一次斜压锋生类飑线及飑前强烈降雹大风天气过程分析*

.福建省气象台 .龙岩市气象局 黄美金郭 弘李婷婷谢玉华吴启树

一次斜压锋生类飑线及飑前强烈降雹大风天气过程分析*

1.福建省气象台 2.龙岩市气象局 黄美金1郭 弘1李婷婷1谢玉华2吴启树1

通过对区域自动站、风廓线雷达、闪电和福建省新一代天气雷达回波等多源资料及常规观测资料分析，寻找 2016 年4 月 26 日福建省西部北部雷雨大风及降雹天气的潜势预报和临近预报的着眼点。结果表明，26日，福建处于倒槽南侧暖区内，地面强烈增温增湿；伴随高空槽东移和低层低涡切变东移南压，冷暖空气在福建西部强烈交汇，显著的锋区和地面辐合线的触发及南支槽前强烈辐合抬升形成的动力强迫产生了飑线、冰雹等强对流天气。此次飑线为斜压锋生所致，呈现明显的弓状回波，后部入流急流和前部辐合特征；直径达3cm的冰雹发生在锋前暖区内，在飑线前80km热低压辐合区内发生发展的超级单体，沿环境平均风场偏右约25°方向移动，属右移型雹暴，具有钩状回波特征且回波强度强，65dBz以上强回波区面积大、维持时间长达1个小时，并出现移动路径“右旋”、中高层强回波悬垂、低层弱回波区、VIL“跃增”及 “中气旋”等特征。850hPa比湿大于12g/kg和 24小时正变温；850hPa与500hPa温差达25℃，层结上干下湿，Cape达2364J/kg和较大的DCAPE值，适宜的0℃和-20℃高度，925和500hPa垂直风切变达20m/s等有利的物理条件形成此次斜压锋生类强对流天气过程。

飑前降雹 温度锋区 风廓线雷达 超级单体风暴

强对流天气具有突发性和局地性强、生命史短、灾害重等特点，是天气预报业务中的难点。由于导致强对流天气的系统属于中小尺度天气系统, 很难被常规气象观测网捕捉到，因此自动站、雷达、卫星、闪电、GPS和风廓线雷达等非常规观测资料和中尺度数值模式，是进行强对流天气短时和临近预报的主要资料基础。

2016年4月26日12时30分至18时30分，在福建内陆出现了强对流风暴, 先后给南平、三明、龙岩三市带来大范围的冰雹、雷雨大风和短时强降水天气。有52个自动站出现8级以上大风（图1）。13时20分，建宁县伊家乡、泰宁县大田乡出现大于2cm大冰雹，将乐、长汀、连城等地也出现小冰雹；14时00分左右，浦城水北街镇出现54.9m/s（16级）狂风，是福建陆上大风的最大记录，14时00分～14时30分，浦城、松溪多地出现鸡蛋大的冰雹，最大冰雹直径达3cm。此次强对流天气过程造成民房倒塌、农作物及烟叶受灾、道路塌方、水利和电力设施受损，直接经济损失超过亿元。

本文运用多源资料对2016年4月26日强对流天气成因进行分析，重点分析此次过程的中尺度对流天气环境场条件、超级单体的结构及其演变特征，以期为今后进一步分析此类斜压锋生类强对流天气的潜势和临近预报提供预报着眼点。

