李文娟 俞小鼎 滕代高 彭霞云 劉漢華

(1.浙江省氣象臺，浙江 杭州 310017；2.中國氣象局干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081)

引言

雷暴大風(fēng)是對流風(fēng)暴產(chǎn)生的一種災(zāi)害性天氣，一般呈直線型或弧線型分布的風(fēng)害。大多數(shù)災(zāi)害性大風(fēng)是由雷暴下沉氣流在低層的出流(下?lián)舯┝?或者強冷池推進導(dǎo)致的強陣風(fēng)，即受冷池密度流和高空水平動量下傳的作用[1]；雷暴大風(fēng)具有突發(fā)性強、發(fā)生頻率高、持續(xù)時間短、致災(zāi)性強等特點，一直是強對流預(yù)報預(yù)警的難點。

颮線是一種線狀排列的中尺度對流系統(tǒng)，常伴有區(qū)域性雷暴大風(fēng)天氣，具有發(fā)展迅速、時空分布不均勻、破壞力強等特點。有研究表明，颮線的觸發(fā)與低層輻合線(包括陣風(fēng)鋒、海風(fēng)鋒輻合線以及地形輻合線等)、干線、鋒面以及地形抬升等有關(guān)，也受大氣內(nèi)部擾動不穩(wěn)定的影響[2-4]。已有高分辨率數(shù)值模式成功地模擬了颮線的三維結(jié)構(gòu)和發(fā)展[5-7]，提出近地面冷池和低層環(huán)境垂直風(fēng)切變之間的動態(tài)平衡是颮線維持的主要機理之一，即所謂的“RKW理論”。針對颮線形成機理和結(jié)構(gòu)特征,國內(nèi)外已有不少相關(guān)研究，但是高分辨率衛(wèi)星資料應(yīng)用于強對流機理的研究相對較少，主要應(yīng)用于森林大火、氣溶膠、過冷水云的探測以及對流云的初生識別等。Rinaldy等[8]應(yīng)用葵花衛(wèi)星圖像識別出MCC，亮溫范圍為-60～-80 ℃；有研究表明[9-10]，葵花衛(wèi)星較雷達判斷強對流云團的生成有一定的時間優(yōu)勢；崔麗曼等[11]應(yīng)用葵花衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)MCS前側(cè)TBB梯度大值區(qū)與風(fēng)雹天氣有較好的相關(guān)性。有研究應(yīng)用衛(wèi)星水汽圖像分析了強對流天氣中干空氣侵入特征[12-15]，當(dāng)具有低濕球位溫的干侵入氣流位于暖輸送帶上時，易出現(xiàn)下濕上干的溫濕層結(jié)，在對流有效位能較為顯著的前提下，有利于雷暴大風(fēng)和冰雹的產(chǎn)生，尤其是前者；當(dāng)干侵入下方低相當(dāng)位溫空氣侵入颮線主體，與颮線內(nèi)部低層大氣的高相當(dāng)位溫空氣混合后，會促使颮線下方“冷池”發(fā)展，有利于颮線生命史的延長。研究表明[16-17],干侵入是源于對流層高層或平流層向低層下沉的高位渦、低濕氣流，在衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)為明顯的暗帶；在高位渦下垂區(qū)的底端附近為低θw氣流，它位于邊界層的高θw氣流中時，就產(chǎn)生位勢不穩(wěn)定層結(jié)，在足夠強的抬升作用下，位勢不穩(wěn)定能量最終將以對流形式釋放，即使在低層無強迫時，干侵入仍然能夠引起較強的翻轉(zhuǎn)和強對流天氣，干侵入對強烈天氣(大風(fēng)、強颮線甚至龍卷)的產(chǎn)生起著重要作用。吳志彥等[18]將位渦理論應(yīng)用于臺風(fēng)暴雨過程，發(fā)現(xiàn)位渦異常區(qū)前側(cè)的上升運動與臺風(fēng)環(huán)流本身的上升運動疊加,有利于加強對流層暖濕氣流的抬升。Yang等[19]研究表明，強降雨過程中干侵入和伴隨的高位渦的下傳可引起非均勻飽和穩(wěn)定度(BVF)，可以更好的描述強降雨地區(qū)的大氣穩(wěn)定度。Luo等[20]對梅雨期的研究表明，干空氣伴隨高位渦的下傳覆蓋低層濕空氣，引起條件不穩(wěn)定和鋒生，可導(dǎo)致連續(xù)對流以維持雨帶，雨帶同時存在條件不穩(wěn)定、對稱和慣性不穩(wěn)定性，是雨帶結(jié)構(gòu)形成的重要機制。不可否認上述研究成果及多源資料的應(yīng)用對加深強對流天氣機理的認識并指導(dǎo)預(yù)報預(yù)警具有重要意義。

