王婷婷 朱文劍 姚 凱 全思航 畢瀟瀟 姚 瑤

1 吉林省氣象臺,長春 130062 2 國家氣象中心,北京 100081

提 要：基于常規(guī)觀測資料、地面加密自動氣象觀測站、多普勒天氣雷達和ERA5再分析資料等,對2021年9月9日上午發(fā)生在吉林省中部一次罕見的極端雷暴大風(fēng)的中尺度成因進行了詳細(xì)分析。結(jié)果表明:產(chǎn)生雷暴大風(fēng)的颮線系統(tǒng)是在深厚的東北冷渦配合大尺度鋒生作用在冷鋒尾部激發(fā)形成的。中層較強干空氣和逆溫層以下接近干絕熱的溫度遞減率有利于極端雷暴大風(fēng)產(chǎn)生。干暖蓋的存在導(dǎo)致低層暖濕空氣迅速增強,臨近時刻CAPE值超過1600 J·kg-1,層結(jié)在短時間內(nèi)變?yōu)闃O不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),夾卷層平均風(fēng)達到20 m·s-1以上,動量下傳有利于地面風(fēng)速增強,極端雷暴大風(fēng)發(fā)生在斷裂后颮線尾部前沿γ中尺度渦旋附近,但渦旋附近2個站點極端雷暴大風(fēng)形成原因明顯不同,其中農(nóng)大站極端雷暴大風(fēng)發(fā)生時氣壓陡降,氣溫陡升且分鐘降水量弱,是由颮線前側(cè)強下沉輻散氣流(冷池出流)在較強的偏南風(fēng)氣流作用下加速流入渦旋內(nèi)部、輻合上升氣流迅速增強導(dǎo)致,與其附近農(nóng)博園站和長春站由降水粒子拖曳作用形成的強下沉輻散氣流導(dǎo)致的極端雷暴大風(fēng)明顯不同。

引 言

極端雷暴大風(fēng)是指陣風(fēng)風(fēng)速≥10級(≥25 m·s-1)且伴有雷電的強對流天氣,往往造成與龍卷天氣破壞程度相當(dāng)或高于弱龍卷天氣危害程度的災(zāi)情,如2015年湖北監(jiān)利“東方之星”翻沉事件(鄭永光等,2016),2019年3月21日廣西桂林臨桂縣17級極端雷暴大風(fēng)(李彩玲等,2021)等。由于該類型天氣往往具有局地性和突發(fā)性強、生命史短等特點,產(chǎn)生大風(fēng)的對流風(fēng)暴常出現(xiàn)在比普通雷暴更干的環(huán)境下,雷暴大風(fēng)尤其是致災(zāi)大風(fēng)的可預(yù)報性更低,預(yù)報預(yù)警難度極大。

