李文娟，酈敏杰，李嘉鵬，彭霞云，趙放

(1.浙江省氣象臺(tái)，浙江杭州310017；2.杭州市氣象臺(tái)，浙江杭州310017)

1 引 言

颮線(xiàn)是一種線(xiàn)狀排列的中尺度對(duì)流系統(tǒng)，常伴有雷雨大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，具有發(fā)展迅速、時(shí)空分布不均勻、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)。以往的研究已經(jīng)表明，颮線(xiàn)的觸發(fā)與海風(fēng)鋒、低層輻合線(xiàn)、干線(xiàn)、鋒面系統(tǒng)、雷暴出流邊界、地形抬升、熱力抬升等有關(guān)，也受大氣內(nèi)部擾動(dòng)不穩(wěn)定的影響[1-4]。Meng等[5]使用2008—2009年的資料對(duì)中國(guó)東部颮線(xiàn)的時(shí)空分布、系統(tǒng)特征、颮線(xiàn)的形成和組織方式及環(huán)境特征進(jìn)行了詳細(xì)分析，將颮線(xiàn)形成的環(huán)境場(chǎng)分為六種天氣型：短波槽前型、長(zhǎng)波槽前型、冷渦型、副熱帶高壓型、臺(tái)風(fēng)型和槽后型，指出大約有三分之一的颮線(xiàn)為短波槽前型，大多數(shù)颮線(xiàn)形成于平原地區(qū)，中國(guó)東部中緯度的颮線(xiàn)形成時(shí)與美國(guó)的相比較具有更濕的環(huán)境、類(lèi)似的不穩(wěn)定性和較弱的垂直風(fēng)切變。楊珊珊等[6]通過(guò)統(tǒng)計(jì)冷渦背景下的颮線(xiàn)過(guò)程，得出颮線(xiàn)主要形成于我國(guó)江淮流域、華北地區(qū)和東北地區(qū)，颮線(xiàn)一般形成在冷渦的南部，冷渦背景下的颮線(xiàn)過(guò)程均為強(qiáng)颮線(xiàn)過(guò)程，生命史長(zhǎng)，強(qiáng)度大。許多高分辨率數(shù)值模式成功地模擬了颮線(xiàn)的三維結(jié)構(gòu)和發(fā)展[7-8]，發(fā)現(xiàn)環(huán)境垂直風(fēng)切變對(duì)模擬颮線(xiàn)發(fā)展和維持起決定性作用，提出近地面冷池和低層環(huán)境垂直風(fēng)切變相互作用是颮線(xiàn)發(fā)展維持最重要的熱動(dòng)力機(jī)制，形成了描述颮線(xiàn)發(fā)展傳播的“RKW理論”。陳明軒等[9]、丁治英等[10]、曹倩等[11]通過(guò)雷達(dá)資料同化模擬颮線(xiàn)個(gè)例，分析表明基于低層垂直風(fēng)切變和冷池相互作用的RKW理論可用來(lái)解釋實(shí)際颮線(xiàn)過(guò)程的發(fā)展維持和傳播機(jī)制。沈新勇等[12]根據(jù)颮線(xiàn)邊界層的湍流輸送特征研究颮線(xiàn)發(fā)展的機(jī)理，得出冷池是颮線(xiàn)重要的邊界層特征，與陣風(fēng)鋒和鋒前新生單體密切相關(guān)，在颮線(xiàn)的生命史中起到重要作用。方翀等[13]通過(guò)對(duì)華南西風(fēng)帶颮線(xiàn)分析表明，雷暴高壓的持續(xù)加強(qiáng)、擴(kuò)大及相應(yīng)冷池的擴(kuò)大導(dǎo)致西風(fēng)帶颮線(xiàn)的不斷加強(qiáng)發(fā)展。韓頌雨等[14]、袁子鵬等[15]研究表明強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，既能夠促使颮線(xiàn)上對(duì)流單體的發(fā)展，也可能造成颮線(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)的傾斜。潘玉潔等[16]基于多普勒雷達(dá)研究一次颮線(xiàn)內(nèi)部的三維風(fēng)場(chǎng)、動(dòng)力和熱力結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了颮線(xiàn)系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)概念圖。以往大部分研究主要針對(duì)颮線(xiàn)個(gè)例基于雷達(dá)觀測(cè)和數(shù)值模擬研究颮線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和發(fā)展維持機(jī)理，上述研究的共性結(jié)論均表明，地面輻合線(xiàn)對(duì)強(qiáng)對(duì)流的觸發(fā)起重要作用，颮線(xiàn)前后存在雷暴高壓和中尺度低壓；冷池和環(huán)境風(fēng)垂直切變?cè)陲R線(xiàn)的不同階段存在交互作用，低層風(fēng)切變對(duì)颮線(xiàn)的發(fā)展維持起重要作用，垂直風(fēng)切變可能造成颮線(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)的傾斜等結(jié)論，為颮線(xiàn)的機(jī)理研究奠定了理論基礎(chǔ)。

