陜西中部一次冷渦颮線天氣特征分析

牛樂田，李春娥，王 英，劉 帆，胡 偉，許 瑋

（咸陽市氣象局，陜西咸陽 712000）

陜西中部一次冷渦颮線天氣特征分析

牛樂田，李春娥，王 英，劉 帆，胡 偉，許 瑋

（咸陽市氣象局，陜西咸陽 712000）

對2013－07－31陜西中部地區一次罕見的強對流天氣過程氣象要素演變及雷達回波特征進行分析，發現該次過程為一次典型颮線天氣過程。對此次颮線的生成原因、變化特征進行綜合分析，結果表明：此次颮線天氣過程是在高空冷渦后部西北氣流控制的天氣環流形勢下出現，高空冷平流和低層暖平流的配置加劇了層結不穩定性。雷達回波圖上，颮線以后續線型為主，呈典型的帶狀回波；強回波的雷達反射率因子、強風速輻合帶、垂直累積液態水含量高值中心強弱交替等特征，對此類颮線天氣的發生有較好的指示意義。

颮線；低渦；層結穩定度；雷達回波；垂直累積液態水含量 （VIL）

颮線是許多雷暴單體 （其中包括若干超級單體）側向排列而形成的強對流云帶，其水平尺度通常為幾百公里，典型生命期約6～12h，常帶來災害性大風和局地暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷風，是一種具有短時巨大破壞力的天氣系統［1］。氣象工作者對颮線進行了深入研究。丁一匯等［2］根據我國18個颮線個例，研究了颮線發生的天氣背景、觸發條件和形成的物理條件 （熱力和動力學條件）。張培昌等［1］根據雷達回波的不同表現形態，將颮線劃分為斷續線型、后續線型、離散區線型以及嵌套區線型4種類型。侯建忠等［3］在黃土高原一次冷渦颮線的綜合分析與數值模擬中指出，強對流主要出現在冷渦中心的西南側及南側，在這個部位的大氣層結常常是不穩定的，有利于中尺度天氣系統的發展，激發不穩定能量釋放，造成強雷暴天氣發生。姬鴻麗等［4］分析了影響洛陽的一次中尺度颮線天氣過程，認為高空冷渦后部冷空氣的入侵加劇了層結的不穩定而造成較強颮線天氣的發生、發展。劉子臣［5］認為高空冷渦是夏季造成我國西北地區強雷暴和強颮線天氣的主要系統之一，當蒙古東部與我國東北地區500hPa上有一冷渦時，冷渦后部的偏北氣流將會影響陜西大部。本文利用常規氣象資料、NCEP1°×1°6h資料、衛星云圖和多普勒雷達資料對陜西中部2013年7月31日颮線天氣過程的要素特征演變、環流形勢、雷達回波特征等綜合分析，旨在加深對颮線天氣的認識，建立此類天氣的預報思路。

1 颮線氣象要素演變及環流特征

1.1 氣象要素演變

2013－07－31夜間寶雞東部、咸陽、西安、渭南等地區先后出現雷電、大風、短時暴雨等強對流天氣。不少測站氣壓、溫度、濕度等要素均反映明顯，以咸陽和藍田兩個測站為例，8月1日00時、01時兩站分別出現11.5m/s、16.5 m/s的大風，關中共有11測站出現6級以上大風；1日02時咸陽、藍田3h變壓分別為4.1 hPa和5.8hPa。7月31日22時—8月1日02時關中地區出現持續時間短、分布不均的強降水，降水中心位于關中中東部，最大為淳化強村81.4mm。從咸陽站逐時氣象要素變化 （圖1）可見，氣象要素具有以下變化特點：風速迅速增大到極值后又迅速減小，變化最劇烈；氣壓緩慢降低后迅速升高；氣溫一直趨于降低，相對濕度先變化較小，后快速增大，與降水出現時段相對應。從7月31日夜間西安多普勒雷達基本反射率 （圖略）看，21時開始陜西中部地區出現了NE—SW走向的帶狀對流回波帶，其長、寬之比大于5∶1，分析強對流系統特征及其過境時氣象要素演變發現，此次過程為典型的颮線天氣過程。

