廣西一次槽前型暖區颮線的中尺度分析

林確略，鄧雅倩，陳明璐，陸秋霖，蘇尉宣

（廣西玉林市氣象局，廣西 玉林 537000）

颮線是多個對流單體側向排列形成的強烈的線狀雷暴群，其水平長度為150～300km，寬度僅幾公里到幾十公里，長寬比大于5：1，時間尺度為4～18 h，颮線過境常常伴有短時強降水、雷雨大風、冰雹和龍卷等強對流天氣，是一種破壞性極強的中尺度天氣系統［1］。廣西出現的颮線多發于春季和夏季，以春末夏初季節（3～5月）最容易發生。

廣西前汛期發生的颮線主要有兩種，一種是伴隨著冷鋒快速南下而出現的颮線，常發生在冷鋒附近，如2016年4月13日、2016年4月17日等颮線過程［2］，通常稱為冷鋒型颮線；另一種是在鋒前較遠的暖區里發生的颮線，稱為暖區颮線。對于冷鋒型颮線或鋒面抬升造成的強對流天氣，廣西氣象工作者［3-10］進行了大量研究，取得了很多有意義的成果，提高了對颮線或強對流天氣的認識。然而，在華南暖區天氣背景下發生的颮線，形成發展機制非常復雜，仍有待深入研究［1］。對華南西部地區而言，暖區環境有兩種，一種是回流暖區，另一種是鋒前暖區［11］。回流暖區處在變性高壓脊的后部，實質上是有變性氣團參與的，仍具有斜壓性或鋒面結構特征［15］，并非嚴格意義上的暖區；而在鋒前較遠地方一致西南氣流的環境下的暖區可能是純的暖區。廣東氣象工作者［12-14］研究了此類暖區颮線天氣，其有一個共同特征，即颮線均是在高空槽前、低層西南暖濕氣流背景下發生的，低層暖濕平流強迫是其發生發展的原因之一。2016年4月22日在華南就發生了類似的一次暖區颮線天氣過程，颮線影響廣西和廣東時，低層為一致西南暖濕氣流，此次過程廣西出現了大范圍的雷暴大風和暴雨，上下臺站均漏報，令預報員出乎意料。因此，有必要對這種暖區颮線過程深入研究。

下面利用常規觀測資料、全國自動站加密觀測資料、NCEP再分析資料、雷達資料以及FY2G紅外云圖資料，使用天氣學分析方法，對2016年“4.22”廣西暖區颮線過程進行研究，通過暖區颮線的中尺度特征、影響系統特征的分析，解釋其成因，挖掘一些對短期預報有指示意義的信息。

1 暖區颮線過程概況

2016年4月21日晚至22日早晨，廣西出現3條颮線（圖1，見彩頁）。21日17時前后颮線A的初始對流生成于桂西北西林-隆林附近、颮線B的初始對流生成于云南玉溪-紅河附近（圖1a，見彩頁），之后向東偏南方向移動；颮線C則是在崇左西側于22日凌晨生成向東快速移動（圖1）。21日21時開始颮線A和B同時影響廣西，22日2時颮線A處在減弱階段，而颮線B處在成熟階段，22日04：00～08：00颮線B和C影響廣西和粵西地區（圖1，見彩頁），颮線自西向東橫掃華南西部，出現了較大范圍的雷暴大風和短時強降雨等強對流天氣。廣西有46個國家站、146個區域站測得17.2m.s-1以上的大風，34個國家站監測到雷暴（圖2a，見彩頁）；颮線過境時普降大雨到暴雨，廣西2472個自動站中有249個站（其中9站為國家站）雨量達暴雨，877個站達大雨，暴雨區呈現南北兩條雨帶，北部雨帶位于陽朔-柳州-百色色一帶，南部雨帶位于防城港-欽州-玉林一帶（圖2b，見彩頁）。可見此次暖區颮線是一次濕對流型（雷暴大風＋強降雨）颮線。這3條颮線中以颮線B強度最強、影響范圍最大、生命史最長，其從桂西北到桂東南一路橫掃大半個廣西，影響最大。強對流天氣主要出現在夜間到早晨 （21日21時至22日8時），影響南寧的時間為22日凌晨1～2時，影響玉林的時間主要出現在22日3～4時，颮線B以接近100km/h的速度快速移動。