針對2018年3月4日這次天氣過程江西省氣象臺做了較為細致的總結(jié)分析，從對流指數(shù)的氣候極端性、穩(wěn)定度異常、引導(dǎo)氣流、地形作用等方面解釋了對流風(fēng)暴進入江西持續(xù)加強的原因[21]；有研究從環(huán)流特征說明此次過程符合暖平流強迫類颮線的概念模型[22]；也有研究從多普勒天氣雷達角度剖析了10級大風(fēng)出現(xiàn)的回波特征[23]。雖然對本次過程已有相關(guān)研究，但均局限于本省范圍，而FY-4A高分辨率衛(wèi)星資料具有多通道、高時空分辨率的優(yōu)勢，在強對流天氣監(jiān)測預(yù)報中有廣闊的應(yīng)用前景，尤其對于颮線等大范圍強對流天氣的監(jiān)測分析，可以較好反映颮線的結(jié)構(gòu)特征及其發(fā)展演變。

FY-4A是中國第二代靜止軌道氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號系列的首發(fā)星，于2016年12月11日成功發(fā)射。裝載了多種觀測儀器，包括先進的靜止軌道輻射成像儀(AGRI)、干涉式大氣垂直探測儀(GIIRS)、閃電成像儀(LMI)和空間環(huán)境監(jiān)測儀器包(SEP)等[24]。相比現(xiàn)有風(fēng)云二號靜止衛(wèi)星，F(xiàn)Y-4A裝載的多通道掃描成像輻射計和空間天氣載荷顯著提升了觀測性能，其中多通道掃描成像輻射計的成像觀測通道從5個擴展到14個，觀測時效從30 min提高到15 min，最高空間分辨率從1.25 km提高到500 m，有助于提高中小尺度上的短臨天氣監(jiān)測和預(yù)報水平。已有應(yīng)用多普勒雷達資料對此次極端雷暴大風(fēng)過程進行分析的研究[23]，本文著重應(yīng)用FY-4A高分辨率衛(wèi)星資料，結(jié)合NCEP分析場資料和自動站實況監(jiān)測資料，研究2018年3月4日強颮線過程從初生到消亡的演變特征，為颮線發(fā)生發(fā)展機制及持續(xù)性大風(fēng)產(chǎn)生的原因提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

所用資料包括FY-4A衛(wèi)星紅外云圖(中心波長為10.8 μm)和水汽云圖(中心波長為6.25 μm)資料，其空間分辨率1000 m，時間分辨率15 min；美國國家環(huán)境預(yù)報中心/美國國家大氣研究中心(NCEP/NCAR)提供的空間分辨率1°×1°、間隔6 h的再分析資料，以及計算得到的345 K等熵面位渦(105°—125°E,20°—35°N)和310—360 K等熵面位渦的垂直剖面；中國華東區(qū)域時間分辨率為1 h的地面自動氣象站變壓、變溫、大風(fēng)及降水資料。

1.2 研究方法

颮線過程造成大范圍極端大風(fēng)，極端大風(fēng)的持續(xù)和颮線弓形結(jié)構(gòu)的維持密不可分，而15 min分辨率的FY-4A衛(wèi)星資料對于分析強颮線從初生到消亡的結(jié)構(gòu)演變特征具有一定的優(yōu)勢，因此，本文利用高分辨率靜止衛(wèi)星的紅外和水汽通道分析持續(xù)性大風(fēng)產(chǎn)生的原因。

