2017年4月5日貴陽一次颮線天氣過程綜合分析

王君軍，王 彪，周博揚

(1.貴州省貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550001；2.貴州省氣象局，貴州 貴陽 550002)

1 引言

颮線是多個活躍的雷暴單體排列成線狀或帶狀的中尺度對流系統，發生時常伴有冰雹、大風、暴雨等災害性天氣[1]。隨著探測手段的發展，雷達、閃電定位等先進儀器的應用使人們對強對流天氣臨近時表現出來的征兆、特征等認識不斷深入。Fujita[2]根據地面氣壓場和降水情況，提出颮線的生命史特征，分為產生、發展、成熟、消散、殘余五個階段。張怡[3]在對2006年6月3日商丘一次強颮線過程分析中指出，地面輻合線是颮線的主要觸發機制，雷達回波呈“廣”字形，具有徑向輻合等特征。陳榮等[4]通過對2007年4月24日影響廣東大部分地區的一次強颮線的分析，發現颮線的后面存在入流是地面大風的來源。貴州地處青藏高原東側，緯度較低，春季回溫較快，加之省內丘陵縱橫，地勢起伏，因此春季是貴州強對流天氣的多發時段，極易出現雷雨大風、冰雹等劇烈的災害性天氣[5]。多年來貴州的氣象工作者對強對流天氣的環流背景、影響系統及其成因等方面做了許多的研究工作[6-8]。本文利用常規天氣資料，地面加密資料和雷達等資料，對2017年4月5日貴陽地區一次颮線天氣過程進行特征分析，以期增進對這類強對流天氣發生發展的認識，進而為做好強對流天氣的預報、預警業務和防災減災服務提供參考依據。

2 天氣實況及環流形勢分析

2.1 天氣實況

每年的3—5月是貴陽強對流天氣的高發期。2017年4月5日17—22時，貴陽遭受一次冰雹、大風、強降水天氣過程，最大冰雹直徑達20 mm；清鎮市區在5日20時31分—20時47分出現大風，最大瞬時風速達26.6 m·s-1(出現時間20時38分)；最大雨強為58.9 mm·h-1(清鎮農牧場22—23時)。此次強對流天氣過程特點是強度大、影響范圍廣、密度大，為多年來罕見，給當地造成一定經濟損失和人員傷亡。

風向突變、風速、氣壓、相對濕度涌升、氣溫驟降是颮線大風過境的主要特點[9]。颮線過境前和颮線過境中(清鎮站)地面各要素呈現出明顯突變特征：20—21時清鎮觀測站風向突變，由東南轉為西北風。從圖1可見：極大風速由10.3 m·s-1增至26.6 m·s-1；氣壓涌升，20—22時變壓為3.5 hPa，具有颮線過境“氣壓鼻”特征；20—21時，小時降溫7.3 ℃。當颮線發展到成熟階段時，颮線前部的溫度梯度明顯增加，清鎮觀測點出現大風位于溫度梯度最大區域靠暖區一側。

圖1 2017年4月5日14時—6日06時清鎮站極大風速(單位：m·s-1)、氣壓(單位：hPa)和氣溫(單位：℃)變化曲線Fig.1 Qingzhen station maximum wind speed 14∶00,April 5th-06∶00,April 6th,2017 (unit:m·s-1),Pressure (unit:hPa) and temperature (unit:centigrade) curve

2.2 環流形勢分析

從環流形勢上看(圖略)，5日08時，200 hPa高空急流位于四川南部到浙江北部，在高空急流右側下方低空急流位于廣西北部至貴州東南部，這樣高空急流右側輻散，低空急流左側輻合分布產生的上升運動，為低層空氣塊提高了抬升機制，從而有利于觸發對流不穩定能量釋放。500 hPa甘肅到四川南部有高空槽，且溫度槽落后于高度槽，槽將發展東移。700 hPa上有切變在四川中部維持。850 hPa重慶到貴州西北部有切變，對流層低層有暖舌，貴陽位于濕區內。20時，500 hPa高空槽快速東移至湖北恩施到貴州北部一線，700 hPa低渦切變位于重慶到貴州北部邊沿，貴州西北部呈明顯前傾形勢，“上干冷，下暖濕”的不穩定層結增長，有利于強對流天氣發生，且貴州西北部地面輻合線緩慢南壓為強對流提供觸發條件。

