.福建省氣象臺(tái) .龍巖市氣象局 黃美金郭 弘李婷婷謝玉華吳啟樹

一次斜壓鋒生類颮線及颮前強(qiáng)烈降雹大風(fēng)天氣過程分析*

1.福建省氣象臺(tái) 2.龍巖市氣象局 黃美金1郭 弘1李婷婷1謝玉華2吳啟樹1

通過對(duì)區(qū)域自動(dòng)站、風(fēng)廓線雷達(dá)、閃電和福建省新一代天氣雷達(dá)回波等多源資料及常規(guī)觀測(cè)資料分析，尋找 2016 年4 月 26 日福建省西部北部雷雨大風(fēng)及降雹天氣的潛勢(shì)預(yù)報(bào)和臨近預(yù)報(bào)的著眼點(diǎn)。結(jié)果表明，26日，福建處于倒槽南側(cè)暖區(qū)內(nèi)，地面強(qiáng)烈增溫增濕；伴隨高空槽東移和低層低渦切變東移南壓，冷暖空氣在福建西部強(qiáng)烈交匯，顯著的鋒區(qū)和地面輻合線的觸發(fā)及南支槽前強(qiáng)烈輻合抬升形成的動(dòng)力強(qiáng)迫產(chǎn)生了颮線、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。此次颮線為斜壓鋒生所致，呈現(xiàn)明顯的弓狀回波，后部入流急流和前部輻合特征；直徑達(dá)3cm的冰雹發(fā)生在鋒前暖區(qū)內(nèi)，在颮線前80km熱低壓輻合區(qū)內(nèi)發(fā)生發(fā)展的超級(jí)單體，沿環(huán)境平均風(fēng)場(chǎng)偏右約25°方向移動(dòng)，屬右移型雹暴，具有鉤狀回波特征且回波強(qiáng)度強(qiáng)，65dBz以上強(qiáng)回波區(qū)面積大、維持時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1個(gè)小時(shí)，并出現(xiàn)移動(dòng)路徑“右旋”、中高層強(qiáng)回波懸垂、低層弱回波區(qū)、VIL“躍增”及 “中氣旋”等特征。850hPa比濕大于12g/kg和 24小時(shí)正變溫；850hPa與500hPa溫差達(dá)25℃，層結(jié)上干下濕，Cape達(dá)2364J/kg和較大的DCAPE值，適宜的0℃和-20℃高度，925和500hPa垂直風(fēng)切變達(dá)20m/s等有利的物理?xiàng)l件形成此次斜壓鋒生類強(qiáng)對(duì)流天氣過程。

颮前降雹 溫度鋒區(qū) 風(fēng)廓線雷達(dá) 超級(jí)單體風(fēng)暴

強(qiáng)對(duì)流天氣具有突發(fā)性和局地性強(qiáng)、生命史短、災(zāi)害重等特點(diǎn)，是天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的難點(diǎn)。由于導(dǎo)致強(qiáng)對(duì)流天氣的系統(tǒng)屬于中小尺度天氣系統(tǒng), 很難被常規(guī)氣象觀測(cè)網(wǎng)捕捉到，因此自動(dòng)站、雷達(dá)、衛(wèi)星、閃電、GPS和風(fēng)廓線雷達(dá)等非常規(guī)觀測(cè)資料和中尺度數(shù)值模式，是進(jìn)行強(qiáng)對(duì)流天氣短時(shí)和臨近預(yù)報(bào)的主要資料基礎(chǔ)。

