“利奇马”(2019)台前飑线过程演变和异常特征分析

林小红，范能柱，蔡义勇，黄铃光，付超，蒋滔

(1.福建省灾害天气重点实验室，福州 350007；2.福建省气象台，福州 350007；3.福建省气象科学研究所，福州 350007)

引 言

台前飑线是在台风环流背景下产生的中小尺度强对流系统，常发生在台风外围前部的强对流回波带上，它是呈线状分布的对流单体，水平结构呈线状或锯齿状，长度可达数百千米。刘佳等(2013)指出台前飑线与台风外围螺旋雨带不同之处在于，它的传播速度比螺旋雨带快的多。台前飑线往往具有突发性强、强度大等特点，会在台风抵达前在狭长的范围内造成短时暴雨、雷暴大风、龙卷等灾害性天气。如2008年台风“北冕”生成的台前飑线自东向西影响广东大部地区，导致广州白云机场数千余旅客滞留。2014年台风“威马逊”影响华南期间，距离“威马逊”800 km外产生一条台前飑线横扫湘赣地区，带来了雷暴大风和短时强降水天气。

相对于西风带系统中的飑线，国内外对台前飑线的研究还较少，对其发生发展机制及热动力结构特征的认识还很有限。过去由于观测资料的时空分辨率较粗，模式模拟能力有限，学者们主要利用卫星云图资料研究台风边缘飑线特征(范惠君，1981；贺忠和林良勋，1990；Bowell，1990)。近十年来随着探测水平提高和中尺度模式模拟能力的提高，关于台前飑线的研究逐渐增多，对台前飑线特征、内部结构和发生发展演变机制等方面的研究取得一定进展。据统计(陈永林等，2009；张云济，2010；Meng and Zhang，2012；唐明晖等，2016，2017；陈耀登等，2017)，台前飑线多发生于午后至后半夜，通常发生在台风移动路径的右前方或前方，为弧线形排列的雷暴群。丁一汇等(1982)研究指出，台前飑线主要发生在台风倒槽或东风波天气型下。许爱华等(2011)发现台前飑线往往生成于台风和副热带高压(以下简称副高)之间，地面常伴有低压倒槽或台风倒槽，边界层存在中尺度的辐合线。Meng和Zhang(2012)对2007—2009年中国沿海台前飑线的总体特征研究发现，低空急流导致较强垂直风切变有利于台前飑线发展，台前飑线产生的对流有效位能(convective available potential energy,CABE)平均值为1 548 J·kg-1，0—3 km垂直风切变平均值为8 m·s-1，弱于中纬度飑线，冷池强度也弱于中纬度飑线，其生命史和水平尺度总体上也小于典型的中尺度飑线，与中纬度飑线相比，台前飑线的生命史较短但具有更强的回波强度。对台前飑线数值模拟方面的研究，刘佳等(2013)模拟研究2005年台风“麦莎”飑线发现，低空垂直切变强度约为11 m·s-1，到了成熟期，切变强度减小到7 m·s-1，同时还发现台风的尺度和强度增强对台前飑线发展有利。梁佳等(2008)也对2005年台风“麦莎”外围飑线进行了模拟，但认为台前飑线的形成与台风中心强度关系不大，与台风外围环境流场关系较大。

上述研究对指导台前飑线的预报具有重要参考价值。然而，台前飑线的生成、结构及移动特征不尽相同，仍有必要继续深入研究。2019年8月8日下午到夜间，我国浙闽沿海地区出现了一次影响范围广、持续时间长的台前飑线生消过程。本研究利用多普勒雷达、风廓线雷达、FY-4A黑体亮温(TBB)、地基微波辐射计和地面自动站等多种观测资料以及ERA5再分析资料，对此次台前飑线的生成位置、移动方向及长生命史这三个异常特征进行成因分析，期许得到一点有价值的研究结论。

1 数据与方法

1.1 观测站与探测数据

本研究采用的探测资料包括:(1)福建9个观测站(福鼎、罗源、屏南、福清、德化、晋江、平和、诏安、翔安站)的风廓线雷达观测资料，可逐6 min探测地面到高空环境大气的风向和风速。(2)1部地基微波辐射计探测资料(翔安站)，可逐秒探测边界层及对流层大气温度、水汽等。(3)福州、厦门及温州共3部多普勒雷达反射率资料，能提供基本回波反射率、速度和谱宽等多种信息，扫描半径为230 km，数据间隔为6 min，最低仰角为0.5°，最高仰角为19.5°，空间分辨率为0.01°×0.01°。另外，福建安溪站和浙江乐清站为文中分析用到的气象观测站。上述观测站地理位置见图1。

图1 观测站的地理位置分布(为风廓线雷达站,为雷达观测和常规探空兼有站,为地基微波辐射仪和风廓线雷达兼有站,和为气象站)Fig.1 The geographical distribution of vertical observation stations(presents the wind profile radar station,presents the radar and conventional sounding station,presents ground-based microwave radiometer and wind profile radar station,and present meteorological station).

