浙江连续两次暖区飑线发展机制分析

钱卓蕾，赵驰宇，朱哲君，沈哲文

（1.浙江省绍兴市气象台，浙江 绍兴 312000；2.浙江省绍兴市气象防灾减灾中心，浙江 绍兴 312000；3.浙江省绍兴市气象服务中心，浙江 绍兴 312000）

引言

飑线是线状排列的对流单体族，水平尺度在几十至几百公里，持续时间几小时到十几小时，其过境时气象要素会在短时间内发生急剧变化，并可伴有雷暴、暴雨、大风、冰雹和龙卷等剧烈天气现象，是一种有严重破坏力的灾害性天气（寿绍文等，2003；章国材等，2007）。

有利的大尺度环流背景、不稳定层结和高能量是飑线发生发展的环境条件（Bluestein and Jain，1985；Parker and Johnson，2000；Weckwerth，2000；鲍旭炜和谈哲敏，2010；农孟松等，2014；刘莲等，2015）。以往研究表明，干侵入对强飑线的形成有重要作用（吴迪等，2010；崔强等，2016；吴志彦等，2017；曹倩等，2022），当高位势涡度、低湿气流从高空侵入到低层时可产生飑线（Browning and Golding，1995；于玉斌和姚秀萍，2003；罗建英等，2006；李文娟等，2021）；飑线的触发常与边界层内的中尺度辐合线有关，中尺度辐合线提供带状辐合上升运动，组织对流并最终发展成飑线，飑线形成后，沿着边界层辐合线传播（翟国庆和俞樟孝，1991；沈杭锋等，2021；庄薇等，2010；俞小鼎等，2012；吴海英等，2013；高梦竹等，2017）。Fujita（1955）和Newton（1966）指出环境垂直风切变是飑线结构演变的关键因素，并构建了垂直于飑线线状结构的环境垂直风切变影响风暴模型；Rotunno等（1988）提出了飑线发展的RKW理论，即低层垂直风切变与地面冷池的相互作用决定飑线强度，当冷池与垂直风切变强度相当时，飑线强度最强，两者强度相差较大时不利于飑线发展（Weisman，1992；Bryan et al.，2006；Coniglio et al.，2012；陈明轩和王迎春，2012；张建军等，2016）。

连续两次飑线过程一般发生在同一天气系统影响下，但两者的中尺度触发机制和组织形态会有所差异（竹利等，2021）。2022年4月25日下午至夜间，浙江中北部经历连续两次飑线过程，杭州、嘉兴、绍兴、宁波和台州局地风力达12级以上，极端大风造成较严重损失，导致多处广告牌和树木倒地、车子等地面物品被砸坏。连续飑线过程在浙江较为罕见，本文针对这两次连续飑线，从环境场、位涡扰动、地面中尺度条件、垂直风切变等方面分析连续飑线的发生发展机制和组织结构异同点，并探讨前后两次飑线发生发展之间的联系。

1 资料和天气实况

1.1 资 料

所用资料包括：（1）浙江省自动气象站和国家站逐时观测资料，包括1 h极大风、1 h降水、1 h变压和变温等；（2）金华站多普勒天气雷达资料；（3）欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料（ERA5，空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率1 h）；（4）FY-2G卫星资料逐时云顶辐射亮温（Blackbody Brightness Temperature，TBB）资料。资料时间段均为2022年4月25日11：00—21：00（北京时，下同）。

文中涉及地图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS（2019）1822号的标准地图制作，底图无修改。

1.2 天气实况

2022年4月25日下午至夜间，浙江中北部地区连续发生两次飑线过程，第一次过程（简称“飑线1”）持续3 h（13：00—16：00），13：00左右在浙江与安徽交界初生，进入浙江后，以约70 km·h-1的平均移速向东北方向移动，穿过杭州和嘉兴等地，沿路造成192个测站出现8级以上大风，12站出现10级大风，最大风速（28.1 m·s-1）出现在嘉兴桐乡红旗漾村，主要影响浙北地区；第二次过程（简称“飑线2”）持续5 h（15：00—20：00），15：00前后在浙江西部初生，飑线移速约80 km·h-1，向正东方向移动，20：00后入海，浙江省内558个测站出现8级以上大风，58站出现10级以上大风，2站出现12级以上大风，最大风速（35.5 m·s-1）出现在杭州建德邵家村。飑线移动经过地区以灾害性大风天气为主，短时强降水较弱。

