宿迁一次强飑线过程的综合分析

2020-09-26徐恩庞礴程昕周航王锦杰张莹

安徽农业科学 2020年17期

徐恩庞礴程昕周航王锦杰张莹

摘要利用常规探测资料、NCEP再分析资料、S波段多普勒雷达资料等，对2019年7月6日发生在宿迁市的一次强飑线天气过程进行综合分析。结果表明：该次强飑线天气过程是在深厚的东北冷涡背景下发生的。飑线回波在移动过程中“弓”状特征愈发明显，后侧入流缺口、中气旋及速度模糊的出现，预示着地面极端大风的发生;回波垂直剖面上存在一个有界弱回波区，中高层有回波悬垂。在飑线发展过程中，近地面层风场垂直梯度增大，风切变迅速增强，有利于对流风暴的组织化和飑线的维持。对流层中低层存在一稳定层结，有利于低层能量的累积，随着冷中心南移，干冷空气叠置于低层暖湿气流之上，引发上升运动，突破了大气稳定层结，强对流暴发。

关键词飑线;强对流;冰雹;大风

中图分类号 S 166文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）17-0225-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.17.058

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Comprehensive Analysis of a Strong Squall Line Process in Suqian

XU En， PANG Bo， CHENG Xin et al （Suqian Meteorological Bureau，Suqian，Jiangsu 223800）

Abstract Based on the conventional observations， NECP reanalysis data and S band Doppler radar data， this paper analyzes the weather process of a strong squall line on July 6， 2019 in Suqian City. Results show that： The strong squall line weather process occurred in the background of a cold vortex activity in Northeast China. The bow like characteristics of squall line echoes are more and more obvious on the move. The appearance of rear inflow notches， mesocyclones and velocity ambiguity indicates the occurrence of extreme gale on the ground. There are bounded weak echo regions and overhang echoes on the vertical cross-section. In the process of squall line development， the vertical gradient of wind speed in the surface wind and the wind shear increases rapidly， which is conducive to the organization of convective storm and the maintenance of squall line. There is a stable stratification in the middle and lower troposphere， which is conducive to the accumulation of energy in the lower troposphere. As the cold center moves southward， the dry and cold air overlaps on the warm and wet air flow in the lower troposphere， leading to upward movement， breaking through the stable stratification between the atmosphere and causing strong convection.

Key words Squall line;Severe convection;Hail;Gale

飑线是由许多雷暴单体侧向排列成带状，组织性较强的中至小尺度的对流系统。飑线过境时，气象要素会在短时间内发生剧烈变化，同时伴随雷暴、暴雨、大风、冰雹和龙卷风等强对流天气，是一种破坏力强大的灾害性天气[1]，对人民的生命财产和社会经济的发展都会带来严重的影响。近年来，专家学者从不同方面对飑线展开了研究，并取得了不少成果[2-12]。翟国庆等[2]分析了华东飑线过程的地面中尺度物理特征，蔡则怡等[3]则对华北飑线系统的结构与演变特征进行了研究。丁一汇等[4]将国内形成飑线的天气形势分为槽后型、槽前型、高后型和台风倒槽或东风波型4种类型，并分别讨论了形成各类型飑线的热动力学条件以及触发机制。张驰等[5-6]分析了典型飑线个例的雷达回波特征。郑媛媛等[7]分析了在东北冷涡背景下，江淮地区飑线生成的特征。沈杭锋等[8-9]对强飑线过程中极端大风的演变特征和机理进行了分析。支树林等[10]分析了江西的一次飑线天气过程，并指出强垂直风切变、地面中尺度辐合线、中尺度温度锋区以及高低空急流耦合等都能够维持強对流的发展。王秀明等[11]研究表明，飑线发展、维持的原因是其自组织结构，干线及其上的小扰动能够不断触发新生积云带;强下沉辐散气流、强冷池密度流和降水粒子的蒸发均对地面灾害性大风有增幅作用。张建军等[12]研究指出，随着飑线的发展，动量、热量和水汽会有一个再分配的过程，从而影响系统内部深对流的组织化过程。上述研究揭示了飑线天气的形成机理、触发条件和演变规律，对其监测和预警发挥了重要作用。

2019年7月6日江苏自北向南出现了一次大范围强对流天气过程，6日14：00（北京时，下同）强对流进入宿迁之后，发展成为飑线（以下简称“7·6”飑线过程），并伴随出现灾害性大风、历时强降水和局地冰雹等强对流天气，造成了十分严重的损失。笔者利用常规探空和地面观测资料、NCEP 0.25°×0.25°逐6 h再分析资料、多普勒雷达等探测资料，对此次过程的背景形势场、物理量和雷达回波中尺度特征进行综合分析，以期为今后开展飑线预报和预警提供参考。