图1 2016年 4月26日8时-27日8时 8级以上大风实况和冰雹实况

1 强对流天气环境场条件

此次强对流天气发生在高空槽东移、低涡切变东移南压的过程中，2016年4月26日08时500hPa中高纬地区为一脊一槽型，环流较为平直，多小波动；高原东部有槽东移，中低纬南支波动在发展，在南支槽与副热带高压之间有一支≥20m/s的西南风急流，急流中心在赣州，达24m/s；闽北处于槽前西南气流中。850hPa在安徽境内有一148gpm的低涡中心，切变南侧的南宁、梧州、赣州、邵武等地有一支≥12m/s的西南风低空急流，急流中心在梧州，达18m/s，福建西部位于低涡切变南侧和西南急流轴的前侧并伴有明显的风速辐合(图2)；850hPa西部有暖脊冷槽，由于暖脊发展，24小时为正变温，冷暖空气在福建西部强烈交汇。850hPa比湿大于12g/kg，500hPaT-Td≥15℃，层结呈上干下湿。200hPa福建北部处高空急流入口区右侧,地面处于冷锋前倒槽暖区内，有明显的锋区并南压。低层切变和南支槽前的辐合抬升为此次过程提供了良好的动力抬升条件，显著的冷暖平流形成温度锋区和地面辐合线的触发，产生了此次飑线、冰雹等强对流天气。飑线为斜压锋生所致，并在飑线前80km热低压辐合区内有超级单体发生发展。

图2 2016年 4月26 8时和20时中尺度天气环境场配置分析

2 雷雨大风环境参数和雷达参数特征

2.1 雷雨大风环境参数特征

8时850hPa在广西和广东中部到江西中北部强盛西南暖湿急流向东传播，风向与等温线交角大，暖平流显著，500hPa福建北部到浙江一带为负变温，700hPa有低槽东移，北部中低层伴有较明显的冷平流，暖脊、冷槽有利于不稳定层结的建立，午后福建西北部T85增大到25℃～26℃。850hPa露点15℃～16℃，温度露点差小于2℃，14g/kg以上比湿在华南地区呈舌状分布，低层处于高湿环境中，500hPa福建省西部为温度露点差大于15℃的干区，不稳定区上空温湿廓线具有明显的“上干冷下暖湿”特征，华南北部到福建西部存在一条东北—西南向的θse85<-10℃的不稳定区，福建内陆Cape达2364J/kg，且DCAPE超过500J/kg，对流不稳定和对流层中层存在明显干层有利于雷雨大风的产生。

500hPa径向度较大的低槽(10个纬度以上)槽前有低于-3dagpm 的负变高，槽前较大的正涡度平流导致低层低压系统的发展，激发了飑线。飑线和飑线前孤立的超级单体风暴直接导致了致灾性大风和冰雹天气。

从探空资料分析，26日8时邵武在956hPa出现逆温层，形成的干暖盖有利于大量能量积蓄。同时，抬升凝结高度（LCL）较低，在950hPa以下，表明午后在外力抬升作用下，气块极易抬升达到饱和。地面到500hPa垂直风切变强，风矢量差大于20m/s，达到了超级单体甚至飑线和雹暴的环境风切变的值。低层风向随高度顺转，有利雹暴单体的右旋。

分析福建26日白天地面加密气象自动站资料（图3）可见，地面午后强烈增温增湿，三明中部、南平大部出现气温接近31℃的暖中心，地面升温使得地面气压下降，地面倒槽发展明显，并在暖区形成中尺度热低压。福建西北部有一个东北西南向的锋区，温度梯度大，温差达9℃/100km 且伴随有地面辐合线，中尺度温度锋区增强了大气的斜压性，从江西移入南平、三明和龙岩地区的对流单体在辐合线抬升作用下迅速发展并沿着锋面向东北方向快速移动，地面温度锋区和中尺度辐合线对飑线系统的触发和维持起到重要作用，飑线产生大范围雷雨大风天气，南平地区出现福建陆上大风的最大记录。

径向度大的低槽、强的风垂直切变和不稳定层结、地面温度锋区和中尺度辐合线以及中γ尺度的暖低压等是飑线和超级风暴单体发展的有利条件。

从闪电资料分析，负地闪主要发生在飑线前部对流区，而正地闪大多出现在飑线后部的层云区。密集的负地闪对应着云中的上升气流，负地闪频数越高，中尺度对流系统发展越旺盛，上升气流的核心是冰雹携带的负电荷区（6km），有利于强对流天气的发生。随着飑线发展，正地闪的频数也开始增加，由于正电荷中心主要位于4.5km和9.5km处，风切变形成的斜升气流使高层云冰正电荷区域与中层的负电荷区域发生倾斜，形成云砧，减少了负电荷的屏蔽作用，飑线前部的正地闪也逐渐增加。

