(tǒng)繼續(xù)西進(jìn)，2017-08-23中午進(jìn)入云南境內(nèi)，云南省氣象局于2017-08-23T11：00啟動(dòng)暴雨三級應(yīng)急響應(yīng)，滇中、滇東、滇南出現(xiàn)了局地強(qiáng)雷雨。此次臺(tái)前颮線過程持續(xù)時(shí)間長、移動(dòng)速度快、影響范圍大，自東向西先后造成廣東中西部、廣西南部、云南中東部出現(xiàn)大到暴雨，局部大暴雨。

2017-08-23T12：50，“天鴿”（強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級）在珠海的金灣區(qū)登陸，登陸時(shí)臺(tái)風(fēng)附近最大風(fēng)力45 m/s（14級），中心最低氣壓950 hPa，為2017年登陸中國的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。中央氣象臺(tái)2017-08-23T06：00發(fā)布2017年首個(gè)臺(tái)風(fēng)紅色預(yù)警，并發(fā)布暴雨橙色預(yù)警。2017-08-23T 17：00，“天鴿”由廣東進(jìn)入廣西境內(nèi)，然后自東向西橫穿廣西腹地，持續(xù)約18 h。2017-08-24T17：00，中央氣象臺(tái)對臺(tái)風(fēng)“天鴿”停止編號(hào)。

3 臺(tái)前颮線的路徑和演變特征

一般認(rèn)為，臺(tái)前颮線的移動(dòng)路徑受到熱帶氣旋外圍環(huán)流的控制，其移動(dòng)方向與熱帶氣旋幾乎一致，因而臺(tái)前颮線的移動(dòng)路徑往往是熱帶氣旋路徑預(yù)報(bào)的一個(gè)重要指標(biāo)。

根據(jù)“天鴿”的中心定位資料與雷達(dá)回波資料，給出了“天鴿”中心位置與臺(tái)前颮線強(qiáng)對流回波帶，如圖1所示。臺(tái)前颮線生成時(shí)，其距離臺(tái)風(fēng)中心約500 km，隨后“天鴿”維持向西北方向運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)速度和路徑基本保持穩(wěn)定，此次臺(tái)前颮線移動(dòng)路徑與母體“天鴿”的路徑基本一致，臺(tái)前颮線更傾向于沿著海岸線移動(dòng)。

圖1 2017-08-22華南雷達(dá)拼圖

4 天氣形勢分析

2017-08-22T08：00，500 hPa歐亞大陸高緯度地區(qū)為“兩脊一槽”的形勢，蒙古高原至西伯利亞東部均受高空槽控制，中國中低緯度地區(qū)整體呈西低東高的形勢，副高發(fā)展強(qiáng)盛，其脊線北抬至山東半島、河南北部，控制西南和華南地區(qū)中北部、華中、華北及華東地區(qū)；福建、廣東、廣西中北部處于副高底部受較強(qiáng)的偏東氣流影響；東南沿海地區(qū)則受第13號(hào)熱帶氣旋“天鴿”外圍下沉氣流影響；中低層的天氣系統(tǒng)配置基本與高層相似。至2017-08-22T20：00，副高繼續(xù)西伸加強(qiáng)，擴(kuò)展至云貴高原西部，東南沿海地區(qū)空中風(fēng)持續(xù)加強(qiáng)，在地面至925 hPa圖上，廣東佛山至茂名一帶存在明顯的風(fēng)向切邊和風(fēng)速輻合，與雷達(dá)拼圖的颮線位置吻合；2017-08-23T08：00，“天鴿”繼續(xù)向廣東沿?？拷?，華南沿海地區(qū)上空氣旋性環(huán)流加強(qiáng)，近地面層輻合線推進(jìn)至廣西中部，此時(shí)南寧機(jī)場受臺(tái)前颮線推進(jìn)影響，出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)雷雨。

總體上看，此次貫穿廣東中西部、廣西南部、云南中東部出現(xiàn)的颮線天氣過程是受到副高南緣以及“天鴿”外圍低壓區(qū)的偏東氣流共同作用而產(chǎn)生的，颮線系統(tǒng)出現(xiàn)在“天鴿”外圍低壓區(qū)的控制之下，并在外圍環(huán)流的影響和作用下生成、發(fā)展和維持。近地面層輻合線是為臺(tái)前颮線的生成和發(fā)展提供了初始化條件[6]。

