.福建省氣象臺 .龍巖市氣象局 黃美金郭 弘李婷婷謝玉華吳啟樹

一次斜壓鋒生類颮線及颮前強烈降雹大風天氣過程分析*

1.福建省氣象臺 2.龍巖市氣象局 黃美金1郭 弘1李婷婷1謝玉華2吳啟樹1

通過對區(qū)域自動站、風廓線雷達、閃電和福建省新一代天氣雷達回波等多源資料及常規(guī)觀測資料分析，尋找 2016 年4 月 26 日福建省西部北部雷雨大風及降雹天氣的潛勢預報和臨近預報的著眼點。結(jié)果表明，26日，福建處于倒槽南側(cè)暖區(qū)內(nèi)，地面強烈增溫增濕；伴隨高空槽東移和低層低渦切變東移南壓，冷暖空氣在福建西部強烈交匯，顯著的鋒區(qū)和地面輻合線的觸發(fā)及南支槽前強烈輻合抬升形成的動力強迫產(chǎn)生了颮線、冰雹等強對流天氣。此次颮線為斜壓鋒生所致，呈現(xiàn)明顯的弓狀回波，后部入流急流和前部輻合特征；直徑達3cm的冰雹發(fā)生在鋒前暖區(qū)內(nèi)，在颮線前80km熱低壓輻合區(qū)內(nèi)發(fā)生發(fā)展的超級單體，沿環(huán)境平均風場偏右約25°方向移動，屬右移型雹暴，具有鉤狀回波特征且回波強度強，65dBz以上強回波區(qū)面積大、維持時間長達1個小時，并出現(xiàn)移動路徑“右旋”、中高層強回波懸垂、低層弱回波區(qū)、VIL“躍增”及 “中氣旋”等特征。850hPa比濕大于12g/kg和 24小時正變溫；850hPa與500hPa溫差達25℃，層結(jié)上干下濕，Cape達2364J/kg和較大的DCAPE值，適宜的0℃和-20℃高度，925和500hPa垂直風切變達20m/s等有利的物理條件形成此次斜壓鋒生類強對流天氣過程。

颮前降雹 溫度鋒區(qū) 風廓線雷達 超級單體風暴

強對流天氣具有突發(fā)性和局地性強、生命史短、災害重等特點，是天氣預報業(yè)務中的難點。由于導致強對流天氣的系統(tǒng)屬于中小尺度天氣系統(tǒng), 很難被常規(guī)氣象觀測網(wǎng)捕捉到，因此自動站、雷達、衛(wèi)星、閃電、GPS和風廓線雷達等非常規(guī)觀測資料和中尺度數(shù)值模式，是進行強對流天氣短時和臨近預報的主要資料基礎。

2016年4月26日12時30分至18時30分，在福建內(nèi)陸出現(xiàn)了強對流風暴, 先后給南平、三明、龍巖三市帶來大范圍的冰雹、雷雨大風和短時強降水天氣。有52個自動站出現(xiàn)8級以上大風（圖1）。13時20分，建寧縣伊家鄉(xiāng)、泰寧縣大田鄉(xiāng)出現(xiàn)大于2cm大冰雹，將樂、長汀、連城等地也出現(xiàn)小冰雹；14時00分左右，浦城水北街鎮(zhèn)出現(xiàn)54.9m/s（16級）狂風，是福建陸上大風的最大記錄，14時00分～14時30分，浦城、松溪多地出現(xiàn)雞蛋大的冰雹，最大冰雹直徑達3cm。此次強對流天氣過程造成民房倒塌、農(nóng)作物及煙葉受災、道路塌方、水利和電力設施受損，直接經(jīng)濟損失超過億元。

本文運用多源資料對2016年4月26日強對流天氣成因進行分析，重點分析此次過程的中尺度對流天氣環(huán)境場條件、超級單體的結(jié)構(gòu)及其演變特征，以期為今后進一步分析此類斜壓鋒生類強對流天氣的潛勢和臨近預報提供預報著眼點。