2016年4月26日12時(shí)30分至18時(shí)30分，在福建內(nèi)陸出現(xiàn)了強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴, 先后給南平、三明、龍巖三市帶來大范圍的冰雹、雷雨大風(fēng)和短時(shí)強(qiáng)降水天氣。有52個(gè)自動(dòng)站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)（圖1）。13時(shí)20分，建寧縣伊家鄉(xiāng)、泰寧縣大田鄉(xiāng)出現(xiàn)大于2cm大冰雹，將樂、長(zhǎng)汀、連城等地也出現(xiàn)小冰雹；14時(shí)00分左右，浦城水北街鎮(zhèn)出現(xiàn)54.9m/s（16級(jí)）狂風(fēng)，是福建陸上大風(fēng)的最大記錄，14時(shí)00分～14時(shí)30分，浦城、松溪多地出現(xiàn)雞蛋大的冰雹，最大冰雹直徑達(dá)3cm。此次強(qiáng)對(duì)流天氣過程造成民房倒塌、農(nóng)作物及煙葉受災(zāi)、道路塌方、水利和電力設(shè)施受損，直接經(jīng)濟(jì)損失超過億元。

本文運(yùn)用多源資料對(duì)2016年4月26日強(qiáng)對(duì)流天氣成因進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析此次過程的中尺度對(duì)流天氣環(huán)境場(chǎng)條件、超級(jí)單體的結(jié)構(gòu)及其演變特征，以期為今后進(jìn)一步分析此類斜壓鋒生類強(qiáng)對(duì)流天氣的潛勢(shì)和臨近預(yù)報(bào)提供預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。

圖1 2016年 4月26日8時(shí)-27日8時(shí) 8級(jí)以上大風(fēng)實(shí)況和冰雹實(shí)況

1 強(qiáng)對(duì)流天氣環(huán)境場(chǎng)條件

此次強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生在高空槽東移、低渦切變東移南壓的過程中，2016年4月26日08時(shí)500hPa中高緯地區(qū)為一脊一槽型，環(huán)流較為平直，多小波動(dòng)；高原東部有槽東移，中低緯南支波動(dòng)在發(fā)展，在南支槽與副熱帶高壓之間有一支≥20m/s的西南風(fēng)急流，急流中心在贛州，達(dá)24m/s；閩北處于槽前西南氣流中。850hPa在安徽境內(nèi)有一148gpm的低渦中心，切變南側(cè)的南寧、梧州、贛州、邵武等地有一支≥12m/s的西南風(fēng)低空急流，急流中心在梧州，達(dá)18m/s，福建西部位于低渦切變南側(cè)和西南急流軸的前側(cè)并伴有明顯的風(fēng)速輻合(圖2)；850hPa西部有暖脊冷槽，由于暖脊發(fā)展，24小時(shí)為正變溫，冷暖空氣在福建西部強(qiáng)烈交匯。850hPa比濕大于12g/kg，500hPaT-Td≥15℃，層結(jié)呈上干下濕。200hPa福建北部處高空急流入口區(qū)右側(cè),地面處于冷鋒前倒槽暖區(qū)內(nèi)，有明顯的鋒區(qū)并南壓。低層切變和南支槽前的輻合抬升為此次過程提供了良好的動(dòng)力抬升條件，顯著的冷暖平流形成溫度鋒區(qū)和地面輻合線的觸發(fā)，產(chǎn)生了此次颮線、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。颮線為斜壓鋒生所致，并在颮線前80km熱低壓輻合區(qū)內(nèi)有超級(jí)單體發(fā)生發(fā)展。

圖2 2016年 4月26 8時(shí)和20時(shí)中尺度天氣環(huán)境場(chǎng)配置分析

2 雷雨大風(fēng)環(huán)境參數(shù)和雷達(dá)參數(shù)特征

2.1 雷雨大風(fēng)環(huán)境參數(shù)特征

8時(shí)850hPa在廣西和廣東中部到江西中北部強(qiáng)盛西南暖濕急流向東傳播，風(fēng)向與等溫線交角大，暖平流顯著，500hPa福建北部到浙江一帶為負(fù)變溫，700hPa有低槽東移，北部中低層伴有較明顯的冷平流，暖脊、冷槽有利于不穩(wěn)定層結(jié)的建立，午后福建西北部T85增大到25℃～26℃。850hPa露點(diǎn)15℃～16℃，溫度露點(diǎn)差小于2℃，14g/kg以上比濕在華南地區(qū)呈舌狀分布，低層處于高濕環(huán)境中，500hPa福建省西部為溫度露點(diǎn)差大于15℃的干區(qū)，不穩(wěn)定區(qū)上空溫濕廓線具有明顯的“上干冷下暖濕”特征，華南北部到福建西部存在一條東北—西南向的θse85<-10℃的不穩(wěn)定區(qū)，福建內(nèi)陸Cape達(dá)2364J/kg，且DCAPE超過500J/kg，對(duì)流不穩(wěn)定和對(duì)流層中層存在明顯干層有利于雷雨大風(fēng)的產(chǎn)生。