2021年9月9日白天,吉林省中東部地區(qū)遭遇當(dāng)年入汛以來最強一次颮線過程。颮線由內(nèi)蒙古通遼地區(qū)進入四平西部后,快速向東移動并發(fā)展,11時(北京時,下同)經(jīng)過長春市上空時風(fēng)速突然加大,有2個站風(fēng)力超過11級,達到極端雷暴大風(fēng)強度,致使多人受傷并一人傷亡。極端雷暴大風(fēng)發(fā)生在颮線前沿γ中尺度渦旋附近,且鄰近2個測站極端雷暴大風(fēng)發(fā)生時氣象要素變化和形成機理明顯不同。關(guān)于極端雷暴大風(fēng),王秀明等(2012;2023)詳細(xì)分析了下?lián)舯┝餍纬蓹C理,認(rèn)為風(fēng)暴強下沉輻散氣流、強冷池造成的冷池密度流、降水粒子的蒸發(fā)效應(yīng)等因素的共同作用造成了地面極端雷暴大風(fēng)產(chǎn)生,且對地面極端雷暴大風(fēng)的增幅作用幾乎相當(dāng);康嵐等(2018)對四川盆地一次極端雷暴大風(fēng)成因進行詳細(xì)分析后指出中空干層、大的溫度直減率、高低空急流耦合區(qū)、低層溫度脊附近是利于極端雷暴大風(fēng)出現(xiàn)的潛勢區(qū)域;沈杭鋒等(2019)指出颮線經(jīng)過時氣壓涌升所形成的雷暴高壓、強氣壓梯度以及颮線的快速移動均有利于地面極端雷暴大風(fēng)的出現(xiàn);盛杰等(2019)發(fā)現(xiàn)颮線后側(cè)中層干后向入流促使降水粒子相變,劇烈降溫形成的強下沉運動是導(dǎo)致極端大風(fēng)產(chǎn)生的主要原因;侯淑梅等(2022)指出陣風(fēng)鋒移動速度快、持續(xù)時間長,是造成山東近海一次10級以上雷暴大風(fēng)的直接原因,冷池與日照暖溫度脊之間產(chǎn)生的密度流與變壓風(fēng)疊加造成地面大風(fēng)強度增強。關(guān)于中尺度渦旋,Zhang et al(1991)指出中尺度渦旋在多普勒天氣雷達速度圖上的典型標(biāo)志是一對距離近、符號相反且閉合的速度等值線;Wakimoto et al(2006)基于機載多普勒雷達觀測資料結(jié)合地面災(zāi)害調(diào)查結(jié)果,發(fā)現(xiàn)中渦旋的渦旋流與強環(huán)境背景流疊加能夠產(chǎn)生F0～F1級強度的地表災(zāi)害性大風(fēng);Wheatley et al(2006)借助觀測證實了中渦旋與地表災(zāi)害性直線大風(fēng)存在密切關(guān)聯(lián)。目前,國內(nèi)學(xué)者對于中渦旋研究大多集中于中渦旋結(jié)構(gòu)及引起暴雨或冰雹成因(張京英和漆梁波,2008;方純純和關(guān)春玲,2014;焦寶峰等,2022),渦旋的時空分布特征和大小、位置、強度等(Tang et al,2020;居圓圓等,2022),對于中渦旋的形成機制和渦旋對極端雷暴大風(fēng)形成的作用等研究較少。

本文主要基于地面加密自動氣象觀測站、多普勒天氣雷達、探空等多源實況觀測資料和歐洲中期天氣預(yù)報中心的ERA5再分析資料(空間分辨率為0.25°×0.25°,時間分辨率為1 h)等,從γ中尺度渦旋演變特征和有利于雷暴大風(fēng)形成的關(guān)鍵要素(動量下傳、冷池出流、輻合上升氣流等)對此次極端雷暴大風(fēng)的形成機制進行詳細(xì)分析和探討。

1 強對流實況

2021年9月9日08時開始,一條東北—西南向的颮線由內(nèi)蒙古通遼進入到吉林省四平地區(qū)并繼續(xù)東移發(fā)展,造成吉林省中東部先后出現(xiàn)短時強降水、雷暴大風(fēng)和冰雹等強對流天氣(圖1a)。強降水主要集中在長春南部、四平東部和遼源地區(qū)部分鄉(xiāng)鎮(zhèn),最大小時降水量達41 mm(九臺區(qū)常家村)。3個國家級氣象觀測站和48個自動氣象站記錄了8級以上雷暴大風(fēng),其中長春市區(qū)東南部凈月吉林農(nóng)大站(簡稱農(nóng)大站)和凈月農(nóng)博園站(簡稱農(nóng)博園站)先后于11:07和11:12出現(xiàn)12級(瞬時極大風(fēng)速達35.8 m·s-1)和11級(瞬時極大風(fēng)速達31.9 m·s-1)極端雷暴大風(fēng),大風(fēng)造成長春市區(qū)多個工地彩鋼房傾斜,寫字樓廣告牌掉落等,并致使多人受傷。2015年以來吉林省雷暴大風(fēng)統(tǒng)計表明,雷暴大風(fēng)多發(fā)生于6—7月,總占比約為79.2%,其中9月最少,僅發(fā)生過3次,占比僅為3.0%,且風(fēng)力不超過9級。因此,此次對流過程發(fā)生時間明顯偏晚,強度顯著偏強。