基于NCEP分析場繪制不同高度形勢場和紅外亮溫云圖疊加及多種物理量的垂直剖面，旨在分析颮線的觸發(fā)機制以及颮線系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的原因。通過高分辨率紅外云圖和地面自動站實況數(shù)據(jù)(變溫、變壓、大風(fēng))的疊加,反映颮線結(jié)構(gòu)和演變特征以及地面持續(xù)性極端大風(fēng)和颮線形態(tài)的關(guān)系。干侵入也是颮線系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的原因之一，通過水汽云圖和等熵面位渦的疊加以及等熵面位渦與過去3 h降水的垂直剖面，分析颮線系統(tǒng)發(fā)展的深層原因，其中過去3 h降水垂直剖面指自動站點實況監(jiān)測降水沿著緯向28°N的剖面。

在分析變壓和地面大風(fēng)之間的關(guān)系時，應(yīng)用了變壓風(fēng)的理論。由變高梯度或變壓梯度表示的地轉(zhuǎn)偏差，通常稱為變壓風(fēng)，公式為：

(1)

D1與變高梯度或變壓梯度的大小成正比，且與變高梯度或變壓梯度的方向一致。在正變壓中心區(qū)，變壓風(fēng)輻散引起下沉運動，而在負變壓中心區(qū)，變壓風(fēng)輻合引起上升運動[25]。

Browning把從對流層頂附近下沉至低層的干空氣稱為干侵入，并指出干侵入具有高位勢渦度和低濕球位溫兩個特征[26]。干侵入在衛(wèi)星云圖中表現(xiàn)為“干裂縫”(dryslot)，而在水汽圖像上表現(xiàn)為暗區(qū)。高層的高位渦與水汽圖像所表征的干侵入有著較好的對應(yīng)關(guān)系，干侵入的機制實際上是高位渦侵入和下傳，水汽圖像上的干侵入是對高位渦侵入和下傳對低層系統(tǒng)產(chǎn)生強迫效應(yīng)最為形象直觀的描述[17]。位渦作為一個綜合反映大氣動力學(xué)、熱力學(xué)性質(zhì)的物理量，在絕熱條件下具有守恒性質(zhì)。周小剛等[27]指出，由于位渦的變化主要與非絕熱加熱和冷卻有關(guān)，在等熵坐標系下分析位渦更加直接。為分析等熵面上的氣流等特征，利用NCEP的1°× 1°分析場數(shù)據(jù)計算300—370 K每隔5 K的15層等熵面上的位勢高度、氣壓、風(fēng)速以及位渦，且沿28°N做垂直剖面，分析本次過程水汽圖像上的干侵入特征。位渦PV 的數(shù)量級為：PV≈10-6m2·K·s-1·kg-1=1 PVU，PVU為位渦的單位。

2 結(jié)果分析

2.1 強對流實況

2018年3月4日強颮線過程影響范圍廣、災(zāi)害影響大、持續(xù)時間長。對流起始于廣西，經(jīng)過湖南、江西、浙江等省份，從起始到消亡維持約15 h，在江西、浙江創(chuàng)下有歷史記錄以來最大范圍、最大強度的對流性大風(fēng)天氣。江西中北部60個縣(市)國家氣象站出現(xiàn)8級以上雷暴大風(fēng)，其中20個(市)站陣風(fēng)達10級以上，廬山、湖口、進賢站出現(xiàn)12級以上陣風(fēng)，其中廬山站16:08的瞬時極端風(fēng)速達37.3 m·s-1(13 級)，進賢站次之，為34.8 m·s-1，該過程雷暴大風(fēng)范圍、強度均居江西有氣象記錄以來第一位[21]。颮線在17：00—21：00自西南向東北方向影響浙江，造成和江西相似強度的災(zāi)害性大風(fēng)天氣，浙江省內(nèi)30個縣(市)961個測站出現(xiàn)8級以上大風(fēng)，11個縣(市)陣風(fēng)達10級以上，32個區(qū)域自動氣象站出現(xiàn)12級以上大風(fēng)，最大風(fēng)出現(xiàn)在諸暨市的開化站，為40.4 m·s-1。

