一次強(qiáng)颮線(xiàn)過(guò)程的分析

周 斌 李 佳 陳嘉琦

（1.冷水灘區(qū)氣象局，湖南 永州425000；2.雙牌縣氣象局，湖南 永州 425200）

引 言

一些觀(guān)測(cè)和研究表明[1～3], 颮線(xiàn)通常是由多單體風(fēng)暴和超級(jí)單體風(fēng)暴組成，側(cè)向排列的中尺度對(duì)流系統(tǒng)(Mesoscale Convective Systems , MCSs)，一般長(zhǎng)約幾十至幾百公里，寬約10～20km，持續(xù)時(shí)間為幾小時(shí)至十幾小時(shí)，是一種強(qiáng)雷暴天氣現(xiàn)象，由于雷暴單體中上升運(yùn)動(dòng)和下沉運(yùn)動(dòng)極為強(qiáng)烈，它常常帶來(lái)大風(fēng)、冰雹等災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)危害極大。

颮線(xiàn)發(fā)生環(huán)境場(chǎng)條件及颮線(xiàn)系統(tǒng)特征已有大量研究。Laing et al.[4]對(duì)世界上MCSs1出現(xiàn)的5個(gè)大尺度環(huán)境區(qū)(非洲、澳大利亞、中國(guó)、南美洲和美國(guó)) 的平均生成環(huán)境進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)它們非常相似, 特別是MCSs 初生在明顯的斜壓區(qū)內(nèi), 該區(qū)以對(duì)流層低層垂直風(fēng)速?gòu)?qiáng)切變和高值對(duì)流有效位能(CAPE) 為特征。低空輻合、高空輻散和中層渦度趨于最大并與高空槽相伴都是典型的生成環(huán)境特征。不少作者[5～9]研究了我國(guó)颮線(xiàn)的生成環(huán)境, 表明冷性高壓后部、冷渦、冷鋒、輻合線(xiàn)甚至地形都是颮線(xiàn)形成的背景條件；林錫懷等[9]、侯建忠等[10]、李鴻洲等[11]和翟國(guó)慶等[12]對(duì)我國(guó)南北不同地理位置的颮線(xiàn)環(huán)境也做了分析。由于颮線(xiàn)產(chǎn)生、發(fā)展的時(shí)、空尺度相對(duì)較小,演變迅速和復(fù)雜, 致使人們對(duì)這種中尺度系統(tǒng)的演變還缺乏深入的了解,颮線(xiàn)和其帶來(lái)的強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)一直是短時(shí)臨近預(yù)警的難點(diǎn)之一, 也是氣象學(xué)者研究和關(guān)注的重點(diǎn)之一。

1 實(shí)況

2002年4月5日在湖南南部發(fā)生了一次颮線(xiàn)過(guò)程，這次過(guò)程產(chǎn)生于邵陽(yáng)的南部，途經(jīng)永州、郴州兩市，最后在郴州的東部消失。其特點(diǎn)是影響范圍較大、移速快，來(lái)勢(shì)猛烈，強(qiáng)度大。廣西東北部、江西北部及湖南全省都出現(xiàn)了大風(fēng)及雷暴天氣，其中永州市各縣（區(qū)）風(fēng)力達(dá)9級(jí)以上，風(fēng)速達(dá)20m/s，為永州近20年來(lái)所罕見(jiàn)，部分地方還下了冰雹，使近100萬(wàn)人受災(zāi)，倒塌房屋1700余間，直接經(jīng)濟(jì)損失3500萬(wàn)元，永州雷達(dá)站對(duì)其進(jìn)行了跟蹤觀(guān)測(cè)。

2 天氣形勢(shì)分析

這次颮線(xiàn)過(guò)程在500hPa圖上，高原東側(cè)有低槽東移，并且移速較快。700hPa和850hPa圖上均有低槽東移，且槽前的西南暖式氣流比較旺盛，這是一次高空槽和低空急流相配合發(fā)生的一次劇烈天氣過(guò)程。5日08時(shí)500hPa低槽位于西安～川東～云南的西南部，鄂西高空為西南風(fēng)，風(fēng)速為18m/s，四川的達(dá)川高空為西北風(fēng)，風(fēng)速為12m/s，從槽線(xiàn)前后來(lái)看，風(fēng)向的交角接近90°，槽后的風(fēng)速較大（見(jiàn)圖1），這說(shuō)明低槽附近的輻合上升運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，槽前有正的渦度平流，高層有輻散流場(chǎng)，抬升力也比較強(qiáng)。6日08時(shí)低槽移過(guò)我市到達(dá)江西北部至郴州東部。

