一次影響靖安的颮線天氣過程分析

陳麗麗，馬中元，余劍浩，彭 景，田 甜，譚立坤

(1.江西省氣象科學研究所，330046，南昌;2.靖安縣氣象局，330600，江西，靖安;3.鷹潭市氣象局，335001，江西，鷹潭)

0 引言

雷暴大風、冰雹和短時強降水是江西省出現最頻繁的災害性天氣，是最為常見的強對流天氣現象，危害人民生命財產安全。靖安縣地處北緯28°47＇～29°06＇，東經114°54＇～115°30＇。地勢東西長，南北窄，四周環山，中部山地間雜丘陵，唯東南偶有少量河谷平原，是一個以山區為主地區。靖安縣屬于亞熱帶濕潤氣候，西部多山，地形復雜，風速偏小，風向多變。因此，研究靖安縣雷暴大風等強對流天氣十分有意義。

國內外學者開展了較多災害性天氣監測預警預報的技術研究，例如:主觀臨近預報技術包括基于多普勒天氣雷達觀測數據并結合其他資料，對雷暴生成、發展和衰減，特別是對強對流天氣的臨近預報[1]，有利于強冰雹的環境條件是－10～－30℃之間的對流有效位能較大、0～6 km之間的垂直風切變較大、0℃層距離地面高度適中。強冰雹雷達回波特征具有:高懸的強回波、低層的弱回波區、中高層的回波懸垂和有界弱回波區、中氣旋、風波頂輻散和三體散射長釘[2]。任何對流風暴(雷暴)都是由對流單體構成，對流單體在雷達反射率因子圖上表現為一個個分立的密實區域[3]。颮線移動前方不斷產生具有“前伸”、TBSS和假象回波結構和局地雹云超級單體回波群，這些颮前中小尺度系統是產生強對流天氣的主要回波系統[4]。強垂直風切變的存在、適宜的0～－20℃高度和“上干下濕”的結構配置是形成地面降雹和雷雨大風的有利環境條件[5]。局地冰雹回波產品特征:強度達到60～65 dBz、回波頂高ET達到9～12 km、垂直累積液態水含量VIL達到40～60 kg/m2、垂直顯示方式RHI上55～60 dBz強回波頂高達到5～6 km、有虛假回波伴隨或有不特別明顯的懸掛回波結構等特征[6]。副熱帶高壓邊緣強對流云型、斜壓擾動云系尾部強對流云型、地面倒槽中MCS、東風波(熱帶低壓倒槽)、冷鋒前強對流云帶、冷鋒前部的MCC、高空低槽后強對流云型、熱帶氣旋及其外圍胞線云帶云型，這8種云型特征是構成江西強對流天氣的典型云型[7]。副高邊緣雷達回波特征主要有2種:一是南北向短帶回波，有時會發展為弓狀回波;二是強回波單體，超級單體和復合單體回波[8]。這些研究成果為本項目研究奠定了理論基礎。

本文使用地面自動站觀測資料、常規氣象資料、FY－2G逐小時紅外衛星云圖、多普勒雷達拼圖資料等，采用天氣學診斷分析、中尺度分析、形態分析等方法，對2018年3月15日影響靖安的一次颮線天氣過程進行分析，試圖總結出影響靖安縣颮線及強對流天氣的天氣系統、單站要素、衛星云圖、雷達回波等特征，為縣級開展颮線類強對流天氣的短臨預警預報服務工作提供分析依據。

1 資料來源

雨量等資料來源于地面自動站觀測資料，靖安國家站數據;常規天氣資料來源于MICAPS平臺;雷電數據來源于CIMISS數據庫繪制的雷電監測平臺;FY2G逐小時紅外衛星云圖來源于MICAPS平臺;雷達回波資料來源于江西Web GIS雷達拼圖應用平臺。

