2016年4月长沙机场一次飑线天气过程综合分析

王廷毅

摘 要：利用常规气象资料、NCEP 1°×1°格点再分析资料和多普勒气象雷达对2016年4月16日长沙机场发生的一次飑线天气过程进行诊断分析和雷达分析。结果表明：此次飑线天气过程发生于500 hPa浅槽和低层切变线的高低层有利配置下，低层的强辐合触发了强对流天气;这次过程的暖湿不稳定能量主要通过低层西南急流的输送，受前期多阴雨的影响，太阳辐射提供的能量偏少，强盛的西南暖湿急流对流发生发展提供了有利条件;低层强烈的辐合上升，高层强的辐散，有利于“抽吸作用”，再加上高层辐散强度高于低层辐合强度，都使垂直上升运动得到了发展和加强，引起水汽、热量和动量的垂直输送;这次飑线回波除了具有线状分布、移速较快等特点外，反射率最大值和径向速度最大值长时间相伴，这也是识别飑线的一个重要指标。

关键词：飑线;诊断分析;雷达分析

中图分类号：P445文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）19-0143-06

Abstract： Using conventional meteorological data， NCEP 1°×1° grid reanalysis data and Doppler weather radar， a Squall Line Weather Process at Changsha airport on April 16th 2016 was diagnosed and radar analyzed. The result shows that this squall line weather process occurres in the favorable configuration of 500 hPa shallow trough and low-level shear line. The strong convergence of the low-level triggered the strong convective weather. The warm and wet unstable energy of this process was mainly transmitted through the southwest low-level jet stream .The solar radiation provided less energy due to the influence of the overcast rain in the early stage. The strong southwest warm and humid jet convection provides favorable conditions for its occurrence and development. Strong convergence and rise in the lower layer and strong divergence in the upper layer are beneficial to "suction action". The high-level divergence is higher than the convergence in the lower layer， which will develop and strengthen the vertical upward movement and cause the vertical transportation of steam， heat and momentum. In addition to the linear distribution and fast moving speed， this squall line echo has the maximum reflectivity and radial direction， the maximum velocity is accompanied by a long time， which is also an important index to identify squall line.

Keywords： squall line;diagnostic analysis;radar analysis

1 研究背景

颮线是多个活跃的雷暴单体排列成线状或带状的中尺度对流系统，发生时常伴有冰雹、大风、暴雨等灾害性天气[1-2]。随着探测手段的发展，雷达、闪电定位等先进仪器的应用使人们对强对流天气临近时表现出来的征兆、特征等认识不断加深。对已出现的飑线天气过程，有专家学者从其形成的环境条件、中尺度特征等方面进行了较多有益研究。例如，王秀明等[3]、梁建宇等[4]、孙虎林等[5]深入分析了2009年6月3—4日黄淮地区强飑线大风过程，认为高层冷空气侵入、低层增暖是其大尺度条件，低层和地面辐合、干线是其触发条件，大风由高空水平风动量下传、强下沉气流辐散和冷池密度流造成;飑线系统在地面存在明显的雷暴高压、冷池、出流边界、尾流低压等特征。陈云辉等[6]在分析一次江西飑线引起的雷暴大风过程时指出，中低层强的风垂直切变使得飑线生命史延长，飑线与引导气流交角增大，移速异常加快;平坦地形和丰富水汽都可能对地面大风产生增幅作用。费海燕等[7]指出，强雷暴大风环境参数地面至700 hPa和地面至500 hPa水平垂直风切变均值分别为10 m·s-1和14 m·s-1，华南和华东的CAPE均值较高，在2 000 J·kg-1以上，且中层干空气是强雷暴大风发生的一个重要环境特征，华东地区中层400～500 hPa干空气在全国最为明显，温度露点差均值大于15 ℃。

湖南4月正处于春夏交替的季节，冷暖空气活动频繁，会造成湖南全省多降水天气过程，强对流天气频发。王强等[8]分析得出，就湖南而言，春季飑线过程雷暴大风影响范围更广，且容易出现冰雹天气，致灾性更强。2016年4月与历史同期相比，湘中到湘北偏多5成，湘西南偏多1倍以上。2016年4月16日凌晨在湘东北地区发生了飑线天气过程，3 h（02：00—05：00）闪电定位监测到湘东北至湘西南地区东北西南向的闪电带，强降水落区集中在湘东北地区，且多地还监测到大风天气。黄花机场在02：00—05：00持续雷雨天气，其中在飑线04：00左右过境期间，发生了雷暴大风等强对流天气，对航空器安全造成极大的影响。本文利用常规气象资料、NCEP1°×1°格点再分析资料和多普勒气象雷达对2016年4月16日长沙机场发生的一次飑线天气过程进行诊断分析和雷达分析，为日后此类天气过程的预警服务提供参考依据。