500hPa徑向度較大的低槽(10個(gè)緯度以上)槽前有低于-3dagpm 的負(fù)變高，槽前較大的正渦度平流導(dǎo)致低層低壓系統(tǒng)的發(fā)展，激發(fā)了颮線。颮線和颮線前孤立的超級(jí)單體風(fēng)暴直接導(dǎo)致了致災(zāi)性大風(fēng)和冰雹天氣。

從探空資料分析，26日8時(shí)邵武在956hPa出現(xiàn)逆溫層，形成的干暖蓋有利于大量能量積蓄。同時(shí)，抬升凝結(jié)高度（LCL）較低，在950hPa以下，表明午后在外力抬升作用下，氣塊極易抬升達(dá)到飽和。地面到500hPa垂直風(fēng)切變強(qiáng)，風(fēng)矢量差大于20m/s，達(dá)到了超級(jí)單體甚至颮線和雹暴的環(huán)境風(fēng)切變的值。低層風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有利雹暴單體的右旋。

分析福建26日白天地面加密氣象自動(dòng)站資料（圖3）可見，地面午后強(qiáng)烈增溫增濕，三明中部、南平大部出現(xiàn)氣溫接近31℃的暖中心，地面升溫使得地面氣壓下降，地面倒槽發(fā)展明顯，并在暖區(qū)形成中尺度熱低壓。福建西北部有一個(gè)東北西南向的鋒區(qū)，溫度梯度大，溫差達(dá)9℃/100km 且伴隨有地面輻合線，中尺度溫度鋒區(qū)增強(qiáng)了大氣的斜壓性，從江西移入南平、三明和龍巖地區(qū)的對(duì)流單體在輻合線抬升作用下迅速發(fā)展并沿著鋒面向東北方向快速移動(dòng)，地面溫度鋒區(qū)和中尺度輻合線對(duì)颮線系統(tǒng)的觸發(fā)和維持起到重要作用，颮線產(chǎn)生大范圍雷雨大風(fēng)天氣，南平地區(qū)出現(xiàn)福建陸上大風(fēng)的最大記錄。

徑向度大的低槽、強(qiáng)的風(fēng)垂直切變和不穩(wěn)定層結(jié)、地面溫度鋒區(qū)和中尺度輻合線以及中γ尺度的暖低壓等是颮線和超級(jí)風(fēng)暴單體發(fā)展的有利條件。

從閃電資料分析，負(fù)地閃主要發(fā)生在颮線前部對(duì)流區(qū)，而正地閃大多出現(xiàn)在颮線后部的層云區(qū)。密集的負(fù)地閃對(duì)應(yīng)著云中的上升氣流，負(fù)地閃頻數(shù)越高，中尺度對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展越旺盛，上升氣流的核心是冰雹攜帶的負(fù)電荷區(qū)（6km），有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。隨著颮線發(fā)展，正地閃的頻數(shù)也開始增加，由于正電荷中心主要位于4.5km和9.5km處，風(fēng)切變形成的斜升氣流使高層云冰正電荷區(qū)域與中層的負(fù)電荷區(qū)域發(fā)生傾斜，形成云砧，減少了負(fù)電荷的屏蔽作用，颮線前部的正地閃也逐漸增加。