2 天氣實況

2.1 降水、雷電實況

2018年3月15－16日，靖安縣受颮線上的強單體回波影響出現了一次強對流天氣過程(圖1)，24 h靖安降水達到43.5 mm(圖1(a))。靖安縣國家站18:14出現了極大風速18.1 m/s的雷暴大風(風向:WNW);18:24－18:50出現了冰雹，冰雹最大直徑30 mm;18:00－19:00出現了1 h 42.4 mm的短時強降水(圖1(b))，靖安24 h 43.5 mm降水幾乎是在這一個小時產生;颮線天氣還帶來了強雷電天氣(圖1(c)、(d))。圖1(c)是江西省及省際范圍的雷電分布，圖1(d)是靖安縣區域雷電預警平臺的產品。

2.2 靖安單站氣象要素變化

2018年3月15日17:00－19:00，靖安縣受颮線上的強單體回波影響，單站氣象要素(雨量、風向風速、氣溫、氣壓和相對濕度)都有所變化(圖2)。

圖1 2018年3月15日24 h雨量、短時強降水和1 h雷電分布圖

圖2 2018年3月15日17:00－19:00靖安站2 h氣象要素逐分鐘變化圖

雨量主要分布在18:00－19:00，過程雨量43.5 mm，但18:00－19:00出現42.4 mm短時強降水(圖2(a))。1 h強降水是由2個≥10 mm/10min超短時強降水組成[9](表1)。在18:11－18:20時段里和18:21－18:30時段里，分別出現12.7 mm和25.5 mm的超短時強降水。1 h短時強降水一般都伴有1～2個以上超短時強降水出現。

表1 2018年3月15日18:00－19:00逐10 min降水量/mm

18:04前，靖安風向基本上維持在20°～90°(東北風)范圍，風速在2 m/s以下;18:04瞬間風向轉為355°(北風)風速逐漸增大，18:14達到最大，出現極大風速18.1 m/s的雷暴大風。

18:01，本站氣壓開始緩慢爬升3 hPa，相對濕度也隨降水產生而上升。18:10左右，氣溫從23℃以上快速下降到15℃附近，氣溫變化落后于氣壓、相對濕度和降水5 min左右時間。

由此可見，颮線上的強單體回波造成靖安縣國家站18:14出現了極大風速18.1 m/s的雷暴大風，18:24－18:50出現了冰雹，冰雹最大直徑30 mm，18:00－19:00出現了1 h 42.4 mm的短時強降水并伴有強雷電。颮線過境時，伴有由2個≥10 mm/10min超短時強降水組成，風向突變，風速加大并出現雷暴大風，氣壓上升，相對濕度上升，氣溫遲后幾分鐘快速下降。

3 天氣背景分析

3.1 天氣系統中尺度分析

2018年3月15日08:00中尺度過程綜合分析圖顯示(圖3(a))，500 hPa階梯槽向東發展移動，中低層大尺度動力抬升系統位于湖南北部和湖北中部，略呈前頃結構，利于熱力和動力不穩定增長，江西中低層有較強的西南暖濕氣流，低層濕舌向東北伸展。200 hPa江西省中北部處槽前西南急流軸中，急流強度達58～74 m/s，高層輻散條件好，低層存在中尺度水平風速切變，其中南昌以西溫度垂直遞減率大，熱力不穩定強，顯著流線向北輸送水汽，但低層水汽飽和度低，有利于江西省中北部雷暴大風的發生，局地可能有冰雹。

隨著上下近似垂直的高空槽東移，且925 hPa切變線東移南壓速度快于高空槽東移速度，近地層弱冷空氣侵入暖區倒槽中，贛西北垂直風切變迅速增大，再加上地面輻合線的動力作用，使得中午在湖北東南部生成發展的中尺度對流系統進入江西后發展為近東西向的線性中尺度對流系統——颮線影響江西中北部，受其影響宜春市的靖安縣出現了雷暴大風、冰雹和短時強降水。

圖3 2018年3月15日08:00中分析、16:00地面輻合線、08:00南昌T－lnP圖

3.2 地面輻合線分析

從2018年3月15日的江西省地面自動站風場來看(圖3(b))，颮線影響靖安前的16:00的江西省地面自動站風場在靖安縣附近有明顯的NE－SW向的地面輻合線維持，有利于颮線影響靖安時強度的維持和發展。

