FY-4A卫星及雷达产品在飑线过程中的应用分析

蒋玉凤，吴满春，陈美伶

(梧州市气象局，梧州 543002)

0 引言

飑线是许多雷暴单体侧向排列组合成的强对流云带，是呈线状的中尺度对流系统，持续时间从几小时到十几小时。飑线是一种常见且破坏力强的过程，可能会造成重大的人身伤害和经济损失[1]，因此备受关注。许多学者对飑线进行了研究，丁一汇[2]等选取了1970年以来的18个飑线个例，将飑线形成前及产生影响过程中的12 h内高、低空环境场以及天气系统做对比剖析，得出结论：飑线类型包括槽后型、槽前型、高后型和倒槽型。并表明冷锋、切变线和低空风场不连续线等可为飑线提供触发条件及组织发展条件。近年来，业内学术工作者对飑线产生的环境条件、结构形式和雷达回波特征等进行了大量的剖析[3-5]。大多数学者研究的飑线类型为发生在西风带系统中的飑线，而对发生在热带扰动、热带气旋等外围螺旋云系的飑线研究相对较少，且对地市级预报员来说关于FY-4A卫星的应用极少，仅靠传统雷达等资料无法弥补对天气预报精细化的要求[6]。

文章基于2021-09-22—2021-09-23的MICAPS资料、两广地区逐小时及逐5 min地面自动气象站资料、多普勒天气雷达数据、FY-4A卫星通道合成图及产品等资料，对广西的一次飑线过程进行分析，以期为相关工作提供参考。

1 过程概况

2021-09-23 T 14：00—2021-09-23 T 20：00，受飑线影响，广西地区出现了范围大、强度高的雷暴大风及短时强降水的强对流天气。飑线于23日12：00左右在北海-玉林-佛山一带形成，随后向西北方向推进，共持续约6 h，20：00飑线对广西的影响趋于结束。2021-09-23上午在南海有热带扰动外围对流云团活动，其在东移过程中产生了飑线，飑线在经过梧州时产生阵风锋。2021-09-23 T 14：00—2021-09-23 T 20：00，广西3个乡镇出现了大于10级的阵风，大于8级的阵风共有53站，其中最大阵风出现在钦州东场上寮，为31.2 m/s，风速达到11级。广西降水主要出现在15：00—20：00，降水整体呈现局地性特征，小时雨强最大为64.2 mm，最大降水量出现在武鸣的东盟经济开发区，为100.1 mm。

2 飑线产生的环境条件分析

2.1 天气背景

文章利用MICAPS的高低空环境场资料进行分析，2021-09-23，500 hPa环流场由两槽一脊维持在亚欧中高纬地区，西北太平洋副热带高压逐渐加强西伸，广西上空由588 hPa等压线控制，23日12：00—15：00钦州-玉林-梧州一带有1条横向的地面辐合线。广西自低层至高层均为东南气流，从正午开始，低层南海热带扰动北部的东南急流逐渐靠近广西沿海，为广西提供丰富的水汽。850 hPa与500 hPa温差达24 ℃，850 hPa有一湿舌伸展在广西地区，与500 hPa干舌叠加，且重叠区与飑线生成地区基本一致，形成了上干下湿的不稳定层结结构，说明广西处于高温高湿的不稳定层结环境下。综上所述，在副高南侧、南海热带扰动外围的偏东气流以及地面辐合线三者共同作用下，形成了此次广西地区强烈的飑线过程。

2.2 环境条件分析

2.2.1 水汽条件分析

分析飑线形成的下游地区附近的北海探空发现，23日08：00北海站700 hPa以下温度露点差T-Td<5 ℃，代表北海地区湿层深厚，水汽条件充足。13：00前广西天气晴热，最高气温大部为33～35 ℃，温度的大幅增加导致层结变干，14:00近地面层T-Td达8 ℃，较08：00的温度露点差增加了6 ℃，表明午后低层水汽含量降低，干层层结变厚，对下沉气流的维持和加强贡献大，有利于雷暴大风的产生[7]。从FY-4A卫星10通道水汽图可知，飑线初生阶段至成熟阶段，逐渐发展为弧状云系，广东沿海白色的明亮区域变得越来越明亮，范围逐渐增大，说明大气水汽充足，为强对流的发生提供了较好的水汽条件，云团变得越明亮，代表云团内部的上升运动正在变强，为强对流提供一定的动力条件及水汽输送。