图3 2016年4月26日地面图加密分析

2.2雷雨大风雷达参数特征

12:30左右，反射率因子图上后侧入流槽口的出现预示弓状回波即将形成，13时东北西南向近350km长的带状回波-飑线发生在西风带高空槽前，由多单体风暴和超级单体风暴组成。在飑线所经地区气象站要素发生剧烈变化，气温下降3℃～5℃，气压升高1～3 hPa，内陆地区大部出现8 级以上大风。飑线的南端由于风的垂直切变型式有利于新对流的发展，因而使飑线不断伸长。而在飑线的北端，老单体不断衰亡，衍变成层状云，并沿高空风向东北方向延伸而形成大片砧云即砧状云伸向飑线前方，而在飑线后方层状云降水区不太明显(图4)。径向速度图上，与飑线前沿强反射率因子梯度区对应，在低层弓顶出现几个小尺度气旋式涡旋速度特征，弓状回波的前沿持续产生中气旋。回波带前沿对应大风区（与切变前侧的西南急流配合），仰角1.5°径向速度上呈现明显的后部入流和前部辐合特征，飑线中深厚和长的辐合带DCZ的探测，预示将产生较强的地面大风，在飑线后侧的低层有尺度为40km左右大范围的-27m/s以上的向着雷达的风速区，表明中低空强的后侧入流急流的存在，该弓状风暴所经之处出现短时大风并伴短时强降水。同时飑线前的超级单体中3～7 km之间存在一个明显的中层径向辐合MARC，最大正负速度差值为34m/s。探测到强并且深厚的中层径向辐合导致极端的16级地面大风，是福建陆上大风的最大记录。

强回波带对应辐合带和零速度折角，当强回波带过雷达站后，从风廓线产品（图5）可以看出，雷达站风向由西南风转为偏北风，即对应有切变东移南压过程。在飑线回波移出三明、南平进入福建东部沿海时，由于飑线移速过快，远离主系统缺少环境场的配合，在飑线前的大范围层状云降水消耗了大量的能量且沿海高温小于27℃, 能量和动力条件减弱，对流系统强度减弱并快速东移入海。

3 冰雹环境参数和雷达参数特征

3.1冰雹对流环境参数特征

如前所述，午后地面升温，中尺度热低压在弓状回波前方约80km处的暖区内形成，构成飑线的雷暴群中强烈下沉气流的出流汇合在一起形成了冷池，冷池前沿与此中尺度热低压辐合区二者相互作用，促发产生超级单体。超级单体沿环境平均风场偏右25°方向移动，探空上低层风向随高度顺转，有利右移型雹暴的产生。

风廓线雷达水平风场上（图5）也可看出强对流发生前中低空西南急流强，2km高度达20m/s，1.5km以下达 12m/s，5～6 km西南风逐渐增大，最大达32m/s；强对流过境时出现资料缺失现象即“空窗”区；低层出现风向旋转过程，说明有地面气旋影响，且垂直速度大于4m/s。

V-3θ表现出高层钝角折角—超低温，中低层顺滚流，垂直风切变大，同时三线折拐，上干下湿，蜂腰结构等有利降雹特征。0℃层高度在4470m，-20℃层高度7808.7m；冰雹发生前GPSMET出现骤升现象，有利于冰雹天气的产生。

3.2 冰雹雷达参数特征

飑线回波带前部大约80km处雹云回波，位于地面暖区内，是由12时04分位于建阳莒口附近的对流单体发展起来的，受引导气流影响，向东北方向移动；雹云单体影响时间约2.5h，其中造成浦城南部及松溪北部一带降雹的时间约1h，该孤立的超级对流单体造成浦城县水北街镇和松溪县祖墩、花桥、渭田、旧县等四个乡镇出现冰雹大风等强对流天气。雹云发展成熟后移动路径出现了“右旋”。