颮線B生命史之長（達12h以上）、引發雷暴大風和短時強降雨的范圍之廣，值得關注，下面主要研究該颮線系統。

2 環流形勢及影響系統分析

2.1 高空形勢及影響系統

從常規觀測資料分析，21日20時至22日8時，廣西處在200hPa（圖略）高空槽前散開狀氣流中，而21日20時對流云團位于云南東南部和桂西北時（圖3a），中層500hPa和700hPa有高原槽位于云貴交界附近，對流云團在高空槽區和槽前，之后高空槽逐漸向南發展加深東移（圖3b），對流云團隨之發展東移。

圖 3 2016年 4月 21日 20時（a）、22日 8時（b）500hPa天氣圖（a疊加同時次的紅外云圖，藍等值線為位勢高度場，紅虛線為溫度場）

由于常規高空觀測資料的時間只有08時和20時，時間間隔過大，空間分辨率太小，許多中尺度系統不容易被發現。因此這里采用更高分辨率的NCEP最終分析資料作為輔助研究。下面分析925hPa、850hPa（圖4）影響系統的演變。颮線發生前后，云貴交界附近存在西北-東南向的輻合線（與云貴靜止鋒或輻合線對應），與黔桂交界處附近的低渦切變線（與南嶺靜止鋒對應）相連。21日14：00（圖4a）925hPa切變線以南（暖區）有兩支氣流（來源于孟加拉灣的西南風與南海的東南風）匯合于云南東南部，輻合線附近有零散對流生成；到20時850hPa（圖略）暖區仍為一致西南氣流，但925hPa（圖4b）云南東南部-百色-南寧一帶風場出現了南風與東風的暖式切變，切變以南防城港、欽州一帶偏南風增大到8m·s-1，這時颮線B對流云團（圖3a）已東移至云南東南部地區；到22日02時（圖4c），北面的低渦切變線稍有南壓，而暖區里低層西南風繼續加大、850hPa達急流（圖 4d），急流的西側 925hPa（圖 4c）百色南部至南寧一帶暖切依然維持；此時，颮鋒B剛經過了南寧站，到達橫縣至欽州一帶，颮線位于低空西南急流軸附近；到22日08時（圖略），北側的低渦切變線南移至百色-桂林站附近，而這時高空實測資料（圖略）顯示，925hPa梧州和北海站轉為西北風，存在切變線位于信宜-湛江一帶（對應22日8：00颮線C位于信宜-湛江一帶），表明颮鋒附近具有明顯的風向風速的切變。

圖 4 2016 年 4 月 21 日 14 時（a）、20 時（b）、22 日 2 時（c）925hPa；22 日 2 時 850hPa（d）風場及高度場（陰影為風速大小，紅實線為切變線或輻合線）

以上高空形勢分析可見，觸發颮線B初始對流的天氣系統仍不能確定，但與暖區里的東南風與西南風的輻合和500hPa高原槽有關，颮線B移進廣西前，百色-南寧一帶已提前出現了邊界層暖切，颮線B幾乎是沿著邊界層暖式切變線隨著高空槽加深東移而向東偏南方向移動的。颮線B的發展和維持與邊界層暖式切變線有關。

2.2 地面天氣系統中尺度分析

一般來說，強對流天氣需要地面輻合線、邊界層輻合線、露點鋒/干線等中尺度抬升條件觸發才能形成。什么系統觸發了此次颮線AB的初始對流？下面利用逐小時的地面自動站加密觀測資料來分析。

