冷空氣在強對流極端大風中的作用分析

付澤宇 吳揚春 李歡歡 鄭秀麗

摘 要：采用常規觀測資料、新一代多普勒天氣雷達數據、地面加密觀測資料和衛星資料，分析了2022年3月26日福建中部地區一次冷空氣觸發下的強對流大風天氣成因與預報難點。結果表明：此次過程受低層切變南壓，槽前西南氣流的影響，龍巖、漳州、廈門和福州等地均出現暴雨，廈門局地出現冰雹。受地面沿海東北冷空氣南下影響，在特殊地形的共同作用下，福州西部局地出現微小尺度的強對流大風天氣，其持續時間短、致災范圍小、特定地形效應明顯。實地考察此次為自西方向開始出現災害性旋轉大風，影響時間僅持續10 min左右。雙偏振雷達監測顯示中氣旋尺度小于5 km，中氣旋中心路徑在華石村有強度迅速加強速度減慢過程，有界弱回波區明顯，高層強中心傾斜。

關鍵詞：冷空氣；中氣旋；強對流；大風；雙偏振雷達

中圖分類號：P458 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–0-03

作為一種氣候資源，風既能給人類帶來利益，又是一種氣象災害。冷空氣與強對流天氣都會帶來大風天氣，對流性災害大風包括龍卷、颮線/弓狀回波引發的長生命史線狀強風，中尺度強對流系統引發的下擊暴流和臺風環流引發的強風等[1]。

在氣象預報服務過程中，強對流下的災害性天氣能否及時、準確地預報出來，對制作災害性大風的精細預報有實際意義。張思涵等[2]研究了高空槽和地面冷鋒影響下偏北路徑冷空氣南下形成的大風過程；王黌[3]

研究川藏高原強對流發現，大雨滴、冰雹快速下落引起的拖曳作用有利于濕下擊暴流的產生，結合峽谷地形的狹管效應，引起地面大風；孫正齊[4]通過雷達資料的快速循環分析同化，首次提前30 min成功預報了下擊暴流引起的災害性大風。

利用環境場資料和雷達資料，從形勢場、雷達產品、地形等方面分析了福州西部1次冷空氣影響下的短時地面大風天氣，從流場、物理量場多角度分析了災害性大風發生的時段，以及在華石村出現并加強的原因，這對災害性大風的精細化預報具有實際意義，也可為今后的預報和預警提供一定的參考。

1 概況

2022年3月26日福建省有1次自西向東的降水過程，此次強降水過程主要集中在26日13：00～22：00，午后局地強對流開始發展，14：00龍巖永定有暴雨，最大小時雨強達66.4 mm/h。隨后雨帶東移擴散，至17：00莆田涵江出現57.1 mm/h強降水，廈門出現10級短時大風、局地小冰雹，福州西部最大小時雨強47.6 mm/h。

至20：00漳州、福州中部仍有暴雨，22：00后全省雨勢減小。

16：20前后，福清市東張鎮東張華石村（119.209，25.691）受到伴有地面大風的強對流天氣系統的影響，其西側是由槽后西南氣流推動發展的強對流系統，東側地面冷空氣南下，西南氣流受華石村地形的影響，在此地抬升加強，正好與冷空氣相遇，自西方向開始出現災害性旋轉大風，東張鎮（F1730）16：15觀測到6級（11.2 m/s）偏東北大風。其特點為影響時間短，僅持續10 mm左右；范圍小；在雷達回波呈現強中氣旋。

經統計，此次過程受災面積約為0.3 km2，產生的大風共造成當地房屋受損50戶，其中，不影響居住的有35戶，15戶35人需要轉移，無人員傷亡，7處強電桿、若干處弱電桿和樹木倒伏。此次過程受災范圍小，觀測站實況資料少，歷史個例少，預報難度大。因此，分析該類型強對流的特征對提高強對流天氣精細化預報服務水平具有重要意義。

2 天氣形勢分析

2.1 影響系統

2.1.1 高空影響系統

分析圖1可知，福建省位于槽前西南氣流，700 hPa切變線在福建省北側維持。500～700 hPa主要受西南氣流影響。低層切變線南側有急流輻合。700～925 hPa深厚暖平流為大氣提供了很大的不穩定能量。當有利的觸發條件出現時，易產生強對流天氣。

2.1.2 地面影響系統

此次大風天氣是在低層切變線南側的急流輻合和地面倒槽顯著發展東伸的天氣背景下產生的。低層切變線和地面輻合線交界處動力抬升條件最好，極易產生強對流。由圖2可知，冷鋒位于福建省中南部，為冷鋒前負變壓，南部負變壓中心位為-3.0 hPa，大的氣壓梯度是形成大風的基礎。福清市東張鎮受倒槽影響，導致地面升溫（達9～11 ℃）顯著，地面鋒區還未南壓過境該地。從背景場上看，各氣象要素分布與配置有利于大風天氣發生。從圖3衛星云圖可以看出，鋒面云系26日16：00位于福清西部上空。從地面逐5 min實況可以發現，風力從16：00的5級突增為16：15的6級大風，風廓線圖中地面由偏東風（15：48）轉為東北風（17：51），且風力加強。