2 连续两次飑线组织化进程

利用组合反射率因子和云顶辐射亮温（TBB）分析连续两次飑线的组织化过程（图1）。4月25日13：00，反射率因子图显示浙江西北部边界有新生线状对流，该对流系统产生于北侧已衰减对流的底部，反射率因子中心强度超过40 dBZ，线状对流前沿呈弓形，此时中β尺度的飑线1已经形成，并随着北侧大范围对流系统向东北方向移动，此时对流系统中心TBB≤-50 ℃；14：00（图略），飑线1在移动过程中发展，反射率因子中心强度大于等于45 dBZ，云团进一步扩大，云团中心TBB≤-55 ℃；15：00，飑线1移动至杭州北部，反射率因子中心强度超过50 dBZ，弓形结构更加明显，仍为中β尺度，对流云团范围明显扩大，云团前沿也有明显的弓形结构，同时，江西东北部的对流系统已进入浙江西部境内，前沿呈弓形，飑线2形成（初生时为中β尺度），自江西东北部到浙江西部有团状结构云团，云团前沿为弧形，云团中心TBB≤-50 ℃；16：00（图略），飑线1移动至嘉兴地区，反射率因子中心强度仍超过50 dBZ，云团中心TBB≤-60 ℃，而飑线2的上游江西地区仍有强回波向东移动并入飑线内，尾部逐渐拉长；17：00，飑线1中心已经完全入海减弱，而飑线2北段在靠近杭州湾时获得强烈发展，南段也因为上游对流单体合并而继续拉长，发展至成熟阶段其长度超过200 km，从中β尺度升级为中α尺度，飑线北段反射率因子中心值达58 dBZ，飑线云团迅速发展，云团东北部TBB≤-55 ℃的范围较大；19：00，飑线2北段进入杭州湾，云团中心TBB＜-60 ℃，入杭州湾后摩擦力减小，北段移速较南段快，飑线出现断裂趋势；20：00以后，飑线2完全断裂并入海消亡。综上，飑线1移动过程中强度始终增强，但尺度没有明显增长，而飑线2初生到成熟阶段，从中β尺度增长到中α尺度，成熟到消亡阶段出现断裂；两个飑线云团并非完全独立发展，飑线2云团头部与飑线1云团尾部相接，因此飑线1对飑线2的发展起了一定作用。

图1 2022年4月25日金华站组合反射率因子（上，单位：dBZ）和云顶辐射亮温（下，单位：℃）演变Fig.1 The evolution of combined reflectivity factor at Jinhua station （the top， Unit： dBZ） and TBB （the bottom， Unit： ℃） on 25 April 2022

3 两次飑线发展的环境条件

3.1 环流背景

利用ERA5再分析资料对这两次飑线的天气尺度背景场进行分析。从4月25日12：00 200 hPa高空风场［图2（a）］可知，从东亚到西太平洋均为高空急流控制，我国东部地区急流出现明显的分流区，高层存在强辐散；500 hPa位势高度场［图2（b）］上，北支槽位于山东半岛，南侧30°N附近存在一个东西跨度较大的宽槽，浙江处在宽槽槽前；低层850 hPa风场表现为明显的气旋性涡旋即低涡，低涡南侧有强的西南气流，中心风速超过20 m·s-1，达到急流标准，浙江位于西南急流顶端，有明显的风速辐合，配合高层的辐散抽吸作用，上升运动发展；同时该区域是暖区，浙江省25日白天最高气温普遍在30 ℃以上。连续的两次飑线出现在高层急流辐散区内、中层槽前、低层低涡南侧和西南急流轴顶端的暖区中，属于槽前暖区型飑线。

图2 2022年4月25日12：00 200 hPa风场（风矢，单位：m·s-1）（a）与500 hPa位势高度场（等值线，单位：gpm）及850 hPa风场（风矢，单位：m·s-1）（b）Fig.2 The 200 hPa wind field （wind vectors， Unit： m·s-1） （a）， 500 hPa geopotential height field （contours， Unti： gpm） and 850 hPa wind field （wind vectors， Unit： m·s-1） （b） at 12：00 on 25 April 2022

3.2 不稳定条件

图3为两次飑线影响前25日11：00嘉兴站和14：00绍兴站斜温图。可以看到，两个站点的层结曲线与露点曲线均呈“上干下湿”结构，是出现雷暴大风的有利层结条件，且两站风速从低层到中层沿着顺时针旋转，从偏南风转为西南风，表明中层以下存在暖平流，低层强回暖使得不稳定能量迅速增强。在嘉兴站［图3（a）］，K指数为38 ℃，对流有效位能为924 J·kg-1，对流抑制能量为14 J·kg-1，抬升指数为-4 ℃。在绍兴站［图3（b）］，925～850 hPa存在浅薄逆温层，逆温层有利于形成干暖盖，干暖盖有利于低层能量积聚；K指数为36 ℃，对流有效位能为2 371 J·kg-1，对流抑制能量为0，抬升指数为-5 ℃。可见，两个探空站的层结条件均有利于强风暴发生发展。