1.2 自动站数据及天气现象定义

本文根据浙江、福建和广东三个省稠密地面自动站的风和降水资料，将雷暴大风(≥17.2 m·s-1)和短时强降水(≥20 mm·h-1)作为表征台前飑线过程的强烈天气现象，并以此作为天气实况的分析对象。

1.3 再分析数据与FY-4A T BB数据

本文使用ERA5 0.25°×0.25°逐1 h再分析资料(http://apps.ecmwf.int)，分析变量包括地面的海平面气压、温度、相对湿度、经向风和纬向风，高空标准层1 000—100 hBa的位势高度、温度、相对湿度、经向风和纬向风。

黑体亮温TBB数据来自FY-4A辐射成像仪4 km分辨率L1级数据(有14个通道，覆盖了可见光、短波红外、中波红外和长波红外等波段)。观测时效最高可达到1 min·次-1，空间分辨率最高可达500 m，全圆盘成像仪数据时间分辨率为15 min，中国区域时间分辨率为5 min(张晓芸等，2019)。

2 台前飑线概况及特征

2.1 台前飑线概况

此次飑线过程是在1909号超强台风“利奇马”外围环流背景下产生的台前飑线(图2)。台前飑线位于台风的左侧(图2a椭圆圈处)，8日19:00(北京时，下同)FY-4A TBB显示，该台前飑线云顶温度最低值低于-80℃，对流发展非常旺盛。由图2b可见，台前飑线距离台风中心均在600 km以上；水平结构呈线状分布，长度最长可达260 km；雷达最强反射率因子值为55~60 dBz；移向与东南海岸线几乎平行，平均移速为13.9 m·s-1；生命史达10 h。张云济(2010)、Meng和Zhang(2012)对中国台前飑线进行统计得到几个初步判据:产生在距离台风中心600 km以外的前右象限上；生命期内长度不超过220 km；雷达最强反射率因子值为57~62 dBz；持续时间3~9 h(平均4 h左右)；以平均12.5 m·s-1的速度远离台风中心并与台风同向运动。“利奇马”台前飑线的特征与上述学者给出的判据有相同之处，但也存在显著差异，具体表现在:此次台前飑线是发生在台风的左侧象限上，而不是通常的前右侧；移动并不与台风同向，而是自北向南移动，与台风行径方向近乎垂直；持续时间长达10 h，大大超过统计的4 h平均值，甚至超过9 h的上限值。可见，“利奇马”台前飑线是一次典型的中尺度对流系统，在生成位置、移动方向和长生命史上明显异于以往台前飑线特征，其成因值得探究。

图2 2019年8月8日19:00 FY-4A T BB分布(a,单位:℃，椭圆圈处为台前飑线)和8日12:42—23:00台前飑线的雷达组合反射率因子拼图(≥35 dBz)及飑线生命期内“利奇马”台风路径(b,为台风位置)Fig.2(a)Distribution of FY-4A black body temperature T BB(unit:℃,the oval circle is the pre-TC squall line)at 19:00 BT 8 August 2019,(b)radar composite reflectivity factor mosaic(≥35 dBz)of the pre-TC squall line and the path of super Typhoon Lekima at the pre-TC squall line life period from 12:42 BT to 23:00 BT on 8 August 2019(presents the typhoon path).