2.2.2 热力和不稳定性分析

不稳定层结条件与温度随高度变化并与低层水汽含量有关。23日08：00，广西地区温度(850～500 hPa)大于23 ℃，表明对流层中层到近地面层温度递减率大，有利于形成强烈的下沉气流，利于产生雷暴大风。23日08：00，北海站和梧州站△θse850-500均大于10 ℃，表示气层不稳定，表明广西的大气层结不稳定且能量充足。这对飑线的发生发展提供了较有利的环境条件。分析FY-4A“强风暴”RGB合成图，飑线初生阶段的云系颜色逐渐出现分层，处在云系顶部的黄色盖帽表示具有强上升运动的小冰粒子积雨云，云系周围则为白色，表示伴随大冰粒子且发展趋势很好的积雨云，说明零散分布的超级单体正发展且附近地区有强对流出现的可能性[8]，为飑线的发生发展及短临预警提供了良好的指示意义。

低层辐合高层辐散、逆温层、前倾槽、高低空急流及中小系统等是利于雷暴天气产生的天气形势类型[9]，边界层辐合线为中尺度系统之一，从中尺度环境条件配置看，23日12:00钦州-玉林-梧州有1条横向的地面辐合线，且08：00至下午，随着南海热带扰动的移动，与副高间的气压梯度力加大，导致南风加强，在底层广西沿海及桂南地区存在风阶层风速辐合区，广西的“喇叭口”地形也对强对流天气起到抬升作用，广西沿海、桂东南地区的地面辐合线及风速辐合区等为飑线的对流发展提供了动力抬升条件，飑线由此得到维持和发展。从飑线初生阶段到成熟阶段，飑线云系其后跟随的卷云羽越来越长，卷云羽越长代表高空风速越大，动力抬升条件加强，在短临值班发布大风预警等级时考虑比广东地区高。FY-4A卫星自然色合成图初生阶段的云团为蓝绿色，表示雪或冰云，云系中心的蓝绿色范围更大，说明云顶亮温很低且反照率较高。此地区强对流强度最高，需加强观测。

2.3 飑线过境时气象要素分析

飑线初生阶段，在粤西、雷州半岛均有对流发展，多个对流单体侧向排列呈东北—西南走向；气压场上并无雷暴高压；冷池的强度变化对雷暴大风的变化及范围等具有直接影响[10]。广西受飑线影响产生大范围的雷雨大风，其中极大风速出现在钦州上寮气象站(15：23)，风速为31 m/s。分析钦州上寮气象站逐5 min气象要素(图1)，23日14：55钦州上寮气象站气温开始骤降，至15：20，气温下降9.2 ℃；温度曲线与露点曲线之间的间距越来越小，表示温度露点差骤降，温度露点差从14：10的7.4 ℃降至15：20的0 ℃，表示该地区空气湿度达到饱和；气压涌升，从14：55的1，009.0 hPa骤升至15：20的1，011.5 hPa，之后气压开始下降，气压变化趋势出现了“雷暴鼻”的特征；风场也在该时段变化剧烈，风向逆转，由14：55的191°转至15：20的79°，风速剧增，从15：15的5.7 m/s迅速转为15：20的14.4 m/s。上述地面气象要素的变化特点进一步表明钦州雷雨大风产生与飑线过境密切相关。

图1 2021-09-23T13：30-2021-09-23T19：30钦州上寮气象站逐5 min气象要素分析

3 雷达回波及FY-4A卫星云图分析

3.1 飑线初生阶段

从北海雷达反射率演变以及红外云图可看出，此次飑线以零散单体发生发展而成，即11：30在粤西、雷州半岛一带上有多个分散对流单体生成，在广东沿海地区有3个对流云团生成，呈零散分布，随着时间的推移，3个对流云团不断发展壮大合并，并在飑线前方激发新对流云团，新对流云团于14：00合并成线状的对流云带，具有较强的自组织性[11]。飑线发展成熟时，前沿为光滑弧状。从12：55北海雷达1.5°以上仰角的基本反射率因子可知，由多个单体不断合并，在广西沿海、博白与廉江交界处初步发展成两条线状对流窄带回波，回波呈东北—西南走向，强中心达53 dBZ以上。至13：14两条窄带回波带已迅速合并成1条，飑线形成之初回波形态依然是细长的，且结构松散，仅在两段回波的强回波头部出现了7级大风，将回波分为西段和东段，回波西段较为细长，东段前侧有地面辐合线，飑线东段因与地面辐合线交汇而较西段发展得更为强烈，表明此次过程中飑线东段强烈发展与地面辐合线有直接关系。由于其前侧的单体不断合并，并沿着辐合线加强发展，所以东段较西段宽度更宽，强度更强。飑线呈现出“弓”形回波的形态。