图3 2022年4月25日11：00嘉兴站（a）和14：00绍兴站（b）探空曲线（红色粗线为层结曲线，深绿色粗线为露点曲线，右侧为垂直风场）Fig.3 The sounding curves at Jiaxing station at 11：00（ a） and Shaoxing station at 14：00（ b） on 25 April 2022（The red thick line is the stratification curve， and the dark green thick line is the dew point curve， and the vertical wind field is shown on the right）

25日12：00 ［图4（a）］，飑线1初生前，对流有效位能高值区由浙江西部向东部延伸，浙江西部对流有效位能大于1 600 J·kg-1，K指数全省均在32 ℃以上，浙江西北部和东南部为两个相对较小值中心，而东北部杭州湾沿岸K指数超过38 ℃，850 hPa与500 hPa温差分布自西往东递增，浙江东部在28 ℃以上，飑线1生成后向东移动并发展；14：00［图4（b）］，对流有效位能中心前沿的高能舌自浙江西部延伸至杭州湾北部，对流有效位能中心值在2 000 J·kg-1以上，K指数分布与12：00相似，850 hPa与500 hPa温差28 ℃等值线向东南方向移动，此后飑线1迅速移动至杭州湾北部并发展成熟，飑线2初生；16：00［图4（c）］，浙江中部对流有效位能超过2 400 J·kg-1，飑线2尺度增长后走向与高能舌一致，说明飑线沿着能量高值区发展，K指数基本在35 ℃左右，上下层温差分布与14：00相似，东南沿海较高，预示着飑线2往东南方向移动时强度增强；18：00［图4（d）］，飑线2即将断裂，全省对流有效位能值均降至1 000 J·kg-1以下，K指数和上下层温差变化不大，飑线2继续向东南沿海移动并减弱。

图4 2022年4月25日12：00（a）、14：00（b）、16：00（c）和18：00（d）对流有效位能（填色，单位：J·kg-1）、K指数（棕色实线，单位：℃）和850 hPa与500 hPa温差分布（蓝色虚线，单位：℃）Fig.4 Distribution of convective effective potential energy （color shaded， Unit： J·kg-1）， K index （brown solid lines， Unit： °C） and temperature difference between 850 hPa and 500 hPa （blue dotted lines， Unit： °C） at 12：00 （a）， 14：00 （b）， 16：00 （c） and 18：00 （d） on 25 April 2022

4 飑线的触发和发展机制

4.1 干侵入与位涡扰动

从环流形势看，由于中高层槽的存在，本次过程存在干冷空气侵入，干侵入一般从对流层中高层侵入到低层。位涡是一个既包含热力因子又包含动力因子的物理量，等熵位涡分析法是常用的位涡分析方法，由于位涡具有守恒性，即在绝热、无摩擦条件下，运动大气的位涡保持不变。干侵入区与等熵面上高位涡和低湿区有较好对应（李文娟等，2021），除干侵入外，等熵面上的位涡也常用来分析大气扰动的演变特征。

相对湿度小于等于60%的区域代表干区。从30°N上空等熵位涡、风场和相对湿度垂直剖面看，25日12：00［图5（a）］，飑线1形成前，安徽等地有大片对流云团发展，118°E以西对流层中层有下沉运动，其东侧119°E附近高层高位涡区向下方伸出舌状结构，表明高位涡向中层输送，高位涡前沿一直到达325 K等熵面，配合明显的干区，高层高位涡下传到中低层，引起中低层气旋性涡度发展，同时也意味着高层干空气的侵入，气旋性扰动的发展和干侵入对飑线1有触发作用；14：00［图5（b）］，飑线1生成后，前方高层仍有干侵入，干冷空气侵入中层后，飑线下沉气流加强，中层径向辐合也加强，飑线东移发展；16：00［图5（c）］，高位涡向下伸出的舌状前沿和干区停滞在120°E附近，该地区上空始终有位涡扰动下传，干冷空气持续侵入，此时飑线1即将入海，飑线内下沉气流和中层径向辐合减弱，而飑线2正处在发展阶段，干侵入和位涡扰动的下传有利于飑线2北段迅速发展加强，尺度增长，17：00前后出现升尺度现象；18：00，位涡舌状前沿加速移动至121°E［图5（d）］，未来1 h内飑线2北段移速加快并趋于断裂。20：00（图略），高位涡前沿和干区已经移动至122°E以东，飑线迅速减弱消亡。飑线在移动过程中东侧始终存在干侵入，因而干侵入对飑线的触发和发展有重要作用。