4月21日17時（圖5a，見彩頁）有冷高壓中心位于四川重慶附近，弱冷空氣在四川重慶一帶活動、并向南入侵云南東北部和貴州中北部一帶，但由于冷空氣勢力較弱，被云貴高原阻擋而停滯在云南東北部、云貴交界-貴陽附近，形成西北-東南向的準靜止鋒，鋒面兩側有明顯的風向輻合、較強氣壓梯度和氣溫、露點梯度——根據云貴準靜止鋒的定義［16］，這就是云貴準靜止鋒或昆明準靜止鋒。這時，貴陽以東、南嶺的北側也存近東西向的弱鋒面，鋒面兩側有風向的輻合——即南嶺準靜止鋒。云貴準靜止鋒和南嶺準靜止鋒相連，靜止鋒上可分析出氣旋。貴陽低渦附近、靜止鋒兩側有旺盛對流云團發展，但之后呈減弱趨勢（圖5a-b，見彩頁）。值得注意的是，在云貴準靜止鋒的西南側“會澤-沾益-西林”一帶出現鋒前的東南風與云南高原大陸性氣團的西北風的輻合線，輻合線附近桂西北西林縣附近出現對流云團發展，即颮線A的初始對流。同時，在玉溪與紅河之間，也存在一條鋒面（圖5a，見彩頁），鋒面北側為云南高原大陸性氣團的西北風，昆明-玉溪附近露點僅有8～9℃，而鋒面南側的氣流實際上是來源于熱帶海洋的季風氣流，一支是來源于孟加拉灣的西南氣流，另一支是來源于南海的東南氣流，兩支氣流匯合于云南紅河附近（這也可以從fnl資料得到印證，圖略），紅河附近的露點普遍有16～21℃，可見，玉溪與紅河之間存在較強風向輻合和露點梯度（達10℃/100km），是一條東西向的鋒面或露點鋒。此時，鋒面北側附近有對流云團發展，而南側暖區里的氣流匯合區里也有對流云團發展，這兩處對流云團就是颮線B的初始對流，它們之后逐漸發展合并形成颮線B。21日18時（圖5b，見彩頁）云貴準靜止鋒、靜止鋒前的輻合線、以及玉溪與紅河間的鋒面幾乎沒有移動，但貴陽低渦附近的對流云團減弱，而颮線A、B對流云團發展并東移，颮線B對流云團比颮線A移速快，颮線B經過玉溪附近時出現了大風。21日19時（圖5c，見彩頁），云貴準靜止鋒有所西進，南嶺準靜止鋒南移至黔桂交界，颮線B的兩個對流云團發展合并向東偏南方向移動。21日20時 （圖5d，見彩頁）弱冷空氣繼續緩慢向西向南入侵，云貴靜止鋒越過沾益、會澤進入昆明氣象站的東北側附近，鋒后的昭通-會澤-昆明北部為東北風，鋒前的西南季風吹到昆明站，原紅河與玉溪間的鋒面消失，實際上已演變成中尺度的颮鋒。21日23時（圖5e，見彩頁）昆明靜止鋒位置變化不大，颮線受高空槽東移和中層基本氣流引導，繼續向東偏南方向移動，颮線A進入河池附近（之后逐漸減弱消亡），颮線B進入百色及其南部繼續發展，此時又在越南北部新生對流云團（颮線C對流云團）。到了22日2時（圖5f，見彩頁）昆明準靜止鋒位置變化不大，但黔桂交界處的南嶺靜止鋒南移經過河池，此時，桂北海平面氣壓下降了約2hPa，致使重慶至河池之間的氣壓梯度有所增大，并且出現了氣壓場的氣旋性彎曲，因此，在颮線B成熟階段，南嶺靜止鋒是發展的。颮線B出現在靜止鋒前較遠的暖區里，颮線后側是較強偏北風，而前側為東南風，颮鋒在暖區里的地面輻合系統里維持。

關于熱帶季風氣團的作用，早在2011年，趙爾旭［17］指出來源于孟加拉灣和南海、西太平洋的熱帶季風氣團對云南雨季有較大影響。關于鋒前地面輻合線的作用，翟國慶［18］研究了華東地區9次強對流天氣的地面風場分析發現，強對流的發生發展與鋒前暖區的中尺度輻合線有密切關系，強對流天氣主要還是發生在輻合線附近。陳偉斌［4］指出強風暴在地面輻合線附近生成并沿輻合線移動發展，地面輻合線對對流風暴的觸發及組織性有觸發作用，較大尺度輻合線的長時間維持有利風暴強度和組織性的增強。

由此可見，颮線A初始對流的觸發與云貴準靜止鋒前的地面輻合線密切有關，而颮線B初始對流則由云南高原大陸性氣團和熱帶季風氣團輻合形成的露點鋒、和鋒前西南風和東南風輻合線所觸發。

