FY-4A衛星及雷達產品在颮線過程中的應用分析

蔣玉鳳，吳滿春，陳美伶

(梧州市氣象局，梧州 543002)

0 引言

颮線是許多雷暴單體側向排列組合成的強對流云帶，是呈線狀的中尺度對流系統，持續時間從幾小時到十幾小時。颮線是一種常見且破壞力強的過程，可能會造成重大的人身傷害和經濟損失[1]，因此備受關注。許多學者對颮線進行了研究，丁一匯[2]等選取了1970年以來的18個颮線個例，將颮線形成前及產生影響過程中的12 h內高、低空環境場以及天氣系統做對比剖析，得出結論：颮線類型包括槽后型、槽前型、高后型和倒槽型。并表明冷鋒、切變線和低空風場不連續線等可為颮線提供觸發條件及組織發展條件。近年來，業內學術工作者對颮線產生的環境條件、結構形式和雷達回波特征等進行了大量的剖析[3-5]。大多數學者研究的颮線類型為發生在西風帶系統中的颮線，而對發生在熱帶擾動、熱帶氣旋等外圍螺旋云系的颮線研究相對較少，且對地市級預報員來說關于FY-4A衛星的應用極少，僅靠傳統雷達等資料無法彌補對天氣預報精細化的要求[6]。

文章基于2021-09-22—2021-09-23的MICAPS資料、兩廣地區逐小時及逐5 min地面自動氣象站資料、多普勒天氣雷達數據、FY-4A衛星通道合成圖及產品等資料，對廣西的一次颮線過程進行分析，以期為相關工作提供參考。

1 過程概況

2021-09-23 T 14：00—2021-09-23 T 20：00，受颮線影響，廣西地區出現了范圍大、強度高的雷暴大風及短時強降水的強對流天氣。颮線于23日12：00左右在北海-玉林-佛山一帶形成，隨后向西北方向推進，共持續約6 h，20：00颮線對廣西的影響趨于結束。2021-09-23上午在南海有熱帶擾動外圍對流云團活動，其在東移過程中產生了颮線，颮線在經過梧州時產生陣風鋒。2021-09-23 T 14：00—2021-09-23 T 20：00，廣西3個鄉鎮出現了大于10級的陣風，大于8級的陣風共有53站，其中最大陣風出現在欽州東場上寮，為31.2 m/s，風速達到11級。廣西降水主要出現在15：00—20：00，降水整體呈現局地性特征，小時雨強最大為64.2 mm，最大降水量出現在武鳴的東盟經濟開發區，為100.1 mm。

2 颮線產生的環境條件分析

2.1 天氣背景

文章利用MICAPS的高低空環境場資料進行分析，2021-09-23，500 hPa環流場由兩槽一脊維持在亞歐中高緯地區，西北太平洋副熱帶高壓逐漸加強西伸，廣西上空由588 hPa等壓線控制，23日12：00—15：00欽州-玉林-梧州一帶有1條橫向的地面輻合線。廣西自低層至高層均為東南氣流，從正午開始，低層南海熱帶擾動北部的東南急流逐漸靠近廣西沿海，為廣西提供豐富的水汽。850 hPa與500 hPa溫差達24 ℃，850 hPa有一濕舌伸展在廣西地區，與500 hPa干舌疊加，且重疊區與颮線生成地區基本一致，形成了上干下濕的不穩定層結結構，說明廣西處于高溫高濕的不穩定層結環境下。綜上所述，在副高南側、南海熱帶擾動外圍的偏東氣流以及地面輻合線三者共同作用下，形成了此次廣西地區強烈的颮線過程。

2.2 環境條件分析

2.2.1 水汽條件分析

分析颮線形成的下游地區附近的北海探空發現，23日08：00北海站700 hPa以下溫度露點差T-Td<5 ℃，代表北海地區濕層深厚，水汽條件充足。13：00前廣西天氣晴熱，最高氣溫大部為33～35 ℃，溫度的大幅增加導致層結變干，14:00近地面層T-Td達8 ℃，較08：00的溫度露點差增加了6 ℃，表明午后低層水汽含量降低，干層層結變厚，對下沉氣流的維持和加強貢獻大，有利于雷暴大風的產生[7]。從FY-4A衛星10通道水汽圖可知，颮線初生階段至成熟階段，逐漸發展為弧狀云系，廣東沿海白色的明亮區域變得越來越明亮，范圍逐漸增大，說明大氣水汽充足，為強對流的發生提供了較好的水汽條件，云團變得越明亮，代表云團內部的上升運動正在變強，為強對流提供一定的動力條件及水汽輸送。