2.2 熱動力條件分析

2.2.1 動力條件

—對數壓力圖。分析20：00探空資料，從不同高度的風速來看，近地面受偏東風影響，大小為4 m/s，700 hPa高度上風速為18 m/s，500 hPa高度上風速為28 m/s，中低層垂直風切變較大，達14～16 m/s。有利于近地層大風的形成與發展。

2.2.2 熱力條件

K指數越大，層結越不穩定，當k＞35 ℃時有可能發生強對流天氣。由圖4可知，26日福州站K指數從28.8 ℃（08：00）增至35.9 ℃（20：00），沙氏指數由正值到-0.1，A指數由-6 ℃（08：00）上升至20 ℃（20：00），積累了較高潛能，為強對流天氣發生提供了有利的不穩定能量。此外，925～850 hPa之間出現了明顯逆溫，溫度差達4 ℃（圖4b圓圈）。

2.2.3 水汽條件

20：00（圖4b）福州站上空濕度顯著增大，濕度層增厚，中低層近乎飽和，高低層呈現“上干下濕”的結構，有利于強對流發生。

3 雷達回波演變特征

從福州（長樂）新一代天氣雷達資料分析可知，14：57泉州德化、永春雷達回波向東北方向移動合并，永泰雷達回波向偏東風向移動；15：42三塊強回波在永泰東部、莆田北部合并加強，繼續東移，進入福清境內，16：05回波強度高達63 dBz，16：10出現強對流超級單體特征，之后強回波核快速下降。

災害性大風發生時，出現有界弱回波區、低層入流缺口等超級單體的典型特征，風暴中出現中氣旋，單體發展成超級單體[5]。有界弱回波區明顯，高層強中心傾斜，從16：10沿黃線的反射率因子剖面顯示低層回波穹隆。

如果出現中氣旋，風暴前進方向中氣旋的右側可能會出現嚴重災害性大風。從多普勒速度看，對流超級單體進入福清后，進一步發展加強。從雷達速度中識別出強中氣旋，中氣旋最強時段為16：05～16：16，反射率因子在鉤狀頂端出現明顯的有界弱回波區，16：16旋轉速度為35 m/s，且在16：10、16：16自動識別出龍卷渦旋特征TVS，并有中層徑向輻合，仰角0.5°、1.5°、2.4°、3.3°的多普勒速度氣旋旋轉相對深厚，3.3°仍較明顯。根據目前的雷達觀測數據不排除有出現龍卷的可能，需要更多氣象觀測數據和實況調查資料予以綜合分析判斷和驗證。中氣旋龍卷有中層徑向輻合，說明有大風徑向速度的測量，大大提高了雷暴大風事件臨近預警的準確性，使得龍卷預警的形成成為可能。

4 地形條件

分析福清市華石村地形與地面風場發現，地面沿海冷空氣自海上侵入暖性倒槽，冷空氣形成的地面風沿公路進入華石村，加之地形抬升輻合進一步促進對流發展。東側有冷空氣入侵，西側西南氣流受地形影響，遇到山脈轉東南風并抬升加強，結合冷空氣下來的東北大風，進一步輻合抬升，在華石村形成一個渦旋，因此，有地面龍卷的特征。風力從下往上有所增大，在華石村以東的東張鎮出現11.2 m/s的極大風。

5 結論

此次強對流天氣系統在莆田北部快速發展，向東移入福清，并在短時間內迅速發展成為強對流超級單體，在華石村附近的山谷地形作用下，形成災害性對流大風，分析此次過程具有以下4個特點。

（1）低層切變線南側的急流輻合和地面倒槽顯著發展東伸，高低層呈“上干下濕”的結構，有利于大風發生；出現強對流超級單體特征，有界弱回波區明顯，有明顯的強中氣旋，是強對流高級單體下包含有強中氣旋引起的災害性大風，不排除可能發生龍卷風。

（2）沿海地面冷空氣南下，帶來東北大風，冷暖氣流交匯容易觸發強對流天氣。

（3）地形使氣流發生氣旋性旋轉，且地形抬升輻合進一步促進對流天氣的發展。

（4）在以后的預報業務過程中應注意，在西南暖氣流的控制下，沿海東北冷空氣下來，在局地特殊地形的影響下，容易觸發強對流天氣。

參考文獻

[1] 馬中元，葉小峰，張瑛，等.江西三類致災大風天氣活動與回波特征分析[J].氣象，2011，37（9）：1108-1117.

[2] 張思涵，董疆南，高萬泉，等.保定市一次大風天氣過程診斷分析[J].甘肅科技，2021，37（5）：56-58，138.

[3] 王黌，李英，文永仁.川藏高原一次混合型強對流天氣的觀測特征[J].應用氣象學報，2021，32（5）：567-579.

[4] 孫正齊.中國對流性災害大風的數值模擬和形成機理研究[D].南京：南京大學，2019.

[5] 朱君鑒，刁秀廣，曲軍，等.4.28臨沂強對流災害性大風多普勒天氣雷達產品分析[J].氣象，2008，34（12）：21-26，129.