圖1 (a)2021年9月9日08—20時吉林省強對流實況監(jiān)測和(b)長春市部分氣象站地理位置示意圖Fig.1 (a) The monitoring map of severe convection in Jilin Province from 08:00 BT to 20:00 BT 9 September 2021 and (b) the geographical location diagram of some meteorological stations in Changchun City

從農(nóng)大站和農(nóng)博園站地理位置來看(圖1b),2個站位于長春站東南側(cè)18 km處,其直線距離為1.3 km。當(dāng)颮線自西向東移動先后經(jīng)過長春站、農(nóng)大站和農(nóng)博園站時,3個站均出現(xiàn)風(fēng)向突變(偏東風(fēng)轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)),風(fēng)速遞增,氣壓涌升,氣溫下降和降水量增大等颮線過境特征(圖2),但農(nóng)大站和農(nóng)博園站2 min平均風(fēng)速明顯比長春站更強,且在颮線過境前(11:07左右)出現(xiàn)氣壓下降,氣溫上升或變化不大,降水量下降等與颮線過境完全相反的特征,風(fēng)向由偏東風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng),強風(fēng)的產(chǎn)生可能有與強上升氣流有關(guān),其形成原因值得探尋。此外,農(nóng)大站在該時段氣象要素變化更劇烈,5 min內(nèi)氣溫升高8.9℃,4 min內(nèi)氣壓下降5 hPa,風(fēng)速更強,在11:07達到極值(2 min平均風(fēng)速為22.2 m·s-1,瞬時極大風(fēng)速達35.8 m·s-1),而農(nóng)博園站在11:12颮線過境時風(fēng)速達到極值(2 min平均風(fēng)速為18.9 m·s-1,瞬時極大風(fēng)速達31.9 m·s-1)。

圖2 2021年9月9日(a)長春站,(b)農(nóng)大站和(c)農(nóng)博園站分鐘級地面氣象要素變化Fig.2 Minute-level changes of ground meteorological elements at (a) Changchun Station, (b) Nongda Station and (c) Nongboyuan Station on 9 September 2021

2 天氣背景和環(huán)境條件分析

2.1 環(huán)流背景

9月9日08:00(圖3a),貝加爾湖東側(cè)有一深厚東北冷渦緩慢東移南壓,后部有明顯干冷空氣侵入,925 hPa切變線位于500 hPa槽前,大氣斜壓性較強,易產(chǎn)生鋒生作用,500 hPa急流出口區(qū)右側(cè)風(fēng)速輻合線疊加在925 hPa切變線之上,為颮線形成提供了較強的動力抬升條件。長春站位于冷渦東南象限,低層暖舌伸至該地區(qū)上空,850 hPa和500 hPa溫差達28℃,熱力條件好,925 hPa露點溫度不足8℃,但濕舌隨低空西南風(fēng)急流增強顯著北伸(圖3b),至11:00長春站位于急流出口區(qū)濕舌附近,提供了有利的動力抬升和水汽輸送(925 hPa比濕值達10 g·kg-1)。

注:紅色圓點為長春站;藍色和黑色等值線分別為500 hPa高度場(單位:dagpm)和海平面氣壓場(單位:hPa);黑色風(fēng)羽為925 hPa或地面風(fēng)場,超過12 m·s-1風(fēng)速標(biāo)記為紅色;填色表示地面溫度。圖a中紅色虛線為850 hPa溫度場(單位:℃),加粗箭頭和虛線分別為500 hPa急流軸和風(fēng)速輻合線,灰色實線為925 hPa切變線,橙色數(shù)字為850 hPa和500 hPa溫差(單位:℃);圖b中綠色實線為925 hPa露點溫度(單位:℃);圖c中藍色實線為冷鋒;圖d中紅色和黑色數(shù)字分別為3 h負(fù)、正變壓(單位:10-1 hPa)。11:00高空圖來自于ERA5再分析資料,其余均為實況資料。圖3 2021年9月9日(a,c)08:00,(b,d)11:00的(a,b)高空和(c,d)地面形勢場Fig.3 (a, b) High-altitude and (c, d) surface situation fields at (a, c) 08:00 BT and (b, d) 11:00 BT 9 September 2021