3 暖區颮線的中尺度特征

利用10分鐘觀測一次的自動站加密觀測資料，對此次暖區颮線成熟階段的地面中尺度系統特征進行詳細分析。

3.1 颮線系統過境時氣象要素的劇烈變化

表1顯示，颮線過境時許多觀測站均出現了氣溫和露點驟降、氣壓涌升等經典颮線的典型特征，并且多數伴隨有短時強降雨、雷暴和短時大風（7級以上的陣風）。經過玉林站時，極大風速達24.9m·s-1（10級），20分鐘內氣溫下降了4.5℃，1小時內海平面氣壓上升了2.5hPa、露點下降了4.1℃，可見氣象要素的變化是非常劇烈的。

另外，颮線過境前3～4個小時內，大部氣象站海平面氣壓均出現了不同程度的下降 （有利形成颮前中低壓），如玉林站（圖 6a）22 日 00：00～2：00 氣壓下降了2～3hPa，邕寧、橫縣、靈山等氣象站氣溫上升了約0.6℃。可見颮線過境前大體上存在降壓升溫的趨勢，有利不穩定能量的積累和颮前低壓的形成。颮線過境時，氣壓迅速上升（形成雷暴高壓），過境之后的2～3小時內氣壓還會再次下降（形成尾流低壓），本站氣壓完成“降-升-降”過程的時間尺度約6h。

此外，此次颮線還具有移動快速的特征。颮線在云南東部形成之后向東偏南方向快速移動，從百色移到南寧約需2h，南寧移到橫縣僅需1h，橫縣到玉林也是1h，移動的速度接近100km·h-1。

表1 2016年4月22日颮線過境時氣象要素的變化

圖6 颮線過境玉林站時氣象要素的變化。（a）海平面氣壓和露點的逐時變化；（b）逐10分鐘的降雨量／mm、氣溫和極大風速的變化

3.2 颮中系統分析

此次暖區颮線過程展現出了典型的颮中系統特征。下面詳細分析颮線成熟時期（2016年4月22日2時）中尺度特征。22日2時（圖7）颮線位于“來賓-橫縣-靈山西部-欽州”一帶，呈弓形彎曲，橫縣、靈山為弓形的前端；颮線的長度約為300km，颮線的寬度約為20km，長寬比遠大于5：1；颮線后方是一個東北-西南向狹長的中高壓區（雷暴高壓），高壓中心強度約為1011hPa，空間尺度約200km；颮線位于雷暴高壓的前沿等壓線密集帶里，實為颮鋒；颮線前方是一個狹長的低壓槽區（颮前低壓），低壓值約為1008hPa；雷暴高壓的后方存在一個1005hPa中低壓（都安站海平面氣壓僅有1004.5hPa），是一個比較強的尾流低壓，而顯著的尾流低壓正是颮線發展成熟的一個標志。尾流低壓與雷暴高壓形成一對氣壓偶，與颮前低壓對稱。雷暴高壓前部和后部均為偏北氣流，但前部風速大于后方。雷暴高壓內部有強烈的氣流輻散、颮鋒前后有風速輻合、低壓內部氣流輻合。尾流低壓要明顯強于颮前低壓。雷暴高壓前部的氣壓梯度約為 3hPa·（50km）-1。

颮線的前端存在暖中心（25℃），颮線后方氣溫遞減、有較強的水平溫度梯度（5℃·（100km）-1）。 暖中心與低壓沒有重合，這可能是由于氣壓變化往往先于氣溫變化所致。

以上分析可見，此次暖區颮線過程具有颮中系統的典型特征：雷暴高壓、尾流低壓、颮線前低壓和颮鋒；空間尺度約兩三百公里，時間尺度約6h（典型的中β尺度特征）；移動快速，過境時氣溫和露點驟降、氣壓涌升，伴有雷暴大風和短時強降雨等。

圖7 2016年4月22日02時颮線成熟時期的地面中尺度系統

4 暖區颮線在廣西維持的原因

4.1 高空低槽發展加深，槽前西南氣流和低空西南急流疊加

21日 20時至 22日 8時 500hPa（圖 3）高空槽從云南東部移進廣西西部時，槽得到發展加深（南段有南支槽、北段有高原槽），槽底已伸到越南北部，桂南和桂東南上空西南風分量增大。與此同時，21日20時至22日2時，廣西中部的低層西南氣流也從8～10m·s-1增強到 12～14m·s-1，22 日 8 時廣西中南部西南急流輸送區面積有所擴大。中層槽前西南氣流和低層西南急流疊加，有利不穩定能量的積累和充足水汽的輸送。