2.2 风雨演变

台前飑线带来的雷暴大风和短时强降水在8日14∶00之后产生(图3)，风雨站数在14∶00—20∶00呈递增趋势，期间出现两次跃增，17∶00达到首次峰值，20∶00达到最大峰值，之后站数快速减少。14∶00—17∶00，雷暴大风站数多于强降水站数，以对流大风为主导；17∶00—20∶00，雷暴大风与强降水站数均显著增多，对流性质较为复杂，该阶段雷暴大风极值达到32.5 m·s-1(11级，位于厦门同安区莲花镇白交祠村，见图4e)，最大降水为42.5 mm·h-1(位于泉州南安眉山乡天山中学，见图4d)；20∶00—23∶00，风雨站数快速减少，雷暴大风站数仍多于强降水站数，又以对流大风为主。可见，17∶00—20∶00风雨站数最多，强度最强，是此次台前飑线影响范围最广、强度最强的强盛阶段。

图3 2019年8月8日13:00—23:00雷暴大风和短时强降水站数的时间演变Fig.3 Time evolution of observed thunderstorm gale and short-term heavy precipitation at meteorological stations from 13:00 BT to 23:00 BT on 8 August 2019.

图4 台前飑线过程不同时刻(a.12∶42;b.14∶30;c.17∶00;d.18∶42;e.19∶30;f.22∶00)的雷达组合反射率因子拼图(单位:dBz,图c椭圆为短线对流系统,图d中为短时强降水极值位置,图e中为大风极值位置)Fig.4 Radar composite reflectivity factor mosaic(unit:dBz)of the pre-TC squall line period(The ellipse is a short-line convective system in Fig.c,presents the locations of short-term extreme precipitation in Fig.d,and presents the locations of extreme wind in Fig.e)at different time(a.12∶42,b.14∶30,c.17∶00,d.18∶42,e.19∶30,f.22∶00).

2.3 台前飑线的结构及演变特征

由雷达组合反射率因子拼图(图4)显示，台前飑线生成之初，浙江东南沿岸初生一条短线对流系统(图4a)，回波强度为35~45 dBz，尺度不足100 km，未达到罗琪等(2019)定义的飑线100 km尺度要求。该短线对流系统快速向两端扩展，尺度增大、强度增强，其前端于14∶00进入闽东北；14∶30(图4b)，长线状对流系统发展形成，水平尺度增至220×30 km，回波强度达45~50 dBz，尺度、强度特征与Geerts(1998)对台前飑线的定义相符(对流系统长与宽比例大于5∶1，且40 dBz以上区域至少持续2 h)；之后，飑线向南移动中继续发展，17∶00，飑线内多个雷暴单体凝聚合并形成240×40 km的长线状飑线，回波强度达50 dBz，后部有层状云特征的弱回波带，同时在飑线出流边界前方约40 km处触发出一条短线对流系统(图4c椭圆处)；17∶48，前方短线对流系统与移速较快的飑线前端合并，此时飑线再次加强并表现出较强的前导对流线(图略)；18∶42，飑线前导对流线上的回波强度达55 dBz以上，相伴随的地面风雨范围广而强，18∶35—19∶00的25 min内飑线前部的降水达到42.5 mm(站点位置见图4d)；19∶30，飑线前部对流回波仍可达50~55 dBz，19∶35测到飑线前部11级雷暴大风(站点位置见图4e)，飑线的中后部对流带结构开始松散，后部有宽阔的弱回波带，具有典型的尾流层云降水结构；20∶00之后，飑线后部回波快速衰减，结构变得更加松散，但前导对流回波强度仍可达45 dBz，转为短线形态；22∶00—23∶00，对流带尺度继续变小，飑线过程趋于结束(图4f)。

根据上述台前飑线过程的尺度、结构、雷达回波强度及地面风雨强弱、范围等特征变化，可将此次台前飑线过程划分为三个阶段，即:发展形成(13:00—17:00)、加强成熟(17:00—20:00)和减弱消亡(20:00—23:00)，其中第二阶段17∶00—20∶00为台前飑线成熟期。

2.4 地面气象要素特征

飑线过境前后，地面气象要素变化剧烈。图5给出台前飑线成熟阶段其前导对流线过境福建安溪站前后的温度、气压、风、降水及相对湿度的气象要素变化情况。由图可见，8日18∶35左右，安溪站气温开始下降，至19∶05，气温从34.1℃下降至24.2℃，气温降幅高达9.9℃(图5a)；气压由995 hBa一路猛升至998.5 hBa，气压升幅达3.5 hBa(图5b)；大气相对湿度也由54%迅增至99%(图5c)，30 min内伴随23.5 mm的降水产生(图5d)；风向由西北风转为东北风，瞬时风速从3.3 m·s-1急增至26.9 m·s-1(10级)，大风持续了5 min后快速下降(图5e、f)。此次台前飑线过境时伴随的气压、相对湿度猛升、气温骤降、风向突变、风力急增等气象要素的剧烈变化符合典型的飑线过境特征。气压升幅3.5 hBa及气温降幅9.9℃较Meng和Zhang(2012)统计的中国沿海台前飑线过境期间的气压升幅1.2 hBa及气温降幅6℃要明显偏大，与西风带飑线过境下的气压升幅4 hBa及气温降幅9.8℃值比较相当(Barker and Johnson，2000)。可见，此次台前飑线造成地面冷池强度与中纬度飑线造成的地面冷池强度基本相当，从气象要素变化角度看，具有极端性。

