2016年4月長沙機場一次颮線天氣過程綜合分析

王廷毅

摘 要：利用常規氣象資料、NCEP 1°×1°格點再分析資料和多普勒氣象雷達對2016年4月16日長沙機場發生的一次颮線天氣過程進行診斷分析和雷達分析。結果表明：此次颮線天氣過程發生于500 hPa淺槽和低層切變線的高低層有利配置下，低層的強輻合觸發了強對流天氣;這次過程的暖濕不穩定能量主要通過低層西南急流的輸送，受前期多陰雨的影響，太陽輻射提供的能量偏少，強盛的西南暖濕急流對流發生發展提供了有利條件;低層強烈的輻合上升，高層強的輻散，有利于“抽吸作用”，再加上高層輻散強度高于低層輻合強度，都使垂直上升運動得到了發展和加強，引起水汽、熱量和動量的垂直輸送;這次颮線回波除了具有線狀分布、移速較快等特點外，反射率最大值和徑向速度最大值長時間相伴，這也是識別颮線的一個重要指標。

關鍵詞：颮線;診斷分析;雷達分析

中圖分類號：P445文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）19-0143-06

Abstract： Using conventional meteorological data， NCEP 1°×1° grid reanalysis data and Doppler weather radar， a Squall Line Weather Process at Changsha airport on April 16th 2016 was diagnosed and radar analyzed. The result shows that this squall line weather process occurres in the favorable configuration of 500 hPa shallow trough and low-level shear line. The strong convergence of the low-level triggered the strong convective weather. The warm and wet unstable energy of this process was mainly transmitted through the southwest low-level jet stream .The solar radiation provided less energy due to the influence of the overcast rain in the early stage. The strong southwest warm and humid jet convection provides favorable conditions for its occurrence and development. Strong convergence and rise in the lower layer and strong divergence in the upper layer are beneficial to "suction action". The high-level divergence is higher than the convergence in the lower layer， which will develop and strengthen the vertical upward movement and cause the vertical transportation of steam， heat and momentum. In addition to the linear distribution and fast moving speed， this squall line echo has the maximum reflectivity and radial direction， the maximum velocity is accompanied by a long time， which is also an important index to identify squall line.

Keywords： squall line;diagnostic analysis;radar analysis

1 研究背景

颮線是多個活躍的雷暴單體排列成線狀或帶狀的中尺度對流系統，發生時常伴有冰雹、大風、暴雨等災害性天氣[1-2]。隨著探測手段的發展，雷達、閃電定位等先進儀器的應用使人們對強對流天氣臨近時表現出來的征兆、特征等認識不斷加深。對已出現的颮線天氣過程，有專家學者從其形成的環境條件、中尺度特征等方面進行了較多有益研究。例如，王秀明等[3]、梁建宇等[4]、孫虎林等[5]深入分析了2009年6月3—4日黃淮地區強颮線大風過程，認為高層冷空氣侵入、低層增暖是其大尺度條件，低層和地面輻合、干線是其觸發條件，大風由高空水平風動量下傳、強下沉氣流輻散和冷池密度流造成;颮線系統在地面存在明顯的雷暴高壓、冷池、出流邊界、尾流低壓等特征。陳云輝等[6]在分析一次江西颮線引起的雷暴大風過程時指出，中低層強的風垂直切變使得颮線生命史延長，颮線與引導氣流交角增大，移速異常加快;平坦地形和豐富水汽都可能對地面大風產生增幅作用。費海燕等[7]指出，強雷暴大風環境參數地面至700 hPa和地面至500 hPa水平垂直風切變均值分別為10 m·s-1和14 m·s-1，華南和華東的CAPE均值較高，在2 000 J·kg-1以上，且中層干空氣是強雷暴大風發生的一個重要環境特征，華東地區中層400～500 hPa干空氣在全國最為明顯，溫度露點差均值大于15 ℃。

