近地面冷池在颮線過(guò)程中對(duì)對(duì)流大風(fēng)的預(yù)判作用淺析

王蓓元 王藝橙 張夢(mèng)

收稿日期：2023-12-10

基金項(xiàng)目：淮安市氣象局科研項(xiàng)目（202201）。

作者簡(jiǎn)介：王蓓元（1986—），女，江蘇淮安人，工程師，主要從事中短期及臨近天氣預(yù)報(bào)工作。

摘 要：利用江蘇省氣象觀測(cè)站地面觀測(cè)所觀測(cè)的極大風(fēng)、氣溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)2022年7月10日、7月26日、7月28日江蘇先后發(fā)生的3次颮線過(guò)程進(jìn)行分析。3次颮線均出現(xiàn)了大范圍對(duì)流大風(fēng)，極端大風(fēng)不僅出現(xiàn)在水體山地附近，還出現(xiàn)在人員密集的城鎮(zhèn)。颮線的移動(dòng)方向主要取決于500 hPa引導(dǎo)氣流的方向，7月10日颮線發(fā)生在暖區(qū)中，7月26日和28日颮線發(fā)生在冷暖氣流的對(duì)峙中，其中7月10日和26日動(dòng)力條件起主導(dǎo)作用，28日850 hPa水汽為颮線的產(chǎn)生提供了能量，颮線的發(fā)生是動(dòng)力條件和能量條件共同作用的結(jié)果。冷池在近地面的活動(dòng)對(duì)陸上極端大風(fēng)的出現(xiàn)有一定的提前指示意義，在颮線影響下，站點(diǎn)氣溫的變化與風(fēng)速的變化呈反相關(guān)，利用降溫預(yù)判對(duì)流大風(fēng)的提前量可以達(dá)到40 min以上。

關(guān)鍵詞：江蘇；冷池；颮線；對(duì)流大風(fēng)

中圖分類號(hào)：P444 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：2095–3305（2024）03–0-03

在中緯度地區(qū)，颮線是常見(jiàn)的一種中尺度對(duì)流系統(tǒng)，經(jīng)常會(huì)形成局地暴雨、短時(shí)大風(fēng)、冰雹等災(zāi)害性強(qiáng)對(duì)流天氣。颮線的形成機(jī)制引起了許多學(xué)者的關(guān)注。劉淑媛[1]利用上海地基單多普勒雷達(dá)觀測(cè)資料反演了2004年7月12日17：00～19：00上海一次颮線過(guò)程的水平風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，并用自動(dòng)站觀測(cè)的風(fēng)場(chǎng)資料對(duì)雷達(dá)回波和時(shí)間的連續(xù)性和徑向速度的特征是否吻合等方面進(jìn)行綜合檢驗(yàn)。盛日鋒等[2]利用自動(dòng)氣象站、多普勒雷達(dá)及NCEP 1°×1°的逐6 h資料，從天氣形勢(shì)、垂直結(jié)構(gòu)、地面中尺度場(chǎng)等角度分析了山東發(fā)生的一次颮線過(guò)程的三維風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)。莊薇等[3]利用新疆烏魯木齊和五家渠的雙多普勒雷達(dá)同步觀測(cè)資料與雙多普勒雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)反演技術(shù)，結(jié)合多種氣象資料，綜合分析了2005年6月26日新疆烏魯木齊附近一次強(qiáng)颮線過(guò)程，研究表明其流場(chǎng)特征是低層存在明顯的輻合線，中層輻合，高層輻散。上述研究工作的結(jié)果均表明，我國(guó)發(fā)生的颮線過(guò)程其三維風(fēng)場(chǎng)、中尺度結(jié)構(gòu)及演變特征與國(guó)際上多國(guó)學(xué)者對(duì)中緯度颮線的研究分析結(jié)論基本一致。

1 數(shù)據(jù)與方法

極大風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于江蘇省氣象觀測(cè)站地面觀測(cè)資料。極大風(fēng)速指給定時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)風(fēng)速最大值，其中的瞬時(shí)風(fēng)速指3 s平均風(fēng)速。所用時(shí)間均為北京時(shí)。

2 對(duì)流大風(fēng)天氣實(shí)況

在江蘇，颮線容易在6—8月進(jìn)入盛夏后發(fā)生，短時(shí)臨近預(yù)警中，主要關(guān)注短時(shí)強(qiáng)降水和瞬時(shí)強(qiáng)風(fēng)的出現(xiàn)。2022年7月，江蘇先后出現(xiàn)了3次颮線過(guò)程，分別為7月10日、26日、28日，颮線影響期間發(fā)生了多次對(duì)流大風(fēng)，造成巨大的社會(huì)影響。