4.2 地面中尺度辐合线

利用地面1 h极大风、1 h变压和雷达组合反射率因子分析地面中尺度特征（图6）。25日12：00—13：00， 安徽到江苏的对流系统逐渐东移北上，后侧北风从浙江西北部边缘南下，形成弱冷锋，与南侧偏南风辐合，13：00前后该地区有新生线性对流；14：00—15：00，飑线1逐渐移动至嘉兴西部，杭州湾东南风加强了飑线阵风锋前侧的风速和风向辐合，使得飑线持续发展，15：00飑线1弓形结构明显，出现明显的雷暴高压和尾流低压，与此同时，江西的对流系统向东移动进入浙江西部并发展成线状结构，前沿为弓形，近地面也有明显的雷暴高压，飑线2开始形成；16：00前后（图略），飑线1减弱并入海，其后侧北风南下，与东南沿海东南风交汇，在杭州湾北岸形成弱冷锋辐合线，而飑线2在上游对流系统不断并入后，尾部不断拉长，但尚未达中α尺度；16：00—17：00，飑线2前沿的辐合线东移，与杭州湾弱冷锋辐合线相接形成一条自杭州湾到浙江西南部边界的中α尺度辐合线，17：00飑线2的雷暴高压强度明显增强，范围扩大，飑线2尺度出现迅速增长，从中β尺度升至中α尺度，走向与辐合线一致为东北—西南向，此后，杭州湾地区仍有北风南下，中α尺度辐合线维持， 飑线也维持中α尺度继续东移；18：00—19：00， 飑线2雷暴高压中心一分为二，分别在东部沿海和浙江中南部，表明飑线中心有断裂趋势；20：00（图略），北部的雷暴高压中心完全入海，与南部彻底断裂，南部雷暴高压强度也减弱，飑线2即将消亡。在两条飑线发展过程中，弱冷锋辐合线起了至关重要的作用，浙江西北部的弱冷锋辐合线触发飑线1，而杭州湾的弱冷锋辐合线与飑线2的升尺度增长密切相关。

图6 2022年4月25日13：00（a）、15：00（b）、17：00（c）和19：00（d）地面1 h极大风（风矢，单位：m·s-1）、1 h变压（等值线，单位：hPa）和金华站0.5°仰角反射率因子（填色，单位：dBZ）（红色粗虚线为中尺度辐合线）Fig.6 The one-hour surface extremely strong wind （wind vectors， Unit： m·s-1）， one-hour pressure change （isolines， Unit： hPa）and radar reflectivity factor on 0.5° elevation at Jinhua station （color shaded， Unit： dBZ） at 13：00 （a）， 15：00 （b），17：00 （c） and 19：00 （d） on 25 April 2022（The red thick dashed line represents the mesoscale convergence line）

4.3 垂直风切变和冷池

垂直于飑线的0～3 km垂直风切变对于组织化程度较高的强飑线形成有重要影响， 当低层风切变和冷池逐渐达到平衡状态，低层大气处于最强垂直抬升状态，飑线发展强盛（陈明轩和王迎春，2012）。25日13：00［图7（a）］，飑线1初生，此时冷池尺度和强度都很小，中心在-1 ℃左右，而由于中低层存在西南急流，0～3 km垂直风切变已达20 m·s-1，初生对流呈南北走向的线状结构，垂直风切变的方向与对流单体走向交角较大，垂直于飑线且足够强的低层切变分量能够阻止风暴出流（即阵风锋）的快速向前运动，从而维持低层垂直气流不断抬升，形成飑线内风暴单体长时间发展维持的有利条件（Thorpe et al.，1982）；15：00［图7（b）］，随着飑线1加强，冷池也逐渐加强且中心强度已达-6 ℃，而低层切变仍维持20 m·s-1左右，沿飑线垂直方向［图7（b）中AB线］做强单体的垂直剖面［图8（a）］，此时飑线1处于发展成熟阶段，垂直风切变与冷池达到相对平衡状态，单体近似竖直或略后倾，垂直伸展高度最大接近12 km，与陈明轩和王迎春（2012）的研究结论一致，而此时初生的飑线2冷池中心强度达-4 ℃，其上空垂直风切变为18～20 m·s-1；17：00［图7（c）］，飑线1入海后，杭州湾地区冷池仍然存在，飑线2冷池中心强度增强至-6 ℃，冷池从浙江中部一直延伸到江西东部，与飑线1冷池十分接近，中间已无零线间隔，此时垂直风切变仍达18～20 m·s-1，沿飑线垂直方向［图7（c）中CD线］做垂直剖面［图8（b）］，可以看出飑线2单体几乎竖立，30 dBZ以上回波延伸至10 km以外，风暴最大伸展高度超过12 km。值得注意的是，飑线北段为东北偏北—西南偏南走向，与垂直风切变交角较大，中间部分为东北—西南走向，与垂直风切变几乎平行，南段又转为东北偏北—西南偏南走向，当垂直风切变与飑线交角垂直时，对飑线发展最有利（Rotunno et al.，1988；Coniglio et al.，2012；Bryan et al.，2006； 张建军等，2016； 陈明轩和王迎春，2012），因此未来飑线将从中间分裂；19：00［图7（d）］，两个冷池合并，冷池中心温度仍为-6 ℃，强度变化不大，但此时垂直风切变减小至14～16 m·s-1， 垂直风切变与冷池出现不平衡，意味着飑线将从成熟转为消亡。