2.2 強對流觸發(fā)發(fā)展機制及大風(fēng)成因

此次颮線過程長生命史及造成的極端性大風(fēng)天氣為歷史罕見，為什么對流系統(tǒng)從廣西觸發(fā)，在江西發(fā)展成颮線，再進入浙江，系統(tǒng)沒有減弱而是不斷發(fā)展？為什么會造成大范圍極端大風(fēng)？這是需要解釋的兩個難點。陳云輝等[21]對颮線進入江西持續(xù)加強及極端大風(fēng)出現(xiàn)的原因進行了細致分析認為，在雷暴大風(fēng)發(fā)生前，低層暖平流與增濕和地面增溫形成的異常不穩(wěn)定是風(fēng)暴進入江西后能夠增強的重要原因。12級以上極端大風(fēng)主要出現(xiàn)在環(huán)湖或海拔相對較低的區(qū)域，極端大風(fēng)出現(xiàn)的原因是：颮線移動過程中，其走向與引導(dǎo)氣流交角增大，移速加快，地面大風(fēng)增強；環(huán)鄱陽湖地區(qū)平坦地形和豐富水汽對大風(fēng)起到增強作用；中尺度強氣壓梯度也是江西大風(fēng)出現(xiàn)的重要原因：雷暴高壓與颮線前低壓之間的氣壓梯度力方向指向東北，與颮線的移動方向基本重合，且與動量下傳導(dǎo)致的大風(fēng)方向相近，疊加作用可能導(dǎo)致地面極端大風(fēng)的產(chǎn)生。針對上述兩個難點，下面著重從衛(wèi)星云圖應(yīng)用的宏觀角度，并結(jié)合NCEP分析場資料加以分析和補充說明。

2.2.1 颮線觸發(fā)發(fā)展機制

從形勢場的高低層配置(圖1)可見，2018年3月4日08：00(北京時，下同)，對流系統(tǒng)起始于廣西東北部(約110°E，26°N附近)，位于500 hPa槽前西南急流中，對流觸發(fā)區(qū)低層存在明顯的風(fēng)場擾動，動力條件非常有利于對流的觸發(fā)，起始對流的走向是東北西南向，和急流方向一致。相對濕度存在明顯的下濕上干層結(jié)(圖2a)，800 hPa以上有深厚的干空氣，假相當(dāng)位溫地面達到340 K左右，并隨高度減小，低值中心位于600 hPa。由于低層存在暖濕平流，而對流層中、高層為相對的干冷平流，使得在對流發(fā)展區(qū)迅速形成了顯著的條件不穩(wěn)定區(qū)域。08時對流觸發(fā)區(qū)地面對流有效位能已經(jīng)達到500—1000 J·kg-1，14：00在江西至浙江對流有效位能增強至1000 J·kg-1以上，江西北部最大，為1800 J·kg-1(圖略)。14：00，強對流在經(jīng)過江西和湖南交界南北向的山脈之后，發(fā)展成弓形颮線系統(tǒng)，系統(tǒng)走向和西南急流方向接近于垂直，30°N以南地區(qū)各層西南急流非常強盛，850—925 hPa風(fēng)速達到16 m·s-1以上，0—6 km垂直風(fēng)切變達到20 m·s-1以上，并且在對流區(qū)存在風(fēng)速輻合。颮線整體平流速度既與引導(dǎo)氣流的強度有關(guān)，也與颮線整體與引導(dǎo)氣流的夾角有關(guān)，14：00 700—500 hPa平均氣流風(fēng)速為24—28 m·s-1。由于引導(dǎo)氣流與颮線移動方向一致，颮線進入江西后其移速加快，達100 km·h-1以上，由于動量下傳作用增強，地面大風(fēng)明顯增強，這與陳云輝等[21]的研究結(jié)果一致。

棕線為500 hPa高度場，單位為gpm；黑線為地面氣壓場，單位為hPa；風(fēng)向桿為925 hPa風(fēng)場，單位為m·s-1；綠線為對流系統(tǒng)的紅外亮溫，單位為K；藍線為剖面位置

陰影為相對濕度，單位為%；黑線為垂直速度，單位為Pa·s-1；紅線為假相當(dāng)位溫，單位為K；黑框表示對流對應(yīng)的上升運動區(qū)