3 不穩定物理量分析

強對流天氣的發生一般需要很大潛在不穩定能量、充足的水汽和強的抬升條件，此外，還需要適宜的0 ℃層高度。5日08時，根據T-lnP分析(圖略)：貴陽上空濕層較薄，僅850 hPa接近飽和；3 km高度附近存在弱逆溫層，低層伴有暖平流，700 hPa附近以上對流層為明顯的干空氣，“上干、下濕”對流不穩定特征明顯，并有一定的不穩定能量積聚。從各項探空指數來看(表1)：08時，CAPE值較低，僅為10.9 J·kg-1，如果用早上探空判斷下午和傍晚的對流潛勢往往誤判的可能性很大，因此將溫度訂正到中午前后氣溫(25 ℃)后，CAPE值為1 100 J·kg-1左右，這對預報午后對流天氣有一定的指示意義。08時貴陽上空0 ℃層高度為4 495.8 m，-20 ℃層高度為7 891.2 m，符合貴州降雹標準[10]。

表1 4月5日08時和20時貴陽探空站各項指數Tab.1 Guiyang sounding station index of 08∶00 and 20∶00 on April 5th

此后大氣層結不穩定進一步發展，K指數由08時的18 ℃增加到20時的39 ℃。SI指數由08時的0.32 ℃降到20時的-1.61 ℃；中低層溫度直減率(T850-T500)08時的16 ℃增大到20時的28 ℃。強的溫度直減率起著維持負浮力的作用，有利大風的出現[11]。

4 水汽條件分析

隨著西南急流建立，5日08時在850 hPa高度場上，從北部灣至貴州東南部存在一支較大的水汽輸送通道(圖略)，水汽通量中心值為14 g·hPa-1·cm-1·s-1。20時水汽輸送通道維持，貴陽處于低空急流左前側風速輻合區內水汽輻合區中，水汽通量輸送最大梯度帶處。比濕場上，貴陽處于濕舌的頂部，850 hPa比濕5日08—20時維持11 g·kg-1，700 hPa比濕從08時的3 g·kg-1增加到8 g·kg-1。強對流天氣發生前，貴陽位于地面濕舌頂部，地面溫度露點差出現驟降，貴陽20時—21時溫度露點差由5.0 ℃降至2.2 ℃，清鎮由5.0 ℃降至0.3 ℃，由干變濕。低層水汽躍增達到飽和，為強對流提供充足水汽。

5 觸發條件地面輻合線

在對流不穩定條件下，需要觸發抬升條件對流才能發生，觸發對流的抬升條件大多由中尺度系統提供，如鋒面、干線、對流風暴的外流邊界(陣風鋒)和重力波等[12]。分析此次過程的自動氣象站逐時風場資料(圖2)：4月3日開始，貴州西部熱低壓發展并東擴，貴陽南部至廣西北部午后維持6～12 m·s-1偏南風，輻合線在畢節中部至貴陽的息烽、開陽一帶維持。5日17時左右開始，在畢節東部地面輻合線上有對流單體生成，并沿著輻合線緩慢東移。18—20時，清鎮附近有中尺度輻合中心，對流風暴移至該地后，強度加強形成颮線。

圖2 2017年4月5日17時—22時地面風場分布(單位：m·s-1)Fig.2 Ground wind field distribution on April 5th 17時—22時 (unit:m˙S-1)

此次強天氣過程是地面輻合線觸發對流抬升形成的，對流風暴的位置和走向與地面輻合線基本一致。中尺度輻合線的維持增強了近地面層的輻合抬升，有利于風暴強度增強。

6 雷達回波特征分析

5日18時53分(圖略)，在畢節織金附近有風暴單體發展并向東移動，19時45分(圖3)距離雷達60 km左右，在清鎮西部邊緣發展成鉤狀回波，從低層向高層反射率因子向入流一側傾斜(右邊)，表明低層弱回波區和中高層回波懸垂結構，在速度圖上存在中氣旋，對應旋轉速度為24 m·s-1。19時56分(圖略)發展成颮線并繼續向東移動，颮線上由多個強回波單體，最強中心超過65 dBz。