圖3 2016年4月26日地面圖加密分析

2.2雷雨大風(fēng)雷達(dá)參數(shù)特征

12:30左右，反射率因子圖上后側(cè)入流槽口的出現(xiàn)預(yù)示弓狀回波即將形成，13時(shí)東北西南向近350km長(zhǎng)的帶狀回波-颮線發(fā)生在西風(fēng)帶高空槽前，由多單體風(fēng)暴和超級(jí)單體風(fēng)暴組成。在颮線所經(jīng)地區(qū)氣象站要素發(fā)生劇烈變化，氣溫下降3℃～5℃，氣壓升高1～3 hPa，內(nèi)陸地區(qū)大部出現(xiàn)8 級(jí)以上大風(fēng)。颮線的南端由于風(fēng)的垂直切變型式有利于新對(duì)流的發(fā)展，因而使颮線不斷伸長(zhǎng)。而在颮線的北端，老單體不斷衰亡，衍變成層狀云，并沿高空風(fēng)向東北方向延伸而形成大片砧云即砧狀云伸向颮線前方，而在颮線后方層狀云降水區(qū)不太明顯(圖4)。徑向速度圖上，與颮線前沿強(qiáng)反射率因子梯度區(qū)對(duì)應(yīng)，在低層弓頂出現(xiàn)幾個(gè)小尺度氣旋式渦旋速度特征，弓狀回波的前沿持續(xù)產(chǎn)生中氣旋?；夭◣把貙?duì)應(yīng)大風(fēng)區(qū)（與切變前側(cè)的西南急流配合），仰角1.5°徑向速度上呈現(xiàn)明顯的后部入流和前部輻合特征，颮線中深厚和長(zhǎng)的輻合帶DCZ的探測(cè)，預(yù)示將產(chǎn)生較強(qiáng)的地面大風(fēng)，在颮線后側(cè)的低層有尺度為40km左右大范圍的-27m/s以上的向著雷達(dá)的風(fēng)速區(qū)，表明中低空強(qiáng)的后側(cè)入流急流的存在，該弓狀風(fēng)暴所經(jīng)之處出現(xiàn)短時(shí)大風(fēng)并伴短時(shí)強(qiáng)降水。同時(shí)颮線前的超級(jí)單體中3～7 km之間存在一個(gè)明顯的中層徑向輻合MARC，最大正負(fù)速度差值為34m/s。探測(cè)到強(qiáng)并且深厚的中層徑向輻合導(dǎo)致極端的16級(jí)地面大風(fēng)，是福建陸上大風(fēng)的最大記錄。

強(qiáng)回波帶對(duì)應(yīng)輻合帶和零速度折角，當(dāng)強(qiáng)回波帶過雷達(dá)站后，從風(fēng)廓線產(chǎn)品（圖5）可以看出，雷達(dá)站風(fēng)向由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，即對(duì)應(yīng)有切變東移南壓過程。在颮線回波移出三明、南平進(jìn)入福建東部沿海時(shí)，由于颮線移速過快，遠(yuǎn)離主系統(tǒng)缺少環(huán)境場(chǎng)的配合，在颮線前的大范圍層狀云降水消耗了大量的能量且沿海高溫小于27℃, 能量和動(dòng)力條件減弱，對(duì)流系統(tǒng)強(qiáng)度減弱并快速東移入海。

3 冰雹環(huán)境參數(shù)和雷達(dá)參數(shù)特征

3.1冰雹對(duì)流環(huán)境參數(shù)特征

如前所述，午后地面升溫，中尺度熱低壓在弓狀回波前方約80km處的暖區(qū)內(nèi)形成，構(gòu)成颮線的雷暴群中強(qiáng)烈下沉氣流的出流匯合在一起形成了冷池，冷池前沿與此中尺度熱低壓輻合區(qū)二者相互作用，促發(fā)產(chǎn)生超級(jí)單體。超級(jí)單體沿環(huán)境平均風(fēng)場(chǎng)偏右25°方向移動(dòng)，探空上低層風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有利右移型雹暴的產(chǎn)生。

風(fēng)廓線雷達(dá)水平風(fēng)場(chǎng)上（圖5）也可看出強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前中低空西南急流強(qiáng)，2km高度達(dá)20m/s，1.5km以下達(dá) 12m/s，5～6 km西南風(fēng)逐漸增大，最大達(dá)32m/s；強(qiáng)對(duì)流過境時(shí)出現(xiàn)資料缺失現(xiàn)象即“空窗”區(qū)；低層出現(xiàn)風(fēng)向旋轉(zhuǎn)過程，說明有地面氣旋影響，且垂直速度大于4m/s。

