張啟紹

摘要 利用常規(guī)氣象觀測資料、FNL1°×1°數(shù)據(jù)、區(qū)域站資料和雷達回波等資料對2016年6月13日夜間到次日凌晨發(fā)生在河南北部的一次颮線天氣過程進行了診斷分析。結(jié)果表明：此次過程是發(fā)生在中高層槽后西北氣流控制、低層前傾槽過境的環(huán)境背景下的；此次過程發(fā)生前，河南北部存在較大的大氣不穩(wěn)定能量，但是濕層淺薄，是這次過程出現(xiàn)雷暴大風而未出現(xiàn)較強降水的主要原因；颮線的移向與地面中尺度輻合線移向基本一致，且地面中尺度輻合線出現(xiàn)比颮線提前1 h左右。移動速度快、出流邊界和后側(cè)入流槽口和近距離低仰角存在較大的徑向速度是該次過程的主要雷達回波特征。

關(guān)鍵詞 颮線；前傾槽；中尺度輻合線；出流邊界

中圖分類號：P458.1+2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）05-048-05

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.05.018

強對流天氣往往具有局地性較強，氣象要素變化劇烈，空間范圍較小，持續(xù)時間或者生命期比較短等特點。常見的強對流天氣有雷雨大風、冰雹、颮線、龍卷、短時強降水等，由于強對流天氣易造成災害，破壞性強，社會影響大，且預警預報存在一定難度，故長期受到氣象工作者的高度關(guān)注，是天氣預報預警技術(shù)研究的重要課題，并取得了相當多的研究成果[1-6]。近年來侯淑梅[7]等對2016年9月11日山東省初秋一次大范圍強對流天氣過程進行診斷分析，發(fā)現(xiàn)在對流抑制比較小的情況下，抬升強迫不太強也可以觸發(fā)強對流天氣，不同區(qū)域雷暴的抬升機制不同，此次過程地面輻合線、海風鋒與冷鋒共同作用、雷暴出流邊界（陣風鋒）等均觸發(fā)了產(chǎn)生了強雷暴。高夢竹等[8]在研究2014年7月27日浙江一次颮線形成機理時，發(fā)現(xiàn)中等強度的深層垂直風切變是此次颮線過程形成的有利環(huán)境條件，杭州灣上更好的水汽和更強不穩(wěn)定能量條件是導致颮線得到進一步加強的直接原因。馬月枝等[9]對2014年7月14日新鄉(xiāng)強對流天氣過程進行診斷分析，發(fā)現(xiàn)地形在此次過程發(fā)揮的重要作用，太行山脈東側(cè)的雷暴外流邊界受地形抬升作用，觸發(fā)大范圍分散的對流單體，導致了局地短時強降水天氣。梁鈺等[10]對2004年6月鄭州地區(qū)3次強對流天氣進行了對比分析，發(fā)現(xiàn)水汽因子的差異決定了雷雨能否發(fā)生。上下層均為干冷空氣時一般僅伴有大風天氣；低層暖濕、中高層干冷時能增加大氣的對流性不穩(wěn)定，有利于強降水和局地冰雹的產(chǎn)生。盧秋芳等[11]對2013年3月19—20日上饒出現(xiàn)的一次颮線天氣過程進行了分析，發(fā)現(xiàn)颮線回波在發(fā)展演變中沒有形成典型的“弓”狀回波， 颮線回波的走向和移動與其東部的中低層急流一致。文中利用常規(guī)氣象觀測資料、多普勒雷達資料、區(qū)域站資料和FNL再分析資料等對2016年6月13日夜里到14日凌晨河南北部發(fā)生的一次颮線天氣過程進行診斷分析。以期為今后該類局地災害性天氣過程的預警預報提供有益的參考和值得借鑒的經(jīng)驗依據(jù)。

1 天氣實況

2016年6月13日22：00至14日02：00有以大風為主要特征的強對流性中尺度系統(tǒng)自西向東影響河南北部大部分地區(qū)，過程雨量較小且分布不均（圖1），雷雨時伴有11級左右的大風天氣（圖2）。風速較大的有林州馬安腦35.1 m/s（12級，22：50）、內(nèi)黃繁陽32.3 m/s（11級，23：45）、安陽縣瓦店31.9 m/s（11級，23：22）、安陽縣寶蓮寺30.4 m/s（11級，23：14）和濮陽梁村32.3 m/s（11級，23：50）。國家級自動雨量站顯示該過程各雨量站雨量均在10 mm以下。綜合分析認為該次強對流（颮線）過程的天氣特點是系統(tǒng)移動速度快，風速特別大，但是雨量較小。