图5 2019年8月8日18:00—20:00福建安溪站的气象要素的时间演变(站点位置见图1,a.气温,单位:℃;b.气压,单位:hPa;c.相对湿度,单位:%;d.降水量,单位:mm;e.风向,单位:°;f.风速,单位:m·s-1)Fig.5 Time evolutions of meteorological parameters at Anxi station from 18:00 BT to 20:00 BT on 8 August 2019(The station location is shown in Fig.1,a.temperature,unit:℃;b.pressure,unit:hPa;c.relative humidity,unit:%;d.precipitation,unit:mm;e.direction of wind,unit:°;f.wind speed,unit:m·s-1).

3 台前飑线生成的环境大气条件

从8日08∶00和14∶00的高空形势图(图6a、b)可见，台前飑线形成前，浙闽沿海处于台风外围东北气流控制。500 hBa，08∶00东亚为西低东高形势，副高位于日本附近，西风槽位于副高脊线以北；14∶00，海上副高略有西伸，5 860 gpm线快速深入内陆，大陆高压增强，转变成北高南低形势。850 hBa，08∶00和14∶00，台风左侧东北风风速辐合和水汽通量大值区位于浙闽沿海地区，该区域水汽通量值最大达21 g·㎝-1·hBa-1·s-1，台风为浙闽沿海飑线的发生发展提供了有利的水汽和动力条件。200 hBa，浙闽沿海位于高空急流右侧，辐散较强(图略)。地面能量场显示(图6c、d)，08∶00，浙东南到福建沿海对流有效位能CABE值未超过1 000 J·kg-1，14∶00，该区域CABE值明显增大至1 300 J·kg-1以上；对流抑制能量CIN变化显著，08∶00 CIN值最大达到120 J·kg-1，14∶00 CIN仅为5 J·kg-1，表明午后较小的CIN只需要较浅薄的低空或地面辐合抬升就能发展为自由对流，配合强的不稳定环境产生大的CABE非常有利午后对流系统的发生发展。

图6 2019年8月8日08∶00(a)和14∶00(b)的高空形势(阴影表示850 hPa水汽通量,单位:g·cm-1·hPa-1·s-1;蓝色虚线为5 860 gpm等高线,蓝色实线为5 880 gpm等高线;箭矢表示850 hPa风速,长箭矢表示>10 m·s-1),08∶00(c)和14∶00(d)地面对流有效位能C ABE(阴影,单位:J·kg-1)、对流抑制能量C IN(黑色虚线,单位:J·kg-1)Fig.6 Upper-air sounding at(a)08∶00 BT and(b)14∶00 BT on Aug 8,2019(Shadow represent water vapor flux at 850 hPa,unit:g·㎝-1·hPa-1·s-1.The dashed blue line is the 5 860 gpm contour line,and the solid blue line is 5 880 gpm.Arrow represents wind speed at 850 hPa,and long arrow is>10 m·s-1).(c)08∶00 BT and(d)14∶00 BT C ABE(shadow,unit:J·kg-1),C IN(black dotted line,unit:J·kg-1)at surface.

此次台前飑线初生对流最初为两个孤立的对流单体，12∶30 TBB显示，对流单体云顶温度达-52℃；12∶42，浙江东南沿岸多个新生对流单体快速连接，其云顶温度-50℃范围向南北方向扩展，面积增大(图略)。由地面自动站风场与涡度场(图7a)可见，12∶30，浙江东南部到福建东北部区域处于台风外围的东北气流辐合区内，该区域也为假相当位温(θse)大于366 K的高湿高能区(图7b)，东北向岸潮湿气流受到海岸地形摩擦作用，沿着海岸线辐合抬升。边界层1 000 hBa风场与涡度场也显示(图7c)，12∶00，浙江东南沿岸东北气流辐合抬升过程中新对流单体在沿岸θse梯度密集区内不断触发生成，低空1 000—700 hBa垂直风切变值在12 m·s-1以上(图7d)，有利该区域初生对流组织化成对流系统。浙江乐清站探空图(图7e、f，该站位置见图1)显示，12∶00和13∶00，乐清站上空700 hBa以下水汽均接近饱和，600 hBa以上空气较干，这种上干下湿加强了不稳定层结。