V-3θ表現(xiàn)出高層鈍角折角—超低溫，中低層順滾流，垂直風(fēng)切變大，同時(shí)三線折拐，上干下濕，蜂腰結(jié)構(gòu)等有利降雹特征。0℃層高度在4470m，-20℃層高度7808.7m；冰雹發(fā)生前GPSMET出現(xiàn)驟升現(xiàn)象，有利于冰雹天氣的產(chǎn)生。

3.2 冰雹雷達(dá)參數(shù)特征

颮線回波帶前部大約80km處雹云回波，位于地面暖區(qū)內(nèi)，是由12時(shí)04分位于建陽莒口附近的對(duì)流單體發(fā)展起來的，受引導(dǎo)氣流影響，向東北方向移動(dòng)；雹云單體影響時(shí)間約2.5h，其中造成浦城南部及松溪北部一帶降雹的時(shí)間約1h，該孤立的超級(jí)對(duì)流單體造成浦城縣水北街鎮(zhèn)和松溪縣祖墩、花橋、渭田、舊縣等四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)冰雹大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。雹云發(fā)展成熟后移動(dòng)路徑出現(xiàn)了“右旋”。

出現(xiàn)冰雹期間，反射率因子圖上回波強(qiáng)度在65dBz以上的強(qiáng)回波區(qū)呈“橢圓”狀，同時(shí)65dBz以上的強(qiáng)回波質(zhì)心高達(dá)8.2km，已經(jīng)擴(kuò)展到環(huán)境大氣-20℃等溫線高度以上即有高懸的強(qiáng)回波，還出現(xiàn)了中層以上的回波懸垂。低層三個(gè)仰角上在單體的右側(cè)反射率因子梯度非常大，單體回波呈現(xiàn)鉤狀，說明低層有強(qiáng)的入流氣流。在強(qiáng)梯度區(qū)一側(cè)出現(xiàn)有界弱回波區(qū)（BWER）。14時(shí)21分還出現(xiàn)了旁瓣回波，再看溫州雷達(dá)的反射率圖，可以發(fā)現(xiàn)此對(duì)流單體具有標(biāo)志大冰雹的三體散射長(zhǎng)釘(TBSS)特征回波。此外，該超級(jí)單體在14時(shí)09分到14時(shí)15分回波的VIL值從52kg/m2迅速躍增到60 kg/m2，14時(shí)27分強(qiáng)回波進(jìn)入松溪境內(nèi)時(shí)VIL值仍為61 kg/m2，此后迅速減小，說明出現(xiàn)了降雹，這與松溪祖墩、花橋、渭田、舊縣多地在14時(shí)30分左右出現(xiàn)雞蛋大的冰雹的實(shí)況也非常吻合。徑向速度圖上，與強(qiáng)回波對(duì)應(yīng)存在中氣旋，并且中氣旋的旋轉(zhuǎn)速度非常大，已經(jīng)出現(xiàn)了速度模糊，其中綠色塊速度應(yīng)該為39～44m/s之間，紅色塊實(shí)際速度值在54～59m/s之間，而此強(qiáng)回波的高度距地為1.1km左右，因此，如果考慮此時(shí)風(fēng)速離地高度較高，接近地面時(shí)由于摩擦作用風(fēng)速應(yīng)該略小一些，這與浦城水北村監(jiān)測(cè)到極大風(fēng)速達(dá)54.9m/s也很接近，此外，具有鉤狀回波和中氣旋特征已經(jīng)說明此單體已經(jīng)發(fā)展為超級(jí)單體，同時(shí)超級(jí)單體中3～7km之間存在一個(gè)明顯的中層徑向輻合MARC，最大正負(fù)速度差值為34m/s。探測(cè)到強(qiáng)并且深厚的中層徑向輻合，也容易產(chǎn)生極端的地面大風(fēng)，因此說明水北村監(jiān)測(cè)到的16級(jí)大風(fēng)是有可信度的。