地面圖中(圖3c,3d),08:00在天氣尺度鋒生作用下冷鋒尾部位于高空風(fēng)速輻合區(qū)和近地面層溫度梯度大值區(qū)附近,多尺度疊加作用下對流云團激發(fā)并形成颮線,在低層暖舌和地面增溫作用下颮線前側(cè)入流即偏南風(fēng)氣流顯著增強,有利于颮線東移過程中維持和發(fā)展,至11:00,長春站北側(cè)正變壓增強并構(gòu)成小尺度雷暴高壓,偏北風(fēng)與偏南風(fēng)在長春站附近形成較強輻合,為產(chǎn)生極端雷暴大風(fēng)的對流發(fā)展提供了局地強上升運動。

2.2 對流環(huán)境條件

9日08:00長春站探空圖(圖4a)和物理要素值(表1)顯示,對流不穩(wěn)定能量CAPE值較小,僅為10.8 J·kg-1,但925 hPa以下有明顯逆溫層,有利于不穩(wěn)定能量累積,且850～500 hPa溫度差(ΔT85～50)達28.6℃;1 km以下有濕層,925 hPa比濕為8.76 g·kg-1,疊加在中層較強干空氣(700～400 hPa平均溫度露點差,即干層強度達16.7℃)之下,層結(jié)不穩(wěn)定,且逆溫層以下溫度直減率接近干絕熱遞減率(8.21 ℃·km-1),環(huán)境條件有利于雷暴大風(fēng)產(chǎn)生。利用農(nóng)博園站對流發(fā)生前10:10的地面氣溫(20.2℃)和露點溫度(16.8℃)對探空層結(jié)進行訂正(圖4b),結(jié)果顯示訂正后CAPE值超過1600 J·kg-1,對流抑制能CIN降至0.4 J·kg-1,層結(jié)不穩(wěn)定性在短時間內(nèi)迅速增強,為極端雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生提供了強有利的不穩(wěn)定條件。此外,大風(fēng)指數(shù)達23.8(吉林省雷暴大風(fēng)閾值為20),DCAPE超過670 J·kg-1,對雷暴大風(fēng)的潛勢預(yù)報有一定指示作用;429～400 hPa夾卷層平均風(fēng)風(fēng)速超過20 m·s-1,在不穩(wěn)定層結(jié)下高層動量下傳有利于地面風(fēng)速增大;整層大氣水汽含量達22.0 mm,有利于濕下?lián)舯┝鳟a(chǎn)生;0～3 km垂直風(fēng)切變和0～6 km垂直風(fēng)切變達到或接近中等強度(≥11 m·s-1),有利于對流風(fēng)暴即颮線的組織和發(fā)展。

表1 2021年9月9日08:00長春站探空物理量Table 1 Sounding physical quantities at Changchun Station at 08:00 BT 9 September 2021

3 颮線系統(tǒng)演變特征

從松遼流域雷達回波拼圖可見(圖5),9日08:00 起,先后有2個颮線經(jīng)過并影響吉林省中東部地區(qū)。其中第一條颮線強度較強,移速較快且維持時間較長,東移進入吉林省后移速約為75 km·h-1,結(jié)構(gòu)較均勻,產(chǎn)生的雷暴大風(fēng)較分散且風(fēng)力較小(共計9個測站風(fēng)力達8～10級),10:30開始,颮線斷裂成兩段,其北段颮線前沿有γ中尺度渦旋生成并發(fā)展,11:00經(jīng)過長春市區(qū)南部時農(nóng)大站和農(nóng)博園站瞬時風(fēng)力超過11級,隨后颮線東移進入高壓區(qū)外圍輻散區(qū),強度減弱并逐漸解體;第二條颮線形成于冷渦槽線尾部附近,13:00開始進入吉林省中南部地區(qū)后受不利的環(huán)境條件和地形摩擦影響強度減弱較快,持續(xù)時間較短,至15:30線狀結(jié)構(gòu)解體。

