一次影响靖安的飑线天气过程分析

陈丽丽，马中元，余剑浩，彭 景，田 甜，谭立坤

(1.江西省气象科学研究所，330046，南昌;2.靖安县气象局，330600，江西，靖安;3.鹰潭市气象局，335001，江西，鹰潭)

0 引言

雷暴大风、冰雹和短时强降水是江西省出现最频繁的灾害性天气，是最为常见的强对流天气现象，危害人民生命财产安全。靖安县地处北纬28°47＇～29°06＇，东经114°54＇～115°30＇。地势东西长，南北窄，四周环山，中部山地间杂丘陵，唯东南偶有少量河谷平原，是一个以山区为主地区。靖安县属于亚热带湿润气候，西部多山，地形复杂，风速偏小，风向多变。因此，研究靖安县雷暴大风等强对流天气十分有意义。

国内外学者开展了较多灾害性天气监测预警预报的技术研究，例如:主观临近预报技术包括基于多普勒天气雷达观测数据并结合其他资料，对雷暴生成、发展和衰减，特别是对强对流天气的临近预报[1]，有利于强冰雹的环境条件是－10～－30℃之间的对流有效位能较大、0～6 km之间的垂直风切变较大、0℃层距离地面高度适中。强冰雹雷达回波特征具有:高悬的强回波、低层的弱回波区、中高层的回波悬垂和有界弱回波区、中气旋、风波顶辐散和三体散射长钉[2]。任何对流风暴(雷暴)都是由对流单体构成，对流单体在雷达反射率因子图上表现为一个个分立的密实区域[3]。飑线移动前方不断产生具有“前伸”、TBSS和假象回波结构和局地雹云超级单体回波群，这些飑前中小尺度系统是产生强对流天气的主要回波系统[4]。强垂直风切变的存在、适宜的0～－20℃高度和“上干下湿”的结构配置是形成地面降雹和雷雨大风的有利环境条件[5]。局地冰雹回波产品特征:强度达到60～65 dBz、回波顶高ET达到9～12 km、垂直累积液态水含量VIL达到40～60 kg/m2、垂直显示方式RHI上55～60 dBz强回波顶高达到5～6 km、有虚假回波伴随或有不特别明显的悬挂回波结构等特征[6]。副热带高压边缘强对流云型、斜压扰动云系尾部强对流云型、地面倒槽中MCS、东风波(热带低压倒槽)、冷锋前强对流云带、冷锋前部的MCC、高空低槽后强对流云型、热带气旋及其外围胞线云带云型，这8种云型特征是构成江西强对流天气的典型云型[7]。副高边缘雷达回波特征主要有2种:一是南北向短带回波，有时会发展为弓状回波;二是强回波单体，超级单体和复合单体回波[8]。这些研究成果为本项目研究奠定了理论基础。

本文使用地面自动站观测资料、常规气象资料、FY－2G逐小时红外卫星云图、多普勒雷达拼图资料等，采用天气学诊断分析、中尺度分析、形态分析等方法，对2018年3月15日影响靖安的一次飑线天气过程进行分析，试图总结出影响靖安县飑线及强对流天气的天气系统、单站要素、卫星云图、雷达回波等特征，为县级开展飑线类强对流天气的短临预警预报服务工作提供分析依据。

1 资料来源

雨量等资料来源于地面自动站观测资料，靖安国家站数据;常规天气资料来源于MICAPS平台;雷电数据来源于CIMISS数据库绘制的雷电监测平台;FY2G逐小时红外卫星云图来源于MICAPS平台;雷达回波资料来源于江西Web GIS雷达拼图应用平台。

2 天气实况

2.1 降水、雷电实况

2018年3月15－16日，靖安县受飑线上的强单体回波影响出现了一次强对流天气过程(图1)，24 h靖安降水达到43.5 mm(图1(a))。靖安县国家站18:14出现了极大风速18.1 m/s的雷暴大风(风向:WNW);18:24－18:50出现了冰雹，冰雹最大直径30 mm;18:00－19:00出现了1 h 42.4 mm的短时强降水(图1(b))，靖安24 h 43.5 mm降水几乎是在这一个小时产生;飑线天气还带来了强雷电天气(图1(c)、(d))。图1(c)是江西省及省际范围的雷电分布，图1(d)是靖安县区域雷电预警平台的产品。

2.2 靖安单站气象要素变化

2018年3月15日17:00－19:00，靖安县受飑线上的强单体回波影响，单站气象要素(雨量、风向风速、气温、气压和相对湿度)都有所变化(图2)。

图1 2018年3月15日24 h雨量、短时强降水和1 h雷电分布图

图2 2018年3月15日17:00－19:00靖安站2 h气象要素逐分钟变化图

雨量主要分布在18:00－19:00，过程雨量43.5 mm，但18:00－19:00出现42.4 mm短时强降水(图2(a))。1 h强降水是由2个≥10 mm/10min超短时强降水组成[9](表1)。在18:11－18:20时段里和18:21－18:30时段里，分别出现12.7 mm和25.5 mm的超短时强降水。1 h短时强降水一般都伴有1～2个以上超短时强降水出现。