圖4 2016年4月26日14:03 CR37、R1.5°和13：57 V271.5°、V276.0°建陽雷達(dá)產(chǎn)品

圖5 2016年4月26日13:06-15:06建甌、20:30-22:00永安風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品

4 結(jié)論

（1）此次強(qiáng)對(duì)流天氣過程是在徑向度大的低槽東移，低層低渦切變東移南壓等系統(tǒng)影響下造成的。冷暖空氣在福建西部強(qiáng)烈交匯，顯著的冷暖平流形成地面溫差達(dá)9℃/100km的溫度鋒區(qū)。在地面溫度鋒區(qū)和中尺度輻合線的觸發(fā)之下及南支槽前強(qiáng)烈輻合抬升形成的動(dòng)力強(qiáng)迫產(chǎn)生了颮線、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。颮線為斜壓鋒生所致，在颮線前80km中γ尺度熱低壓輻合區(qū)內(nèi)有超級(jí)單體發(fā)生發(fā)展。

（2）從雷雨大風(fēng)環(huán)境參數(shù)特征分析得出，低層暖脊、中層冷槽有利于不穩(wěn)定層結(jié)的建立，午后福建西北部T85增大到25℃～26℃，θse85<-10℃的不穩(wěn)定區(qū)從華南北部伸到福建西部，中層干區(qū)且DCAPE超過500J/kg，大于20m/s的強(qiáng)垂直風(fēng)切變等有利于雷雨大風(fēng)的產(chǎn)生。

（3）從雷雨大風(fēng)雷達(dá)參數(shù)特征分析可以看出，在弓形回波入流一側(cè)存在高反射率因子梯度區(qū)，弓狀回波的前沿持續(xù)產(chǎn)生中氣旋，弓形回波的后側(cè)存在-27m/s強(qiáng)的下沉后側(cè)入流急流，颮線中深厚和長(zhǎng)的輻合帶DCZ的探測(cè)，預(yù)示將產(chǎn)生較強(qiáng)的地面大風(fēng)，同時(shí)颮線前的超級(jí)單體中強(qiáng)并且深厚的中層輻合即3～7km之間強(qiáng)的中層徑向輻合MARC，也可以用來預(yù)警極端的地面大風(fēng)。

（4）從冰雹環(huán)境參數(shù)特征分析得出，福建內(nèi)陸低層比濕達(dá)14g/kg以上， Cape大于2000J/kg，適宜的0℃和-20℃高度，強(qiáng)的垂直風(fēng)切變等環(huán)境條件有利降雹，V-3θ表現(xiàn)出高層鈍角折角-超低溫，中低層有順滾流，同時(shí)三線折拐，700hPa出現(xiàn)冷層云，呈蜂腰結(jié)構(gòu)等有利降雹的特征。

（5）超級(jí)單體沿環(huán)境平均風(fēng)場(chǎng)偏右約25°方向移動(dòng)，探空上低層風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)，有利右移型雹暴的產(chǎn)生。65dBz以上的強(qiáng)回波質(zhì)心高，垂直剖面有明顯的有界弱回波區(qū)，強(qiáng)的入流氣流及高達(dá)61 kg/m2的VIL值，這與松溪祖墩、花橋、渭田、舊縣多地在14時(shí)30分左右出現(xiàn)雞蛋大的冰雹的實(shí)況也非常吻合。低層回波呈現(xiàn)鉤狀，與強(qiáng)回波對(duì)應(yīng)存在中氣旋，并且中氣旋的速度非常大，在54～59m/s之間，這與浦城水北村監(jiān)測(cè)到極大風(fēng)速達(dá)54.9m/s很接近，說明水北村監(jiān)測(cè)到的16級(jí)大風(fēng)是有可信度的。

中國(guó)氣象局預(yù)報(bào)員專項(xiàng)項(xiàng)目(CMAYBY2017-034)。