圖5 2021年9月9日(a)08:00,(b)11:00,(c)13:00,(d)15:30東北松遼流域組合反射率因子拼圖Fig.5 Radar composite reflectivity factor mosaic of Songliao Basin in Northeast China at (a) 08:00 BT, (b) 11:00 BT, (c) 13:00 BT, (d) 15:30 BT 9 September 2021

4 極端雷暴大風(fēng)成因分析

颮線前沿γ中尺度渦旋經(jīng)過長春市區(qū)南部時,有2個測站(農(nóng)大站和農(nóng)博園站)出現(xiàn)并達到極端雷暴大風(fēng)強度。因此主要基于γ中尺度渦旋的演變特征,結(jié)合地面加密自動站和ERA5等資料重點分析并探討2個測站,特別是農(nóng)大站極端雷暴大風(fēng)產(chǎn)生的根本原因。

4.1 γ中尺度渦旋演變特征

形成發(fā)展階段:10:35(圖6a1),颮線斷裂成兩段,斷裂處公主嶺尖山站附近前側(cè)下沉輻散氣流(偏西風(fēng),負(fù)速度,10:30瞬時極大風(fēng)速達21.8 m·s-1)與颮線前沿偏東風(fēng)(正速度)在近地面層強烈輻合,400 m以下正負(fù)徑向速度差值(輻合強度)達到27 m·s-1,距離接近2.5 km,輻合高度接近2.5 km(圖6d1距起始點A水平距離11 km處),多個新生單體在尖山站附近迅速發(fā)展并構(gòu)成了γ中尺度渦旋,超過50 dBz回波發(fā)展至6 km附近(圖6c1)。隨后渦旋隨中層西南風(fēng)引導(dǎo)氣流向東北方向移動,925 hPa西南風(fēng)急流北伸,偏南風(fēng)迅速增強,10:45左右0.5°仰角速度圖中負(fù)速度區(qū)出現(xiàn)速度模糊(圖6b2),退模糊后速度值為-32.5 m·s-1,近地面層正負(fù)速度中心距離增加至4 km,輻合強度超過34 m·s-1,輻合高度超過5 km(圖6d2距起始點A水平距離6～10 km 附近)。

成熟階段:11:01左右颮線主體移入長春市上空,渦旋尺度小移速快,與颮線尾部脫離并移入到長春站東南部,2個測站(農(nóng)大站和農(nóng)博園站)位于渦旋右側(cè),風(fēng)向由偏東風(fēng)轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)。此時渦旋輻合范圍和強度明顯擴大或增強,近地面層正負(fù)速度中心距離超過7 km,輻合強度超過40 m·s-1,輻合區(qū)發(fā)展至5 km以上(圖7d1),渦旋發(fā)展至成熟階段,但渦旋內(nèi)50 dBz以上回波下降至2 km附近(圖7c1)。下一時刻(11:07),渦旋繼續(xù)東移,2個測站位于渦旋左側(cè)入流區(qū)附近(圖7a2),渦旋輻合強度和范圍進一步擴大,近地面層正負(fù)速度中心距離超過10 km,1.2 km附近輻合強度超過54 m·s-1。渦旋輻合增強主要與渦旋左側(cè)正速度(流入速度)迅速增加有關(guān)。受颮線過境影響,渦旋西北側(cè)0.5°仰角正速度接近25 m·s-1(圖7b2),強下沉輻散氣流在渦旋強輻合作用下加速流入渦旋內(nèi)部,2個測站地面風(fēng)速迅速增加并出現(xiàn)速度模糊,退模糊后速度值超過32 m·s-1,明顯高于颮線主體附近風(fēng)速值,此時農(nóng)大站瞬時極大風(fēng)速達到35.8 m·s-1(12級)并伴有氣溫陡升、氣壓下降等特征,且風(fēng)速明顯強于農(nóng)博園站。