表1 2018年3月15日18:00－19:00逐10 min降水量/mm

18:04前，靖安风向基本上维持在20°～90°(东北风)范围，风速在2 m/s以下;18:04瞬间风向转为355°(北风)风速逐渐增大，18:14达到最大，出现极大风速18.1 m/s的雷暴大风。

18:01，本站气压开始缓慢爬升3 hPa，相对湿度也随降水产生而上升。18:10左右，气温从23℃以上快速下降到15℃附近，气温变化落后于气压、相对湿度和降水5 min左右时间。

由此可见，飑线上的强单体回波造成靖安县国家站18:14出现了极大风速18.1 m/s的雷暴大风，18:24－18:50出现了冰雹，冰雹最大直径30 mm，18:00－19:00出现了1 h 42.4 mm的短时强降水并伴有强雷电。飑线过境时，伴有由2个≥10 mm/10min超短时强降水组成，风向突变，风速加大并出现雷暴大风，气压上升，相对湿度上升，气温迟后几分钟快速下降。

3 天气背景分析

3.1 天气系统中尺度分析

2018年3月15日08:00中尺度过程综合分析图显示(图3(a))，500 hPa阶梯槽向东发展移动，中低层大尺度动力抬升系统位于湖南北部和湖北中部，略呈前顷结构，利于热力和动力不稳定增长，江西中低层有较强的西南暖湿气流，低层湿舌向东北伸展。200 hPa江西省中北部处槽前西南急流轴中，急流强度达58～74 m/s，高层辐散条件好，低层存在中尺度水平风速切变，其中南昌以西温度垂直递减率大，热力不稳定强，显著流线向北输送水汽，但低层水汽饱和度低，有利于江西省中北部雷暴大风的发生，局地可能有冰雹。

随着上下近似垂直的高空槽东移，且925 hPa切变线东移南压速度快于高空槽东移速度，近地层弱冷空气侵入暖区倒槽中，赣西北垂直风切变迅速增大，再加上地面辐合线的动力作用，使得中午在湖北东南部生成发展的中尺度对流系统进入江西后发展为近东西向的线性中尺度对流系统——飑线影响江西中北部，受其影响宜春市的靖安县出现了雷暴大风、冰雹和短时强降水。

图3 2018年3月15日08:00中分析、16:00地面辐合线、08:00南昌T－lnP图

3.2 地面辐合线分析

从2018年3月15日的江西省地面自动站风场来看(图3(b))，飑线影响靖安前的16:00的江西省地面自动站风场在靖安县附近有明显的NE－SW向的地面辐合线维持，有利于飑线影响靖安时强度的维持和发展。

3.3 T－lnP图分析

分析2018年3月15日08:00南昌(58606)T－lnP图(图3(c))，在925 hPa附近有逆温层存在，有利于能量积累，零度层高度约为3 409 m，－20℃层高度约为6 615 m，非常有利于冰雹的生成，上干下湿的水汽分布也有利于对流天气的产生，沙氏指数为－0.23，有弱的不稳定，随着上下近于垂直的高空槽东移和低层切变南压，以及地面弱冷空的侵入，配合有强的动力抬升条件，造成宜春地区的靖安出现了明显的强对流天气。

由此可见，500 hPa阶梯槽向东发展移动，呈前倾结构，利于热力和动力不稳定增长;较强的西南暖湿气流，低层湿舌向东北伸展，低层暖湿有利于雷暴大风和局地冰雹等强对流天气的生成。靖安附近的地面辐合线有利于飑线生成、维持和发展。逆温层积累了大量能量，零度层高度约为3 409 m，－20℃层高度约为6 615 m，非常有利于冰雹的生成。

4 卫星云图与雷达回波特征

4.1 卫星云图特征

3月15日12时，在湖北东南部有对流云系生成发展(图略)。16:00(图4(a))，湖北东南部的对流云系发展成中尺度对流系统MCS，其东南缘临近江西西北部。MCS并非很强，主要强云系分布在MCS卷云罩东南侧。17:00(图4(b))，中尺度对流系统MCS开始移入江西西北部，影响九江地区。18:00(图4(c))，中尺度对流系统临近靖安测站，靖安测站位于中尺度对流系统MCS的南侧，并且发展旺盛，有向东北伸展的云砧，表明飑线已经形成，高空存在较强抽风作用，垂直切变较强。MCS对应的水汽云图色调呈白色，说明对流层中高层水汽含量丰富。随着中尺度对流系统MCS的东移南压，MCS南侧飑线云系造成靖安测站出现雷暴大风、冰雹和短时强降水。19:00(图4(d))，MCS主体移动偏向东北方，19:00过后，靖安测站中尺度对流系统MCS影响减弱。

4.2 雷达拼图回波系统演变

图4 2018年3月15日红外云图产品演变特征图

从基于(a)江 西WebGIS雷达拼图上15组 合反射率CR产品)回波系统演变来看(图5)，2018年3月15日12:00在湖北东南部靠近江西西北部的地方开始有分散的小块对流回波生成(图略)。