2 天气形势分析

4月15日08：00，500 hPa槽线位于四川地区，850 hPa切变线同样位于四川盆地，华南地区南支急流主要在两广地区，在长江以南大部均为高湿区;20：00（见图1），500 hPa低槽有所加深，并且东移至重庆西部，整个华中到华南大部均为处于槽前，850 hPa切变线移至湘、鄂、重庆交界地区，西南急流明显加强，且经向度加大，整个湖南区域均为急流带控制。16日08：00，500 hPa槽线迅速东移至湖南境内，850 hPa切变线南压至湘中地区，湘北逐渐转偏北风控制，相对湿度逐渐减小。

3 物理量诊断分析

3.1 水汽条件

水汽通量是表示水汽输送强度的物理量，水汽通量散度是反映水汽输送的源与汇，水汽通量散度负值越大，表示水汽通量汇合越强，越有利于强降水天气的产生。分析过程期间水汽通量场可以看到，15日08：00[图2（a）]，850 hPa水汽通道主要是从孟湾经两广地区到达湖南南部及江西地区，水汽的辐合中心主要在江西境内，强度不强;16日02：00[图2（b）]，水汽输送明显加强，水汽通道向东北延伸至华东地区，在湘西北及湘东北地区出现了强水汽辐合中心，其中湘东北地区正好对应这次强对流天气过程。低空西南急流的加强为这次过程提供了充足的水汽。

3.2 热力和不稳定条件

分析15日20：00 850 hPa与500 hPa的假相当位温[θse]差值[Δθse]（850-500）可以发现[图3（a）]，[Δθse]大值中心在湘南与两广交界的位置，湖南大部都在15 K以上，为明显的对流不稳定层结。从黄花机场的[θse]垂直轮廓发现[图4（a）]，这种[θse]的垂直分布为剧烈天气型[9]，随着高度的升高，机场中低层的[θse]迅速减小，中低层的[θse]最大差值可达20 K以上，在对流层中层500 hPa附近形成一个干冷盖，为强对流过程所需能量的积蓄及释放提供有利条件。16日02：00[图3（b）]，随着强对流天气自北向南发展，湘北地区不稳定能量得到释放，[Δθse]（850-500）已明显降低。但是通过黄花机场[θse]的垂直轮廓可以看出[图4（b）]，中低层[θse]差值最大也在13 K以上，且[θse]垂直层结不稳定层厚，从近地层向上减小到600～500 hPa，说明机场低层大气非常潮湿。只要有上升运动使低层空气整层抬升就可以触发对流，而且由于水汽充足，有可能发展成空间尺度较大的对流。

从15日20：00长沙站T-logp图（图5）看出850 hPa以下均为湿层，中層为干层，构成有利于强对流发生的上干下湿结构，因为在700～400 hPa均为干层，湿层不高，所以这种层结配置更利于雷暴大风、冰雹类强对流天气的发生，不利于持续型暴雨类天气发生。

分析850 hPa与500 hPa温度差（ΔT850-500=T850-T500）可以看出，在15日20：00黄花机场位置ΔT850-500值在23 K左右，到了16日02：00[图6（b）]ΔT850-500值迅速增长到30 ℃左右，具有强垂直温度梯度，表现出强位势不稳定，非常有利于该区域雷暴大风的发生[10]。机场位置[K]指数15日20：00[图6（a）]为25 ℃，到了16日02：00[图6（b）]迅速增长到38 ℃，同样表明了层结的不稳定，容易发生强对流天气。因此可以看出，ΔT850-500、[K]指数15日白天并不是很大，在夜间开始迅速增加，这与低空西南急流的增强密切相关，说明这次过程的暖湿不稳定能量主要通过低层西南急流的输送，受前期多阴雨的影响，太阳辐射提供的能量偏少，强盛的西南暖湿急流为对流发生发展提供了有利条件。

3.3 动力条件

从高低空散度场看，16日02：00[图7（a）]，200 hPa散度场上，有一个辐散中心位于湘赣北部交界地区，中心强度为6×10-5 s-1，同一时刻850 hPa[图7（b）]辐合中心和200 hPa辐散中心基本重合，中心强度加强到-6×10-5 s-1，高低空辐合辐散中心都正好位于飑线系统上空，说明上升运动加剧。分析得出，高空辐散、低空辐合的配置表明空气处于上升运动状态，有利于强对流天气发生和发展。