自動(dòng)站氣象數(shù)據(jù)顯示（表1），7月10日10：00—11日04：00全省共有354個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)（占全省23.6%），其中16個(gè)站點(diǎn)達(dá)到10級(jí)以上，最大風(fēng)力出現(xiàn)在鹽城響水陳家港鎮(zhèn)西北十公里海面（31.0 m/s，11級(jí)）；7月26日08：00—21：00全省共有309個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)（占全省19.0%），其中33個(gè)站點(diǎn)達(dá)到10級(jí)以上，最大風(fēng)力出現(xiàn)在蘇州東山胥口鎮(zhèn)（36.8 m/s，

12級(jí)）；7月28日12：00—29日00：00全省共有204個(gè)站

點(diǎn)出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)（占全省12.8%），其中10個(gè)站點(diǎn)達(dá)到10級(jí)以上，最大風(fēng)力出現(xiàn)在鎮(zhèn)江句容李塔水庫(kù)（33.4 m/s，12級(jí)）。11～12級(jí)極端大風(fēng)出現(xiàn)的情況如表1～表3，7月10日極端大風(fēng)出現(xiàn)在連云港鹽城的近海水面，7月26日和7月28日極端大風(fēng)不僅出現(xiàn)在山地或水體等空曠地帶，還出現(xiàn)在城鎮(zhèn)地帶，危害性更大。

3 大尺度天氣背景

7月10日颮線過(guò)程移動(dòng)方向?yàn)槲鞅薄獤|南，500 hPa西風(fēng)槽自西北向東南掃過(guò)本省，槽后配合大風(fēng)速區(qū)，850 hPa切變線維持在皖南到長(zhǎng)江一線，江蘇處于暖脊控制下，暖中心位于蘇南到浙北一帶，達(dá)25 ℃。7月26日颮線過(guò)程移動(dòng)方向?yàn)樽晕飨驏|，500 hPa西風(fēng)槽為前傾槽，北段穩(wěn)定少動(dòng)，南段由西北向東南方向逆轉(zhuǎn)，槽后低層可以觀測(cè)到明顯的降溫，說(shuō)明有冷暖空氣的交匯，850 hPa切變線維持在江淮之間。7月28日颮線過(guò)程中移動(dòng)方向?yàn)槲髂稀獤|北，500 hPa西風(fēng)槽穩(wěn)定，移動(dòng)較慢，江蘇始終位于槽前，東部海上有臺(tái)風(fēng)“桑達(dá)”影響，副高穩(wěn)定，850 hPa切變線在江蘇維持在淮河一線，同時(shí)有明顯的濕區(qū)影響。結(jié)果表明，颮線的移動(dòng)方向主要取決于500 hPa引導(dǎo)氣流的方向，7月10日颮線發(fā)生在暖區(qū)中，7月26日和28日颮線發(fā)生在冷暖氣流的對(duì)峙中，其中7月10日和26日動(dòng)力條件起主導(dǎo)作用，28日850 hPa水汽為颮線的產(chǎn)生提供了能量，颮線的發(fā)生是動(dòng)力條件和能量條件共同作用的結(jié)果。

4 地面冷池活動(dòng)與對(duì)流大風(fēng)的出現(xiàn)

1988年由Rotunno和Weisman首次提出的RKW理

論指出，近地面冷池和低層環(huán)境垂直風(fēng)切變相互作用是颮線發(fā)展維持最重要的動(dòng)力和熱力機(jī)制[4-5]。

冷池被定義為較冷的空氣被較暖的空氣所包圍而形成的溫度較低區(qū)域。低層冷池主要由雨水蒸發(fā)冷卻

形成[6-7]。

用近地面的1 h變溫分布演變大致對(duì)應(yīng)冷池在近地面的水平活動(dòng)范圍。圖2顯示冷池所帶來(lái)的1h變溫在7月10日達(dá)到8 ℃，7月26日達(dá)到11 ℃，7月28日達(dá)到13 ℃（圖1），7月26日和7月28日冷池強(qiáng)度明顯強(qiáng)于7月10日，其中冷池較弱的7月10日下游風(fēng)力9～10級(jí)，7月26日和7月28日在下游造成了11～12級(jí)風(fēng)，較強(qiáng)的冷池對(duì)應(yīng)下游較強(qiáng)的極大風(fēng)。