圖1 2013－07－31—08－01咸陽站颮線經過前后氣象要素變化

1.2 環流特征

1.2.1 對流層中上層冷渦特征 7月下旬后期，500～300hPa高度場 （圖略）上，西伯利亞與貝加爾湖之間有寬廣的低值系統，低渦中心位于75°E～95°E、50°N～60°N范圍內，高原以東到陜西處于冷渦底部西北氣流之中。7月31日20時，冷渦東移南壓過程中不斷分裂冷空氣，貝加爾湖與蒙古之間低值環流加強，并對應有冷中心，300 hPa高空冷槽位于河套西部，500hPa高空冷槽位于寧夏—陜北地區—華北，槽后部均有較強冷平流；300hPa高度場上冷渦底部有大于32m/s的高空急流存在，陜西關中地區位于高空急流右后側強輻散區中，可見，深厚低渦后部的較強冷平流和其南側高空急流的強輻散作用，為本次強對流天氣提供了極其有利的環流背景場。

圖2 2013－07－31T20 300hPa （a）和850hPa （b）溫度場 （單位：℃）

1.2.2 溫度場分析 7月31日20時，300hPa河套以西有冷空氣中心存在 （圖2a），陜西西部約5個經距范圍內有大于10℃的溫度梯度，等溫線密集區在甘肅南部、寧夏、陜西西部之間，呈東北—西南走向。850hPa整個高原地區為暖區 （圖2b），陜西中北部到寧夏之間有大于28℃的暖中心，該暖中心向東南方向移動，引起垂直方向溫度梯度進一步增強，為颮線的發生、發展積累了大量的不穩定能量。8月1日02時，850hPa關中地區溫度迅速降到24℃以下，此次颮線過程逐漸結束。由此可見，產生颮線的地區大氣在垂直方向有著明顯的高層冷平流和低層暖平流。

2 層結穩定度及水汽條件

2.1 層結穩定度

在溫度對數壓力圖 （圖略）上，7月31日08時西安 Δθse（850與500hPa的θse差）為17.8℃，K 指數為26℃，沙氏指數為－4.6℃，大氣層結非常不穩定；20時西安Δθse為11.3℃，K指數為39℃，沙氏指數為－0.25℃，大氣層結為弱不穩定。西安08時抬升凝結高度為1 061m，20時為2 068m，不穩定能量面積明顯增大。

2.2 水汽條件

高層干冷空氣，低層暖濕空氣是不穩定度增大的重要原因。7月31日西安站08：00探空圖（圖略）上，850hPa以下各等壓面比濕大于10 g/kg，平均為15.8g/kg，850hPa以上比濕迅速減弱為10g/kg以下，850～300hPa之間各層平均比濕為2g/kg。分析濕度垂直分布 （圖略）可以發現，850hPa和500hPa有濕度的大值區，兩層以上分別有上干下濕的結構特征，對應在垂直范圍內有兩個 “喇叭口”狀結構。

3 雷達回波特征

分析衛星云圖 （圖略）資料可以發現，颮線影響過程中在關中西部和陜北南部有弱對流云團存在，云團主體較小、邊界模糊，無法反應出颮線的發生、發展特征，因此，利用西安多普勒雷達探測資料分析這次颮線過程中尺度系統的演變。

3.1 反射率因子的演變

從雷達基本反射率演變可以看出，這次颮線是以后續線型為主形成的 （圖3）。

初始階段，21：57西安多普勒雷達垂直反射率因子圖所示，在50～200km范圍內有大片對流云團生成，在主體云團前沿有三個較強回波中心存在，分別位于寶雞鳳翔、咸陽彬縣及甘肅慶陽，如圖中的A、B、C所示，A和C的最大反射率因子超過60dBz，B單體反射率因子較弱為50dBz，三者連線呈東北—西南走向?？梢姡陲R線形成初始階段，在較小范圍內有多個對流單體和對流回波群的活動。

圖3 2013－07－31不同時次不同仰角的反射率因子 （距離每圈間隔50km）

發展成熟階段，高空冷渦后部干冷空氣與西南暖濕空氣在陜西中部交匯，該地區出現持續的氣流輻合，不斷有新的對流單體生成，然后沿引導氣流方向移動。22：21上述三個強回波云團合并呈線狀排列的狹長對流回波帶，在其前部咸陽永壽出現反射率因子超過55dBz的對流單體D。隨后，強對流云帶向東南移動，云體結構密實，影響咸陽、西安等地?？梢?，颮線發展成熟階段，對流回波活躍并快速移動，演變過程中有趨于帶狀分布和排列的特征。23：46，0.5°仰角反射率因子圖，E處北側有45～50dBz回波帶，范圍較??；3.4°仰角回波圖上，F處北側有大片55～60dBz強回波帶，且回波帶范圍較大?？梢姡舜物R線在成熟階段具有低層弱回波區和中高空強回波區的懸垂回波結構。