2 資料與方法

采用常規(guī)氣象觀測資料、FNL1°×1°資料、區(qū)域站資料和雷達資料等，對2016年6月13日夜里到14日凌晨發(fā)生在河南北部的颮線天氣過程的成因進行分析。一般認為大氣層結(jié)不穩(wěn)定、水汽條件、抬升觸發(fā)機制是強對流天氣的發(fā)生發(fā)展的充分必要條件，水汽條件和不穩(wěn)定層結(jié)條件是發(fā)生對流天氣的內(nèi)因，而抬升條件則是外因，故文中將針對這3個條件從影響系統(tǒng)、探空資料分析、動力抬升條件、水汽條件、熱力不穩(wěn)定等方面分析導致該次過程形成的各個影響因素。

3 強對流天氣成因分析

3.1 環(huán)流背景分析

2016年6月13日20：00高空形勢分析表明（圖3），200 hPa上自北京、渤海灣至朝鮮半島有超過40 m/s的高空急流核，華北南部和河南北部在其急流入口右側(cè)，有利于對流天氣的出現(xiàn)。500 hPa上歐亞中高緯環(huán)流大致呈兩槽一脊的形勢，東北地區(qū)存在一低渦（東北低渦），河南北部受500 hPa低槽后部的西北氣流控制，低渦后部不時有冷空氣擴散南下，700 hPa上低槽位于內(nèi)蒙古蘇尼特右旗到陜西南部，850 hPa上低槽位于烏拉特前旗到九寨溝一帶，中低層的低槽配置來看呈現(xiàn)出明顯的前傾結(jié)構(gòu)，其影響區(qū)域是出現(xiàn)強對流天氣的有利位置，925 hPa上河南北部處于明顯的風向輻合區(qū)域內(nèi)，低層氣流輻合條件較好。在溫度場配置上850 hPa從甘肅經(jīng)山西到河南一帶為一明顯的溫度脊，500 hPa河套地區(qū)存在一明顯的冷溫度槽，高空冷平流與低層暖脊疊加，從850 hPa與500 hPa兩層的溫差來看，山西、河南北部、河北中南部T850-500在30℃左右，部分地區(qū)在34℃以上， 山西、河南、河北地區(qū)明顯處于位勢不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，層結(jié)不穩(wěn)定。

地面形勢方面（圖4），陜西、山西和河南北部由于高空受500 hPa槽后西北氣流控制，地面又處于低壓帶內(nèi)，使得河南北中部處于30℃以上的高溫控制區(qū)。河南北部山西、河南和河北三省交界處有一條地面輻合線，輻合線走向呈東北西南向，其西南端位于長治，東北端位于山東清河，長度超過400 km。河南北部處于地面氣流匯合區(qū)，地面的氣流在此交匯，輻合上升運動明顯，為對流天氣的發(fā)生發(fā)展提供了有利的動力條件，也是對流天氣的觸發(fā)者之一。

綜上分析可知，2016年6月13日夜里到14日凌晨的颮線天氣過程是發(fā)生在中高層槽后西北氣流、低層前傾槽過境的環(huán)流形勢下的，過程發(fā)生前河南北部處于層結(jié)不穩(wěn)定狀態(tài)，低層存在明顯的輻合抬升條件，在系統(tǒng)移入后產(chǎn)生了強烈的對流運動，形成了該次颮線天氣過程。

3.2 探空資料分析

由于豫北當?shù)貨]有探空資料，離豫北較近的2個探空站有鄭州站和邢臺站，由于邢臺在20：00已經(jīng)出現(xiàn)了持續(xù)性的降水，故筆者主要參考了和豫北一樣未出現(xiàn)持續(xù)性降水的鄭州站的探空資料（局地出現(xiàn)了陣性降水）。