3.3 T－lnP圖分析

分析2018年3月15日08:00南昌(58606)T－lnP圖(圖3(c))，在925 hPa附近有逆溫層存在，有利于能量積累，零度層高度約為3 409 m，－20℃層高度約為6 615 m，非常有利于冰雹的生成，上干下濕的水汽分布也有利于對流天氣的產生，沙氏指數為－0.23，有弱的不穩定，隨著上下近于垂直的高空槽東移和低層切變南壓，以及地面弱冷空的侵入，配合有強的動力抬升條件，造成宜春地區的靖安出現了明顯的強對流天氣。

由此可見，500 hPa階梯槽向東發展移動，呈前傾結構，利于熱力和動力不穩定增長;較強的西南暖濕氣流，低層濕舌向東北伸展，低層暖濕有利于雷暴大風和局地冰雹等強對流天氣的生成。靖安附近的地面輻合線有利于颮線生成、維持和發展。逆溫層積累了大量能量，零度層高度約為3 409 m，－20℃層高度約為6 615 m，非常有利于冰雹的生成。

4 衛星云圖與雷達回波特征

4.1 衛星云圖特征

3月15日12時，在湖北東南部有對流云系生成發展(圖略)。16:00(圖4(a))，湖北東南部的對流云系發展成中尺度對流系統MCS，其東南緣臨近江西西北部。MCS并非很強，主要強云系分布在MCS卷云罩東南側。17:00(圖4(b))，中尺度對流系統MCS開始移入江西西北部，影響九江地區。18:00(圖4(c))，中尺度對流系統臨近靖安測站，靖安測站位于中尺度對流系統MCS的南側，并且發展旺盛，有向東北伸展的云砧，表明颮線已經形成，高空存在較強抽風作用，垂直切變較強。MCS對應的水汽云圖色調呈白色，說明對流層中高層水汽含量豐富。隨著中尺度對流系統MCS的東移南壓，MCS南側颮線云系造成靖安測站出現雷暴大風、冰雹和短時強降水。19:00(圖4(d))，MCS主體移動偏向東北方，19:00過后，靖安測站中尺度對流系統MCS影響減弱。

4.2 雷達拼圖回波系統演變

圖4 2018年3月15日紅外云圖產品演變特征圖

從基于(a)江 西WebGIS雷達拼圖上15組 合反射率CR產品)回波系統演變來看(圖5)，2018年3月15日12:00在湖北東南部靠近江西西北部的地方開始有分散的小塊對流回波生成(圖略)。

圖5 2018年3月15日颮線回波帶雷達拼圖(CR)產品演變圖

14:00(圖5(a))，形成由多個塊狀回波組成的中尺度對流系統，其東南緣臨近江西西北部，回波強度55～60 dBz。15:00(圖5(b))，中尺度對流系統開始侵入江西西北部，回波排列形成近東～西走向的回波短帶，短帶單體排列不均勻，回波強度55～60 dBz。16:00(圖5(c))，短帶回波進一步發展，單體排列趨向緊密，大致排列成向南彎曲的東西向帶狀，并且其中的塊狀回波有向東北方向伸展的前伸回波，回波強度55～60 dBz，個別單體回波強度達到60～65 dBz。17:00(圖5(d))，回波帶中強回波排列更為緊密，中部向南彎曲，彎曲段回波單體強度進一步發展為60～65 dBz，強回波朝向靖安移動。18:00(圖5(e))，回波帶中的強回波單體呈東西向排列，回波帶長寬比＞5∶1，是典型的線性中尺度對流系統的颮線回波形態，其中靖安測站位于颮線回波帶中的一個中心強度達70 dBz的強回波單體的下方，可以發布冰雹預警。隨著颮線過境，受其影響18:14靖安測站出現了18.1 m/s的雷暴大風，風向WNW;18:24－18:50出現了冰雹，最大冰雹直徑30 mm;18:00－19:00出現了42.4 mm/1h的短時強降水和≥12.7 mm/10min、≥25.5 mm/10min的超短時強降水。19:00(圖5(f))，颮線回波帶主體南壓至靖安測站以南，颮線對靖安的影響減弱。20:00－22:00(圖5(g)、(h)、(i))，颮線回波帶呈弧狀移出靖安，南壓至鷹潭－撫州－上高一線，影響贛北南部和贛中北部。