減弱階段 （圖略），颮線發展成熟后繼續向東南方向移動，關中西部地區出現的對流單體相繼合并，云體范圍和強度均減小，颮線呈減弱趨勢并向東南方向移動，影響渭南、商洛地區。

3.2 徑向速度場特征

從西安多普勒雷達徑向速度圖 （圖略）可以發現，7月31日22時，在寶雞東北部與咸陽西北部之間30～50km范圍內出現一條風速輻合帶，輻合帶上鑲嵌多個小尺度輻合系統，輻合帶向東南方向移動過程中，大片負速度區內出現了正速度區 （如圖4），并有零速度線環繞，表明此處風向發生了劇烈的變化。產生了強的風切變，具有明顯的輻合輻散。8月1日00時、01時咸陽、藍田分別出現11.5m/s、16.5m/s的大風。

4 2013－08－01T00：41（北京時）西安多普勒雷達徑向速度 （距離每圈間隔50km）

3.3 垂直累積液態水含量 （VIL）分析

垂直累積液態水含量是多普勒雷達的一個導出產品，是反映降水云體中，在某一確定的底面積的垂直柱體內液態水總量分布的圖像產品。它是判斷強降水、冰雹等災害性天氣的工具之一［6］。7月31日22：09，對流云回波出現在陜西關中地區，對流云帶中VIL最大值為30～35 kg/m2；隨著颮線生成發展東移，VIL值逐漸增大，23：04時對流回波中最大VIL值達到65 kg/m2；而后VIL值迅速減弱，23：16對流回波中最大VIL值減弱至50kg/m2后又快速躍增至70kg/m2；8月1日00時至01時，VIL值又減弱到30～40kg/m2，并維持在較低的范圍內強弱交替，與地面11站大風出現時間一致。由以上分析可以看出，回波強度存在強弱交替的現象，而VIL高值中心的強弱交替與影響區域大風的發生有很好的對應關系，VIL由高到低的突然減弱，可以提前1h預示該地區大風的出現。

4 小結

（1）本次強對流天氣發生在深厚的高空冷渦的西南象限，對流層高層強冷空氣與低層暖濕空氣的上下配置、充分的水汽條件，為颮線的生成、發展儲備了大量的不穩定能量。

（2）中尺度對流系統颮線以后續線型為主，在低層輻合線上不斷有新生對流單體發生、發展、合并而形成較強的颮線天氣過程。

（3）帶狀回波、強雷達反射率因子 （55dBz以上）、強的風速輻合帶、垂直方向的懸垂回波結構等雷達回波特征，對此類強對流天氣的發生有一定的預警作用。

（4）雷雨大風前的VIL高值中心 （超過50 kg/m2）回波強度存在強弱交替的現象，由高到低突然減弱，對大風有較好的指示意義。

［1］張培昌，杜秉玉，戴鐵丕 .雷達氣象學 ［M］.北京：氣象出版社，2001：420－426.

［2］丁一匯，李鴻洲，章名立，等 .我國颮線發生條件的研究 ［J］.大氣科學，1982 （1）：16－21.

［3］侯建忠，王繁強，方建剛，等 .黃土高原一次冷渦颮線的綜合分析與數值模擬 ［J］.高原氣象，2007 （2）：353－362.

［4］姬鴻麗，常紅麗，陳紅霞，等 .一次颮線天氣過程的綜合分析 ［J］.氣象與環境科學，2009（2）：41－45.

［5］劉子臣.陜西中尺度系統及短時天氣預報 ［M］.北京：氣象出版社，1998：54－108.

［6］俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等 .多普勒天氣雷達原理與業務應用 ［M］.北京：氣象出版社，2006：185－187.

P458.11

A

牛樂田，李春娥，王英，等 .陜西中部一次冷渦颮線天氣特征分析 ［J］.陜西氣象，2014（4）：7－10.

1006－4354 （2014）04－0007－04

2013－12－20

牛樂田 （1980—），男，漢族，陜西戶縣人，工程師，從事短期天氣預報研究。