剖面數(shù)據(jù)表明(圖2b)，在114°E左右對流發(fā)展的區(qū)域，900 hPa以下出現(xiàn)偏北風(fēng)，低層風(fēng)場的輻合和200—300 hPa高空輻散場耦合，形成上升運動，垂直上升速度在600 hPa達到-2.1 Pa·s-1，在其東側(cè)形成下沉氣流，又在其前方激發(fā)出上升運動；假相當(dāng)位溫低層達到340 K以上，并且假相當(dāng)位溫和比濕條件在上升運動的東側(cè)更有利(圖2a和圖2b)。由圖2可知，對流生成后在西南急流引導(dǎo)下向東北移動，雷暴下沉氣流在地面附近與其前方的西南暖濕氣流形成地面輻合線，并且移入地區(qū)的水汽條件、靜力不穩(wěn)定條件及垂直風(fēng)切變條件對對流單體發(fā)展均十分有利，使得對流單體持續(xù)發(fā)展。

圖2表明對流層中層800—400 hPa存在深厚的干區(qū)，低層濕空氣上面覆蓋深厚的干空氣，形成下濕上干層結(jié)，有利于雷暴大風(fēng)和冰雹的產(chǎn)生。主要原因是：深厚的具有較強風(fēng)速的干空氣夾卷進入對流系統(tǒng)，導(dǎo)致雨滴劇烈蒸發(fā)，增強了降水拖曳導(dǎo)致的下沉運動，在地面附近會形成更強的輻散風(fēng)；同時具有較強動量的被夾卷進入的干空氣與對流系統(tǒng)下沉氣流混合被帶到地面附近，動量下傳增大了原有輻散風(fēng)的極大值[28]。

2.2.2 颮線云帶形態(tài)演變及持續(xù)性大風(fēng)成因

通過紅外云圖疊加自動站1 h變溫和≥10級大風(fēng)的逐小時演變(圖3)，分析颮線形態(tài)、小時變溫和極端大風(fēng)之間的關(guān)系。從圖3可知，颮線影響區(qū)域出現(xiàn)強的小時負變溫，而颮線后部由于下沉氣流增溫作用和太陽輻射的影響，出現(xiàn)了較強的小時正變溫。颮線的形態(tài)和地面小時變溫的等值線分布一致，亮溫在220—230 K的區(qū)域和-3 ℃以下的變溫區(qū)對應(yīng)較好，10級以上大風(fēng)基本出現(xiàn)在小時變溫在-3 ℃以下的區(qū)域，而極端大風(fēng)(≥12級)主要出現(xiàn)在颮線云帶發(fā)展成為典型的弓狀且對流發(fā)展旺盛的階段(15：00—17：00，18：00—20：00)，易出現(xiàn)在颮線云帶的中部，且弓形突起的位置。從颮線造成的地面大風(fēng)強度可見，14:00—17:00颮線在江西境內(nèi)快速發(fā)展，17：00—18：00進入浙江省后略有減弱，之后再次加強。

從圖3可見，13:00—14:00，颮線云帶明顯加強，由結(jié)構(gòu)較為松散的團狀演變?yōu)閹?，伴隨的主要特征是位于其西南部的高溫區(qū)明顯加強向北發(fā)展，地面實況小時正變溫由3 ℃加強到7 ℃，220—230 K的冷云區(qū)明顯加大加強，最大小時變溫由-10.4 ℃降至-12.9 ℃。因此，暖區(qū)的加強北頂,致使冷暖梯度明顯加強，冷暖區(qū)形成T狀，云圖上表現(xiàn)為云帶逐漸發(fā)展成為弓狀。15：00—17：00是颮線云帶維持發(fā)展的階段，暖區(qū)繼續(xù)北頂，颮線云帶移至江西中北部，冷暖梯度仍較大，地面小時最大變溫差(正變溫—負變溫)達到20 ℃左右，此時有8—9個測站極大風(fēng)速達到12級以上，且發(fā)生區(qū)域比較集中。17：00以后，颮線云帶和北部鋒面對流不斷合并加強，范圍擴大至江蘇、安徽南部，最低亮溫達到220 K以下，雖然颮線后部的暖區(qū)有所減弱，但仍維持清晰的暖區(qū)邊界，冷暖梯度減小(日變化的原因)，但造成的小時最大變溫差仍達到15 ℃左右，且最大小時降溫達到-11 ℃。進入浙江以后，形成多個大風(fēng)區(qū)域，18：00—19：00仍有12個測站出現(xiàn)12級以上大風(fēng)。