出现冰雹期间，反射率因子图上回波强度在65dBz以上的强回波区呈“椭圆”状，同时65dBz以上的强回波质心高达8.2km，已经扩展到环境大气-20℃等温线高度以上即有高悬的强回波，还出现了中层以上的回波悬垂。低层三个仰角上在单体的右侧反射率因子梯度非常大，单体回波呈现钩状，说明低层有强的入流气流。在强梯度区一侧出现有界弱回波区（BWER）。14时21分还出现了旁瓣回波，再看温州雷达的反射率图，可以发现此对流单体具有标志大冰雹的三体散射长钉(TBSS)特征回波。此外，该超级单体在14时09分到14时15分回波的VIL值从52kg/m2迅速跃增到60 kg/m2，14时27分强回波进入松溪境内时VIL值仍为61 kg/m2，此后迅速减小，说明出现了降雹，这与松溪祖墩、花桥、渭田、旧县多地在14时30分左右出现鸡蛋大的冰雹的实况也非常吻合。径向速度图上，与强回波对应存在中气旋，并且中气旋的旋转速度非常大，已经出现了速度模糊，其中绿色块速度应该为39～44m/s之间，红色块实际速度值在54～59m/s之间，而此强回波的高度距地为1.1km左右，因此，如果考虑此时风速离地高度较高，接近地面时由于摩擦作用风速应该略小一些，这与浦城水北村监测到极大风速达54.9m/s也很接近，此外，具有钩状回波和中气旋特征已经说明此单体已经发展为超级单体，同时超级单体中3～7km之间存在一个明显的中层径向辐合MARC，最大正负速度差值为34m/s。探测到强并且深厚的中层径向辐合，也容易产生极端的地面大风，因此说明水北村监测到的16级大风是有可信度的。

图4 2016年4月26日14:03 CR37、R1.5°和13：57 V271.5°、V276.0°建阳雷达产品

图5 2016年4月26日13:06-15:06建瓯、20:30-22:00永安风廓线雷达产品

4 结论

（1）此次强对流天气过程是在径向度大的低槽东移，低层低涡切变东移南压等系统影响下造成的。冷暖空气在福建西部强烈交汇，显著的冷暖平流形成地面温差达9℃/100km的温度锋区。在地面温度锋区和中尺度辐合线的触发之下及南支槽前强烈辐合抬升形成的动力强迫产生了飑线、冰雹等强对流天气。飑线为斜压锋生所致，在飑线前80km中γ尺度热低压辐合区内有超级单体发生发展。

（2）从雷雨大风环境参数特征分析得出，低层暖脊、中层冷槽有利于不稳定层结的建立，午后福建西北部T85增大到25℃～26℃，θse85<-10℃的不稳定区从华南北部伸到福建西部，中层干区且DCAPE超过500J/kg，大于20m/s的强垂直风切变等有利于雷雨大风的产生。

（3）从雷雨大风雷达参数特征分析可以看出，在弓形回波入流一侧存在高反射率因子梯度区，弓状回波的前沿持续产生中气旋，弓形回波的后侧存在-27m/s强的下沉后侧入流急流，飑线中深厚和长的辐合带DCZ的探测，预示将产生较强的地面大风，同时飑线前的超级单体中强并且深厚的中层辐合即3～7km之间强的中层径向辐合MARC，也可以用来预警极端的地面大风。

（4）从冰雹环境参数特征分析得出，福建内陆低层比湿达14g/kg以上， Cape大于2000J/kg，适宜的0℃和-20℃高度，强的垂直风切变等环境条件有利降雹，V-3θ表现出高层钝角折角-超低温，中低层有顺滚流，同时三线折拐，700hPa出现冷层云，呈蜂腰结构等有利降雹的特征。

（5）超级单体沿环境平均风场偏右约25°方向移动，探空上低层风向随高度顺转，有利右移型雹暴的产生。65dBz以上的强回波质心高，垂直剖面有明显的有界弱回波区，强的入流气流及高达61 kg/m2的VIL值，这与松溪祖墩、花桥、渭田、旧县多地在14时30分左右出现鸡蛋大的冰雹的实况也非常吻合。低层回波呈现钩状，与强回波对应存在中气旋，并且中气旋的速度非常大，在54～59m/s之间，这与浦城水北村监测到极大风速达54.9m/s很接近，说明水北村监测到的16级大风是有可信度的。

中国气象局预报员专项项目(CMAYBY2017-034)。