图7 2019年8月8日12:30地面自动站风场(单位:m·s-1)与涡度场(<0,阴影,单位:10-5s-1)(a)、12:30假相当位温(θse)(阴影,单位:K)(b)以及12:00的1 000 hPa风场(阴影表示地形,蓝色箭矢为≥8 m·s-1,红色箭矢为<8 m·s-1)与涡度场(虚线,单位:10-5 s-1)(c)、12:00的1 000—700 hPa垂直风切变(阴影,单位:m·s-1)(d)、12:00(e)和13:00(f)的浙江乐清站探空图Fig.7(a)Wind field of ground station(unit:m·s-1)and vorticity(<0,shadow,unit:10-5 s-1)at 12:30 BT,(b)saturation equivalent potential temperatureθse(shadow,unit:K)at 12:30 BT,(c)wind field at 1 000 hPa(shadow represent the terrain,unit:m·s-1,blue arrows are≥8 m·s-1,red arrows are<8 m·s-1)and vorticity(dashed line,unit:10-5 s-1)at 12:00 BT,(d)vertical wind shear(shadow,unit:m·s-1)at 1 000-700 hPa at 12:00 BT,sounding from Yueqing Station of Zhejiang Province at(e)12:00 BT and(f)13:00 BT.

可见，此次台前飑线发生在增强的大陆高压与台风之间的湿区带上，与丁一汇等(1982)研究指出的台前飑线发生在台风倒槽或东风波下、Meng和Zhang(2012)以及许爱华等(2011)研究指出的台前飑线生成于台风和副高之间的天气形势背景均不同。“利奇马”台风为浙闽沿岸提供了良好的水汽条件，台风外围左侧东北向岸气流及与地形摩擦造成的辐合抬升作用、上干下湿的热力不稳定层结、低空强的垂直风切变以及地面显著CABE和弱CIN的环境大气条件下导致此次台前飑线的触发生成。

4 台前飑线移向分析

由台前飑线区域上空平均风场随高度-时间演变(图8a)显示，台前飑线上空1 000—300 hBa为一致的东北风控制，900—600 hBa风速随时间增大，可见东北气流是引导飑线向西南方向移动的主因，因此本文将900—600 hBa平均风场作为引导气流。12∶00—15∶00为飑线触发及形成阶段，其上空平均引导气流小于14 m·s-1，从雷达动画中得到该阶段飑线的移速大小为43 km·h-1；16∶00之后，引导气流增大至18 m·s-1，受增大的引导气流的平流作用，飑线向西南移动速度加快，其移速达到58 km·h-1，对于快速移动的飑线，环境风低空往往存在较强的垂直风切变，切变向量几乎与飑线的走向垂直(Barnes and Sieckman，1984；Corfidi，2003)。飑线整体平流速度除了与引导气流强度有关外，还与引导气流的夹角有关，由雷达回波图(图8b)可见，该南北向结构的飑线形态与东北风引导气流夹角大，二者移动方向一致，飑线移速加快，有利于该区域地面大风的增幅(陈云辉等，2019)。

图8 2019年8月8日(a)12:00—21:00台前飑线区域(118°—121°E,23°—30°N)上空的平均风场(单位:m·s-1,红色风向杆为≥14 m·s-1)的高度-时间演变和(b)18:00的900—600 hPa平均风场和雷达组合反射率因子(阴影,单位:dBz)叠加图Fig.8(a)The height-latitude cross section of average wind field(unit:m·s-1,red wind bar is≥14 m·s-1)over the pre-TC squall line area(118°—121°E,23°—30°N)from 12:00 BT to 21:00 BT,and(b)the superposition diagram of 900-600 hPa average wind field and radar composite reflectivity factor(shadow,unit:dBz)at 18:00 BT 8 August 2019.

