江苏一次飑线过程的数值分析

郁懋楠++刘晓莉++水旭琼+周溥佳

摘 要：2006年4月28日江苏发生了1次飑线强对流天气过程。利用中尺度数值模式WRF对这次过程进行数值模拟。结果表明：低层的中尺度切变线和辐合线是这次过程主要的触发系统；高层强冷空气配合低层暖平流，构成上冷下暖的不稳定层结结构；这次过程中地面大风的出现与飑线后方的下沉辐散气流有关；云微物理量配合抬升运动为降水降雹提供了有利条件，但低层水汽条件的不足导致降雹和降水较弱。

关键词：大气科学；飑线；WRF；数值模拟

中图分类号：S163 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20171132190

飑线是由对流单体侧向排列而成的狭窄雷暴带，发生时通常伴随着强风、冰雹、下击暴流、龙卷等灾害性天气。飑线一般长约几十至几百公理，宽约几十至200km[1]。近年来，随着卫星、雷达和中小尺度数值模式的发展，国内外对于飑线的研究已取得重大进展。许多作者[2-4]通过雷达、数值模式等研究了我国飑线发展的背景环境；侯建忠等[5]和翟国庆等[6]分析了我国不同地理位置的飑线环境；易笑园等[7]提出飑线系统强回波带中，6min地闪频数和对流云的回波顶高>11或12km范围的回波面积有正相关关系。

2006年4月28日18：00左右起，受山东南部发展起来的飑线影响，江苏自北向南出现了大范围9～11级西北大风，局地伴有强雷暴和冰雹天气。这次飑线过程主要影响是风灾，持续6～7h。

1 环流背景

4月28日08：00的500hPa图上，亚洲高纬地区为2槽1脊型。江苏处于槽前，槽后有1温度槽与之配合，槽后为弱冷平流。此后，贝湖西侧的低涡出现分裂，分裂出的次中心携冷空气向东南加深发展。中低层来看，河套东部的切变线，到20：00移到苏鲁皖交界处。位于中西部的暖舌也快速东移，江苏大部出现正变温。地面图上，28日2：00在河套地区出现1个低压，随后系统不断加强南压，渐变为1条地面辐合线，与对流层底部的切变线形成深厚的辐合系统。

2 數值模式及试验方案

本文选取分辨率为1×1°、6h1次的NCEP再分析资料，运用WRF模式对这次过程进行了数值模拟。模式采用双层嵌套，以E117.95°，N34.10°为中心。外层格点数为201×228，格距为6km；内层为301×337，格距为2km。垂直方向取19层，模式顶气压为100hPa。积分时间从4月28日06：00（北京时28日14：00）—18：00（北京时29日02：00）。

3 模拟结果

3.1 降水过程分析

从实况（图1a）来看，降水主要分布在山东东部及江苏北部，降水中心位于连云港北部。模拟的降水区域（图1b）在陆地上分布在苏鲁交界。模拟的降水区域稍偏小，降水中心与实况基本吻合，中心降水量稍稍偏低，但总体来说，模式对这次过程的降水模拟比较好。因此，下面利用本次模拟结果对这次过程作进一步分析。

3.2 雷达回波分析

4月28日18：58的实况显示，在苏鲁交界处，有1条弓状回波带，中心强度达到55dBz。20：00前后（图2a）发展到最旺盛。随后回波到达沿淮一带，但其结构发生明显改变，回波带开始从曲率最大处断裂，结构也变得松散，尾部的层状云区逐渐消散，到21：08（图略），可以清晰地看到回波分裂为2条。

对比发现，这次模拟较好地复制了飑线初生、发展和消亡的演变过程：模拟的飑线于北京时16：30左右在鲁南发展起来，随后范围一直扩大，强度也有所增大，在19：30之后发展到最强，20：00开始，强度有所减弱，之后其结构也发生分裂，分裂的回波在向东南移动的过程中，范围不断减小，强度不断减弱，到次日凌晨，陆地上回波基本消散。

3.3 动力结构特征

模拟风场上，在鲁南可以看到1条辐合带，随后东移南压，与飑线的移动一致。纬向风前后都是西风，中心在250hPa附近的急流带上。28日18：30，中低层风速等值线变得十分密集，这说明低层垂直梯度增大，风切变增强，有利于对流的进一步发展增强。经向风上，飑线发展前期，低层为南风，中高层的偏北风开始出现并向低层发展。28日19：00，低层飑线前有1个南风中心，其北侧是深厚的偏北风。可以看到，飑线后部为密集的北风风速等值线，800hPa附近的南北风分界面说明飑线在对流层中低层表现为近乎垂直的南北风辐合带。

