2019年夏季冀東北地區(qū)一次長生命史弓狀颮線過程分析

宋金妹 毛智政 王莎 劉昊野 張晨宇 劉冰玉

摘要 選取2019年7月25日冀東北地區(qū)出現(xiàn)的一次長生命史弓狀颮線過程，利用常規(guī)和加密氣象觀測數(shù)據(jù)、ERA5（0.25°×0.25°）再分析數(shù)據(jù)、衛(wèi)星資料以及多普勒雷達資料等進行分析發(fā)現(xiàn)：7月25日過程出現(xiàn)在午后，颮線自西北向東南移動，影響槽比較淺薄，屬于弱天氣尺度強迫下產(chǎn)生的強對流天·氣，本次過程主要由地面輻合線和干線觸發(fā);在高分辨率的葵花衛(wèi)星云圖上，有大范圍對流云泡排列成帶并向南壓;本次颮線過程雷達回波特征有明顯弓形，屬于颮線型弓形回波，為中α尺度，形態(tài)多變，生命期長達6 h。

關(guān)鍵詞 颮線;弓形回波;雷暴大風;多普勒雷達特征

中圖分類號：P458.2 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）07–0039–03

颮線是一種帶（線）狀中尺度對流系統(tǒng)，颮線過境時伴隨氣壓涌升、氣溫急降、相對濕度大幅上升等氣象要素激烈變化特征，因此颮線又被稱為氣壓涌升線、不連續(xù)線或跳躍線[1-2]。颮線過境時常伴隨雷暴大風、冰雹、短時強降水等強對流天氣。

隨著我國新一代多普勒天氣雷達網(wǎng)的逐步建立，對颮線的觀測研究逐漸增多。丁一匯等[3]通過研究總結(jié)出中國颮線發(fā)生時的大尺度環(huán)流背景主要有槽后型、槽前型、高后型和臺風倒槽型四類，其中北方颮線以槽后型為主且經(jīng)常與冷渦密切相關(guān)。Meng Z等[4]研究發(fā)現(xiàn)，中國東部颮線的產(chǎn)生具有日變化，傍晚是一個大高峰，清晨和午后為兩個小高峰。楊姍姍等[5]通過統(tǒng)計分析冷渦背景下的颮線發(fā)現(xiàn)，颮線基本發(fā)生在6—8月，7月是颮線出現(xiàn)的高峰期。

颮線是易產(chǎn)生雷暴大風的典型天氣系統(tǒng)，而弓狀回波颮線通常與下?lián)舯┝?、災害性大風有關(guān)，比普通颮線更易產(chǎn)生雷暴大風天氣[6]。有學者首先發(fā)現(xiàn)了強風暴的弓狀特征，并給出弓形回波產(chǎn)生和發(fā)展的概念模型。刁秀廣等[7]通過綜合分析4次強對流過程，發(fā)現(xiàn)颮線發(fā)展前期的弓形回波所致大風明顯大于源于強降雨帶減弱階段的弓形回波所致大風。楊曉亮等[8]分析了一次冷渦背景下的河北省中南部颮線導致的雷暴大風過程的環(huán)境條件和流風暴的演變特征發(fā)現(xiàn)，颮線回波強度減弱后，冷池密度流、動量下傳和變壓風共同作用仍可形成地面大風。國內(nèi)許多學者對颮線的成因、維持機制、環(huán)境條件、雷達回波特征等方面進行了深入研究，張弛等[9]研究發(fā)現(xiàn)，颮線的出現(xiàn)需要水汽分布與上升氣流配合，高層強冷平流與低層暖平流疊加為颮線的發(fā)生、發(fā)展提供有利的能量條件，長生命史颮線的發(fā)展離不開強環(huán)境風垂直切變，地面中尺度露點鋒（干線）、中尺度復合線是颮線的直接觸發(fā)和維持機制。

姚晨等[10]研究發(fā)現(xiàn)，北京中南部和河北中南部較易發(fā)生颮線過程，對其的研究也相對較多，而對河北省東北部的颮線過程研究較少。利用常規(guī)探測資料、加密自動站觀測資料、雙偏振多普勒天氣雷達資料、ERA5再分析數(shù)據(jù)、衛(wèi)星資料等，分析颮線的大尺度環(huán)流背景、環(huán)境特征、雷達回波特征和災害性大風成因，為今后該類天氣的預報預警提供參考依據(jù)，從而在短臨預報預警中做出更加準確的判斷。