5 台前飑线持续发展加强导致长生命史

“利奇马”台前飑线初始对流系统于8日12∶42左右触发生成，14∶00进入福建后在向南移动过程中飑线得到持续发展加强是导致其生命期较长的重要原因。因此，下文着重对飑线进入福建后持续发展加强的成因进行分析。

5.1 异常不稳定持续时间长

用同时表征温度和水汽的综合参数假相当位温(θse)来反映此次台前飑线大气层结稳定度变化情况。图9a显示，15∶00，对流层中层600—500 hBa附近有干冷空气侵入(339~342 K的θse低值)，低空为强暖湿气流(925 hBa θse值为360 K)，此时1 000—700 hBa的“Ω”型θse结构不明显，即低空暖湿不稳定表现不明显，但飑线上空大气垂直上升运动较强，其回波强度最大达50 dBz，飑线处于形成阶段；18∶00(图9b)，1 000—700 hBa的θse线显著向上凸起，呈现“Ω”型结构，360 K高θse线抬升至850 hBa以上，1 000 hBa飑线前方θse值显著增加至372 K，较台前飑线形成阶段的θse增幅约10 K，可见低空暖湿不稳定显著增强且暖湿层发展深厚；1 000—600 hBa上下位温差值达到27 K，使得福建中部沿海层结不稳定度显著增强；20∶00(图9c)，飑线上空大气垂直层结显著不稳定结构及垂直上升运动与18∶00表现一致，飑线的回波强度增至55 dBz以上，显著不稳定持续时间长；22∶00(图9d)，低空357 K和360 K高θse线向下凹，360 K下降至850 hBa以下，低空暖湿不稳定逐渐减弱，促使低空辐合抬升和垂直上升运动明显减弱，台前飑线强度减弱。

图9 2019年8月8日台前飑线过程沿最强回波处的假相当位温(θse)和垂直速度的高度-纬向剖面(a.15:00沿27.5°N做剖面;b.18:00沿26.5°N做剖面;c.20:00沿25°N做剖面;d.22:00沿23.5°N做剖面;阴影表示<342 K;蓝色等值线表示θse,单位:K;红色虚线表示垂直速度,单位:Pa·s-1;椭圆圈表示台前飑线位置)Fig.9 The height-latitude cross section of saturation equivalent potential temperature(θse)and vertical velocity through Strongest echo position along(a)27.5°N at 15:00 BT,(b)26.5°N at 18:00 BT,(c)25°N at 20:00 BT,and(d)23.5°N at 22:00 BT 8 August 2019 in the process of the pre-TC squall line(Shadow represents<342 K.Blue contour line representsθse,unit:K.Red dotted line represents vertical velocity,unit:Pa·s-1.The oval circle is the position of the pre-TC squall line).

地基微波辐射计能够较好的反映出边界层的温湿特征，可以连续获得高时空分辨率的大气温度、相对湿度、水汽以及液态水等垂直廓线资料，是强对流天气层结条件的重要工具(韩芳蓉等，2017；宋静等，2020)。魏东等(2011)探讨了微波辐射资料的可靠性中指出∶微波探测的各要素与常规探空具有较一致的变化趋势，定性分析使用时可有效弥补常规探空时间分辨率低的不足。Chan(2009)研究指出微波辐射资料计算的热力对流参数K指数对雷电、大风等强对流天气有很好的指示作用。本文利用厦门市翔安站微波辐射计资料的热力对流参数来分析厦门市及周边区域在台前飑线第二阶段影响前后大气的稳定度情况。这里采用热力对流参数K指数、TT指数和A指数来判断对流不稳定条件，公式如下

上式中，T500、T700、T850、Td500、Td700、Td850分别代表500 hBa、700 hBa、850 hBa温度和露点温度。

8日19∶00—20∶30厦门市及周边区域受台前飑线影响自北而南出现了8—11级雷暴大风。该时段内K、TT和A这3个指数值均较大(图10)，表明此次飑线影响过程，厦门市一直处于不稳定状态。K、TT和A指数变化均在19∶30达到峰值，19∶30厦门同安区自动站出现10级大风，19∶35该站大风增至11级，可见，K、TT和A指数的峰值与雷暴大风极值有着很好的对应关系。该时段内，K指数在37~43℃之间波动，A指数在11~20℃之间波动，这2个指数变化较为同步，波动幅度也基本一致，且在大风出现之前，其热力条件均处于增温中；而TT指数演变中有两个波峰，在18∶30前后，TT热力指数值达45.06℃，而此时地面为弱风，该指数与实况不大相符。由此可见，可以选择K≥37℃和A≥11℃指数作为厦门市强对流天气预警指数。

图10 2019年8月8日18∶00—20∶30厦门翔安站逐5 min的热力对流参数K、T T和A指数的时间演变(单位∶℃,浅蓝色虚线为K指数,深蓝色虚线为A指数,橙色实线为T T指数)Fig.10 Time evolution of thermally convection parameters K,T T,and A indices from Xiangan station of Xiamen in 5 min from 18∶00 BT to 20∶30 BT on 8 August 2019(unit∶℃.The light blue dotted line is K.The dark blue dotted line is A.The solid orange line is T T).