4.3 典型回波特征

2018年3月15日18:00，從江西WebGIS雷達拼圖(CR)產品上看(圖6)，影響靖安測站(圖6箭頭所指處)雷暴大風、冰雹、短時強降水和強雷電天氣的雷達拼圖回波特征，是一條近似東～西走向的颮線回波帶，帶上的強回波單體(圖6箭頭所指處)所致。

圖6 2018年3月15日18:00颮線回波帶上強單體(CR)雷達拼圖回波特征

颮線回波帶的特征主要有兩點:一是由多個單體回波緊密排列成帶狀的回波帶或短帶形式;二是回波帶上強回波單體或超級單體結構。強天氣都是發生在強回波單體上，因此，了解帶上強回波特征是識別強天氣的主要手段。

帶上強回波單體的主要特征:1)回波強度60～65 dBz(粉紅色)，回波范圍大于10×10 km，回波形狀呈橢圓形;2)40 dBz(橘黃)回波界線與65 dBz(粉紅色)回波界線距離短、梯度大;3)在60～65 dBZ(粉紅色)強回波中心，還有65～70 dBz(紫色)回波“核”;4)有些強回波單體具有超級單體或復合單體結構。這些特征對識別雷暴大風、冰雹和短時強降水等強對流天氣十分有用。

由此可見，湖北東南部的對流云系發展成中尺度對流系統MCS，移入江西西北部，臨近靖安測站MCS發展旺盛，造成靖安出現雷暴大風、冰雹和短時強降水。颮線形成初期由多個塊狀回波組成的回波短帶，短帶單體排列不均勻，回波強度55～60 dBz。短帶回波進一步發展，單體排列趨向緊密，強度達到60～65 dBz，中部向南彎曲，形成典型颮線結構，彎曲段回波單體強度達70 dBz，有冰雹生成。颮線回波帶的特征主要有兩點:一是由多個單體回波緊密排列成帶狀的回波帶或短帶形式;二是回波帶上強回波單體或超級單體結構。

5 結論

使用地面自動站觀測資料、常規氣象資料、FY－2G逐小時紅外衛星云圖、多普勒雷達拼圖資料等，采用天氣學方法、診斷分析方法、中尺度分析方法等，對2018年3月15日影響靖安的一次颮線天氣過程進行分析，得到以下結果。

1)颮線上的強單體回波造成靖安縣國家站18:14出現了極大風速18.1 m/s的雷暴大風，18:24－18:50出現了冰雹，冰雹最大直徑30 mm，18:00－19:00出現了1 h 42.4 mm的短時強降水并伴有強雷電。颮線過境時，伴有由2個≥10 mm/10min超短時強降水組成，風向突變，風速加大并出現雷暴大風，氣壓上升，相對濕度上升，氣溫遲后幾分鐘快速下降。

2)500 hPa階梯槽向東發展移動，呈前傾結構，利于熱力和動力不穩定增長;較強的西南暖濕氣流，低層濕舌向東北伸展，NE－SW走向的地面輻合線有利于颮線生成、維持和發展。低層逆溫層積累了大量不穩定積累，零度層高度3 409 m，－20℃層高度6 615 m，非常有利于冰雹的生成。

3)湖北東南部的對流云系發展成中尺度對流系統MCS，移入江西西北部，形成颮線，單體排列趨向緊密，回波強度達到60～65 dBz，中部向南彎曲，彎曲段回波單體強度達70 dBz。造成靖安出現雷暴大風、冰雹和短時強降水。颮線回波帶的特征主要有兩點:一是由多個單體回波緊密排列成帶狀的回波帶或短帶形式;二是回波帶上強回波單體或超級單體結構。