5 中尺度物理量場分析

5.1 t-logp及對流參數(shù)分析

圖2和表1、表2分別表示2017-08-22T20：00陽江、清遠(yuǎn)、梧州與南寧探空站的t-logp圖和2017-08-22T08：00、2017-08-22T20：00的對流參數(shù)，從圖2可以看出，陽江、清遠(yuǎn)的中低層水汽充足，且對流潛勢旺盛，有利于對流的發(fā)生發(fā)展；梧州、南寧表現(xiàn)出明顯的上干下濕結(jié)構(gòu)。對比表1和表2，南寧地區(qū)700 hPa溫度露點(diǎn)差在2017-08-22T08：00和2017-08-22T20：00分別達(dá)到了23℃和26℃，說明中層有明顯的干冷吸入，表現(xiàn)為條件不穩(wěn)定[7]；至2017-08-22T20：00，陽江地區(qū)K指數(shù)達(dá)到44℃，沙氏指數(shù)-5.17℃，CAPE高達(dá)4 871 J/kg，且CIN值為0，表明該地區(qū)上空已出現(xiàn)強(qiáng)對流系統(tǒng)；清遠(yuǎn)、梧州2個(gè)站點(diǎn)具有一定的不穩(wěn)定層結(jié)，粵西至桂東一帶具有較強(qiáng)的對流潛勢，對雷雨、大風(fēng)等強(qiáng)天氣過程具有指示，但是梧州站的CIN值達(dá)到362.7 J/kg，相較粵西地區(qū)更不易觸發(fā)對流；4個(gè)站點(diǎn)的850 hPa和500 hPa垂直溫差均達(dá)到25℃以上，垂直溫度遞減率較大。綜上所述，2017-08-22T08：00—20：00，自東向西，廣東中西部一帶極有利于雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等對流天氣的發(fā)生，梧州以短時(shí)強(qiáng)降水為主，南寧以雷暴和短時(shí)強(qiáng)降水為主，與實(shí)況相對應(yīng)。

表1 2017-08-22T08：00陽江、清遠(yuǎn)、梧州、南寧對流參數(shù)表

表2 2017-08-22T20：00陽江、清遠(yuǎn)、梧州、南寧對流參數(shù)表

圖2 2017-08-22T20：00陽江、清遠(yuǎn)、梧州、南寧探空資料曲線

5.2 垂直風(fēng)切變

垂直風(fēng)切變是雷暴發(fā)展過程中一個(gè)重要的動(dòng)力條件，在較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變條件下雷暴更容易加強(qiáng)，統(tǒng)計(jì)表明，雷暴大風(fēng)一般出現(xiàn)在較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變條件下[7]。

利用NCEP資料，1 000—700 hPa風(fēng)速差指示0～3 km垂直風(fēng)切變，如圖3所示，2017-08-22T20：00廣東中西部沿海地區(qū)覆蓋1 000—700 hPa風(fēng)速差達(dá)到了8 m/s，并呈向西擴(kuò)展態(tài)勢，0～3 km風(fēng)速差為達(dá)到8 m/s即為中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變，與探空資料不穩(wěn)定區(qū)域和實(shí)際臺(tái)前颮線影響位置基本吻合；在隨后2017-08-23T02：00、2017-08-23T08：00及2017-08-23 T14：00中，隨著臺(tái)風(fēng)“天鴿”的逐漸靠近，垂直風(fēng)切變大值區(qū)不斷向廣東沿海移動(dòng)；8 m/s等值線逐步向西擴(kuò)展，且與后續(xù)的等值線拉開距離，對應(yīng)臺(tái)前颮線快速的西移過程，其中2017-08-23T08：00，8 m/s等值線處于南寧地區(qū)附近，此時(shí)南寧機(jī)場受颮線帶來的雷雨天氣影響，8 m/s特征線與此次臺(tái)前颮線的推移呈現(xiàn)出較好的對應(yīng)關(guān)系。

圖3 2017-08-22—23 1 000—700 hPa風(fēng)速差（單位：m/s）

2017-08-23T14：00，8 m/s等值線繼續(xù)擴(kuò)展至云南境內(nèi)，梯度明顯減小，在臺(tái)前颮線發(fā)展成熟后，低空垂直風(fēng)切變強(qiáng)度減小，不利于臺(tái)前颮線的維持，加之低空水汽輸送的減少，使其逐漸趨向衰亡。可見，此次過程中垂直風(fēng)切變與臺(tái)前颮線的發(fā)展和移動(dòng)展現(xiàn)為良好的對應(yīng)關(guān)系。

5.3 水汽通量與水汽通量散度分析

充沛的水汽是產(chǎn)生和維持對流天氣的必要條件。如圖4所示，2017-08-22T14：00，在颮線發(fā)生前受“天鴿”外圍環(huán)流影響，低層850 hPa從南海海面向廣東沿海地區(qū)附近存在明顯的水汽輸送，在珠三角東南部有水汽輻合區(qū)，對應(yīng)衛(wèi)星云圖資料，該區(qū)域開始有對流系統(tǒng)發(fā)展；隨著臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)，水汽輸送帶和水汽輻合區(qū)向西北推進(jìn)，至2017-08-22T20：00覆蓋珠三角區(qū)域，為臺(tái)前颮線的生成和發(fā)展提供有利的水汽條件。2017-08-23T02：00—08：00，廣西東南部水汽通量持續(xù)增強(qiáng)，水汽輻合區(qū)繼續(xù)向西擴(kuò)展加強(qiáng)，為颮線的維持提供了充足水汽，造成2017-08-22夜間至2017-08-23早晨廣西東南部出現(xiàn)強(qiáng)降水過程。

