2018年3月4日罕見強(qiáng)對流天氣成因及其對農(nóng)業(yè)的影響

季丹丹，錢卓蕾，包君俏，周弘媛

(1.紹興市柯橋區(qū)氣象局，浙江 紹興 312030； 2.紹興市氣象局，浙江 紹興 312000)

颮線是由許多雷暴單體(包括若干超級單體)側(cè)向排列而形成的強(qiáng)對流云帶，其水平尺度長、寬均幾十至上百千米，持續(xù)時間幾小時至十幾小時。颮線出現(xiàn)時通常伴有雷暴、大風(fēng)(或龍卷風(fēng))、冰雹等，能量大，破壞力較強(qiáng)。這種局地大風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是對大棚農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)作物有一定影響。此次大風(fēng)過程正處于春季茶葉、油菜等采摘上市季節(jié)，由于強(qiáng)對流產(chǎn)生的大風(fēng)造成了紹興茶葉棚架倒塌、香榧樹枝折斷等農(nóng)業(yè)災(zāi)害。國內(nèi)外對颮線的研究較多。丁一匯等[1]指出，颮線易發(fā)生在槽前地面倒槽中，這是由于槽前低空急流的發(fā)展。美國把這種鋒前暖去產(chǎn)生的雷暴大風(fēng)稱為暖季型[2]。趙桂香等[3-5]對颮線個例成因與維持機(jī)制方面進(jìn)行研究，結(jié)果表明，颮線發(fā)展、維持的原因是颮線的自組織結(jié)構(gòu)，颮線與環(huán)境入流的相互作用既有利于強(qiáng)上升氣流發(fā)展，也有利于強(qiáng)下沉氣流發(fā)展。在颮線環(huán)境條件和結(jié)構(gòu)方面，伍志方等[6]認(rèn)為，強(qiáng)對流風(fēng)暴或超級單體的出現(xiàn)地點具有一定的隨機(jī)性，但颮線整體的組織結(jié)構(gòu)與鋒面或者地面風(fēng)場輻合線關(guān)系密切。

2018年3月4日中午起，安徽、浙江、貴州、江西陸續(xù)出現(xiàn)短時強(qiáng)降水、強(qiáng)雷電、雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣，浙江省范圍內(nèi)出現(xiàn)了大范圍的大風(fēng)災(zāi)害。針對這一過程，本文從環(huán)流背景、動力條件和多普勒雷達(dá)追蹤信息等方面進(jìn)行分析，研究颮線系統(tǒng)從中期到臨近預(yù)報的形式特征，為大風(fēng)天氣的研究提供理論依據(jù)，減少強(qiáng)對流云帶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來的災(zāi)害。

1 災(zāi)情概況

2018年3月4日17時颮線主體逐漸移近浙江省與江西交接的衢州地區(qū)，18：00—21：00自西南向東北快速掃過浙江，颮線所經(jīng)過的地方均出現(xiàn)了8～13級大風(fēng)，部分地區(qū)出現(xiàn)了短時強(qiáng)降水。根據(jù)自動站顯示，49個站出現(xiàn)了8級以上大風(fēng)，其中13個站超過10級。大風(fēng)主要時段為3月4日18：00—22：00。出現(xiàn)短時強(qiáng)降水(超過30 mm·h-1)站點僅為3個，此外長興、常山等地出現(xiàn)了冰雹。

2 天氣形勢分析

2.1 環(huán)流背景

本次過程有很好的背景場配合，因此，有利于颮線的發(fā)生發(fā)展。從4日08：00和14：00的500 hPa環(huán)流形式(圖1中a、b)來看，四川地區(qū)有淺槽發(fā)展并逐漸東移，14時受冷平流影響，并與云南地區(qū)的南支槽逐漸融合，槽有明顯加深，槽身自四川延伸至云南，為冷空氣南下打通了通道。

從4日8：00和14：00的700 hPa風(fēng)場(圖1中c、d)可以看出，切變線一直從山東延伸到云南中部，切變前西南風(fēng)急流最大風(fēng)速達(dá)24 m·s-1，強(qiáng)盛的西南風(fēng)急流一直維持且隨切變東移壓至江西、安徽一帶，急流前側(cè)有明顯的輻合上升運(yùn)動。浙江正處于急流軸左前側(cè)，從700 hPa的濕度場(圖1中d)上可以看到，此處由于西南急流帶來的良好水汽條件(水汽濕度≥60%)，并在輻合抬升區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域有帶來強(qiáng)對流的不穩(wěn)定能量存在。

a—3月4日500 pHa 08：00；b—3月4日500 pHa 14：00；c—3月4日700 pHa 08：00；d—3月4日700 pHa 14：00。圖1 3月4日環(huán)流形式

從地面圖上看，地面輻合線位于浙北嘉興至杭州、浙中金華至麗水一帶。因此，從浙西至浙北一帶出現(xiàn)了成片的8～10級大風(fēng)，其中，麗水云和達(dá)11級瞬時大風(fēng)。短時降水主要出現(xiàn)在浙北幾個站點。

2.2 動力條件

動力場上強(qiáng)對流區(qū)發(fā)生于槽前西南急流的冷鋒前低壓倒槽中，具有低空急流強(qiáng)的特點，并與高空急流耦合，熱力場上低層高溫高濕，高層有冷槽，潛在熱力不穩(wěn)定顯著。從T-logo圖(圖2)可以看出，700 hPa以下具有較大的垂直風(fēng)速切變，有利于形成中尺度對流系統(tǒng)(超級單體風(fēng)暴，颮線)。從露點曲線上看，露點氣溫高空形式具有上大下小的喇叭口形狀，說明整層大氣有明顯的上干下濕的對流不穩(wěn)定性；且溫度垂直遞減率大，浙江地區(qū)850～500 hPa溫差大于25 ℃。分析露點溫度差發(fā)現(xiàn)，對流中層存在干層[8]，導(dǎo)致此次過程主要以雷暴大風(fēng)天氣形勢出現(xiàn)。