图7 2022年4月25日13：00（a）、15：00（b）、17：00（c）和19：00（d）0～3 km垂直风切变（风矢，单位：m·s-1）、地面1 h变温（等值线，单位：℃）和金华站0.5°仰角反射率因子（填色，单位：dBZ）Fig.7 Vertical wind shear from 0 to 3 km （wind vectors， Unit： m·s-1）， one-hour ground temperature change （isolines， Unit： °C）and radar reflectivity factor （color shaded， Unit： dBZ） on 0.5° elevation at Jinhua station at 13：00 （a），15：00 （b）， 17：00 （c）， 19：00 （d） on 25 April 2022

图8 2022年4月25日15：00（a）和17：00（b）沿飑线垂直方向（图7中AB和CD线段）的反射率因子垂直剖面（单位：dBZ）Fig.8 Vertical profiles of reflectivity factor along vertical direction of the squall line （the AB and CD segments in fig.7）at 15：00 （a） and 17：00 （b） on 25 April 2022 （Unit： dBZ）

综合上述对环境条件、干侵入、地面中尺度辐合线、垂直风切变等的分析，总结两次连续飑线发展过程（图9）。飑线1受干侵入和弱冷锋触发，位涡扰动在飑线1整个过程中均存在下传，且飑线1在发展过程中还受到近地面出流与杭州湾东南风形成的中尺度辐合线和低层中等到强的垂直风切变影响，东移过程中持续增强，入海后逐渐消亡；飑线2由上游对流系统东移发展而形成，在高层干侵入、低层垂直风切变、飑线1后部弱冷锋和上游回波合并的影响下，从中β尺度升至中α尺度，当垂直风切变减弱，且飑线2北段入海后移速加快，飑线从中心处断裂，最后入海消亡。

5 结论

本文利用ERA5再分析资料、地面自动气象站实况数据、TBB资料和多普勒雷达数据，对大尺度环流背景、不稳定层结、干侵入、中尺度辐合线及垂直风切变等进行分析，探讨浙江两次连续飑线过程的发展机制，具体结论如下：

（1）两次飑线连续发生且移速均较快，飑线1初生后在东移过程中逐渐增强，始终维持中β尺度，飑线2经历初生、中β尺度升α尺度和分裂3个阶段。两次飑线在高层辐散分流区、中层槽前、低空西南急流轴顶端和低涡南侧的暖区内形成，属于槽前暖区型飑线。

（2）飑线发生的层结条件为上干下湿，对流有效位能、K指数和高低层温差等对流不稳定参数的分布特征能指示飑线发展方向。两次飑线发生发展过程中高层均存在干侵入，干侵入有利于飑线1的触发和发展，对飑线2的升尺度增长有重要作用。

（3）两次飑线近地面均存在明显的雷暴高压和冷池，前侧有阵风锋辐合线。飑线1近地面触发条件为北侧对流系统后部弱冷空气南下后的弱冷锋辐合线，移动过程中遇杭州湾东南风后阵风锋前辐合加强，促使飑线1在移动过程中逐渐增强；飑线2为上游对流系统移入浙江境内产生，当移动至浙江中部时，阵风锋辐合线与飑线1后部的弱冷锋辐合线相接，飑线2从中β尺度升至α尺度。两次飑线均发生在中等到强的垂直风切变条件下，垂直风切变与冷池达到平衡时，飑线发展最强，飑线2的分裂与垂直风切变减小和飑线北段移速加快有关。