圖1 2016年 4月26日8時-27日8時 8級以上大風實況和冰雹實況

1 強對流天氣環(huán)境場條件

此次強對流天氣發(fā)生在高空槽東移、低渦切變東移南壓的過程中，2016年4月26日08時500hPa中高緯地區(qū)為一脊一槽型，環(huán)流較為平直，多小波動；高原東部有槽東移，中低緯南支波動在發(fā)展，在南支槽與副熱帶高壓之間有一支≥20m/s的西南風急流，急流中心在贛州，達24m/s；閩北處于槽前西南氣流中。850hPa在安徽境內(nèi)有一148gpm的低渦中心，切變南側(cè)的南寧、梧州、贛州、邵武等地有一支≥12m/s的西南風低空急流，急流中心在梧州，達18m/s，福建西部位于低渦切變南側(cè)和西南急流軸的前側(cè)并伴有明顯的風速輻合(圖2)；850hPa西部有暖脊冷槽，由于暖脊發(fā)展，24小時為正變溫，冷暖空氣在福建西部強烈交匯。850hPa比濕大于12g/kg，500hPaT-Td≥15℃，層結(jié)呈上干下濕。200hPa福建北部處高空急流入口區(qū)右側(cè),地面處于冷鋒前倒槽暖區(qū)內(nèi)，有明顯的鋒區(qū)并南壓。低層切變和南支槽前的輻合抬升為此次過程提供了良好的動力抬升條件，顯著的冷暖平流形成溫度鋒區(qū)和地面輻合線的觸發(fā)，產(chǎn)生了此次颮線、冰雹等強對流天氣。颮線為斜壓鋒生所致，并在颮線前80km熱低壓輻合區(qū)內(nèi)有超級單體發(fā)生發(fā)展。

圖2 2016年 4月26 8時和20時中尺度天氣環(huán)境場配置分析

2 雷雨大風環(huán)境參數(shù)和雷達參數(shù)特征

2.1 雷雨大風環(huán)境參數(shù)特征

8時850hPa在廣西和廣東中部到江西中北部強盛西南暖濕急流向東傳播，風向與等溫線交角大，暖平流顯著，500hPa福建北部到浙江一帶為負變溫，700hPa有低槽東移，北部中低層伴有較明顯的冷平流，暖脊、冷槽有利于不穩(wěn)定層結(jié)的建立，午后福建西北部T85增大到25℃～26℃。850hPa露點15℃～16℃，溫度露點差小于2℃，14g/kg以上比濕在華南地區(qū)呈舌狀分布，低層處于高濕環(huán)境中，500hPa福建省西部為溫度露點差大于15℃的干區(qū)，不穩(wěn)定區(qū)上空溫濕廓線具有明顯的“上干冷下暖濕”特征，華南北部到福建西部存在一條東北—西南向的θse85<-10℃的不穩(wěn)定區(qū)，福建內(nèi)陸Cape達2364J/kg，且DCAPE超過500J/kg，對流不穩(wěn)定和對流層中層存在明顯干層有利于雷雨大風的產(chǎn)生。

500hPa徑向度較大的低槽(10個緯度以上)槽前有低于-3dagpm 的負變高，槽前較大的正渦度平流導致低層低壓系統(tǒng)的發(fā)展，激發(fā)了颮線。颮線和颮線前孤立的超級單體風暴直接導致了致災性大風和冰雹天氣。

從探空資料分析，26日8時邵武在956hPa出現(xiàn)逆溫層，形成的干暖蓋有利于大量能量積蓄。同時，抬升凝結(jié)高度（LCL）較低，在950hPa以下，表明午后在外力抬升作用下，氣塊極易抬升達到飽和。地面到500hPa垂直風切變強，風矢量差大于20m/s，達到了超級單體甚至颮線和雹暴的環(huán)境風切變的值。低層風向隨高度順轉(zhuǎn)，有利雹暴單體的右旋。