图5 2018年3月15日飑线回波带雷达拼图(CR)产品演变图

14:00(图5(a))，形成由多个块状回波组成的中尺度对流系统，其东南缘临近江西西北部，回波强度55～60 dBz。15:00(图5(b))，中尺度对流系统开始侵入江西西北部，回波排列形成近东～西走向的回波短带，短带单体排列不均匀，回波强度55～60 dBz。16:00(图5(c))，短带回波进一步发展，单体排列趋向紧密，大致排列成向南弯曲的东西向带状，并且其中的块状回波有向东北方向伸展的前伸回波，回波强度55～60 dBz，个别单体回波强度达到60～65 dBz。17:00(图5(d))，回波带中强回波排列更为紧密，中部向南弯曲，弯曲段回波单体强度进一步发展为60～65 dBz，强回波朝向靖安移动。18:00(图5(e))，回波带中的强回波单体呈东西向排列，回波带长宽比＞5∶1，是典型的线性中尺度对流系统的飑线回波形态，其中靖安测站位于飑线回波带中的一个中心强度达70 dBz的强回波单体的下方，可以发布冰雹预警。随着飑线过境，受其影响18:14靖安测站出现了18.1 m/s的雷暴大风，风向WNW;18:24－18:50出现了冰雹，最大冰雹直径30 mm;18:00－19:00出现了42.4 mm/1h的短时强降水和≥12.7 mm/10min、≥25.5 mm/10min的超短时强降水。19:00(图5(f))，飑线回波带主体南压至靖安测站以南，飑线对靖安的影响减弱。20:00－22:00(图5(g)、(h)、(i))，飑线回波带呈弧状移出靖安，南压至鹰潭－抚州－上高一线，影响赣北南部和赣中北部。

4.3 典型回波特征

2018年3月15日18:00，从江西WebGIS雷达拼图(CR)产品上看(图6)，影响靖安测站(图6箭头所指处)雷暴大风、冰雹、短时强降水和强雷电天气的雷达拼图回波特征，是一条近似东～西走向的飑线回波带，带上的强回波单体(图6箭头所指处)所致。

图6 2018年3月15日18:00飑线回波带上强单体(CR)雷达拼图回波特征

飑线回波带的特征主要有两点:一是由多个单体回波紧密排列成带状的回波带或短带形式;二是回波带上强回波单体或超级单体结构。强天气都是发生在强回波单体上，因此，了解带上强回波特征是识别强天气的主要手段。

带上强回波单体的主要特征:1)回波强度60～65 dBz(粉红色)，回波范围大于10×10 km，回波形状呈椭圆形;2)40 dBz(橘黄)回波界线与65 dBz(粉红色)回波界线距离短、梯度大;3)在60～65 dBZ(粉红色)强回波中心，还有65～70 dBz(紫色)回波“核”;4)有些强回波单体具有超级单体或复合单体结构。这些特征对识别雷暴大风、冰雹和短时强降水等强对流天气十分有用。

由此可见，湖北东南部的对流云系发展成中尺度对流系统MCS，移入江西西北部，临近靖安测站MCS发展旺盛，造成靖安出现雷暴大风、冰雹和短时强降水。飑线形成初期由多个块状回波组成的回波短带，短带单体排列不均匀，回波强度55～60 dBz。短带回波进一步发展，单体排列趋向紧密，强度达到60～65 dBz，中部向南弯曲，形成典型飑线结构，弯曲段回波单体强度达70 dBz，有冰雹生成。飑线回波带的特征主要有两点:一是由多个单体回波紧密排列成带状的回波带或短带形式;二是回波带上强回波单体或超级单体结构。

5 结论

使用地面自动站观测资料、常规气象资料、FY－2G逐小时红外卫星云图、多普勒雷达拼图资料等，采用天气学方法、诊断分析方法、中尺度分析方法等，对2018年3月15日影响靖安的一次飑线天气过程进行分析，得到以下结果。

1)飑线上的强单体回波造成靖安县国家站18:14出现了极大风速18.1 m/s的雷暴大风，18:24－18:50出现了冰雹，冰雹最大直径30 mm，18:00－19:00出现了1 h 42.4 mm的短时强降水并伴有强雷电。飑线过境时，伴有由2个≥10 mm/10min超短时强降水组成，风向突变，风速加大并出现雷暴大风，气压上升，相对湿度上升，气温迟后几分钟快速下降。

2)500 hPa阶梯槽向东发展移动，呈前倾结构，利于热力和动力不稳定增长;较强的西南暖湿气流，低层湿舌向东北伸展，NE－SW走向的地面辐合线有利于飑线生成、维持和发展。低层逆温层积累了大量不稳定积累，零度层高度3 409 m，－20℃层高度6 615 m，非常有利于冰雹的生成。

3)湖北东南部的对流云系发展成中尺度对流系统MCS，移入江西西北部，形成飑线，单体排列趋向紧密，回波强度达到60～65 dBz，中部向南弯曲，弯曲段回波单体强度达70 dBz。造成靖安出现雷暴大风、冰雹和短时强降水。飑线回波带的特征主要有两点:一是由多个单体回波紧密排列成带状的回波带或短带形式;二是回波带上强回波单体或超级单体结构。