2016年6月13日20：00鄭州的探空曲線表明（圖5），鄭州上空整層都比較干（T-Td>9℃），但是從低層到高層垂直溫度遞減率很大，T850-500≥29℃。從常用的物理量指數(shù)來看，SI=-2.55℃，K=23℃，但是CAPE值較大，達到了2 621.2 J/kg。從風場上來看鄭州從低層到高層水平風呈順時針旋轉(zhuǎn)，意味著有明顯的暖平流，有利于不穩(wěn)定層結(jié)的出現(xiàn)，可以為強對流天氣提供不穩(wěn)定能量。從0～6 km的水平風分布來看，中低層存在較大的垂直風切變，較強的環(huán)境風的垂直切變對強對流系統(tǒng)的作用體現(xiàn)在4個方面：①在切變環(huán)境中使上升氣流傾斜，從而使上升氣流中形成的降水質(zhì)點能夠脫離出上升氣流，而不致因拖曳作業(yè)減弱上升氣流，相反，降落到下沉氣流中的降水質(zhì)點，因蒸發(fā)冷卻和下沉拖帶作用，會增強下沉冷空氣出流，從而維持和激發(fā)上升氣流增強；②可以增強中層干冷空氣的吸入，加強風暴中的下沉氣流和低層冷空氣外流，而后通過強迫抬升，使流入的暖濕空氣更強烈的上升，導致對流加強；③造成一定的散度分布，有利于在風暴在順切變一方不斷再生，使風暴向前傳播；④能產(chǎn)生流體動力學壓強，有利于在風暴左側(cè)新的對流單體增長。

由此可見，鄭州上空存在較大不穩(wěn)定能量，但是低層濕度較小，出現(xiàn)強降水的可能性不大，但是雷雨時伴隨大風的可能性比較大。

3.3 物理量診斷分析

為了更深入了解該次颮線天氣過程中豫北主要出現(xiàn)了雷暴大風，而少有站點出現(xiàn)短時強降水的原因，文中將從水汽條件、動力條件、不穩(wěn)定能量（不穩(wěn)定層結(jié)）等條件展開進一步的診斷和分析，主要使用的資料為FNL1°×1°資料（使用該資料時圖片上的時間為世界時）。

3.3.1 動力條件分析 要產(chǎn)生強對流天氣，必須要分析動力條件。散度是衡量速度場輻散、輻合強度的物理量，單位為1/s，輻散時為正輻合時為負，水平散度計算公式如下：

因此可以從散度場的分布來判斷各層輻合輻散的情況。從圖6a可以看出，在豫北925 hPa以下有一負輻散大值中心，其值為-6×10-5/s，說明低層存在強烈的輻合運動，該分析與環(huán)流背景分析中所述的底層存在明顯的輻合線相呼應，也間接說明了底層輻合線是該次豫北強天氣過程主要的抬升觸發(fā)機制。

垂直上升運動是輻合強度的直接表現(xiàn)，從圖6b可以看出，豫北上空存在一個垂直上升運動中心，強上升運動一直延申到500 hPa以上，在925 hPa存在一個垂直上升運動中心，其值達2.5 pa/s。強烈的上升運動是該次颮線過程得以發(fā)生發(fā)展的重要原因之一。

該過程發(fā)生前，豫北地面上一直存在明顯的中尺度輻合線（圖7a，b），輻合線附近存在明顯的風向風速輻合，此中尺度輻合線不斷向東移動，且中尺度輻合線與颮線走向基本一致，且早于颮線1 h左右，對短臨預報上預估颮線移動方向有一定指示意義。

觸發(fā)對流的抬升條件大多由中尺度系統(tǒng)提供，特別是邊界層輻合系統(tǒng)，該次過程中925 hPa以下存在明顯的中尺度輻合線，是該次過程的主要觸發(fā)機制。

3.3.2 不穩(wěn)定能量條件分析 大氣穩(wěn)定度指整層空氣的穩(wěn)定程度，是大氣對在其中作垂直運動的氣團加速、遏制還是不影響其運動的一種熱力學性質(zhì)。文中主要利用K指數(shù)和假相當位溫來診斷大氣的穩(wěn)定度。

K=[T850-T500]+[Td]850-[T-Td]700，其中[T850-T500]為850 hPa與500 hPa的實際溫度差；[Td]850為850 hPa的露點；[T-Td]700為700 hPa的溫度露點差。K指數(shù)反映了大氣層結(jié)的穩(wěn)定情況，是判斷對流性天氣穩(wěn)定度的重要指標，K值愈大，愈不穩(wěn)定。K指數(shù)雖然是一個經(jīng)驗指標，但其他是一個能同時反映干空氣穩(wěn)定度、濕度狀況的綜合指標，若與輻合區(qū)相配合將會增強雷雨天氣。經(jīng)驗表明，K>30℃時，產(chǎn)生對流性天氣的可能性非常大。