圖a至圖g陰影為紅外亮溫，單位為K；等值線為1 h變溫實況，單位℃；綠圓點為實況≥10級大風(fēng)站點，紅圓點為實況≥12級大風(fēng)站；云圖為北京時間,下同

圖4為紅外云圖最高亮溫頂端和最低亮溫連線的逐小時演變，圖中直線代表亮溫梯度，并疊加逐小時極端大風(fēng)(≥12級)的站點。從圖4可見，極端大風(fēng)的落區(qū)和亮溫梯度的走向位置基本一致，從15：00開始江西出現(xiàn)較大范圍的極端大風(fēng)，其分布大致在亮溫梯度附近，進入浙江后，仍在亮溫梯度線附近出現(xiàn)大范圍極端大風(fēng)，浙江省南部出現(xiàn)零散的極端大風(fēng)，主要分布在高海拔的山區(qū)，而北側(cè)的極端大風(fēng)多出現(xiàn)在平原地區(qū)，與弓形云帶頂端發(fā)展最為旺盛(紅外亮溫低于220 K)的對流云密切相關(guān)，由此也說明弓形結(jié)構(gòu)是持續(xù)性極端大風(fēng)的成因。

紅色線段表示亮溫梯度;圓點表示不同時間的≥12級大風(fēng)實況站點;紫色等值線表示紅外亮溫≤220K

圖5為逐小時變壓等值線疊加云圖和≥10級大風(fēng)站點。由圖5可知，受到颮線雷暴高壓和尾流低壓影響，颮線云帶經(jīng)過的測站出現(xiàn)了強的小時正變壓，大風(fēng)區(qū)小時正變壓普遍在2—3 hPa以上，最大達到5—6 hPa，颮線后部則出現(xiàn)強的負變壓，最大達到-3～-6 hPa，正負變壓之間形成強的變壓梯度，而10級以上大風(fēng)基本分布在變壓梯度大值區(qū)和正變壓區(qū)，12級以上極端大風(fēng)更易出現(xiàn)在變壓梯度大值區(qū)。颮線云帶在進入浙江以后，出現(xiàn)多個大風(fēng)中心，浙江南部的大風(fēng)雖然主要出現(xiàn)在高海拔的山區(qū)，但是仍然和一定的變壓梯度相對應(yīng)。根據(jù)變壓風(fēng)的理論可知，強變壓梯度造成變壓風(fēng)的加強，引起地轉(zhuǎn)偏差的加大，進而使得實際風(fēng)變強，并且正變壓造成向外輻散大風(fēng)。因此，變壓風(fēng)也是造成災(zāi)害性大風(fēng)的原因之一。

陰影為紅外亮溫，單位為K；等值線為1 h變壓實況，單位hPa；綠色圓點為實況≥10級大風(fēng)站點，紅色圓點為實況≥12級大風(fēng)站點

通過以上變溫梯度、變壓梯度和大風(fēng)的關(guān)系分析表明，極端大風(fēng)的出現(xiàn)與弓形云帶頂端強的亮溫梯度和變壓梯度存在密切的關(guān)聯(lián)。極端大風(fēng)和亮溫梯度的走向位置基本一致，主要分布在弓形結(jié)構(gòu)頂端，同時極端大風(fēng)分布在變壓梯度大值區(qū)和正變壓區(qū)，且變壓梯度的增強導(dǎo)致變壓風(fēng)的增大。颮線移動與引導(dǎo)氣流方向一致，且與雷暴高壓和颮前低壓的氣壓梯度力方向一致，系統(tǒng)走向和低層西南急流接近于垂直，系統(tǒng)移速加快至100 km·h-1以上，動量下傳效應(yīng)增強，這些均是導(dǎo)致極端地面大風(fēng)的重要原因。

颮線后部強暖區(qū)的發(fā)展過程表明，存在颮線后側(cè)強下沉入流急流，颮線云帶由團狀演變?yōu)楣谓Y(jié)構(gòu)，形態(tài)的變化和后部暖區(qū)的加強北頂有關(guān)。進入浙江后仍造成大范圍的極端大風(fēng)，由于颮線云帶和冷鋒對流云帶的合并加強，致使颮線范圍加大、強度加強；颮線后部暖區(qū)的持續(xù)北頂，表現(xiàn)為颮線弓狀形態(tài)的形成并維持，颮線弓形結(jié)構(gòu)的維持是大風(fēng)持續(xù)的又一個重要原因。