700hPa圖上，5 日08時(shí)低壓中心在湖北的西北部，低槽與500hPa比較位置稍為前傾，在廣西北部有很強(qiáng)的西南風(fēng)急流帶，這說(shuō)明低層有較強(qiáng)的暖濕空氣平流，可以加強(qiáng)低層的擾動(dòng)，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放。

850hPa圖上（圖2），5日08時(shí)，河南駐馬店有低中心，低槽伸到宜昌，湘西北到貴州的西南部，在廣東和郴州西南風(fēng)速均大于16 m/s，該地有西南風(fēng)急流帶，20時(shí)低槽移到湘北，呈西南～東北走向，廣西北部和湘南的西南風(fēng)速由8m/s猛增至16m/s，這表明了從08時(shí)～20時(shí)之間湘南和廣西北部地區(qū)低層輻合運(yùn)動(dòng)在增強(qiáng)，從而促使低層抬升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，又加上高空有較強(qiáng)的輻散流場(chǎng)，因此會(huì)造成嚴(yán)重的對(duì)流天氣。

圖1.500hp槽演變趨勢(shì)

圖2.850hPa西南風(fēng)急流區(qū)

地面圖上，5日14時(shí)整個(gè)江南處于低壓控制，西南地區(qū)東部華南地區(qū)均處于高溫區(qū)，20時(shí)低中心移至華東沿海。永州地區(qū)地處南嶺山脈地帶，屬于山區(qū)，山區(qū)的磨擦輻合作用比較強(qiáng)，容易發(fā)生中低壓，中低壓生成后，高空有加強(qiáng)的輻散場(chǎng)則垂直上升運(yùn)動(dòng)便會(huì)加強(qiáng)，強(qiáng)烈的對(duì)流天氣便可能在中低壓內(nèi)發(fā)展起來(lái)。

從探空資料分析，懷化站（圖3）5日08時(shí)K為33℃，SI為-2.32℃，CAPE（對(duì)流有效位能）為693.4 J/g，低層（925hp）為西南風(fēng)（16m/s），表明大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有發(fā)生雷暴的可能，20時(shí)K為14℃，SI為4.82℃，CAPE為650 J/g，低層（925hp）為西北風(fēng)（6m/s），說(shuō)明高空槽已過(guò)懷化；長(zhǎng)沙站（圖4）5日08時(shí)K為33℃，SI為-1.61℃，CAPE為1022.5 J/g，低層（925hp）為西南風(fēng)（18m/s），表明大氣處于強(qiáng)烈不穩(wěn)定層結(jié)，不穩(wěn)定能量較大，將有雷暴天氣產(chǎn)生，20時(shí) K為35℃，SI為-0.39℃，CAPE為91.7 J/g，低層（925hp）為西北風(fēng)（4m/s），槽已過(guò)長(zhǎng)沙，不穩(wěn)定能量已經(jīng)釋放；郴州站（圖5）5日08時(shí)K為32℃，SI為0.73℃，CAPE為118.7 J/g，低層（925hp）為西南風(fēng)（18m/s），20時(shí)K為38℃，SI為-3.14℃，CAPE為795.2 J/g，低層（925hp）為西南風(fēng)（16m/s），表明大氣處于強(qiáng)烈不穩(wěn)定狀態(tài)，不穩(wěn)定能量在積聚，具有發(fā)生強(qiáng)對(duì)流的潛勢(shì)。

圖3.4月5日懷化探空資料 TlogP圖 左為08時(shí) 右為20時(shí)