1 天气实况与灾情

2019年7月6日14：00—16：00，受山东发展起来的飑线影响，宿迁市出现了雷雨大风和冰雹等强对流天气，宿迁116个站中58个站出现短时强降水，最大小时雨量达882 mm（泗阳黄圩，6日15：00—16：00），25个站出现8级以上大风，其中泗洪县陈圩乡最大风力达28.7 m/s（11级），城区南龙河、罗圩，沭阳沂涛、李恒，泗洪归仁、太平、曹庙、魏营出现冰雹。此次飑线过程造成2人死亡，1人受伤，多处房屋农田受损。

2 飑线过程中气象要素变化及环流特征分析

2.1 气象要素变化

从宿迁各观测站的观测资料可以看到，飑线过境前后地面风向突变，风速骤增，气压涌升，温度剧降。选取宿迁泗洪站进行分析，飑线过境前后，气温从26.5 ℃（13：50）骤降到20.2 ℃（14：30），温度降幅达6.3 ℃;相对湿度从69%（13：50）猛增至99%（14：50）;风速剧增，风力由1.6 m/s（13：50）迅速增至20.5 m/s（14：30）;气压从992.7 hPa（13：50）上升至996.1 hPa（14：50），增加了3.4 hPa（图1）。

2.2 大尺度环流背景

分析“7·6”飑线过程环流形势表明，2019年7月6日08：00，200 hPa上东亚中高纬环流径向度较大，呈现两脊一槽型，2个高压脊分别位于贝加尔湖西侧，吉林与朝鲜接壤处，蒙古国东部有一冷涡，冷涡低槽位于华北至江淮一线，槽后有强劲的西北风急流，槽前是范围较小的西南急流（图2）。分析冷涡的垂直结构可以发现，冷涡系统较深厚，500、700、850、925 hPa 上冷涡结构都较完整，冷涡中心逐渐向南偏移，各层冷涡槽线位置近乎垂直。500 hPa冷槽位于河北河南中部，925 hPa上，在河南南部有一27 ℃暖中心，暖脊从暖中心向东北方向伸展至山东半岛南部，黄淮江淮地区850与500 hPa温差大于26 ℃，大气层结不稳定。同时地面图上，黄淮中部有地面气旋配合，冷锋位于山东中北部至河南中南部一带。

6日20：00（图略），500 hPa冷涡已分裂南下，在内蒙东北和华北东部地区分别形成2个冷性涡旋，华北冷涡低槽深入江苏西北部至安徽东南一线，对应850 hPa在江苏中部形成一个低涡系统，地面南段冷锋向东南方向推进到江淮南部。

3 飑线过程中的雷达回波特征

2019年7月6日08：00（图略）济宁中部有一短带状回波，其中镶嵌有反射率因子超过65 dBZ的点状强回波，此点状强回波逐渐与北段回波分离，向东南方向移动到徐州境内，同时临沂的回波发展较强，并缓慢往东移，新生回波单体位于其正南方的连云港、宿迁地区，之后两块回波合并加强发展成飑线并继续南移。13：00（图略）左右飑线主体向南发展并进入宿迁地区，开始影响宿迁西部城区，中心回波强度55 dBz，13：00—14：00宿迁1 h降水量达39.5 mm。14：36（图3a）左右飑线移到宿迁南部，最强反射率因子超过65 dBz，顶高12 km，VIL值达到70 kg/m2，在飑线回波带前侧有强反射率因子梯度，且强回波带向前凸起呈“弓”状，而飑线回波带后侧的入流缺口，表明存在强的下沉后侧入流急流，有利于地面极端大风的出现[13]，从此时刻0.5 °仰角的雷达径向速度图（图3b）上可以看到，飑线前沿呈明显的气旋式辐合，并伴有多个中气旋，而其后侧区域则为正速度大风区，经速度退模糊计算后得出流风速达30.5 m/s，自动站数据显示，14：36前后，泗洪多个乡镇出现9级以上大风及冰雹天气，其中泗洪陈圩乡最大风速达28.7 m/s。

从剖面图（图3c）上可以看到，回波发展高度在15 km以上，对流单体的最强回波中心可超过65 dBz，超过55 dBz的强回波伸展到10 km以上。对流层低层有明显的弱回波区，中、高层回波悬垂，回波顶位于有界弱回波区之上。以上分析均表明，此次飑线过程中出现了超级单体风暴，不仅带来了十分强的地面大风，也有利于冰雹等灾害性天气的产生[13]。