減弱消散階段:隨后,渦旋移出測站上空,強下沉輻散氣流流入渦旋內(nèi)部并阻礙渦旋前側(cè)暖濕氣流的流入,渦旋回波強度繼續(xù)減弱,結(jié)構(gòu)迅速解體并進入減弱消散階段(圖略)。此時2個測站主要受颮線過境影響出現(xiàn)第二階段強風(fēng),其中農(nóng)博園站風(fēng)速更大,瞬時極大風(fēng)速達到31.9 m·s-1(11級),同時伴有氣溫下降,氣壓涌升等特征。

4.2 農(nóng)大站極端雷暴大風(fēng)成因

4.2.1 層結(jié)不穩(wěn)定和動量下傳

從農(nóng)大站假相當(dāng)位溫、比濕和風(fēng)場沿43.8°N垂直剖面可以清楚看到(圖8a),08:00 123°E附近低層受冷鋒(假相當(dāng)位溫梯度大值區(qū))強迫動力抬升作用明顯加強,有利于上游線狀對流移至該處時繼續(xù)發(fā)展并形成颮線,至11:00(圖8b)鋒區(qū)隨高空槽略向東移動,在其前方形成次級環(huán)流,農(nóng)大站附近上升運動明顯增強。此外受低空急流北伸影響,低層假相當(dāng)位溫顯著增加,近地面層最大值超過326 K,增幅在20 K左右,比濕值超過10 g·kg-1,低層迅速增強的暖濕空氣疊加在高層干冷空氣之下,層結(jié)在短時間內(nèi)變?yōu)闃O不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進而產(chǎn)生極端天氣。在不穩(wěn)定層結(jié)下,中高層動量(20 m·s-1以上)逐漸減小,低層動量逐漸增強,11:00農(nóng)大站上空800 hPa附近風(fēng)速增至22 m·s-1,大風(fēng)速軸明顯下移,有明顯動量下傳現(xiàn)象。

圖8 2021年9月9日(a)08:00, (b)11:00沿43.8°N假相當(dāng)位溫(黑色等值線,單位:K)、比濕(填色)和風(fēng)場(風(fēng)羽)垂直剖面Fig.8 Vertical profiles of pseudo-equivalent potential temperature (black isoline, unit: K), specific humidity (colored) and wind field (barb) along 43.8°N at (a) 08:00 BT, (b) 11:00 BT 9 September 2019

4.2.2 冷池出流和輻合上升氣流

從地面溫壓風(fēng)觀測場可以清楚看到,10:00開始(圖9b),颮線后部(四平西部)有小尺度雷暴高壓和冷池生成,冷池中心溫度接近12℃并逐漸向東向南擴展,至11:00(圖9d),颮線移至長春站附近,其后部雷暴高壓中心強度超過1012 hPa,3 h正變壓超過2.2 hPa,而颮線前部由偏南風(fēng)暖濕氣流構(gòu)成的小尺度暖低壓中心強度為1010 hPa,3 h負(fù)變壓達-1.2 hPa,颮鋒前后溫差較大且氣壓梯度較強,冷池密度流加強,有利于颮鋒及前沿地面風(fēng)速增加,11:07的0.5°仰角速度圖中退模糊后正速度值達24 m·s-1左右(圖7b2)。當(dāng)颮線過境時(11:12左右)2個測站風(fēng)速再次加強,受風(fēng)暴內(nèi)部降水粒子拖曳(強風(fēng)出現(xiàn)在降水量增加的時刻)和冷池密度流的共同作用,農(nóng)博園站出現(xiàn)強風(fēng)并達到極端雷暴大風(fēng)強度。

圖9 2021年9月9日08:00—11:20加密自動站風(fēng)場(風(fēng)羽)、溫度場(填色)和逐小時氣壓場(白色實線)疊加圖Fig.9 Superposition of wind field (barb), temperature field (colored) and hourly pressure field (white solid line) of encrypted automatic weather stations from 08:00 BT to 11:20 BT 9 September 2021