從永州觀(guān)測(cè)站5日02～20時(shí)的氣象要素變化可看出（圖6），在14～20時(shí)之間颮線(xiàn)經(jīng)過(guò)測(cè)站，期間氣壓涌升、氣溫急降、濕度增加，在17時(shí)開(kāi)始風(fēng)向突然由南變北，并在18時(shí)18分出現(xiàn)了的19.8m/s的偏北大風(fēng)，19時(shí)風(fēng)向轉(zhuǎn)為南風(fēng)，系統(tǒng)東移南壓。

圖4.4月5日長(zhǎng)沙探空資料 TlogP圖 左為08時(shí) 右為20時(shí)

圖5.4月5日郴州探空資料 TlogP圖 左為08時(shí) 右為20時(shí)

圖6.4月5日永州站02～20時(shí)氣象要素變化

3 衛(wèi)星云圖和雷達(dá)觀(guān)測(cè)圖分析

衛(wèi)星云圖分析，4月5日15時(shí)，衛(wèi)星云圖上可清晰地看到在湘西西北部有一條西南～東北走向的帶狀云系（圖7左上圖圖中箭頭所指位置），其前界呈弧狀，云帶的邊界十分光滑并無(wú)明顯卷云出現(xiàn)，這是颮線(xiàn)系統(tǒng)形成的初生階段。在16時(shí)的圖上，可清晰地看到云頂色調(diào)白而且特別明亮的云帶（圖7右上圖圖中箭頭所指位置），這說(shuō)明云頂高，云中垂直運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，其移動(dòng)方向高空垂直切變的方向一致，颮線(xiàn)系統(tǒng)上的單體正在不斷發(fā)展，處于發(fā)展階段。從18時(shí)的云圖上，可看出該云帶上風(fēng)一側(cè)邊界光滑，下風(fēng)一側(cè)出現(xiàn)明顯的卷云（圖6左下圖圖中箭頭所指位置），邊界較模糊，這表明颮線(xiàn)系統(tǒng)已發(fā)展成熟。在6日00時(shí)云圖上（圖6右下圖圖中箭頭所指位置），沒(méi)有帶狀云系，只有松散的積云，云頂色調(diào)較灰暗，這說(shuō)明云中的垂直運(yùn)動(dòng)已經(jīng)減弱，颮線(xiàn)系統(tǒng)中的單體已合并、減弱，并消散。

圖7.低槽云系演變趨勢(shì)

雷達(dá)觀(guān)測(cè)分析，4月5日17時(shí)，PPI圖上看有一條很明顯的帶狀回波，是由積（雨）云單體成線(xiàn)狀伸展開(kāi)來(lái)，強(qiáng)回波帶的寬度相當(dāng)于一個(gè)積雨云單體的水平尺度約10～20km，颮線(xiàn)帶狀回波的走向與影響颮線(xiàn)生成的天氣系統(tǒng)高空低槽平行（見(jiàn)圖8）；從圖8上4月5日17時(shí)～21時(shí)雷達(dá)回波演變情況估算，颮線(xiàn)的移速約60km/h；颮線(xiàn)上的單體發(fā)展此起彼伏，當(dāng)單體發(fā)展到最強(qiáng)的時(shí)候（圖8中的20時(shí)和21時(shí)雷達(dá)觀(guān)測(cè)圖上的線(xiàn)狀回波帶的左側(cè)）出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣現(xiàn)象。

圖8.雷達(dá)跟蹤觀(guān)測(cè)圖

4 小結(jié)

本文綜合多種觀(guān)測(cè)資料, 從環(huán)流背景、中尺度對(duì)流系統(tǒng)等方面, 分析了2002年4 月5 日發(fā)生在湘南的一次高空槽前型颮線(xiàn)天氣過(guò)程的形成原因, 得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:

（1）這次颮線(xiàn)過(guò)程發(fā)生在西風(fēng)帶高空槽前，是中緯度最典型的颮線(xiàn)。它的南端由于風(fēng)的垂直切變形勢(shì)有利于新對(duì)流的發(fā)展，因而使颮線(xiàn)不斷伸長(zhǎng)；而在颮線(xiàn)的北端，各單體不斷衰亡，衍變成層狀云，并沿高空風(fēng)向東北方向延伸而形成大片砧云。它所經(jīng)過(guò)地區(qū)的氣象要素變化特點(diǎn)為：氣壓涌升、氣溫急降、濕度增加、風(fēng)向突變、風(fēng)速劇增。