圖3 2017年4月5日19時45分貴陽雷達觀測資料(a)、(b)、(c)分別為1.5、2.4、6.0°仰角反射率因子圖(單位：dBz)，(d)為0.5°仰角基本速度圖(單位：m·s-1)Fig.3 Guiyang radar data (a), (b) and (c) are 1.5, 2.4 and 6 elevation reflectivity factor chart (unit:dBz),(d)0.5 degree elevation basic velocity chart (unit:m˙s-1), 19時45分April 5th,2017

20時27分(圖4)，颮線發展為成熟階段，寬約4 km，長約24 km，且呈南北兩個明顯弓狀，中心強度達65 dBz。北部弓狀回波位于清鎮百花湖西部，南部弓狀回波位于清鎮市西部約4 km處。南北兩個弓狀回波均造成地面大風和冰雹天氣。20時32分(圖4)，在颮線東側反射率因子具有很大梯度，中心強度達69 dBz，低層具有弱回波區，中高層有回波懸垂，回波后側有弱回波通道，反射率因子大于50 dBz強度在8 km左右。從徑向速度圖上顯示，中層有輻合，在后側有入流急流，達20 m·s-1，垂直液態水含量(vil)為38 kg·m-2，顯示了明顯的強烈對流天氣結構。21時30分左右颮線減弱(圖略)，整個颮線過程歷時約2.5 h。

圖4 2017年4月5日貴陽雷達觀測資料。(a)20時27分 1.5°仰角反射率因子圖(單位：dBz)，(b)、(c)分別為20時32分 270°雷達反射率因子(單位：dBz)、徑向速度剖面圖(單位：m/s),(d)為20時32分垂直液態水含量(單位：kg·m-2) Fig.4 Guiyang radar observations data , April 5th,2017. (a) Elevation reflectivity factor map of 1.5 degree on 20∶27(unit:dBz);(b) and (c),Radar reflectivity factor respectively of 270 degree on 20∶32 (unit:dBz)and radial velocity profile (unit:m/s);(d)The vertical vertical liquid water content (unit:kg˙M-2)

對流風暴移動方向的反射率因子垂直剖面圖上(圖5)：20時06分，強度大于50 dBz高度在5 km左右，反射率因子核位于3 km附近，反射率因子核強度為60 dBz，中低層存在懸垂結構。20時16分，強度大于50 dBz回波擴展到8 km附近，強度60 dBz反射率因子核向上擴展到7 km附近，接近-20 ℃等溫線高度，懸垂結構向上發展，低層出現明顯的反射率因子高梯度區(即回波墻)，且中層伴隨有界弱回波區，中高層出現懸掛回波。20時32分中高層懸掛回波反射率因子核強度增強，達65 dBz，雹肧快速發展，反射率因子核高度開始下降，核心位置位于4～5 km附近，中層有界弱回波區維持。20時37分，高懸回波繼續發展，反射率因子核下降到3 km左右，有界弱回波區維持。20時42分，回波懸垂依然存在，反射率因子核下部降到地面，強度在50～60 dBz左右，且地面出流邊界明顯，相對應清鎮出現大風冰雹天氣。

圖5 2017年4月5日反射率因子垂直剖面圖(單位：dBz)(a(20∶06)；b(20∶16)；c(20∶32)；d(20∶37)；e(20∶42))Fig.5 Vertical profile of the reflectivity factor on April 5th (unit:dBz) (a(20∶06)；b(20∶16)；c(20∶32)；d(20∶37)；e(20∶42))

7 結論

①本次強對流天氣過程是高空槽和低層切變的有利形式下產生的，高低急流較好配置有利于強對流天氣發展，“上干冷，下暖濕”的不穩定層結條件下，地面輻合線觸發機制，導致不穩定能量的釋放，對流發展強盛成為颮線。

②颮線是造成清鎮大風及貴陽主城區冰雹的主要原因，地面大風主要產生在溫度梯度最大區域靠暖區一側。

③地面輻合線觸發對流抬升，中尺度輻合中心有利于颮線生成和發展，造成此次強天氣過程的對流風暴，其位置和走向與地面輻合基本一致。

④雷達回波分析此次颮線后側伴有入流急流。颮線回波特征中的高懸的強回波、有界弱回波區、回波懸垂、回波墻、颮線后側伴有入流急流特征對冰雹天氣有較好的指示意義。颮線回波前沿的反射率因子梯度大，強回波質心高度下降、后側伴有入流急流、中層徑向輻合等特征對大風預報具有一定的預示作用。

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