5.2 低空垂直风切变异常强

台前飑线三个阶段，由飑线过境风廓线站点区域的0—3 km垂直风切变对比可知(表1)，台前飑线第一阶段(14∶00—17∶00)，福鼎、罗源、福清三站的低空垂直风切变值在13 m·s-1左右，进入台前飑线第二阶段(17∶00—20∶00)，屏南、德化、翔安站的低空垂直风切变值明显增大，达到16~22 m·s-1，其中翔安站的22 m·s-1低空垂直风切变值与毗邻厦门站的24 m·s-1低空垂直风切变值接近；台前飑线第三阶段(20∶00—23∶00)，诏安站低空垂直风切变值为14 m·s-1。可见，午后福建沿海地区的低空垂直风切变值明显增大，表现为台前飑线第二阶段显著跃增，台前飑线第三阶段又减弱的变化特征。总体上，此次台前飑线过程，低空垂直风切变值均明显高于Meng和Zhang(2012)统计的低空8 m·s-1的平均风切值，尤其在台前飑线第二阶段，还显著高于Chen和Chou(1993)统计的中纬度飑线所需的低空10~14 m·s-1风切值。可见，台前飑线加强成熟期，其低空垂直风切变值异常强且持续时间长，使得飑线维持时间长。

表1 2019年8月8日台前飑线过境福建风廓线站点区域的低空垂直风切变Table 1 The low-level vertical wind shear of the pre-TC squall line passing through the station area of Fujian wind profile on 8 August 2019.

午后强的低空垂直风切变加强了边界层暖湿气流的辐合抬升作用，由图9a—c可见，飑线上空为剧烈的上升运动，且上升气流发生倾斜利于对流层中层干冷空气卷入，干冷空气的夹卷作用促使蒸发加剧、下沉气流加强。从德化站风廓线(图11a)可见，台前飑线过境该站期间(18∶54—20∶06)，1.5 km至地面东北风明显增大了8~10 m·s-1，而下沉气流到达地面时密度增大、温度降低，造成强的地面冷池。由地面气温图(图11b)进一步显示，19∶00，德化站及安溪站均出现了22.4℃和24.2℃的地面冷池中心，其中安溪站18∶35—19∶05气温降幅高达9.9℃，与中纬度飑线造成的地面冷池强度基本相当。Bluestein等(1987)研究发现飑线系统主要通过对流活动诱发的地面冷池与垂直于飑线前端的环境风垂直切变分量之间的相互作用，激发出新的上升流使得飑线系统得以发展增强。

图11 2019年8月8日福建德化站风廓线(a,单位:m·s-1)、19:00地面气温(黑色实线,单位:℃)与雷达组合反射率(阴影,单位:dBz)拼图(b,▲表示德化和安溪站位置)Fig.11(a)Wind profile from Dehua station of Fujian(unit:m·s-1),and(b)ground temperature and radar composite reflectivity at 19:00 BT 8 August 2019(Black solid line represents temperature,unit:℃.Speckle represents radar combined reflectivity,unit:dBz.▲represents Dehua and Anxi station location).

综上分析可见，台前飑线进入福建后，上干下湿的大气垂直层结不稳定结构显著增强，尤其在台前飑线第二阶段，低空垂直风切变异常增强促使台前飑线强烈发展并高度组织化，其维持时间长是飑线生命期长的重要成因之一。

