2019年夏季冀东北地区一次长生命史弓状飑线过程分析

宋金妹 毛智政 王莎 刘昊野 张晨宇 刘冰玉

摘要 选取2019年7月25日冀东北地区出现的一次长生命史弓状飑线过程，利用常规和加密气象观测数据、ERA5（0.25°×0.25°）再分析数据、卫星资料以及多普勒雷达资料等进行分析发现：7月25日过程出现在午后，飑线自西北向东南移动，影响槽比较浅薄，属于弱天气尺度强迫下产生的强对流天·气，本次过程主要由地面辐合线和干线触发;在高分辨率的葵花卫星云图上，有大范围对流云泡排列成带并向南压;本次飑线过程雷达回波特征有明显弓形，属于飑线型弓形回波，为中α尺度，形态多变，生命期长达6 h。

关键词 飑线;弓形回波;雷暴大风;多普勒雷达特征

中图分类号：P458.2 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）07–0039–03

飑线是一种带（线）状中尺度对流系统，飑线过境时伴随气压涌升、气温急降、相对湿度大幅上升等气象要素激烈变化特征，因此飑线又被称为气压涌升线、不连续线或跳跃线[1-2]。飑线过境时常伴随雷暴大风、冰雹、短时强降水等强对流天气。

随着我国新一代多普勒天气雷达网的逐步建立，对飑线的观测研究逐渐增多。丁一汇等[3]通过研究总结出中国飑线发生时的大尺度环流背景主要有槽后型、槽前型、高后型和台风倒槽型四类，其中北方飑线以槽后型为主且经常与冷涡密切相关。Meng Z等[4]研究发现，中国东部飑线的产生具有日变化，傍晚是一个大高峰，清晨和午后为两个小高峰。杨姗姗等[5]通过统计分析冷涡背景下的飑线发现，飑线基本发生在6—8月，7月是飑线出现的高峰期。

飑线是易产生雷暴大风的典型天气系统，而弓状回波飑线通常与下击暴流、灾害性大风有关，比普通飑线更易产生雷暴大风天气[6]。有学者首先发现了强风暴的弓状特征，并给出弓形回波产生和发展的概念模型。刁秀广等[7]通过综合分析4次强对流过程，发现飑线发展前期的弓形回波所致大风明显大于源于强降雨带减弱阶段的弓形回波所致大风。杨晓亮等[8]分析了一次冷涡背景下的河北省中南部飑线导致的雷暴大风过程的环境条件和流风暴的演变特征发现，飑线回波强度减弱后，冷池密度流、动量下传和变压风共同作用仍可形成地面大风。国内许多学者对飑线的成因、维持机制、环境条件、雷达回波特征等方面进行了深入研究，张弛等[9]研究发现，飑线的出现需要水汽分布与上升气流配合，高层强冷平流与低层暖平流叠加为飑线的发生、发展提供有利的能量条件，长生命史飑线的发展离不开强环境风垂直切变，地面中尺度露点锋（干线）、中尺度复合线是飑线的直接触发和维持机制。

姚晨等[10]研究发现，北京中南部和河北中南部较易发生飑线过程，对其的研究也相对较多，而对河北省东北部的飑线过程研究较少。利用常规探测资料、加密自动站观测资料、双偏振多普勒天气雷达资料、ERA5再分析数据、卫星资料等，分析飑线的大尺度环流背景、环境特征、雷达回波特征和灾害性大风成因，为今后该类天气的预报预警提供参考依据，从而在短临预报预警中做出更加准确的判断。

1 天气实况和气象要素变化特征

冀东北地区是指河北省承德东南部，唐山、秦皇岛等地区地形复杂，北部为燕山，南临渤海，每年5—8月是冀东北地区强对流发生的活跃时期。2019年7月25日（以下简称“0725”）过程发生于午后至夜间，飑线自西北向东南移动，过程降雨量以小到中雨为主，局部地区有大雨或暴雨，最大雨量出现在秦皇岛市青龙县为74.7 mm，最大小时雨强为55.9 mm/h，伴有大范围的雷暴大风、短时强降水，局地伴有冰雹，极大风速达到29.5 m/s（11級），冰雹直径为7 mm。

由于本次过程雷达回波具有明显的弓形，出现了大范围短时大风天气（表1），具体影响情况见图1。由于飑线的长轴方向与移动方向几乎垂直，因此强降雨时段非常集中，站点降水持续时间均在1～2 h。