4 环境场结构特征分析

4.1 动力条件

4.1.1 水平风场垂直结构。

为了解飑线发生过程风场的垂直结构，分别作环境风u分量和v分量的垂直剖面。从纬向风垂直结构的演变发现，6日14：00（图4a），118 °E以西纬向风为上下一致的西风，西风大值带位于200 hPa高度附近，中心位于110 °E附近，中心值为40 m/s，近地面层的118 °E以东为弱的偏东风，118 °E附近，700～1 000 hPa风速差约为6 m/s，在飑线发展移动过程中，20：00（图略），200 hPa上偏西风风速中心由110 °E东移至114 °E附近，中心值由40 m/s逐渐增强至48 m/s，并向低层伸展，同时近地面层的东风也大幅增大至10 m/s，在118 °E附近低层形成东西风的辐合，700 hPa以下风速等值线变密集，纬向风垂直切变逐渐增强，6日20：00，风速差最大达到18 m/s。

经向风垂直结构的演变特征显示，强对流发展期间，对流层低层伴有南风的向北推进，同时对流层中高层的偏北风迅速度发展并向低层扩展。从14：00环境风v分量的垂直分布场（图4b）中可以看出，对流层高层250 hPa上，飑线及其未来移动区域附近32°～34°N有一北风为10 m/s的风速中心，300～400 hPa等风速线较为密集，400 hPa以上为偏北风，400 hPa以下為偏南风控制，20：00（图略），北风进一步向低层扩展，飑线所在区域，北风已经侵入到近地面层，500 hPa以下呈现南北风叠置的结构，且近地面层风场垂直梯度增大，风切变迅速增强，有利于对流风暴的组织化和飑线的维持。

4.1.2 涡散度和垂直速度。

6日14：00，中高层为一气旋性涡度区，并随高度逐渐向东倾斜（图5a），飑线处于冷涡槽前正涡度区，气旋性涡度大值中心在对流层高层300 hPa高度上的117.5 °E附近，中心值为32×10-5 s-1，同时可以发现，在对流层低层飑线西侧，950 hPa也有一个强烈发展的气旋性涡度中心，中心值为12×10-5 s-1，且该涡度中心通过一条相对较弱的先向西伸展，再向东倾斜上升的涡度通道与300 hPa的涡度大值区相连。在散度场（图5b）中，强对流发生时刻，对流层低层辐合明显，近地面辐合中心强度达-18×10-5 s-1，其上空有一9×10-5 s-1的辐散中心与之叠置，但在对流层高层又呈辐合状态。与之对应的垂直速度表现为以900 hPa为上升运动中心，上升中心强度达-2.4 Pa/s。

4.2 热力条件

4.2.1 假相当位温。

由图6可知，飑线发生前θse锋区在39 °N附近先是向南伸展至800 hPa高度，再向北倾斜至700 hPa高度，随后又向南伸展至600 hPa高度，最后向北倾斜至对流层高层，这表明低层暖湿气流活跃，且在34°N附近700～800 hPa大气呈稳定状态，有利于未来强对流发生区域低层能量的累积，干冷中心位于37°N附近800～500 hPa，冷中心强度为-324 K。14：00（图略），冷中心南移至33°N附近，且低层暖湿平流也有所加强，干冷空气叠置于低层暖湿气流之上，引发上升运动，突破了700～800 hPa大气稳定层结。

4.2.2 不稳定能量。

大气不稳定层结是强对流天气发生的必要条件，选取上游徐州站探空资料进行分析，结果见图7。从08：00的T-lnP图（图7）可以看出，强对流发生前大气处于不稳定状态，对流有效位能达2 240.9 J/kg，SI指数为-3.02 ℃，K指数为39 ℃，850 hPa接近饱和，中高层为干层，上干下湿的层结结构也有利于雷暴大风天气的产生。且-20 ℃层高度为7 310 m，0 ℃层高度在4 474 m，高度适宜，也有利于冰雹天气的产生。

5 结论

（1）该次强飑线天气过程是在深厚的东北冷涡背景下发生的，低层有暖中心配合，上冷下暖的不稳定大气层结构，极易发生强对流天气;飑线过境前后，气象要素变化明显。

（2）在雷达图上，飑线回波在东移南压过程中发展迅速，“弓”状特征愈发明显，且弓状对流回波带内有强烈发展的风暴尺度的对流单体，风暴后侧入流缺口、中气旋及速度模糊的出现，预示着地面极端大风的发生;回波垂直剖面上存在一个有界弱回波区，且强回波伸展到10 km以上，远高于-20 ℃等温线高度，非常有利于冰雹的形成。

（3）在飑线发展过程中，近地面层风场垂直梯度增大，风切变迅速增强，有利于对流风暴的组织化和飑线的维持。

（4）θse的垂直分布显示出对流层中低层存在一稳定层结，有利于低层能量的累积，随着冷中心南移，干冷空气叠置于低层暖湿气流之上，引发上升运动，突破了之间大气稳定层结，引发了强对流。探空资料也显示，强对流发生前大气处于上干下湿的不稳定状态，并具有充沛的能量。

参考文献

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