1 天氣實況和氣象要素變化特征

冀東北地區(qū)是指河北省承德東南部，唐山、秦皇島等地區(qū)地形復雜，北部為燕山，南臨渤海，每年5—8月是冀東北地區(qū)強對流發(fā)生的活躍時期。2019年7月25日（以下簡稱“0725”）過程發(fā)生于午后至夜間，颮線自西北向東南移動，過程降雨量以小到中雨為主，局部地區(qū)有大雨或暴雨，最大雨量出現(xiàn)在秦皇島市青龍縣為74.7 mm，最大小時雨強為55.9 mm/h，伴有大范圍的雷暴大風、短時強降水，局地伴有冰雹，極大風速達到29.5 m/s（11級），冰雹直徑為7 mm。

由于本次過程雷達回波具有明顯的弓形，出現(xiàn)了大范圍短時大風天氣（表1），具體影響情況見圖1。由于颮線的長軸方向與移動方向幾乎垂直，因此強降雨時段非常集中，站點降水持續(xù)時間均在1～2 h。

颮線過境時，多個自動站點氣象要素出現(xiàn)風向突變、風速劇增、氣溫下降、氣壓涌升等現(xiàn)象?！?725”過程以秦皇島青龍站為例，颮線過境前后氣象要素發(fā)生突變：風向從17：40的西南風轉(zhuǎn)為18：20的東北風，瞬時風速也由2.5 m/s上升至14.6 m/s，增幅12.1 m/s;氣溫從17：35的31.4℃下降至18：45的21.7℃，降幅9.4℃;氣壓從17：35的971.2 hPa上升至18：35的975.3 hPa，升幅4.1 hPa;相對濕度從17：40的59%上升到18：50的97%。

2 大尺度環(huán)流背景及影響系統(tǒng)

2019年7月25日08：00，500 hPa有一高空槽壓至河北省東北部，該槽為階梯槽，且溫度槽落后于高度槽，槽繼續(xù)發(fā)展東移，500 hPa的風速也較大，達20 m/s以上。700 hPa與500 hPa冷槽幾乎垂直，850 hPa無明顯切變線存在，整個河北省受暖氣團控制，溫度在20℃～ 24℃之間。08：00，850 hPa與500 hPa溫差已達28℃以上，上冷下暖的熱力不穩(wěn)定層結(jié)已經(jīng)建立。14：00，500 hPa淺槽東移，伴隨大范圍干冷空氣入侵河北省，700 hPa冷槽移動較慢，壓至秦皇島上空，出現(xiàn)了明顯的前傾結(jié)構(gòu)，非常有利于強對流天氣的發(fā)生。地面受低值系統(tǒng)控制，08：00前后河北省東北部地區(qū)有大范圍輕霧出現(xiàn)，有利于不穩(wěn)定能量的積累。從500 hPa影響槽的發(fā)展情況來看，影響槽比較淺薄，本次過程屬于弱天氣尺度強迫下出現(xiàn)的颮線過程（圖2）。

3 颮線的發(fā)生、發(fā)展機制分析

形成對流天氣需要具備3個基本條件：水汽條件、不穩(wěn)定層結(jié)條件、抬升力條件。

3.1 水汽條件分析

王秀明等[11]模擬研究發(fā)現(xiàn)，當中低層垂直風垂直切變較強時，低層濕度成為風暴結(jié)構(gòu)的決定性因素，中—高濕度環(huán)境下形成高度組織化的颮線。

“0725”過程中，低層為水汽通量輻合，比濕條件較好。850 hPa河北東北部比濕均在10 g/kg以上，樂亭站探空資料顯示，850 hPa以下比濕均在10 g/kg以上，近地層達19 g/kg（表2）。

3.2 不穩(wěn)定能量條件分析

850 hPa與500 hPa溫差較大，大氣層結(jié)不穩(wěn)定。CAPE值從08：00到20：00有明顯增加，表明受太陽輻射的影響，濕對流不穩(wěn)定能量有累積的過程。下沉對流有效位能08：00高于20：00。樂亭探空曲線顯示，“0725”過程為上干下濕的結(jié)構(gòu)，存在弱逆溫層結(jié)，有利于不穩(wěn)定能量的積累。從08：00到20：00，低層的暖平流和500 hPa附近的冷平流均有所加強，表明上干冷下暖濕的不穩(wěn)定層結(jié)更加明顯。

從零度層高度來看，由于低層暖氣團較強，零度層高度高于4.5 km，不利于出現(xiàn)大冰雹（實況局地監(jiān)測到直徑不足1 cm的小冰雹）。

3.3 動力條件分析（抬升觸發(fā)機制）

對流天氣的觸發(fā)機制包括天氣系統(tǒng)造成的上升運動、地形抬升作用、局地熱力抬升作用。大氣中可以觸發(fā)颮線的機制主要有鋒面、海風鋒、干線、重力波等。

