2018年3月4日罕見強對流天氣成因及其對農業的影響

季丹丹，錢卓蕾，包君俏，周弘媛

(1.紹興市柯橋區氣象局，浙江 紹興 312030； 2.紹興市氣象局，浙江 紹興 312000)

颮線是由許多雷暴單體(包括若干超級單體)側向排列而形成的強對流云帶，其水平尺度長、寬均幾十至上百千米，持續時間幾小時至十幾小時。颮線出現時通常伴有雷暴、大風(或龍卷風)、冰雹等，能量大，破壞力較強。這種局地大風對農業生產特別是對大棚農業、經濟作物有一定影響。此次大風過程正處于春季茶葉、油菜等采摘上市季節，由于強對流產生的大風造成了紹興茶葉棚架倒塌、香榧樹枝折斷等農業災害。國內外對颮線的研究較多。丁一匯等[1]指出，颮線易發生在槽前地面倒槽中，這是由于槽前低空急流的發展。美國把這種鋒前暖去產生的雷暴大風稱為暖季型[2]。趙桂香等[3-5]對颮線個例成因與維持機制方面進行研究，結果表明，颮線發展、維持的原因是颮線的自組織結構，颮線與環境入流的相互作用既有利于強上升氣流發展，也有利于強下沉氣流發展。在颮線環境條件和結構方面，伍志方等[6]認為，強對流風暴或超級單體的出現地點具有一定的隨機性，但颮線整體的組織結構與鋒面或者地面風場輻合線關系密切。

2018年3月4日中午起，安徽、浙江、貴州、江西陸續出現短時強降水、強雷電、雷暴大風等強對流天氣，浙江省范圍內出現了大范圍的大風災害。針對這一過程，本文從環流背景、動力條件和多普勒雷達追蹤信息等方面進行分析，研究颮線系統從中期到臨近預報的形式特征，為大風天氣的研究提供理論依據，減少強對流云帶在農業生產中帶來的災害。

1 災情概況

2018年3月4日17時颮線主體逐漸移近浙江省與江西交接的衢州地區，18：00—21：00自西南向東北快速掃過浙江，颮線所經過的地方均出現了8～13級大風，部分地區出現了短時強降水。根據自動站顯示，49個站出現了8級以上大風，其中13個站超過10級。大風主要時段為3月4日18：00—22：00。出現短時強降水(超過30 mm·h-1)站點僅為3個，此外長興、常山等地出現了冰雹。

2 天氣形勢分析

2.1 環流背景

本次過程有很好的背景場配合，因此，有利于颮線的發生發展。從4日08：00和14：00的500 hPa環流形式(圖1中a、b)來看，四川地區有淺槽發展并逐漸東移，14時受冷平流影響，并與云南地區的南支槽逐漸融合，槽有明顯加深，槽身自四川延伸至云南，為冷空氣南下打通了通道。

從4日8：00和14：00的700 hPa風場(圖1中c、d)可以看出，切變線一直從山東延伸到云南中部，切變前西南風急流最大風速達24 m·s-1，強盛的西南風急流一直維持且隨切變東移壓至江西、安徽一帶，急流前側有明顯的輻合上升運動。浙江正處于急流軸左前側，從700 hPa的濕度場(圖1中d)上可以看到，此處由于西南急流帶來的良好水汽條件(水汽濕度≥60%)，并在輻合抬升區域，導致該區域有帶來強對流的不穩定能量存在。

a—3月4日500 pHa 08：00；b—3月4日500 pHa 14：00；c—3月4日700 pHa 08：00；d—3月4日700 pHa 14：00。圖1 3月4日環流形式

從地面圖上看，地面輻合線位于浙北嘉興至杭州、浙中金華至麗水一帶。因此，從浙西至浙北一帶出現了成片的8～10級大風，其中，麗水云和達11級瞬時大風。短時降水主要出現在浙北幾個站點。

2.2 動力條件

動力場上強對流區發生于槽前西南急流的冷鋒前低壓倒槽中，具有低空急流強的特點，并與高空急流耦合，熱力場上低層高溫高濕，高層有冷槽，潛在熱力不穩定顯著。從T-logo圖(圖2)可以看出，700 hPa以下具有較大的垂直風速切變，有利于形成中尺度對流系統(超級單體風暴，颮線)。從露點曲線上看，露點氣溫高空形式具有上大下小的喇叭口形狀，說明整層大氣有明顯的上干下濕的對流不穩定性；且溫度垂直遞減率大，浙江地區850～500 hPa溫差大于25 ℃。分析露點溫度差發現，對流中層存在干層[8]，導致此次過程主要以雷暴大風天氣形勢出現。