4.2 對流性不穩定

圖8 2016年4月21日20時南寧站T－lnp圖

從南寧站的探空圖（圖8）和對流參數（表2）分析，颮線影響南寧前 （21日 20時），925hPa至700hPa風隨高度由東南風順轉為西南風、西風，低層有暖平流；CAPE＝1573.2J·㎏-1， 有較高的對流有效位能；沙氏指數為-4.3；溫度層結曲線和露點曲線向上形成“喇叭”狀配置，是雷暴大風的典型特征；500hPa與850hPa之間假相當位溫的差值△θse達-22℃，形成上干冷、下暖濕的對流性不穩定層結。需注意的是，颮線影響前，廣西中層位于槽前，雖然沒有明顯的冷平流，但低層暖濕平流非常顯著、積累了較高的不穩定能量，也容易形成對流不穩定層結，具有良好的對流發生發展的環境。21日20時0℃層高度 4475m，-20℃層高度達 7669m，0℃和-20℃層之間的凍結層厚度達3.19km，可見槽前型暖區颮線的0℃層和-20℃層高度均比一般的冷鋒型颮線要高得多，凍結層的厚度也較大，這種對流參數符合濕對流（雷暴大風＋強降雨）特征。-20℃層高度偏高的原因可能是因為槽前型暖區颮線過程中層的冷平流不明顯所致，缺少中層冷平流不利-20℃層高度的下降，也就不利冰雹發生。

4.3 較強垂直風切變

決定對流風暴的組織結構和強弱的關鍵因子之一，即垂直風切變；垂直風切變分為深層垂直風切變和低層垂直風切變，深層垂直風切變通常用0-6km的風矢量差大小來代表；在4～9月暖季，如果0-6km的風矢量差＞20m·s-1，就認為是強垂直風切變，而＞15m·s-1，就是中等強度以上的垂直風切變，＜12m·s-1就是較弱的垂直風切變［19］。環境風的垂直切變是預報強對流風暴的一個重要參數；弱的垂直風切變情況下只會出現一種強風暴—脈沖風暴，而強的垂直風切變情況下可以出現多單體風暴、颮線和超級單體風暴等形式的強風暴［20］

由表2可見，颮線過境前后，南寧站上空1000～700hPa（0-3km）低層垂直風切變為 14.3m·s-1、14.4m·s-1，風切變比較顯著；1000～500hPa（0-6km）深層垂直風切變為 19.6m·s-1、23.5m·s-1， 基本達20m·s-1強垂直風切變標準。這種特征在過程開始之前到結束均存在，表明較強垂直風切變是此次暖區颮線過程發展和維持的重要環境條件。

表2 颮線過境前后南寧站上空大氣對流參數的變化

5 結論

（1）2016年 “4.22” 暖區颮線 B 移動快速（100km/h），主要引發濕對流天氣（雷暴大風和短時強降雨）；颮線過境前氣壓下降，過境時氣溫和露點驟降、氣壓涌升、風向突變、風速陡增，過境后氣壓再次下降；具有尾流低壓、雷暴高壓、颮鋒和颮前低壓等典型颮中系統特征。

（2）此次暖區颮線在500hPa高空槽加深東移的大尺度背景下發生的，颮線A初始對流的觸發與云貴準靜止鋒前的地面輻合線密切相關，颮線B初始對流則是由云南高原大陸性氣團的偏北風和熱帶季風氣團的偏南風輻合形成的露點鋒和鋒前西南風和東南風的輻合線所觸發。

（3）雖然沒有冷鋒伴隨而下，此次暖區颮線之所以能在廣西長時間維持，主要是由于廣西上空存在較強的環境（低空急流、較強的垂直風切變）；明顯上干下濕對流不穩定 （層結曲線和露點曲線向上形成“喇叭”狀配置，雷暴大風典型特征，△θse（500-850）＝22℃）；較高對流有效位能（CAPE＝1573.2J·㎏-1）。 颮線移動時其附近幾乎都伴隨有地面輻合線出現，且颮線將傳播至下游地區前，下游地區地面輻合線又得到增強，這有利颮線傳播發展和長時間維持。可見，地面輻合線、邊界層暖切對颮線的發展和維持也有重要作用。

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