結(jié)合高分辨率葵花衛(wèi)星資料可知（圖3），7月25日對流發(fā)生前，天空晴朗少云，有利于地面輻射增溫，冀東北地區(qū)白天最高氣溫均在30℃以上，可以看到15：00承德地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)帶狀對流云，并隨著高空西北氣流逐漸向東南移動，可以清楚地看出凹凸不平的對流云頂，對流云前進方向邊界整齊光滑和下風方向的云砧。

“0725”過程地面輻合線非常明顯，部分時段還出現(xiàn)中小尺度輻合中心。由圖4可知，地面輻合線自北向南移動，觸發(fā)強對流。此次過程也能分析出干線，且干線與地面輻合線走向一致。因此，“0725”過程的觸發(fā)機制包括熱力觸發(fā)、干線和地面輻合線的觸發(fā)。

4 颮線多普勒雷達特征分析

7月25日午后河北北部有塊狀回波生成，并逐漸發(fā)展南壓。16：48形成了颮線，具有“弓狀”特征，此時結(jié)合0.5°仰角速度圖（圖5）可以看出弓形頂點及其后部臨近地區(qū)有大風速中心配合，徑向速度達21 m/s，地面加密風場資料顯示此時承德東南部多個站點出現(xiàn)大風天氣，極大風速達29.5 m/s（11級）。隨后颮線斷裂，結(jié)構(gòu)松散，回波前部不斷觸發(fā)形成新的強回波單體，18：54重新形成兩條颮線，均具有“弓狀”特征。隨著回波向雷達中心靠近，弓形回波后的大范圍速度大值區(qū)也越來越明顯。同時，可以看到反射率圖上弓形回波后側(cè)入流缺口。在颮線南壓的過程中，前側(cè)有陣風鋒形成。從回波特征來看，本次過程屬于颮線型（或線性波形）弓形回波，由于颮線的尺度較大（中α尺度），生命期也較長（6 h），承德、唐山、秦皇島都有大風出現(xiàn)。由于弓形回波中夾雜著超級單體風暴，個別地區(qū)出現(xiàn)冰雹（觀測到旁瓣回波）。本次過程中，弓形回波前部不斷觸發(fā)新的單體，強回波減弱后仍維持在30 dBZ以上，部分時段南壓速度較小，多個站點出現(xiàn)短時強降水。強回波剖面圖也具有高懸強回波、回波懸垂等特征。

5 結(jié)論

利用常規(guī)氣象觀測資料、加密自動站資料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析數(shù)據(jù)、衛(wèi)星資料、多普勒雷達資料，分析2019年7月25日出現(xiàn)的一次長生命史弓狀颮線過程。結(jié)論如下：

（1）本次過程出現(xiàn)在午后，自西北向東南影響冀東北地區(qū)，影響槽比較淺薄，850 hPa無明顯切變線配合，屬于弱天氣尺度強迫下產(chǎn)生的強對流天氣。

（2）本次過程的觸發(fā)機制包括地面輻合線和干線，午后熱輻射也起到了觸發(fā)作用。

（3）在紅外云圖上，表現(xiàn)為尺度較小的對流云。在高分辨的葵花衛(wèi)星圖上，有大范圍對流云泡排列成帶并向南壓。

（4）本次颮線過程雷達特征具有明顯弓形，屬于颮線型（或線性波形）弓形回波，尺度較大（中α尺度），形態(tài)多變，生命期長達6 h，除了出現(xiàn)大范圍雷暴大風外，還伴有大范圍短時強降水和局地冰雹。

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責任編輯：黃艷飛

Analysis of a Long Life Arc-shaped Squall Line Event Over Northeast Hebei Province in 2019

SONG Jin-mei et al（Qinhuangdao Meteorological Observatory， Qinhuangdao， Hebei 066000）

Abstract Select a long life history arcuate squall line process in Northeast Hebei on July 25， 2019， and use conventional and encrypted meteorological observation data， era5 （0.25° ×0.25°） reanalysis data， satellite data and Doppler radar data show that the process on July 25 occurred in the afternoon， the squall line moved from northwest to Southeast， and the influence trough was relatively shallow. It belongs to strong convective weather under weak Weather Scale forcing. This process is mainly triggered by ground convergence line and trunk line. On the high-resolution sunflower satellite cloud image， there are large-scale convective cloud bubbles arranged in a belt and pressed southward. The radar echo characteristics of this squall line process have obvious bow， belonging to squall line bow echo， which is medium. The scale and shape are changeable， and the life span is up to 6 h.

Key words Squall line; Bow echo; Th-understorm gale; Radar echo characteristics