圖4 2017-08-22—23 850 hPa水汽通量（單位：10-4 g/（hPa·cm·s））和水汽通量散度（單位：10-7 g/（hPa·cm2·s））

6 衛(wèi)星云圖和雷達(dá)資料中尺度分析

臺(tái)前颮線生成于珠江三角洲地區(qū)，2017-08-22受“天鴿”外圍下沉環(huán)流的影響，廣東、廣西大部分地區(qū)以晴朗高溫天氣為主，2017-08-22T13：00左右，在珠江口兩側(cè)地區(qū)首先出現(xiàn)孤立的弱對流云團(tuán)，弱對流云團(tuán)在高溫高濕和旺盛的潛在勢能作用下迅速發(fā)展，2 h內(nèi)汕尾、廣州和肇慶地區(qū)上空出現(xiàn)塊狀的強(qiáng)對流云團(tuán)。在臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流的引導(dǎo)下，位于汕尾附近的對流云團(tuán)在西移的過程中持續(xù)發(fā)展，至2017-08-22T16：00在珠三角西側(cè)形成一條呈南北走向的帶狀強(qiáng)對流系統(tǒng)，已具備臺(tái)前颮線形態(tài)，在該云團(tuán)的前進(jìn)方向，即廣東西部地區(qū)為晴空區(qū)，該天氣條件下大氣的溫濕狀態(tài)對云團(tuán)發(fā)展十分有利。可見，此次臺(tái)前颮線是由陸地上孤立的對流云團(tuán)發(fā)展形成，與臺(tái)風(fēng)外圍的螺旋云帶無直接相關(guān)。

2017-08-22T20：00，颮線在西移時(shí)不斷向南側(cè)加深發(fā)展，逐漸與南海海面上的臺(tái)風(fēng)外圍螺旋云帶連成一片，并于2017-08-22T23：00進(jìn)入廣西東南部，隨后颮線系統(tǒng)北緣結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度減弱，強(qiáng)對流中心向南偏移，因此在廣西東部以降水過程為主，東南部和南部表現(xiàn)更強(qiáng)；2017-08-23T04：00，在玉林上空出現(xiàn)一獨(dú)立的中尺度對流系統(tǒng)（MCS），中心亮溫達(dá)到-70℃，且不斷向南北方向擴(kuò)展，此時(shí)南寧機(jī)場東側(cè)的颮線已經(jīng)形成，呈南北向，由多個(gè)雷暴單體組成，對流活動(dòng)旺盛，2017-08-23T07：00左右覆蓋南寧機(jī)場上空，是造成南寧機(jī)場出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)對流天氣的直接影響系統(tǒng)。該系統(tǒng)在西移過程中，逐漸與沿海螺旋云系脫離，結(jié)構(gòu)發(fā)散，強(qiáng)度減弱，在云南境內(nèi)誘發(fā)生成新的對流系統(tǒng)。

7 總結(jié)

此次臺(tái)前颮線過程移動(dòng)速度快、生命史長，由副高南緣以及“天鴿”外圍低壓區(qū)的偏東氣流共同作用而產(chǎn)生的對流單體逐漸發(fā)展而成，近地面層輻合線為此次臺(tái)前颮線的生成和發(fā)展提供了初始化條件。

此次臺(tái)前颮線移動(dòng)路徑與母體“天鴿”的路徑基本一致，臺(tái)前颮線更傾向于沿著海岸線移動(dòng)。臺(tái)風(fēng)為臺(tái)前颮線的發(fā)展提供了有利的條件，包括低層氣流輸送提供充沛的水汽、不穩(wěn)定環(huán)境積累了大量的對流有效位能以及地表輻合擾動(dòng)作用，使得陸地上對流單體逐漸發(fā)展形成臺(tái)前颮線。

此次過程中較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變?yōu)榕_(tái)前颮線的發(fā)展提供有利的動(dòng)力條件，8 m/s特征線與此次臺(tái)前颮線的推移呈現(xiàn)出較好的對應(yīng)關(guān)系，對于預(yù)報(bào)具有較好的指示作用。

此次颮線過程在衛(wèi)星云圖和南寧機(jī)場雷達(dá)圖上中尺度特征清晰，南寧機(jī)場強(qiáng)對流天氣由多個(gè)中小尺度對流云團(tuán)合并和發(fā)展造成，結(jié)合物理量場數(shù)值產(chǎn)品，可有效提升短臨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。