從圖8可以看出，河南北部K指數(shù)均在36℃，局部地區(qū)達到了39℃，可知在850 hPa與500 hPa的實際溫度差較大的情況下，K指數(shù)雖然也較大，但是并未出現(xiàn)42℃以上的K值，這也間接說明中低層水汽和濕度情況較差，表明該次過程出現(xiàn)的強對流天氣將是雷暴大風，而短時強降水或者短時暴雨的可能性較小。這為以后的短臨預報工作提供了一些參考依據(jù)。

假相當位溫（θse）是指氣壓經(jīng)濕絕熱過程，將所含水汽全部凝結(jié)放出后，在沿著干絕熱線過程達到1 000 hPa時的溫度，表達式為：

其中θd是位溫，Tk是抬升凝結(jié)高度上的溫度，L是凝結(jié)潛熱，q為比濕。

在假相當位溫中，不僅考慮了氣壓對溫度的影響，也考慮了水汽的凝結(jié)和蒸發(fā)對溫度的影響。它實際上是把溫度、氣壓、濕度包括在一起的一個綜合物理量。在判斷大氣層結(jié)的對流性不穩(wěn)定上相當有效。在對流層內(nèi)，穩(wěn)定大氣中假相當位溫是隨高度逐漸增大的，當大氣層結(jié)不穩(wěn)定時，假相當位溫在某些層次有隨高度減小的現(xiàn)象。

從圖9可以看到河南北部上從低層到高層θse有先減小后增大的現(xiàn)象，且600 hPa以下θse的垂直遞減率比較大，在925 hPa左右存在明顯的θse大值中心，說明河南北部上空層結(jié)是非常不穩(wěn)定的，有系統(tǒng)移入和恰當?shù)挠|發(fā)條件下降產(chǎn)生強對流天氣。

3.3.3 水汽條件分析 水汽是強對流過程發(fā)生所需要的“燃料”，但是跟強降水相比較，大多其他類別的強對流天氣的發(fā)生并不需要深厚的濕層，往往在低層有一淺薄的濕度層的情況下就能產(chǎn)生強烈的對流天氣。故文中將從水汽通量散度和比濕等對該次過程進行水汽條件分析。

水汽通量散度是表示輸送來的水汽集中程度的物理量。2016年6月13日20：00負的水汽通量散度的大值區(qū)主要集中在925 hPa以下（圖10a，b），在900 hPa以下有一個-7×10-8 g/cm2·hPa·s的負值中心，說明該次過程水汽的輻合只在近地層，而從比濕場的垂直分布來看，比濕大值區(qū)位于925 hPa以下，900 hPa以下有一個14 g/kg的大值中心。因此即使豫北地區(qū)處于水汽輻合的中心，能夠形成強對流天氣，水汽輻合只在近地層，濕層較為淺薄，所以很難形成大的降水。

4 雷達回波分析

從2016年6月13日濮陽新一代天氣雷達可以看出（圖11a，b），颮線移動速度非?？?，移速達到了80 km/h左右。

從2016年6月13日23：41分的濮陽雷達組合反射率因子上（圖12a），可以看出該次颮線天氣過程雷達回波強度整體并不大，但存在明顯的出流邊界和后側(cè)入流槽口（圖中白色箭頭）。從23：53的1.5°仰角雷達徑向速度圖上可以看出（圖12b），近距離低仰角存在較大的徑向速度（25 m/s以上）。

移動速度快、出流邊界，后側(cè)入流槽口和近距離低仰角存在較大的徑向速度是該次過程的主要雷達回波特征。

5 小結(jié)和討論

2016年6月13日夜里到14日凌晨，河南北部出現(xiàn)了一次颮線天氣過程，該次過程主要出現(xiàn)了雷暴大風天氣，未出現(xiàn)短時強降水。該次過程發(fā)生在中高層槽后西北氣流控制、低層前傾槽過境的環(huán)流背景下，其對流性天氣過程特征可歸納出以下幾個重要特點：

（1）該次過程發(fā)生前，河南北部存在比較大的不穩(wěn)定能量，但是層濕層淺薄，是這次過程出現(xiàn)雷暴大風而未出現(xiàn)短時強降水的主要原因。

（2）颮線的移向與地面中尺度輻合線移向基本一致，地面中尺度輻合線出現(xiàn)的時間比颮線提前1 h左右。

（3）移動速度快、出流邊界和后側(cè)入流槽口和近距離低仰角存在較大的徑向速度是此次過程的主要雷達回波特征。

（4）文中對該次颮線過程中河南北部出現(xiàn)11級以上的大風的原因作了一些簡單的分析，但地形作用對該次過程的影響尚有待進一步深入研究。

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責任編輯：劉赟