3.2 飑线发展成熟阶段

23日14：00飑线发生断裂，位于广西沿海的西段逐步减弱，而其前侧由于海陆热力差异、广西“喇叭口”地形的抬升等作用，在沿海激发了多个强对流单体。东段飑线前沿光滑整齐，强回波中心强度最大达65 dBZ，飑线的后侧为大片小于35 dBZ的弱回波；此时的梧州雷达站0.5°仰角径向，苍梧、郁南交界处有一个大风区(>27 m/s)，大风区的面积达到最大，预示飑线达到成熟阶段，给苍梧及郁南带来8级大风。

23日14：46，从梧州雷达站可观测到阵风锋，该阵风锋位于飑线前侧，持续时间超过40 min，约7个体扫，该阵风锋给梧州带来了8级大风天气。分析FY-4A通道1可见光图可得，当雷暴发展到成熟阶段时，由于降水粒子下降拖拽周围空气，下沉到地面的冷空气向四周外流并与周围较暖的空气汇合，在梧州地区形成一个弧状外流边界，即为梧州地区的阵风锋，表现为弧状窄带云线。飑线成熟阶段，飑线云系头部明显上冲云顶，云顶表现为多褶皱、多起伏的纹理特征[12，13]。

从14：46梧州雷达站的反射率因子垂直剖面可得，回波前沿低层径向速度达到了21 m/s，从后侧到回波前侧，最大径向速度对应的高度呈下降趋势，该现象与从对流云下方侵入的超强气流是相对应的；在3～9 km对流风暴中层有1个强径向辐合区，环境的入流以陡直角度侵入风暴，并在风暴顶形成辐散。中层的后侧入流与上升气流形成辐合。

在FY-4A通道1可见光与云顶温度、云顶高产品的变化过程中，11：00—14：00，对流云和飑线云系出现了云顶高度迅速抬升，云顶高从7～8 km发展至20 km，云顶亮温从250 K降至180 K，云顶面积增大和云顶亮温梯度逐步加大的特征，预示强对流天气强度的加强，且飑线云系移至广西时前沿光滑呈弧状，利于大风的形成。

3.3 飑线消亡阶段

05：50飑线移至梧州-贵港-玉林一带，东段在贺州地区断裂为多个超级单体风暴，西段在贵港、平南地区，强度减弱，结构松散，强回波中心强度下降至48 dBZ，大风区趋于消失，没有明显的干空气入流，此后飑线进入了消亡阶段。从FY-4A卫星通道1可见光云图可知，飑线云系结构逐渐松散，云顶亮温回升至240 K左右，云罩解体，冷云盖面积减小，至17：00，云系前端移至蒙山、金秀一带，云砧与母体分离并向下风散去，云区解体，飑线进入衰亡阶段，强对流天气类型从雷雨大风、短时强降水为主转为阵性降水为主。

4 结束语

文章运用FY-4A卫星资料及雷达数据等分析2021-09-23广西的1次台前飑线过程，得出以下结论：

1)飑线产生前，500 hPa干舌叠加在850 hPa湿舌之上，且广西处于高温、高湿的环境下，建立了不稳定层结结构，加上较大的对流有效位能，有利于对流天气的产生和发展。

2)在副高南侧、南海热带扰动外围的偏东气流以及地面辐合线三者共同作用下，广西地区出现了强烈的飑线过程。气温、气压、风向、风速等基本气象要素的变化与飑线过境关系密切。

3)此次飑线形成时为碎块零散形态，之后不断与地面辐合线靠近，在飑线与边界层辐合线交汇处附近的风暴得到强烈发展，在飑线的发展成熟阶段，飑线向西北方向推进的过程中出现“弓”形回波、中层径向辐合、大风区和阵风锋等特征；根据FY-4A“强风暴”RGB合成图、通道1、通道10及云顶温度、云顶高等产品反馈，飑线初生阶段的云系出现顶黄边白的分层、水汽图白亮面积逐渐增大、云顶高呈上升趋势和云顶温度呈下降趋势等特征，这对分辨飑线的不同阶段、发展程度以及提高预警提前量具有积极贡献。