11:07,渦旋東移至農(nóng)大站和農(nóng)博園站上空并位于颮線前側(cè)溫度梯度區(qū)附近,離冷池中心較遠(yuǎn),由前面分析可知此時渦旋發(fā)展至成熟階段,渦旋西北側(cè)強下沉輻散氣流在渦旋旋轉(zhuǎn)作用下加速流入渦旋內(nèi)部并構(gòu)成一支輻合上升氣流,輻合強度達到最強,測站氣壓迅速下降,氣溫升高或保持不變,其中農(nóng)大站于11:10氣溫迅速升高至27℃,形成小尺度暖中心(圖9e),對渦旋輻合強度增強或維持有一定增幅作用。在渦旋強輻合作用下偏南風(fēng)風(fēng)速迅速增加并出現(xiàn)速度模糊,且農(nóng)大站相對于農(nóng)博園站更靠近渦旋邊緣,氣溫、氣壓和風(fēng)速等氣象要素變化更劇烈,風(fēng)速更強,瞬時風(fēng)速達到極端雷暴大風(fēng)強度。

5 結(jié)論與討論

綜合利用多源觀測資料對2021年9月9日吉林省中東部一次颮線過程,特別是長春站東南部2個測站(農(nóng)大站和農(nóng)博園站)極端雷暴大風(fēng)的形成機理進行詳細(xì)分析和探討,結(jié)論如下:

(1)颮線是在東北冷渦背景下中層急流輻散區(qū)、低空西南急流軸前端、冷渦南側(cè)的暖區(qū)之中發(fā)展起來的,大尺度鋒生作用在冷鋒尾部激發(fā)對流形成颮線,低層暖舌和低空西南急流的存在或加強為長春站附近雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生提供了熱力不穩(wěn)定和水汽輸送,颮線附近變壓風(fēng)與偏南風(fēng)暖濕氣流的輻合為產(chǎn)生極端雷暴大風(fēng)的對流發(fā)展提供了局地強上升運動。

(2)環(huán)境條件有利于極端雷暴大風(fēng)產(chǎn)生:逆溫層以下溫度遞減率接近干絕熱,臨近時刻CAPE值超過1600 J·kg-1,層結(jié)在短時間內(nèi)變?yōu)闃O不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),大風(fēng)指數(shù)和DCAPE對極端雷暴大風(fēng)的潛勢預(yù)報有一定指示作用,接近或達到中等強度的整層和低層垂直風(fēng)切變有利于颮線的組織和發(fā)展。

(3)颮線前沿γ中尺度渦旋在長春站上游生成并發(fā)展,東移至兩測站上空時,渦旋后部強下沉輻散氣流(冷池出流)在渦旋旋轉(zhuǎn)作用下加速流入渦旋內(nèi)部并構(gòu)成一支輻合上升氣流,渦旋輻合強度達到最強,在渦旋強輻合作用下2個測站測得偏南風(fēng)風(fēng)速迅速增加,且農(nóng)大站更靠近渦旋左側(cè)入流邊緣,加上高層動量下傳作用,氣溫、氣壓和風(fēng)速等氣象要素變化更劇烈,風(fēng)速更強并達到極端雷暴大風(fēng)強度。農(nóng)博園站隨后受颮線過境影響,在風(fēng)暴內(nèi)降水粒子拖曳和冷池密度流加強的共同作用下,地面風(fēng)速再次加強并達到極端雷暴大風(fēng)強度。

可見,農(nóng)大站極端雷暴大風(fēng)與以往雷暴大風(fēng)形成原因明顯不同,強風(fēng)發(fā)生時氣壓下降,氣溫陡升,且發(fā)生在分鐘級降水量下降時刻,主要由γ中尺度渦旋近地面層強輻合上升氣流導(dǎo)致,十分罕見。此外,對于γ中尺度渦旋未產(chǎn)生龍卷的原因,仍有待后續(xù)進一步分析和探討。

致謝：感謝俞小鼎、王秀明和趙坤教授的指導(dǎo)和幫助。