湖南4月正處于春夏交替的季節，冷暖空氣活動頻繁，會造成湖南全省多降水天氣過程，強對流天氣頻發。王強等[8]分析得出，就湖南而言，春季颮線過程雷暴大風影響范圍更廣，且容易出現冰雹天氣，致災性更強。2016年4月與歷史同期相比，湘中到湘北偏多5成，湘西南偏多1倍以上。2016年4月16日凌晨在湘東北地區發生了颮線天氣過程，3 h（02：00—05：00）閃電定位監測到湘東北至湘西南地區東北西南向的閃電帶，強降水落區集中在湘東北地區，且多地還監測到大風天氣。黃花機場在02：00—05：00持續雷雨天氣，其中在颮線04：00左右過境期間，發生了雷暴大風等強對流天氣，對航空器安全造成極大的影響。本文利用常規氣象資料、NCEP1°×1°格點再分析資料和多普勒氣象雷達對2016年4月16日長沙機場發生的一次颮線天氣過程進行診斷分析和雷達分析，為日后此類天氣過程的預警服務提供參考依據。

2 天氣形勢分析

4月15日08：00，500 hPa槽線位于四川地區，850 hPa切變線同樣位于四川盆地，華南地區南支急流主要在兩廣地區，在長江以南大部均為高濕區;20：00（見圖1），500 hPa低槽有所加深，并且東移至重慶西部，整個華中到華南大部均為處于槽前，850 hPa切變線移至湘、鄂、重慶交界地區，西南急流明顯加強，且經向度加大，整個湖南區域均為急流帶控制。16日08：00，500 hPa槽線迅速東移至湖南境內，850 hPa切變線南壓至湘中地區，湘北逐漸轉偏北風控制，相對濕度逐漸減小。

3 物理量診斷分析

3.1 水汽條件

水汽通量是表示水汽輸送強度的物理量，水汽通量散度是反映水汽輸送的源與匯，水汽通量散度負值越大，表示水汽通量匯合越強，越有利于強降水天氣的產生。分析過程期間水汽通量場可以看到，15日08：00[圖2（a）]，850 hPa水汽通道主要是從孟灣經兩廣地區到達湖南南部及江西地區，水汽的輻合中心主要在江西境內，強度不強;16日02：00[圖2（b）]，水汽輸送明顯加強，水汽通道向東北延伸至華東地區，在湘西北及湘東北地區出現了強水汽輻合中心，其中湘東北地區正好對應這次強對流天氣過程。低空西南急流的加強為這次過程提供了充足的水汽。

3.2 熱力和不穩定條件

分析15日20：00 850 hPa與500 hPa的假相當位溫[θse]差值[Δθse]（850-500）可以發現[圖3（a）]，[Δθse]大值中心在湘南與兩廣交界的位置，湖南大部都在15 K以上，為明顯的對流不穩定層結。從黃花機場的[θse]垂直輪廓發現[圖4（a）]，這種[θse]的垂直分布為劇烈天氣型[9]，隨著高度的升高，機場中低層的[θse]迅速減小，中低層的[θse]最大差值可達20 K以上，在對流層中層500 hPa附近形成一個干冷蓋，為強對流過程所需能量的積蓄及釋放提供有利條件。16日02：00[圖3（b）]，隨著強對流天氣自北向南發展，湘北地區不穩定能量得到釋放，[Δθse]（850-500）已明顯降低。但是通過黃花機場[θse]的垂直輪廓可以看出[圖4（b）]，中低層[θse]差值最大也在13 K以上，且[θse]垂直層結不穩定層厚，從近地層向上減小到600～500 hPa，說明機場低層大氣非常潮濕。只要有上升運動使低層空氣整層抬升就可以觸發對流，而且由于水汽充足，有可能發展成空間尺度較大的對流。

從15日20：00長沙站T-logp圖（圖5）看出850 hPa以下均為濕層，中層為干層，構成有利于強對流發生的上干下濕結構，因為在700～400 hPa均為干層，濕層不高，所以這種層結配置更利于雷暴大風、冰雹類強對流天氣的發生，不利于持續型暴雨類天氣發生。