分析福建26日白天地面加密氣象自動站資料（圖3）可見，地面午后強烈增溫增濕，三明中部、南平大部出現(xiàn)氣溫接近31℃的暖中心，地面升溫使得地面氣壓下降，地面倒槽發(fā)展明顯，并在暖區(qū)形成中尺度熱低壓。福建西北部有一個東北西南向的鋒區(qū)，溫度梯度大，溫差達9℃/100km 且伴隨有地面輻合線，中尺度溫度鋒區(qū)增強了大氣的斜壓性，從江西移入南平、三明和龍巖地區(qū)的對流單體在輻合線抬升作用下迅速發(fā)展并沿著鋒面向東北方向快速移動，地面溫度鋒區(qū)和中尺度輻合線對颮線系統(tǒng)的觸發(fā)和維持起到重要作用，颮線產(chǎn)生大范圍雷雨大風天氣，南平地區(qū)出現(xiàn)福建陸上大風的最大記錄。

徑向度大的低槽、強的風垂直切變和不穩(wěn)定層結(jié)、地面溫度鋒區(qū)和中尺度輻合線以及中γ尺度的暖低壓等是颮線和超級風暴單體發(fā)展的有利條件。

從閃電資料分析，負地閃主要發(fā)生在颮線前部對流區(qū)，而正地閃大多出現(xiàn)在颮線后部的層云區(qū)。密集的負地閃對應著云中的上升氣流，負地閃頻數(shù)越高，中尺度對流系統(tǒng)發(fā)展越旺盛，上升氣流的核心是冰雹攜帶的負電荷區(qū)（6km），有利于強對流天氣的發(fā)生。隨著颮線發(fā)展，正地閃的頻數(shù)也開始增加，由于正電荷中心主要位于4.5km和9.5km處，風切變形成的斜升氣流使高層云冰正電荷區(qū)域與中層的負電荷區(qū)域發(fā)生傾斜，形成云砧，減少了負電荷的屏蔽作用，颮線前部的正地閃也逐漸增加。

圖3 2016年4月26日地面圖加密分析

2.2雷雨大風雷達參數(shù)特征

12:30左右，反射率因子圖上后側(cè)入流槽口的出現(xiàn)預示弓狀回波即將形成，13時東北西南向近350km長的帶狀回波-颮線發(fā)生在西風帶高空槽前，由多單體風暴和超級單體風暴組成。在颮線所經(jīng)地區(qū)氣象站要素發(fā)生劇烈變化，氣溫下降3℃～5℃，氣壓升高1～3 hPa，內(nèi)陸地區(qū)大部出現(xiàn)8 級以上大風。颮線的南端由于風的垂直切變型式有利于新對流的發(fā)展，因而使颮線不斷伸長。而在颮線的北端，老單體不斷衰亡，衍變成層狀云，并沿高空風向東北方向延伸而形成大片砧云即砧狀云伸向颮線前方，而在颮線后方層狀云降水區(qū)不太明顯(圖4)。徑向速度圖上，與颮線前沿強反射率因子梯度區(qū)對應，在低層弓頂出現(xiàn)幾個小尺度氣旋式渦旋速度特征，弓狀回波的前沿持續(xù)產(chǎn)生中氣旋?；夭◣把貙箫L區(qū)（與切變前側(cè)的西南急流配合），仰角1.5°徑向速度上呈現(xiàn)明顯的后部入流和前部輻合特征，颮線中深厚和長的輻合帶DCZ的探測，預示將產(chǎn)生較強的地面大風，在颮線后側(cè)的低層有尺度為40km左右大范圍的-27m/s以上的向著雷達的風速區(qū)，表明中低空強的后側(cè)入流急流的存在，該弓狀風暴所經(jīng)之處出現(xiàn)短時大風并伴短時強降水。同時颮線前的超級單體中3～7 km之間存在一個明顯的中層徑向輻合MARC，最大正負速度差值為34m/s。探測到強并且深厚的中層徑向輻合導致極端的16級地面大風，是福建陸上大風的最大記錄。