冷池的活動(dòng)對(duì)陸上極端大風(fēng)的出現(xiàn)有一定的提前指示意義[8-9]。在3次颮線中分別選擇一個(gè)出現(xiàn)極端大風(fēng)的站點(diǎn)：7月10日的冶山老山村站、7月26日汊河街道站、7月28日林湖鄉(xiāng)站，溫度的變化和風(fēng)速的變化存在明顯的反相關(guān)，且風(fēng)速的變化存在脈沖式的突變。7月10日19：15之前冶山老山村站（圖2a）氣溫維持在32 ℃

以上，19：20開始降溫，20：15風(fēng)力超過(guò)8級(jí)達(dá)到17.8 m/s，

20：25風(fēng)力超過(guò)10級(jí)（風(fēng)速27.4 m/s），從開始降溫（過(guò)程降溫8.8 ℃）到10級(jí)大風(fēng)出現(xiàn)，具備60 min的提前量。7月26日汊河街道站（圖2b），12：25之前氣溫維持在34 ℃以上，12：30開始降溫，13：05風(fēng)力超過(guò)7級(jí)（風(fēng)速14.1 m/s），13：15風(fēng)力超過(guò)12級(jí)（風(fēng)速33.5 m/s），降溫（過(guò)程降溫9.6 ℃）時(shí)間和12級(jí)大風(fēng)之間具備40 min的提前量。7月28日林湖鄉(xiāng)站（圖2c），17：05氣溫34.5 ℃，

17：10開始降溫，17：55～18：30出現(xiàn)弱降水，氣溫穩(wěn)定在26.2 ℃，18：35降水加強(qiáng)后，氣溫繼續(xù)下降，19：00風(fēng)力超過(guò)11級(jí)達(dá)到29.7 m/s，降溫（過(guò)程降溫10.9 ℃）時(shí)間和11級(jí)大風(fēng)之間具備115分鐘的提前量。值得注意的是，關(guān)于地面冷池對(duì)颮線對(duì)流大風(fēng)的提前警示作用，在陸地和在水體附近表現(xiàn)不同，針對(duì)陸地的對(duì)流大風(fēng)提前量可以達(dá)到40 min以上，而針對(duì)水體附近的對(duì)流大風(fēng)很難有提前量[10-11]。以7月26日蘇州胥口鎮(zhèn)（圖2d）和小雷山鎮(zhèn)（圖2e）、7月28日宿遷駱馬湖（圖2f）為例，這3個(gè)站點(diǎn)在對(duì)應(yīng)的颮線活動(dòng)中出現(xiàn)了12級(jí)以上的極端大風(fēng)，7月26日13：00～14：00和7月28日11：50～12：50 1 h變溫均達(dá)到12 ℃以上，這3個(gè)站點(diǎn)降溫與極端大風(fēng)幾乎同時(shí)出現(xiàn)。這種陸面及水體出現(xiàn)了完全不同的情況，可能與水體、陸面的下墊面差異有關(guān)，也有可能與冷池的三維邊界結(jié)構(gòu)有關(guān)[12-13]，需要加入垂直空間數(shù)據(jù)做進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

（1）7月10日、7月26日、7月28日在江蘇先后發(fā)生颮線過(guò)程出現(xiàn)了大范圍對(duì)流大風(fēng)，8級(jí)以上站點(diǎn)占全省站點(diǎn)12.8%～23.6%，11～12級(jí)的極端大風(fēng)不僅出現(xiàn)在水體山地附近，還出現(xiàn)在人員密集的城鎮(zhèn)。

（2）颮線的移動(dòng)方向主要取決于500 hPa引導(dǎo)氣流的方向，7月10日颮線發(fā)生在暖區(qū)中，7月26日和28日颮線發(fā)生在冷暖氣流的對(duì)峙中，其中7月10日和26日動(dòng)力條件起主導(dǎo)作用，28日850 hPa水汽為颮線的產(chǎn)生提供了能量，是動(dòng)力條件和能量條件共同作用的結(jié)果。

（3）冷池的活動(dòng)對(duì)陸上極端大風(fēng)的出現(xiàn)有一定的提前指示意義。在颮線影響下，站點(diǎn)氣溫的變化與風(fēng)速的變化呈反相關(guān)，利用降溫預(yù)判對(duì)流大風(fēng)的提前量可以達(dá)到40 min以上。但在水體附近的站點(diǎn)，降溫和對(duì)流大風(fēng)幾乎同時(shí)出現(xiàn)，很難有提前量的預(yù)測(cè)時(shí)間。

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