圖2 2018年3月4日17：00浙江T-logo圖和cape值分布

從熱力條件看，低層風向隨高度順時針旋轉，為暖平流。700 hPa附近有冷平流的逆向旋轉，且3日14：00浙江地區的抬升力指數達到900 J·kg-1，中心大值區位于江西境內，最大為1 800 J·kg-1，有很強的對流抬升潛勢，對觸發雷暴大風的發生非常有利。

從垂直風切變條件來看，500～1 000 hPa垂直風切為強垂直風切變，該對流組織非常有利于颮線系統的產生。

2.3 變壓場

選取浙北和浙中4個站點，區域站監測資料顯示(表1)，16：00杭州、紹興還在暖區控制下，大氣壓強減小；17：00起冷空氣滲透后，冷鋒開始影響浙江省，氣壓陡然上升，特別是紹興地區達到0.7 hPa；隨后持續升壓，說明冷空氣持續影響，而大風發生時間正好是升壓后，因此，變壓與大風的發生密不可分。

表1 2018年3月4日浙北和浙中區域站變壓變化情況

3 雷達資料分析

多普勒雷達在強天氣中的應用和對短期預報的指導發揮著重要作用。從多普勒雷達的速度產品、反射率因子產品和風廓線產品幾個方面分析本次強對流天氣過程的雷達資料特征，可以為日后根據雷達判定強天氣提供重要參考依據。

由雷達反射率因子的演變圖可以看出，17：30回波在45 dbz以上的單體側向排已成弓形回波形態，預示著大風的出現。進入浙江境內后颮線長達200 km，東移到江西、浙江交接處時，回波出現斷裂口，一分為二。北側颮線北移分量較大，且在東移過程中造成了衢州和浙北地區地面災害性大風。而南側的颮線進入麗水境內后，弓形回波再次與單體回波合并加強，造成麗水大風。

如圖3中a所示，北側颮線東移北抬過程中又有加強的趨勢，中心最大達到55 dbz，對應的徑向速度圖上出現了明顯的中氣旋。從雷達還觀測到，弓形回波后側伴隨著一個20 m·s-1的后部入流急流，向地面下沉，促使了災害風暴的發生。后部入流區所在位置正好是杭州紹興地區，浙江省自動氣象站顯示，該地區出現了成片的7～12級大風。

a—3.4°仰角反射率因子；b—3.4°仰角徑向速度。圖3 2018年3月4日雷達回波分析

4 小結

此次颮線過程有非常好的環流背景場，500 hPa高空槽加強拉伸后東移，江西-浙江一帶有非常強的槽前西南風急流，同時有良好的水汽條件并伴隨著輻合上升條件，釋放大量能量。中低層切變線自山東一直延伸到云南中部，地面輻合線維持在江西、浙江一帶，提供了良好的輻合上升條件，為強對流帶來的很強的不穩定形式場。

強的垂直風切變場為中層干空氣入流提供了良好的動力條件，伴隨著明顯的上干下濕結構，同時垂直溫度遞減率較大，是大風產生的重要條件。

颮線北部的強單體個數多于南側，但南側的強度強于北側。因此，颮線在成熟階段在浙北造成的大風范圍較浙南更廣，但由于南側颮線進入浙江后又重新發展，因此，強度更大。

颮線的南部和北部均存在后側偏南風的干氣流入流急流，颮線南部入流大風風速達30 m·s-1，進入颮線后在前部下沉，然后以19 m·s-1的速度到達地面。颮線北部入流最大風速達26 m·s-1，達到地面為11 m·s-1。地面大風位于后側急流到達低層前部的輻散區。

3月正是初春時節，茶葉、油菜等初春作物的成熟期，強對流天氣特別是颮線引起的大風過程，對地膜和大棚設施均有很大的損害。根據反饋，此次過程導致柯橋區稽東鎮多棵百年香榧樹樹枝折斷，造成巨大的經濟損失。