強回波帶對應輻合帶和零速度折角，當強回波帶過雷達站后，從風廓線產(chǎn)品（圖5）可以看出，雷達站風向由西南風轉(zhuǎn)為偏北風，即對應有切變東移南壓過程。在颮線回波移出三明、南平進入福建東部沿海時，由于颮線移速過快，遠離主系統(tǒng)缺少環(huán)境場的配合，在颮線前的大范圍層狀云降水消耗了大量的能量且沿海高溫小于27℃, 能量和動力條件減弱，對流系統(tǒng)強度減弱并快速東移入海。

3 冰雹環(huán)境參數(shù)和雷達參數(shù)特征

3.1冰雹對流環(huán)境參數(shù)特征

如前所述，午后地面升溫，中尺度熱低壓在弓狀回波前方約80km處的暖區(qū)內(nèi)形成，構(gòu)成颮線的雷暴群中強烈下沉氣流的出流匯合在一起形成了冷池，冷池前沿與此中尺度熱低壓輻合區(qū)二者相互作用，促發(fā)產(chǎn)生超級單體。超級單體沿環(huán)境平均風場偏右25°方向移動，探空上低層風向隨高度順轉(zhuǎn)，有利右移型雹暴的產(chǎn)生。

風廓線雷達水平風場上（圖5）也可看出強對流發(fā)生前中低空西南急流強，2km高度達20m/s，1.5km以下達 12m/s，5～6 km西南風逐漸增大，最大達32m/s；強對流過境時出現(xiàn)資料缺失現(xiàn)象即“空窗”區(qū)；低層出現(xiàn)風向旋轉(zhuǎn)過程，說明有地面氣旋影響，且垂直速度大于4m/s。

V-3θ表現(xiàn)出高層鈍角折角—超低溫，中低層順滾流，垂直風切變大，同時三線折拐，上干下濕，蜂腰結(jié)構(gòu)等有利降雹特征。0℃層高度在4470m，-20℃層高度7808.7m；冰雹發(fā)生前GPSMET出現(xiàn)驟升現(xiàn)象，有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

3.2 冰雹雷達參數(shù)特征

颮線回波帶前部大約80km處雹云回波，位于地面暖區(qū)內(nèi)，是由12時04分位于建陽莒口附近的對流單體發(fā)展起來的，受引導氣流影響，向東北方向移動；雹云單體影響時間約2.5h，其中造成浦城南部及松溪北部一帶降雹的時間約1h，該孤立的超級對流單體造成浦城縣水北街鎮(zhèn)和松溪縣祖墩、花橋、渭田、舊縣等四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹大風等強對流天氣。雹云發(fā)展成熟后移動路徑出現(xiàn)了“右旋”。

出現(xiàn)冰雹期間，反射率因子圖上回波強度在65dBz以上的強回波區(qū)呈“橢圓”狀，同時65dBz以上的強回波質(zhì)心高達8.2km，已經(jīng)擴展到環(huán)境大氣-20℃等溫線高度以上即有高懸的強回波，還出現(xiàn)了中層以上的回波懸垂。低層三個仰角上在單體的右側(cè)反射率因子梯度非常大，單體回波呈現(xiàn)鉤狀，說明低層有強的入流氣流。在強梯度區(qū)一側(cè)出現(xiàn)有界弱回波區(qū)（BWER）。14時21分還出現(xiàn)了旁瓣回波，再看溫州雷達的反射率圖，可以發(fā)現(xiàn)此對流單體具有標志大冰雹的三體散射長釘(TBSS)特征回波。此外，該超級單體在14時09分到14時15分回波的VIL值從52kg/m2迅速躍增到60 kg/m2，14時27分強回波進入松溪境內(nèi)時VIL值仍為61 kg/m2，此后迅速減小，說明出現(xiàn)了降雹，這與松溪祖墩、花橋、渭田、舊縣多地在14時30分左右出現(xiàn)雞蛋大的冰雹的實況也非常吻合。徑向速度圖上，與強回波對應存在中氣旋，并且中氣旋的旋轉(zhuǎn)速度非常大，已經(jīng)出現(xiàn)了速度模糊，其中綠色塊速度應該為39～44m/s之間，紅色塊實際速度值在54～59m/s之間，而此強回波的高度距地為1.1km左右，因此，如果考慮此時風速離地高度較高，接近地面時由于摩擦作用風速應該略小一些，這與浦城水北村監(jiān)測到極大風速達54.9m/s也很接近，此外，具有鉤狀回波和中氣旋特征已經(jīng)說明此單體已經(jīng)發(fā)展為超級單體，同時超級單體中3～7km之間存在一個明顯的中層徑向輻合MARC，最大正負速度差值為34m/s。探測到強并且深厚的中層徑向輻合，也容易產(chǎn)生極端的地面大風，因此說明水北村監(jiān)測到的16級大風是有可信度的。