飑线过境时，多个自动站点气象要素出现风向突变、风速剧增、气温下降、气压涌升等现象。“0725”过程以秦皇岛青龙站为例，飑线过境前后气象要素发生突变：风向从17：40的西南风转为18：20的东北风，瞬时风速也由2.5 m/s上升至14.6 m/s，增幅12.1 m/s;气温从17：35的31.4℃下降至18：45的21.7℃，降幅9.4℃;气压从17：35的971.2 hPa上升至18：35的975.3 hPa，升幅4.1 hPa;相对湿度从17：40的59%上升到18：50的97%。

2 大尺度环流背景及影响系统

2019年7月25日08：00，500 hPa有一高空槽压至河北省东北部，该槽为阶梯槽，且温度槽落后于高度槽，槽继续发展东移，500 hPa的风速也较大，达20 m/s以上。700 hPa与500 hPa冷槽几乎垂直，850 hPa无明显切变线存在，整个河北省受暖气团控制，温度在20℃～ 24℃之间。08：00，850 hPa与500 hPa温差已达28℃以上，上冷下暖的热力不稳定层结已经建立。14：00，500 hPa浅槽东移，伴随大范围干冷空气入侵河北省，700 hPa冷槽移动较慢，压至秦皇岛上空，出现了明显的前倾结构，非常有利于强对流天气的发生。地面受低值系统控制，08：00前后河北省东北部地区有大范围轻雾出现，有利于不稳定能量的积累。从500 hPa影响槽的发展情况来看，影响槽比较浅薄，本次过程属于弱天气尺度强迫下出现的飑线过程（图2）。

3 飑线的发生、发展机制分析

形成对流天气需要具备3个基本条件：水汽条件、不稳定层结条件、抬升力条件。

3.1 水汽条件分析

王秀明等[11]模拟研究发现，当中低层垂直风垂直切变较强时，低层湿度成为风暴结构的决定性因素，中—高湿度环境下形成高度组织化的飑线。

“0725”过程中，低层为水汽通量辐合，比湿条件较好。850 hPa河北东北部比湿均在10 g/kg以上，乐亭站探空资料显示，850 hPa以下比湿均在10 g/kg以上，近地层达19 g/kg（表2）。

3.2 不稳定能量条件分析

850 hPa与500 hPa温差较大，大气层结不稳定。CAPE值从08：00到20：00有明显增加，表明受太阳辐射的影响，湿对流不稳定能量有累积的过程。下沉对流有效位能08：00高于20：00。乐亭探空曲线显示，“0725”过程为上干下湿的结构，存在弱逆温层结，有利于不稳定能量的积累。从08：00到20：00，低层的暖平流和500 hPa附近的冷平流均有所加强，表明上干冷下暖湿的不稳定层结更加明显。

从零度层高度来看，由于低层暖气团较强，零度层高度高于4.5 km，不利于出现大冰雹（实况局地监测到直径不足1 cm的小冰雹）。

3.3 动力条件分析（抬升触发机制）

对流天气的触发机制包括天气系统造成的上升运动、地形抬升作用、局地热力抬升作用。大气中可以触发飑线的机制主要有锋面、海风锋、干线、重力波等。

结合高分辨率葵花卫星资料可知（图3），7月25日对流发生前，天空晴朗少云，有利于地面辐射增温，冀东北地区白天最高气温均在30℃以上，可以看到15：00承德地区已经出现带状对流云，并随着高空西北气流逐渐向东南移动，可以清楚地看出凹凸不平的对流云顶，对流云前进方向边界整齐光滑和下风方向的云砧。

“0725”过程地面辐合线非常明显，部分时段还出现中小尺度辐合中心。由图4可知，地面辐合线自北向南移动，触发强对流。此次过程也能分析出干线，且干线与地面辐合线走向一致。因此，“0725”过程的触发机制包括热力触发、干线和地面辐合线的触发。

4 飑线多普勒雷达特征分析

7月25日午后河北北部有块状回波生成，并逐渐发展南压。16：48形成了飑线，具有“弓状”特征，此时结合0.5°仰角速度图（图5）可以看出弓形顶点及其后部临近地区有大风速中心配合，径向速度达21 m/s，地面加密风场资料显示此时承德东南部多个站点出现大风天气，极大风速达29.5 m/s（11级）。随后飑线断裂，结构松散，回波前部不断触发形成新的强回波单体，18：54重新形成两条飑线，均具有“弓状”特征。随着回波向雷达中心靠近，弓形回波后的大范围速度大值区也越来越明显。同时，可以看到反射率图上弓形回波后侧入流缺口。在飑线南压的过程中，前侧有阵风锋形成。从回波特征来看，本次过程属于飑线型（或线性波形）弓形回波，由于飑线的尺度较大（中α尺度），生命期也较长（6 h），承德、唐山、秦皇岛都有大风出现。由于弓形回波中夹杂着超级单体风暴，个别地区出现冰雹（观测到旁瓣回波）。本次过程中，弓形回波前部不断触发新的单体，强回波减弱后仍维持在30 dBZ以上，部分时段南压速度较小，多个站点出现短时强降水。强回波剖面图也具有高悬强回波、回波悬垂等特征。