2.3 水汽圖像和位渦

分析發(fā)現(xiàn)θse=345 K等熵面上的氣流能較好地反映對流層中上部的干侵入特征。圖6將水汽圖像和345 K等熵面上的位渦疊加，分析水汽云圖上的暗區(qū)在颮線發(fā)展過程中的作用，08：00、14：00、20：00可以分別代表颮線觸發(fā)、發(fā)展、消亡的三個階段。

廣西和湖南交界地帶是強對流的觸發(fā)區(qū)域，四周被水汽云圖上的暗區(qū)包圍(圖6a)，其北側(cè)的暗區(qū)和345 K等熵面上的高位渦區(qū)有著較好的對應(yīng)關(guān)系，西側(cè)暗區(qū)和高位渦區(qū)的侵入有一定關(guān)聯(lián)，而南側(cè)的暗區(qū)對應(yīng)低位渦梯度區(qū)，是一條不活躍的干帶。14：00(圖6b)，對流云團位于江西境內(nèi)，此時云型已經(jīng)發(fā)展成為弓狀，從345 K等熵面上的位渦分布來看，對流云團和小于2.0 PVU的低位渦區(qū)相對應(yīng)，形態(tài)亦相似，其后部存在明顯的高位渦下傳，高位渦和水汽云圖上西側(cè)的暗區(qū)相對應(yīng)，新生對流不斷在高位渦南部梯度一側(cè)觸發(fā)，位于湖南南部至颮線后部的暗區(qū)位于高位渦的前沿，也是干侵入的表現(xiàn)。20：00(圖6c)，來自北方的干侵入表現(xiàn)更加明顯，此時颮線云帶已經(jīng)移入浙江北部，后部由于高位渦的侵入，不斷觸發(fā)新生對流云團，觸發(fā)的對流云團和低位渦對應(yīng)，和高位渦對應(yīng)的暗區(qū)基本位于其移動方向的前沿及南部梯度一側(cè)。因此，可以認為水汽圖像上颮線后部的暗區(qū)和高位渦的侵入密切關(guān)聯(lián)，颮線后部的暗區(qū)正是干侵入的前沿。從位渦的形態(tài)分布也可以說明，高位渦的侵入和呈弓形分布的低位渦區(qū)的形成具有一定關(guān)聯(lián)。干侵入?yún)^(qū)與等熵面上高位渦區(qū)有較好的對應(yīng)，對流風(fēng)暴沿著干侵入前沿和南部的等位渦線密集帶觸發(fā)發(fā)展。

陰影區(qū)為水汽圖像≥240 K的區(qū)域；實線為345 K等熵面上位渦，單位為PVU；虛線為345 K等熵面上氣壓，單位為hPa；箭頭為345 K等熵面上矢量風(fēng)場，單位為m·s-1；黃線為剖面位置，紅框為等熵面上位渦和對流區(qū)

圖7中以相對濕度低值(≤60 %)及位渦高值(≥1 PVU)代表干冷空氣活動。通過等熵面位渦緯向垂直剖面可以看出，14：00颮線對流造成的過去3 h降水發(fā)生在113°—115°E，高層大于2 PVU的高位渦區(qū)位于111°E以西的330 K等熵面以上，中心值達到4 PVU，而在320 K以下的等熵面高度，有一中心值為1.5 PVU的正位渦區(qū)，正好位于地面降水區(qū)的上方，此時颮線系統(tǒng)處于發(fā)展階段，正位渦的侵入對颮線系統(tǒng)的發(fā)展起到重要作用。20：00，高層的高位渦區(qū)向東發(fā)展的同時，并向下伸展到320 K等熵面，并配合明顯的干區(qū)下傳，此時過去3 h降水發(fā)生在115°—121°E，降水強度明顯加大，并且在121°E的近地面層出現(xiàn)大于1 PVU的高位渦區(qū)?？梢?，隨著颮線系統(tǒng)的發(fā)展，高層的高位渦區(qū)東移下傳，有利于地面對流系統(tǒng)的發(fā)展，同時意味著颮線的持續(xù)發(fā)展和高層高位渦的下傳有關(guān)。高層干氣流下沉后到達低層暖濕上升氣流的上方時，形成下濕上干的特征，有利于雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生，同時有利于地面附近冷池的加強和維持，冷池前沿的陣風(fēng)鋒不斷觸發(fā)新的對流，是颮線系統(tǒng)持續(xù)傳播、發(fā)展的成因。