分析850 hPa與500 hPa溫度差（ΔT850-500=T850-T500）可以看出，在15日20：00黃花機場位置ΔT850-500值在23 K左右，到了16日02：00[圖6（b）]ΔT850-500值迅速增長到30 ℃左右，具有強垂直溫度梯度，表現出強位勢不穩定，非常有利于該區域雷暴大風的發生[10]。機場位置[K]指數15日20：00[圖6（a）]為25 ℃，到了16日02：00[圖6（b）]迅速增長到38 ℃，同樣表明了層結的不穩定，容易發生強對流天氣。因此可以看出，ΔT850-500、[K]指數15日白天并不是很大，在夜間開始迅速增加，這與低空西南急流的增強密切相關，說明這次過程的暖濕不穩定能量主要通過低層西南急流的輸送，受前期多陰雨的影響，太陽輻射提供的能量偏少，強盛的西南暖濕急流為對流發生發展提供了有利條件。

3.3 動力條件

從高低空散度場看，16日02：00[圖7（a）]，200 hPa散度場上，有一個輻散中心位于湘贛北部交界地區，中心強度為6×10-5 s-1，同一時刻850 hPa[圖7（b）]輻合中心和200 hPa輻散中心基本重合，中心強度加強到-6×10-5 s-1，高低空輻合輻散中心都正好位于颮線系統上空，說明上升運動加劇。分析得出，高空輻散、低空輻合的配置表明空氣處于上升運動狀態，有利于強對流天氣發生和發展。

以黃花機場所在位置做垂直方向的散度時間剖面圖[圖8（a）]不難看出，在16日02：00左右，高層100～200 hPa輻散最強，低層最強的輻合層在900 hPa以下，強輻合中心位于950 hPa附近，且在16日02：00—08：00都處于強的輻合，所以颮線過境期間黃花機場上空具有明顯的低層輻合高層輻散的垂直結構。

綜上，低層強烈地輻合上升，高層強烈地輻散，有利于“抽吸作用”，而且高層輻散強度高于低層輻合強度，會使垂直上升運動得到發展和加強，引起水汽、熱量和動量的垂直輸送。高低層輻散、輻合場的時空配置說明這是一個強大中尺度系統，強烈的輻合是這次颮線過程的觸發機制。

在16日02：00沿113°E作垂直速度剖面（見圖9），從圖上可以看出，在26°N～31°N范圍內為一致的上升運動區，并延伸至200 hPa高度，在黃花機場附近（豎線位置）表現最為顯著，最大垂直速度出現在500～600 hPa，對應時段也正好是颮線過境前。因此，空中存在深厚而強的垂直上升氣流是這次颮線過程發生的直接原因之一。

4 雷達資料分析

4.1 颮線的初生

在16日02：00以前，雷達中心西北部地區已經開始有對流單體發生發展，并且呈東北-西南向不均勻排列，回波整體向東南方向移動。在02：26，在雷達中心西面已經有弓形回波逐漸形成，回波強度在60 dBZ左右，并且在弓形回波的尾部不斷有對流單體的生成，新生單體強度不斷加強，最強點達到60 dBZ以上，對應看同時次的徑向速度圖[圖10（a）]，在弓形回波所在位置可以觀測到呈“L”型的速度零線，表征近地面的鋒面存在，邊界層的的鋒面是對流觸發的有利條件，還觀測到在鋒面后部有大風核存在，中心值為24 m·s-1，因為觀測到的大風核高度較低，所以在鋒面附近都有雷暴大風發生的可能。在03：01時，弓形回波與其西南部的對流單體已經發展并整齊排列，形成了一條長約210 km，寬約40 km的線狀回波帶，預示著颮線的初生[圖10（b）]。從同一時次徑向速度圖可以看出，鋒面已經移到了雷達中心的東南面，在鋒面后部仍然可以觀測大風區的存在[圖10（b）]。從風廓線（見圖11）可以看出，在時間點18：38（世界時）以前，低層還為西南風，從18：44（世界時）開始，ND值向上伸展，中高層仍然維持西南風，表明此時低層有淺薄的干冷空氣的侵入，19：13（世界時），在雷達上空存在西風和東北風風向的切變[圖6（e）白色圈所示]，冷空氣的侵入增加了低層垂直風切變的強度，有利于對流單體的進一步發展。