5 结论

利用常规气象观测资料、加密自动站资料、ERA5（0.25°×0.25°）再分析数据、卫星资料、多普勒雷达资料，分析2019年7月25日出现的一次长生命史弓状飑线过程。结论如下：

（1）本次过程出现在午后，自西北向东南影响冀东北地区，影响槽比较浅薄，850 hPa无明显切变线配合，属于弱天气尺度强迫下产生的强对流天气。

（2）本次过程的触发机制包括地面辐合线和干线，午后热辐射也起到了触发作用。

（3）在红外云图上，表现为尺度较小的对流云。在高分辨的葵花卫星图上，有大范围对流云泡排列成带并向南压。

（4）本次飑线过程雷达特征具有明显弓形，属于飑线型（或线性波形）弓形回波，尺度较大（中α尺度），形态多变，生命期长达6 h，除了出现大范围雷暴大风外，还伴有大范围短时强降水和局地冰雹。

参考文献

[1] 朱乾根，林锦瑞，寿绍文，等.天气学原理（第四版）[M].北京：气象出版社， 2007.

[2] 寿绍文，励申申，寿亦萱，等.中小尺度气象学（第二版）[M].北京：气象出版社，2009.

[3] 丁一汇，李鸿洲，章名立，等.我国飑线发生条件的研究[J].大气科学， 1982（1）： 18-27.

[4] Meng Zhiyong，Yan Dachun，Zhang Yunji.General features of squall lines in east China[J].Monthly Weather Review， 2013， 141（5）： 1629-1647.

[5] 杨珊珊，谌芸，李晟祺，等.冷涡背景下飑线过程统计分析[J]. 气象， 2016， 42（9）： 1079-1089.

[6] 罗琪，郑永光，陈敏.2017年北京北部一次罕见强弓状飑线过程演变和机理[J].气象学报， 2019， 77（3）： 371-383.

[7] 刁秀广，孟宪贵，万明波，等.源于飑线前期和强降雨带后期的弓形回波雷达产品特征及预警[J]. 高原气象， 2015， 34（5）： 1486-1494.

[8] 杨晓亮，杨敏，隆璘雪，等.冷涡背景下河北雷暴大风环境条件与对流风暴演变个例分析[J]. 暴雨灾害， 2020， 39（1）： 52-62.

[9] 张弛，王咏青，沈新勇，等.东北冷涡背景下飑线发展机制的理论分析和数值研究[J]. 大气科学， 2019， 43（2）： 361-371.

[10] 姚晨，郑媛媛，张雪晨.长生命史飑线在强、弱对流降水过程中的异同点分析[J].高原气象， 2012， 31（5）： 1366-1375.

[11] 王秀明，周小剛，俞小鼎.雷暴大风环境特征及其对风暴结构影响的对比研究[J].气象学报， 2013， 71（5）： 839-852.

责任编辑：黄艳飞

Analysis of a Long Life Arc-shaped Squall Line Event Over Northeast Hebei Province in 2019

SONG Jin-mei et al（Qinhuangdao Meteorological Observatory， Qinhuangdao， Hebei 066000）

Abstract Select a long life history arcuate squall line process in Northeast Hebei on July 25， 2019， and use conventional and encrypted meteorological observation data， era5 （0.25° ×0.25°） reanalysis data， satellite data and Doppler radar data show that the process on July 25 occurred in the afternoon， the squall line moved from northwest to Southeast， and the influence trough was relatively shallow. It belongs to strong convective weather under weak Weather Scale forcing. This process is mainly triggered by ground convergence line and trunk line. On the high-resolution sunflower satellite cloud image， there are large-scale convective cloud bubbles arranged in a belt and pressed southward. The radar echo characteristics of this squall line process have obvious bow， belonging to squall line bow echo， which is medium. The scale and shape are changeable， and the life span is up to 6 h.

Key words Squall line; Bow echo; Th-understorm gale; Radar echo characteristics