陰影區(qū)為相對濕度≤60%，單位為%；柱狀為地面3 h降水，單位為mm

3 結(jié)論與討論

(1)飽和假相當(dāng)位溫隨高度減小的條件不穩(wěn)定層結(jié)與低層有利的較高露點結(jié)合，形成顯著的對流有效位能，而低層輻合線觸發(fā)了對流系統(tǒng)。由于雷暴下沉氣流與其前方的西南暖濕氣流形成地面輻合線，并且經(jīng)過地區(qū)的水汽條件、不穩(wěn)定條件及垂直風(fēng)切變條件均有利于對流單體發(fā)展，為對流持續(xù)發(fā)展的原因。中空深厚的具有較強風(fēng)速的干空氣夾卷進入對流系統(tǒng)，使得下沉氣流中水凝物蒸發(fā)或升華導(dǎo)致下沉氣流內(nèi)劇烈降溫，大大增強降水導(dǎo)致的下沉運動，在地面形成強的輻散風(fēng)；同時具有較強動量的夾卷干空氣與下沉氣流混合帶到地面，動量下傳增大輻散風(fēng)的極值。

(2)極端雷暴大風(fēng)的出現(xiàn)和弓形云帶頂端強的亮溫梯度、變壓梯度存在密切關(guān)聯(lián)。極端大風(fēng)和亮溫梯度的走向位置基本一致，主要分布在弓形結(jié)構(gòu)的頂端，同時極端大風(fēng)和強的變壓梯度區(qū)相對應(yīng)，變壓梯度的增強導(dǎo)致變壓風(fēng)的增大；颮線的移動與引導(dǎo)氣流方向一致，且與雷暴高壓和颮前低壓的氣壓梯度力方向一致，系統(tǒng)走向和低層西南急流接近于垂直，系統(tǒng)移速加快，動量下傳效應(yīng)增強，均可能是導(dǎo)致極端地面大風(fēng)的原因。颮線弓形結(jié)構(gòu)的形成和維持是極端大風(fēng)持續(xù)的成因。

(3)位渦的形態(tài)分布說明高位渦的侵入和呈弓形分布的低位渦區(qū)的形成具有一定關(guān)聯(lián)，干侵入?yún)^(qū)與等熵面上高位渦區(qū)有著較好的對應(yīng)，颮線后部的暗區(qū)正是干侵入的前沿，對流單體沿著干侵入前沿和南部的等位渦線密集帶形成發(fā)展。高層低濕、高位渦空氣向?qū)α鲄^(qū)發(fā)生區(qū)域上空輸送，形成“上干下濕”的大氣層結(jié)，有利于雷暴大風(fēng)和冰雹產(chǎn)生，同時有利于地面附近冷池的加強和維持，冷池前沿的陣風(fēng)鋒不斷觸發(fā)新的對流，是颮線系統(tǒng)持續(xù)傳播、發(fā)展的成因。

需要指出，對此次極端雷暴大風(fēng)過程的完整分析需要結(jié)合多普勒雷達資料，考慮到已有研究利用多普勒雷達資料仔細分析過這次過程，本文考慮從其他側(cè)面，即著重從位渦診斷和高分辨率靜止氣象衛(wèi)星方面對此次過程進行分析。本文將FY-4A高分辨率衛(wèi)星資料的紅外和水汽通道應(yīng)用于颮線個例分析，得出颮線形態(tài)演變與持續(xù)性大風(fēng)密切相關(guān)，等熵面位渦的分析結(jié)果表明，高層高位渦下傳是颮線系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的深層原因?？梢姡叻直媛市l(wèi)星資料在颮線等大范圍強對流的監(jiān)測預(yù)警中具有較好的應(yīng)用價值，但FY-4A高分衛(wèi)星具有14個通道的數(shù)據(jù)信息，其在強對流預(yù)報預(yù)警中的作用還有待進一步研究挖掘。