（2）強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前和發(fā)生時(shí)良好的水汽輸送和水汽輻合有利于颮線(xiàn)的形成和發(fā)展, 高層強(qiáng)輻散與低層強(qiáng)輻合的耦合形勢(shì)以及強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)為強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生發(fā)展提供了有利的動(dòng)力背景。

（3）從衛(wèi)星云圖分析得知, 這次過(guò)程是由于中低層存在西南急流，導(dǎo)致低層輻合運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，從而促使低層抬升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，不斷生成小的對(duì)流單位并形成帶狀云帶向前移動(dòng), 從而形成颮線(xiàn)。

（4） 從雷達(dá)觀(guān)測(cè)的回波看，對(duì)流單體回波隨它所在氣層和風(fēng)移動(dòng)，或者近似地沿著云層高度上的平均風(fēng)運(yùn)動(dòng)。平均風(fēng)指氣層內(nèi)各高度風(fēng)的矢量平均，新的單體向雷暴的右后象限形成穿過(guò)雷暴運(yùn)動(dòng)，向左前側(cè)靠近并消散，因而從宏觀(guān)上來(lái)看，超級(jí)單體群實(shí)際上是沿著平均風(fēng)方向的右方移動(dòng)。

（5） 對(duì)流性天氣的短期預(yù)報(bào)的思路和著眼點(diǎn)，低槽兩側(cè)的風(fēng)向交角等于或接近90°時(shí)，低槽或切變線(xiàn)暖區(qū)方向2～5個(gè)緯度，低空急流軸左右1.5個(gè)緯距的地區(qū)，850hPa圖上的濕舌內(nèi)部均可能出現(xiàn)強(qiáng)的對(duì)流性天氣。

[1]Orlanski L.A rational subdivision of scales for atmosphericprocesses[J].Bull Amer Meteor Soc.1975.56:527-530.

[2]Maddox R A.Mesoscale convective complexes[J].Bull AmerMeteor Soc,1980.61:1374-1387.

[3]Shibagaki Y M D Yabanaka S Shimizu et al.Meso2βto me2so2β2scale wind circulations associated wit h precipitating loudsnear Beiu f ront observed by t he MU and meteorological radars[J].J Meteor Soc J apan,2000,(78):69-91.

[4]Laing A G J M Frit sch.The large2scale environment s of t heglobal populations of mesoscale convective complexes[J].Mon Wea Rev,2000,128:2756-2776.

[5]丁一匯,李鴻洲,章名立,等.我國(guó)颮線(xiàn)發(fā)生條件的研究[J].大氣科學(xué),1982,6 (1):18-27.

[6]陸漢誠(chéng),呂梅,何齊強(qiáng).一次冷鋒后颮線(xiàn)的大振幅重力波特性分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),1992.3(2):136-144.

[7]劉勇,劉子臣,馬廷標(biāo),等.一次颮線(xiàn)過(guò)程中龍卷及颮鋒生成的中尺度分析[J].大氣科學(xué), 1998,22 (3)：326-335.

[8]矛衛(wèi)平,何齊強(qiáng),陸漢城,等.區(qū)域地形影響下冷鋒后颮線(xiàn)的數(shù)值模擬[J].大氣科學(xué),1994,18(6):710-719.

[9]林錫懷,錢(qián)家聲,等.我國(guó)東部沿海地區(qū)“高后型颮線(xiàn)”的一種形成機(jī)制[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),1996,7(3):330-335.

[10]侯建忠,王繁強(qiáng),方建剛,等.黃土高原一次冷渦颮線(xiàn)的綜合分析與數(shù)值模擬[J].高原氣象,2007,26(2):353-362.

[11]李鴻洲,蔡則怡,徐元泰.華北強(qiáng)颮線(xiàn)生成環(huán)境與地形作用的數(shù)值試驗(yàn)研究[J].大氣科學(xué),1997,23(6):713-721.

[12]翟國(guó)慶,俞樟孝.華東颮線(xiàn)過(guò)程中的地面中尺度物理特征[J].大氣科學(xué),1991,15(6):63-69.