4.2 颮線的發展

在03：13，颮線逐漸開始從中間斷裂成A、B兩段，且A段明顯強于B段，從速度圖也可以看出大風區C所在位置對應斷裂后的A段強回波帶上[圖10（c）];在03：37[圖10（d）]，B段弓形回波向東南方向逼近黃花機場（三角形所示），從對應的速度圖可看出鋒面也同時到達黃花機場，造成黃花機場強雷雨及短時大風天氣，在A段弓形回波對應的大風區C正好位于平江上空，平江測站在03：29—03：38時間段內測到3次風速達到21 m·s-1。在04：12，B段趕上A段重新排列整齊，再次連接成一條完整的線狀回波帶，隨后繼續發展東移南壓，在05：00時颮線回波已經全部掃過機場，機場雷雨過程結束，颮線繼續向東南方向移動進入江西境內。從圖10可以看出，這次颮線回波除了具有線狀分布、移速較快等特點，反射率最大值和徑向速度最大值長時間相伴，這也是識別颮線的一個重要指標[11]。

5 結論

①此次颮線天氣過程發生于500 hPa淺槽和低層切變線的高低層有利配置下，低層的強輻合觸發了強對流天氣。

②低空西南急流的加強為這次過程提供了充足的水汽。

③機場低層大氣非常潮濕，只要有上升運動使低層空氣整層抬升就可以觸發對流，而且由于水汽充足，有可能發展成空間尺度較大的對流。

④這次過程的暖濕不穩定能量主要通過低層西南急流的輸送，受前期多陰雨的影響，太陽輻射提供的能量偏少，強盛的西南暖濕急流為對流發生發展提供了有利條件。

⑤低層強烈的輻合上升，高層強的輻散，有利于“抽吸作用”，而且高層輻散強度高于低層輻合強度，使垂直上升運動得到了發展和加強，引起水汽、熱量和動量的垂直輸送。高低層輻散、輻合場的時空配置說明這是一個強大中尺度系統，強烈的輻合是這次颮線過程的觸發機制。

⑥這次颮線回波除了具有線狀分布、移速較快等特點外，反射率最大值和徑向速度最大值長時間相伴，這也是識別颮線的一個重要指標

參考文獻：

[1]章國材.強對流天氣分析與預報[M].北京：氣象出版社，2011.

[2]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理和方法[M].北京：氣象出版社，2000.

[3]王秀明，俞小鼎，周小剛，等.“6.3”區域致災雷暴大風形成及維持原因分析[J].高原氣象，2012（2）：504-514.

[4]梁建宇，孫建華.2009年6月一次颮線過程災害性大風的形成機制[J].大氣科學，2012（2）：316-336.

[5]孫虎林，羅亞麗，張人禾，等.2009年6月3—4日黃淮地區強颮線成熟階段特征分析[J].大氣科學，2011（1）：105-120.

[6]陳云輝，許愛華，許彬，等.江西一次極端雷暴大風過程的中尺度特征與成因分析[J].暴雨災害，2019（2）：126-134.

[7]費海燕，王秀明，周小剛，等.中國強雷暴大風的氣候特征和環境參數分析[J].氣象，2016（12）：1513-1521.

[8]王強，唐明暉，王起喚，等.湖南不同季節颮線過程的對比[J].干旱氣象，2018（5）：782-793.

[9]葉成志，唐明暉，陳紅專，等.2013年湖南首場致災性強對流天氣過程成因分析[J].暴雨災害，2013（1）：1-10.

[10]樊李苗，俞小鼎.中國短時強對流天氣的若干環境參數特征分析[J].高原氣象，2013（1）：156-165.

[11]伍志方.CINRAD/SA新一代天氣雷達觀測夏季熱帶颮線的特征分析[J].氣象，2003（3）：38-40.