2.2.2 熱力和不穩定性分析

不穩定層結條件與溫度隨高度變化并與低層水汽含量有關。23日08：00，廣西地區溫度(850～500 hPa)大于23 ℃，表明對流層中層到近地面層溫度遞減率大，有利于形成強烈的下沉氣流，利于產生雷暴大風。23日08：00，北海站和梧州站△θse850-500均大于10 ℃，表示氣層不穩定，表明廣西的大氣層結不穩定且能量充足。這對颮線的發生發展提供了較有利的環境條件。分析FY-4A“強風暴”RGB合成圖，颮線初生階段的云系顏色逐漸出現分層，處在云系頂部的黃色蓋帽表示具有強上升運動的小冰粒子積雨云，云系周圍則為白色，表示伴隨大冰粒子且發展趨勢很好的積雨云，說明零散分布的超級單體正發展且附近地區有強對流出現的可能性[8]，為颮線的發生發展及短臨預警提供了良好的指示意義。

低層輻合高層輻散、逆溫層、前傾槽、高低空急流及中小系統等是利于雷暴天氣產生的天氣形勢類型[9]，邊界層輻合線為中尺度系統之一，從中尺度環境條件配置看，23日12:00欽州-玉林-梧州有1條橫向的地面輻合線，且08：00至下午，隨著南海熱帶擾動的移動，與副高間的氣壓梯度力加大，導致南風加強，在底層廣西沿海及桂南地區存在風階層風速輻合區，廣西的“喇叭口”地形也對強對流天氣起到抬升作用，廣西沿海、桂東南地區的地面輻合線及風速輻合區等為颮線的對流發展提供了動力抬升條件，颮線由此得到維持和發展。從颮線初生階段到成熟階段，颮線云系其后跟隨的卷云羽越來越長，卷云羽越長代表高空風速越大，動力抬升條件加強，在短臨值班發布大風預警等級時考慮比廣東地區高。FY-4A衛星自然色合成圖初生階段的云團為藍綠色，表示雪或冰云，云系中心的藍綠色范圍更大，說明云頂亮溫很低且反照率較高。此地區強對流強度最高，需加強觀測。

2.3 颮線過境時氣象要素分析

颮線初生階段，在粵西、雷州半島均有對流發展，多個對流單體側向排列呈東北—西南走向；氣壓場上并無雷暴高壓；冷池的強度變化對雷暴大風的變化及范圍等具有直接影響[10]。廣西受颮線影響產生大范圍的雷雨大風，其中極大風速出現在欽州上寮氣象站(15：23)，風速為31 m/s。分析欽州上寮氣象站逐5 min氣象要素(圖1)，23日14：55欽州上寮氣象站氣溫開始驟降，至15：20，氣溫下降9.2 ℃；溫度曲線與露點曲線之間的間距越來越小，表示溫度露點差驟降，溫度露點差從14：10的7.4 ℃降至15：20的0 ℃，表示該地區空氣濕度達到飽和；氣壓涌升，從14：55的1，009.0 hPa驟升至15：20的1，011.5 hPa，之后氣壓開始下降，氣壓變化趨勢出現了“雷暴鼻”的特征；風場也在該時段變化劇烈，風向逆轉，由14：55的191°轉至15：20的79°，風速劇增，從15：15的5.7 m/s迅速轉為15：20的14.4 m/s。上述地面氣象要素的變化特點進一步表明欽州雷雨大風產生與颮線過境密切相關。

圖1 2021-09-23T13：30-2021-09-23T19：30欽州上寮氣象站逐5 min氣象要素分析

3 雷達回波及FY-4A衛星云圖分析

3.1 颮線初生階段

從北海雷達反射率演變以及紅外云圖可看出，此次颮線以零散單體發生發展而成，即11：30在粵西、雷州半島一帶上有多個分散對流單體生成，在廣東沿海地區有3個對流云團生成，呈零散分布，隨著時間的推移，3個對流云團不斷發展壯大合并，并在颮線前方激發新對流云團，新對流云團于14：00合并成線狀的對流云帶，具有較強的自組織性[11]。颮線發展成熟時，前沿為光滑弧狀。從12：55北海雷達1.5°以上仰角的基本反射率因子可知，由多個單體不斷合并，在廣西沿海、博白與廉江交界處初步發展成兩條線狀對流窄帶回波，回波呈東北—西南走向，強中心達53 dBZ以上。至13：14兩條窄帶回波帶已迅速合并成1條，颮線形成之初回波形態依然是細長的，且結構松散，僅在兩段回波的強回波頭部出現了7級大風，將回波分為西段和東段，回波西段較為細長，東段前側有地面輻合線，颮線東段因與地面輻合線交匯而較西段發展得更為強烈，表明此次過程中颮線東段強烈發展與地面輻合線有直接關系。由于其前側的單體不斷合并，并沿著輻合線加強發展，所以東段較西段寬度更寬，強度更強。颮線呈現出“弓”形回波的形態。