圖4 2016年4月26日14:03 CR37、R1.5°和13：57 V271.5°、V276.0°建陽雷達產(chǎn)品

圖5 2016年4月26日13:06-15:06建甌、20:30-22:00永安風廓線雷達產(chǎn)品

4 結(jié)論

（1）此次強對流天氣過程是在徑向度大的低槽東移，低層低渦切變東移南壓等系統(tǒng)影響下造成的。冷暖空氣在福建西部強烈交匯，顯著的冷暖平流形成地面溫差達9℃/100km的溫度鋒區(qū)。在地面溫度鋒區(qū)和中尺度輻合線的觸發(fā)之下及南支槽前強烈輻合抬升形成的動力強迫產(chǎn)生了颮線、冰雹等強對流天氣。颮線為斜壓鋒生所致，在颮線前80km中γ尺度熱低壓輻合區(qū)內(nèi)有超級單體發(fā)生發(fā)展。

（2）從雷雨大風環(huán)境參數(shù)特征分析得出，低層暖脊、中層冷槽有利于不穩(wěn)定層結(jié)的建立，午后福建西北部T85增大到25℃～26℃，θse85<-10℃的不穩(wěn)定區(qū)從華南北部伸到福建西部，中層干區(qū)且DCAPE超過500J/kg，大于20m/s的強垂直風切變等有利于雷雨大風的產(chǎn)生。

（3）從雷雨大風雷達參數(shù)特征分析可以看出，在弓形回波入流一側(cè)存在高反射率因子梯度區(qū)，弓狀回波的前沿持續(xù)產(chǎn)生中氣旋，弓形回波的后側(cè)存在-27m/s強的下沉后側(cè)入流急流，颮線中深厚和長的輻合帶DCZ的探測，預示將產(chǎn)生較強的地面大風，同時颮線前的超級單體中強并且深厚的中層輻合即3～7km之間強的中層徑向輻合MARC，也可以用來預警極端的地面大風。

（4）從冰雹環(huán)境參數(shù)特征分析得出，福建內(nèi)陸低層比濕達14g/kg以上， Cape大于2000J/kg，適宜的0℃和-20℃高度，強的垂直風切變等環(huán)境條件有利降雹，V-3θ表現(xiàn)出高層鈍角折角-超低溫，中低層有順滾流，同時三線折拐，700hPa出現(xiàn)冷層云，呈蜂腰結(jié)構(gòu)等有利降雹的特征。

（5）超級單體沿環(huán)境平均風場偏右約25°方向移動，探空上低層風向隨高度順轉(zhuǎn)，有利右移型雹暴的產(chǎn)生。65dBz以上的強回波質(zhì)心高，垂直剖面有明顯的有界弱回波區(qū)，強的入流氣流及高達61 kg/m2的VIL值，這與松溪祖墩、花橋、渭田、舊縣多地在14時30分左右出現(xiàn)雞蛋大的冰雹的實況也非常吻合。低層回波呈現(xiàn)鉤狀，與強回波對應存在中氣旋，并且中氣旋的速度非常大，在54～59m/s之間，這與浦城水北村監(jiān)測到極大風速達54.9m/s很接近，說明水北村監(jiān)測到的16級大風是有可信度的。

中國氣象局預報員專項項目(CMAYBY2017-034)。