以黄花机场所在位置做垂直方向的散度时间剖面图[图8（a）]不难看出，在16日02：00左右，高层100～200 hPa辐散最强，低层最强的辐合层在900 hPa以下，强辐合中心位于950 hPa附近，且在16日02：00—08：00都处于强的辐合，所以飑线过境期间黄花机场上空具有明显的低层辐合高层辐散的垂直结构。

综上，低层强烈地辐合上升，高层强烈地辐散，有利于“抽吸作用”，而且高层辐散强度高于低层辐合强度，会使垂直上升运动得到发展和加强，引起水汽、热量和动量的垂直输送。高低层辐散、辐合场的时空配置说明这是一个强大中尺度系统，强烈的辐合是这次飑线过程的触发机制。

在16日02：00沿113°E作垂直速度剖面（见图9），从图上可以看出，在26°N～31°N范围内为一致的上升运动区，并延伸至200 hPa高度，在黄花机场附近（竖线位置）表现最为显著，最大垂直速度出现在500～600 hPa，对应时段也正好是飑线过境前。因此，空中存在深厚而强的垂直上升气流是这次飑线过程发生的直接原因之一。

4 雷达资料分析

4.1 飑线的初生

在16日02：00以前，雷达中心西北部地区已经开始有对流单体发生发展，并且呈东北-西南向不均匀排列，回波整体向东南方向移动。在02：26，在雷达中心西面已经有弓形回波逐渐形成，回波强度在60 dBZ左右，并且在弓形回波的尾部不断有对流单体的生成，新生单体强度不断加强，最强点达到60 dBZ以上，对应看同时次的径向速度图[图10（a）]，在弓形回波所在位置可以观测到呈“L”型的速度零线，表征近地面的锋面存在，边界层的的锋面是对流触发的有利条件，还观测到在锋面后部有大风核存在，中心值为24 m·s-1，因为观测到的大风核高度较低，所以在锋面附近都有雷暴大风发生的可能。在03：01时，弓形回波与其西南部的对流单体已经发展并整齐排列，形成了一条长约210 km，宽约40 km的线状回波带，预示着飑线的初生[图10（b）]。从同一时次径向速度图可以看出，锋面已经移到了雷达中心的东南面，在锋面后部仍然可以观测大风区的存在[图10（b）]。从风廓线（见图11）可以看出，在时间点18：38（世界时）以前，低层还为西南风，从18：44（世界时）开始，ND值向上伸展，中高层仍然维持西南风，表明此时低层有浅薄的干冷空气的侵入，19：13（世界时），在雷达上空存在西风和东北风风向的切变[图6（e）白色圈所示]，冷空气的侵入增加了低层垂直风切变的强度，有利于对流单体的进一步发展。

4.2 飑线的发展

在03：13，飑线逐渐开始从中间斷裂成A、B两段，且A段明显强于B段，从速度图也可以看出大风区C所在位置对应断裂后的A段强回波带上[图10（c）];在03：37[图10（d）]，B段弓形回波向东南方向逼近黄花机场（三角形所示），从对应的速度图可看出锋面也同时到达黄花机场，造成黄花机场强雷雨及短时大风天气，在A段弓形回波对应的大风区C正好位于平江上空，平江测站在03：29—03：38时间段内测到3次风速达到21 m·s-1。在04：12，B段赶上A段重新排列整齐，再次连接成一条完整的线状回波带，随后继续发展东移南压，在05：00时飑线回波已经全部扫过机场，机场雷雨过程结束，飑线继续向东南方向移动进入江西境内。从图10可以看出，这次飑线回波除了具有线状分布、移速较快等特点，反射率最大值和径向速度最大值长时间相伴，这也是识别飑线的一个重要指标[11]。

5 结论

①此次飑线天气过程发生于500 hPa浅槽和低层切变线的高低层有利配置下，低层的强辐合触发了强对流天气。

②低空西南急流的加强为这次过程提供了充足的水汽。

③机场低层大气非常潮湿，只要有上升运动使低层空气整层抬升就可以触发对流，而且由于水汽充足，有可能发展成空间尺度较大的对流。

④这次过程的暖湿不稳定能量主要通过低层西南急流的输送，受前期多阴雨的影响，太阳辐射提供的能量偏少，强盛的西南暖湿急流为对流发生发展提供了有利条件。

⑤低层强烈的辐合上升，高层强的辐散，有利于“抽吸作用”，而且高层辐散强度高于低层辐合强度，使垂直上升运动得到了发展和加强，引起水汽、热量和动量的垂直输送。高低层辐散、辐合场的时空配置说明这是一个强大中尺度系统，强烈的辐合是这次飑线过程的触发机制。

⑥这次飑线回波除了具有线状分布、移速较快等特点外，反射率最大值和径向速度最大值长时间相伴，这也是识别飑线的一个重要指标

参考文献：

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