3.2 颮線發展成熟階段

23日14：00颮線發生斷裂，位于廣西沿海的西段逐步減弱，而其前側由于海陸熱力差異、廣西“喇叭口”地形的抬升等作用，在沿海激發了多個強對流單體。東段颮線前沿光滑整齊，強回波中心強度最大達65 dBZ，颮線的后側為大片小于35 dBZ的弱回波；此時的梧州雷達站0.5°仰角徑向，蒼梧、郁南交界處有一個大風區(>27 m/s)，大風區的面積達到最大，預示颮線達到成熟階段，給蒼梧及郁南帶來8級大風。

23日14：46，從梧州雷達站可觀測到陣風鋒，該陣風鋒位于颮線前側，持續時間超過40 min，約7個體掃，該陣風鋒給梧州帶來了8級大風天氣。分析FY-4A通道1可見光圖可得，當雷暴發展到成熟階段時，由于降水粒子下降拖拽周圍空氣，下沉到地面的冷空氣向四周外流并與周圍較暖的空氣匯合，在梧州地區形成一個弧狀外流邊界，即為梧州地區的陣風鋒，表現為弧狀窄帶云線。颮線成熟階段，颮線云系頭部明顯上沖云頂，云頂表現為多褶皺、多起伏的紋理特征[12，13]。

從14：46梧州雷達站的反射率因子垂直剖面可得，回波前沿低層徑向速度達到了21 m/s，從后側到回波前側，最大徑向速度對應的高度呈下降趨勢，該現象與從對流云下方侵入的超強氣流是相對應的；在3～9 km對流風暴中層有1個強徑向輻合區，環境的入流以陡直角度侵入風暴，并在風暴頂形成輻散。中層的后側入流與上升氣流形成輻合。

在FY-4A通道1可見光與云頂溫度、云頂高產品的變化過程中，11：00—14：00，對流云和颮線云系出現了云頂高度迅速抬升，云頂高從7～8 km發展至20 km，云頂亮溫從250 K降至180 K，云頂面積增大和云頂亮溫梯度逐步加大的特征，預示強對流天氣強度的加強，且颮線云系移至廣西時前沿光滑呈弧狀，利于大風的形成。

3.3 颮線消亡階段

05：50颮線移至梧州-貴港-玉林一帶，東段在賀州地區斷裂為多個超級單體風暴，西段在貴港、平南地區，強度減弱，結構松散，強回波中心強度下降至48 dBZ，大風區趨于消失，沒有明顯的干空氣入流，此后颮線進入了消亡階段。從FY-4A衛星通道1可見光云圖可知，颮線云系結構逐漸松散，云頂亮溫回升至240 K左右，云罩解體，冷云蓋面積減小，至17：00，云系前端移至蒙山、金秀一帶，云砧與母體分離并向下風散去，云區解體，颮線進入衰亡階段，強對流天氣類型從雷雨大風、短時強降水為主轉為陣性降水為主。

4 結束語

文章運用FY-4A衛星資料及雷達數據等分析2021-09-23廣西的1次臺前颮線過程，得出以下結論：

1)颮線產生前，500 hPa干舌疊加在850 hPa濕舌之上，且廣西處于高溫、高濕的環境下，建立了不穩定層結結構，加上較大的對流有效位能，有利于對流天氣的產生和發展。

2)在副高南側、南海熱帶擾動外圍的偏東氣流以及地面輻合線三者共同作用下，廣西地區出現了強烈的颮線過程。氣溫、氣壓、風向、風速等基本氣象要素的變化與颮線過境關系密切。

3)此次颮線形成時為碎塊零散形態，之后不斷與地面輻合線靠近，在颮線與邊界層輻合線交匯處附近的風暴得到強烈發展，在颮線的發展成熟階段，颮線向西北方向推進的過程中出現“弓”形回波、中層徑向輻合、大風區和陣風鋒等特征；根據FY-4A“強風暴”RGB合成圖、通道1、通道10及云頂溫度、云頂高等產品反饋，颮線初生階段的云系出現頂黃邊白的分層、水汽圖白亮面積逐漸增大、云頂高呈上升趨勢和云頂溫度呈下降趨勢等特征，這對分辨颮線的不同階段、發展程度以及提高預警提前量具有積極貢獻。