5.3 台前飑线与前缘对流风暴相互作用

由图12可见，15∶30(图12a)，飑线前进方向的右前方约60 km处有对流单体生成(图12a圆圈A处)，回波强度达40 dBz；16∶30(图12b)和17∶06(图12c)，A处对流单体后侧不断触发新生对流单体并快速排列形成南北向的短线对流系统，与飑线前端距离缩短至40 km左右；17∶12(图略)开始，A处对流系统回波明显增强至50 dBz，其后侧对流逐渐向东北方向伸展于17∶48(图12d)并入飑线主体，之后，飑线前端B处对流系统快速脱离飑线主体后迅速减弱消亡；18∶30(图12e)，A处对流系统并入飑线主体后取代原来的B处成为飑线前端，此时飑线表现出较强的前导对流线，前导对流回波强度达到55 dBz以上，且液态含水量迅速增至62 kg·m-2，随后地面大风及降水极值产生，其位置与前导对流线强回波均有很好的对应(图12f)。由雷达观测可知，台前飑线与前缘激发生成的对流风暴合并是台前飑线强度增强的重要成因之一。

图12 2019年8月8日15:30(a)、16:30(b)、17:06(c)、17:48(d)、18:30(e)、18:45(f)雷达组合反射率因子拼图(单位:dBz)Fig.12 Radar composite reflectivity factor mosaic(unit:dBz)at(a)15:30 BT,(b)16:30 BT,(c)17:06 BT,(d)17:48 BT,(e)18:30 BT and(f)18:45 BT on 8 August 2019.

Orville等(1980)研究指出，云下层水平气压分布不均所产生的气压梯度力及其空间分布是造成对流云合并的主要因素之一。由17∶00地面自动站的海平面气压(图13a)和地面气温(图13b)显示，气压场上，飑线系统内的雷暴高压(G)和飑线前方的热低压(D)产生较强的气压梯度力。同时地面有明显的冷池(L)，冷中心气温为24℃，冷池前方为35℃的暖中心(H)，与热低压D对应，冷暖中心之间等温线密集，温度水平梯度较大，从而出现锋生。从925 hBa风场(图13c)可见，福州西部存在中尺度辐合线(短虚线)，由于地面锋生产生的对流不稳定以及低空强垂直风切有利于近地面暖湿气流辐合抬升，从而在飑线前方不断触发新生对流单体，新对流单体与飑线对流系统之间的上升气流-强下沉气流之间的相互作用也是二者合并的主要原因(黄美元等，1987；付丹红和郭学良，2007)。

图13 2019年8月8日17:00地面自动站(a)海平面气压(单位:hPa)、(b)气温(单位:℃)、(c)925 hPa风场(红色箭矢为≥12 m·s-1，紫色短虚线为辐合线)和涡度场(虚线,单位:10-5s-1)Fig.13 Ground automatic station measured(a)sea level pressure(unit:hPa),(b)temperature(unit:℃),and(c)wind field(red arrows are≥12 m·s-1,short purple dashed line is convergence line)and vorticity(dashed line,unit:10-5 s-1)at 925 hPa at 17:00 BT 8 August 2019.

6 结论

本文利用多普勒雷达、风廓线雷达、FY-4A黑体亮温(TBB)、地基微波辐射计、地面自动站等多种观测资料以及ERA5再分析资料，对“利奇马”(2019)台前飑线过程演变及生成位置、移向及长生命史的异常特征进行分析，得到如下结论∶

(1)“利奇马”台前飑线发生于台风路径的左侧、自北向南移动、生命史长达10 h。其过程演变分为发展形成、加强成熟和减弱消亡三个阶段，其中第二阶段为台前飑线影响范围最广、强度最强阶段，对流性质较为复杂。台前飑线过境造成最大气压升幅达3.5 hBa及最大气温降幅为9.9℃，与历史统计的气象要素变化比较，具有极端性。地面中尺度雷暴高压、飑前热低压、冷池、暖中心特征明显。

(2)大陆高压的增强、良好的高低空配置、台风靠近提供了充沛的水汽条件，地面增温及东北向岸气流在浙闽沿岸辐合抬升，上干下湿的热力不稳定层结、低空强的垂直风切变以及地面显著CABE和弱CIN的天气背景下导致了此次台前飑线在东南沿岸触发生成。

(3)台前飑线进入福建后，上干下湿的大气层结不稳定结构显著增强、低空垂直风切变异常增强以及台前飑线与前缘激发生成的对流风暴合并促使台前飑线获得发展增强，飑线成熟期持续时间长是导致其生命期较长的重要原因。台前飑线移动中受东北气流引导向西南方向移动，其与引导气流夹角大，二者移动方向一致，移速加快，有利地面大风增幅。

(4)用地基微波辐射资料计算的热力对流参数K、TT和A指数的峰值与台前飑线造成的大风极值有很好的对应关系，K≥37℃和A≥11℃指数对强对流天气预警有一定的指示意义。