飑线后为负涡度区，中心位于500hPa，并向东移动，飑线前低层为正涡度区控制。28日19：30，飑线附近600hPa以上高层为负涡度区，反气旋性涡度中心位于500hPa，600hPa以下中低层为正涡度区，气旋性涡度中心位于900hPa，对比中低层背景场，这与该处较强的风切变吻合；同一时间散度分布上，飑线附近550hPa以下中低层为负值区，说明中低层为辐合气流，而在中高层，出现正值区，其中心位于300hPa上，中心值为1.5×10-3s-1，气流呈辐散状；再比较该时刻垂直速度剖面发现，在飑线后部中层为强度稍弱的上升运动，而低层出现了1个负值中心，说明此处有下沉气流，但强度较小，该处对应着1个强度稍弱的辐散区，在随后的发展过程中，飑线所处区域的中低层都为强烈的上升运动，而其后部低层都存在微弱的下沉运动。地面大风区主要分布在飑线附近地面辐合区后部的辐散区中，说明地面大风的出现与飑线后方的下沉辐散气流有关。

3.4 热力结构特征

分析假相当位温θse可知，初期阶段600hPa以下?θse /?Z<0，大气处于不稳定状态，上下层差值约为13K；随着飑线的进一步发展，θse 的拐点高度降低，到飑线成熟阶段，28日20：00，950～900hPa出现了?θse /?Z比值接近于0的中性层结，此时该地区正是飑线对流系统的强上升运动区；飑线过境后，28日21：00，900hPa以下?θse /?Z>0，气层趋于稳定，对流层中层仍处于不稳定状态，但其差值只有4K左右，与飑线发展初期相比不稳定程度大大降低。

3.5 云微物理量及水汽分析

北京时20：30左右，在650hPa出现了云水比含水量的最大值，该处对应着上升运动；850～350hPa出现雹比含水量的大值区，中心对应700hPa以上为上升运动，下层逐渐被下沉气流控制；750hPa以下出现雨水比含水量的大值区，对应着较强的下沉气流。因此，中层的水汽伴随着上升气流被带到高层，随后雹比含水量达到最大值，说明云内有冰晶出现，有利于降雹；伴随系统的移出，低层的上升气流被下沉气流取代，将水汽和冰晶带到低层，低层的雨水比含水量增加，为降水提供了有利的条件。

但是，分析水汽条件可知，低层仅在连云港盐城的沿海一带出现温度露点差为3℃的湿区，而相对湿度方面，也仅有连云港盐城沿海一带>70%。因此，低层的水汽条件并不充分，导致中层云水比含量值偏低，从而引起冰雹和降水的减少。这与模拟结果吻合，累计降水大值主要在海面，陆地降水主要集中在连云港盐城沿海一带，累计降水最大值位置连云港东南，为18mm；而冰雹落區也主要在连云港及其南部，但量级较小，不到0.5mm。

4 结语

本文分析了发生在江苏的1次飑线过程，并利用WRF模式模拟结果分析了动力结构、热力结构、云微物理量及水汽条件，得到以下结论。

这次过程发生在2槽1脊的经向型环流背景下，低层的中尺度切变线和辐合线是本次过程主要的触发系统。上冷下暖的不稳定层结结构，对强对流天气的发展十分有利；WRF模式较成功地模拟出了此次飑线过程，从降水、雷达回波、动力热力结构等方面看，模式对强对流天气的中尺度特征具有一定的模拟能力；这次过程的飑线在对流层中低层表现为近乎垂直的南北风辐合带，地面大风的出现与飑线后方的下沉辐散气流有关；飑线发展旺盛阶段对流系统的强上升运动区附近出现了?θse /?Z比值接近于0的中性层结，θse 的上下层差值随飑线发展消亡大幅减小，不稳定程度大大降低；云水比含水量大值区伴随较强的上升气流，为降雹提供了有利的条件，随着飑线的过境，低层上升气流被飑线后的下沉气流取代，为降水提供了有利的条件。但是，中低层水汽条件的缺乏，导致降雹和降水量的减少。

参考文献

[1]寿绍文，励申申，姚秀萍.中尺度气象学[M].北京：气象出版社，2003.

[2]姚晨，戴娟，刘晓蓓.江淮流域长生命史飑线的特征分析与临近预警[J].气象科学，2013（5）：577-583.

[3]孙素琴，苗春生，王坚红.一次飑线过程的数值模拟及诊断分析[J].气象与环境学报，2010（2）：21-26.

[4]于庚康，吴海英，曾明剑，等.江苏地区两次强飑线天气过程的特征分析[J].大气科学学报，2013（1）：47-59.

[5]侯建忠，王繁强，方建刚，等.黄土高原一次冷涡飑线的综合分析与数值模拟[J].高原气象，2007（2）：353-362.

作者简介：郁懋楠，男，本科，助理工程师，研究方向：天气预报服务。