圖2 2018年3月4日17：00浙江T-logo圖和cape值分布

從熱力條件看，低層風(fēng)向隨高度順時針旋轉(zhuǎn)，為暖平流。700 hPa附近有冷平流的逆向旋轉(zhuǎn)，且3日14：00浙江地區(qū)的抬升力指數(shù)達(dá)到900 J·kg-1，中心大值區(qū)位于江西境內(nèi)，最大為1 800 J·kg-1，有很強(qiáng)的對流抬升潛勢，對觸發(fā)雷暴大風(fēng)的發(fā)生非常有利。

從垂直風(fēng)切變條件來看，500～1 000 hPa垂直風(fēng)切為強(qiáng)垂直風(fēng)切變，該對流組織非常有利于颮線系統(tǒng)的產(chǎn)生。

2.3 變壓場

選取浙北和浙中4個站點，區(qū)域站監(jiān)測資料顯示(表1)，16：00杭州、紹興還在暖區(qū)控制下，大氣壓強(qiáng)減??；17：00起冷空氣滲透后，冷鋒開始影響浙江省，氣壓陡然上升，特別是紹興地區(qū)達(dá)到0.7 hPa；隨后持續(xù)升壓，說明冷空氣持續(xù)影響，而大風(fēng)發(fā)生時間正好是升壓后，因此，變壓與大風(fēng)的發(fā)生密不可分。

表1 2018年3月4日浙北和浙中區(qū)域站變壓變化情況

3 雷達(dá)資料分析

多普勒雷達(dá)在強(qiáng)天氣中的應(yīng)用和對短期預(yù)報的指導(dǎo)發(fā)揮著重要作用。從多普勒雷達(dá)的速度產(chǎn)品、反射率因子產(chǎn)品和風(fēng)廓線產(chǎn)品幾個方面分析本次強(qiáng)對流天氣過程的雷達(dá)資料特征，可以為日后根據(jù)雷達(dá)判定強(qiáng)天氣提供重要參考依據(jù)。

由雷達(dá)反射率因子的演變圖可以看出，17：30回波在45 dbz以上的單體側(cè)向排已成弓形回波形態(tài)，預(yù)示著大風(fēng)的出現(xiàn)。進(jìn)入浙江境內(nèi)后颮線長達(dá)200 km，東移到江西、浙江交接處時，回波出現(xiàn)斷裂口，一分為二。北側(cè)颮線北移分量較大，且在東移過程中造成了衢州和浙北地區(qū)地面災(zāi)害性大風(fēng)。而南側(cè)的颮線進(jìn)入麗水境內(nèi)后，弓形回波再次與單體回波合并加強(qiáng)，造成麗水大風(fēng)。

如圖3中a所示，北側(cè)颮線東移北抬過程中又有加強(qiáng)的趨勢，中心最大達(dá)到55 dbz，對應(yīng)的徑向速度圖上出現(xiàn)了明顯的中氣旋。從雷達(dá)還觀測到，弓形回波后側(cè)伴隨著一個20 m·s-1的后部入流急流，向地面下沉，促使了災(zāi)害風(fēng)暴的發(fā)生。后部入流區(qū)所在位置正好是杭州紹興地區(qū)，浙江省自動氣象站顯示，該地區(qū)出現(xiàn)了成片的7～12級大風(fēng)。

a—3.4°仰角反射率因子；b—3.4°仰角徑向速度。圖3 2018年3月4日雷達(dá)回波分析

4 小結(jié)

此次颮線過程有非常好的環(huán)流背景場，500 hPa高空槽加強(qiáng)拉伸后東移，江西-浙江一帶有非常強(qiáng)的槽前西南風(fēng)急流，同時有良好的水汽條件并伴隨著輻合上升條件，釋放大量能量。中低層切變線自山東一直延伸到云南中部，地面輻合線維持在江西、浙江一帶，提供了良好的輻合上升條件，為強(qiáng)對流帶來的很強(qiáng)的不穩(wěn)定形式場。

強(qiáng)的垂直風(fēng)切變場為中層干空氣入流提供了良好的動力條件，伴隨著明顯的上干下濕結(jié)構(gòu)，同時垂直溫度遞減率較大，是大風(fēng)產(chǎn)生的重要條件。

颮線北部的強(qiáng)單體個數(shù)多于南側(cè)，但南側(cè)的強(qiáng)度強(qiáng)于北側(cè)。因此，颮線在成熟階段在浙北造成的大風(fēng)范圍較浙南更廣，但由于南側(cè)颮線進(jìn)入浙江后又重新發(fā)展，因此，強(qiáng)度更大。

颮線的南部和北部均存在后側(cè)偏南風(fēng)的干氣流入流急流，颮線南部入流大風(fēng)風(fēng)速達(dá)30 m·s-1，進(jìn)入颮線后在前部下沉，然后以19 m·s-1的速度到達(dá)地面。颮線北部入流最大風(fēng)速達(dá)26 m·s-1，達(dá)到地面為11 m·s-1。地面大風(fēng)位于后側(cè)急流到達(dá)低層前部的輻散區(qū)。

3月正是初春時節(jié)，茶葉、油菜等初春作物的成熟期，強(qiáng)對流天氣特別是颮線引起的大風(fēng)過程，對地膜和大棚設(shè)施均有很大的損害。根據(jù)反饋，此次過程導(dǎo)致柯橋區(qū)稽東鎮(zhèn)多棵百年香榧樹樹枝折斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。