2 浙江省颮線(xiàn)天氣特征及分型

浙江省春季和夏初由于大氣斜壓性較強(qiáng)、溫度直減率較大易發(fā)生颮線(xiàn)天氣。春季西風(fēng)槽和冷鋒影響頻繁，鋒面南下易觸發(fā)較大范圍的強(qiáng)對(duì)流天氣；春末夏初北方冷渦等背景下發(fā)展起來(lái)的強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴也會(huì)造成浙江省大范圍風(fēng)雹為主的災(zāi)害性天氣，根據(jù)浙江省所處冷渦的位置，再結(jié)合Meng的分型[5]，此類(lèi)颮線(xiàn)定義為冷渦類(lèi)西北氣流型，這類(lèi)颮線(xiàn)的大尺度背景場(chǎng)冷空氣主導(dǎo)，暖濕氣流非常淺薄，從預(yù)報(bào)的角度往往存在較大的難度。浙江省出現(xiàn)的颮線(xiàn)天氣類(lèi)型，還有一類(lèi)相對(duì)較常見(jiàn)，長(zhǎng)江中下游存在西風(fēng)長(zhǎng)波或短波槽，浙江省處于西風(fēng)槽前的西南急流中，低層水汽條件較好，結(jié)合Meng的分型，定義為槽前西南急流型，此類(lèi)颮線(xiàn)的大尺度背景場(chǎng)及對(duì)流指數(shù)特征與冷渦類(lèi)西北氣流型颮線(xiàn)存在較明顯的區(qū)別。

此文重點(diǎn)分析春至夏初即3—6月的颮線(xiàn)過(guò)程，共收集到2005—2018年的7次颮線(xiàn)個(gè)例，分別是2006年6月10日 (060610)、2007年5月5日(070505)、2009 年 6 月 5 日(090605)，三次過(guò)程分別發(fā)生在上午、夜間和傍晚，歸類(lèi)于冷渦類(lèi)西北氣流型；2005年 5月5日 (050505)、2005年5月17 日 (050517)、2014 年 3 月 19 日(140319)、2018年3月4日(180304)四次過(guò)程發(fā)生在午后，歸類(lèi)于槽前西南急流型。因此，本文根據(jù)形勢(shì)場(chǎng)的差異對(duì)發(fā)生在浙江省的七次颮線(xiàn)過(guò)程進(jìn)行分型，從大尺度環(huán)境場(chǎng)、雷達(dá)結(jié)構(gòu)特征等方面，綜合分析浙江省不同類(lèi)型的颮線(xiàn)天氣發(fā)生發(fā)展的共性規(guī)律和個(gè)體差異，從而加深對(duì)浙江省颮線(xiàn)天氣發(fā)生演變的物理理解。

3 兩類(lèi)颮線(xiàn)系統(tǒng)的天氣實(shí)況

表1列出了七次颮線(xiàn)過(guò)程的具體發(fā)生信息，包括影響時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度以及生命史等。西北氣流型颮線(xiàn)存在兩種移動(dòng)方向，自北而南和自西北向東南，三次過(guò)程造成的災(zāi)害性天氣類(lèi)型均以大范圍的雷暴大風(fēng)天氣為主，且多地觀測(cè)到小冰雹。060610過(guò)程自西北向東南影響浙中北地區(qū)，對(duì)流風(fēng)暴06時(shí)(北京時(shí)間，下同)起始于安徽南部，進(jìn)入浙西后演變成長(zhǎng)300 km的颮線(xiàn)系統(tǒng)，從起始到消亡歷時(shí)約8小時(shí)。070705和090605兩次過(guò)程自北而南影響浙東北地區(qū)，070505過(guò)程對(duì)流風(fēng)暴15時(shí)左右起始于山東省南部，經(jīng)過(guò)合并演變成帶狀，夜間00—05時(shí)影響浙江省，從起始到消亡歷時(shí)13小時(shí)。090605過(guò)程13時(shí)起始于江蘇，17時(shí)開(kāi)始影響浙江省，從起始到消亡歷時(shí)8小時(shí)。090605和070505過(guò)程雷達(dá)均探測(cè)到陣風(fēng)鋒回波，060610過(guò)程颮線(xiàn)前沿觸發(fā)出強(qiáng)的新生單體，說(shuō)明颮線(xiàn)形成的冷池強(qiáng)度較大。由此可見(jiàn)，影響浙江省的冷渦類(lèi)颮線(xiàn)均是由上游地區(qū)觸發(fā)的對(duì)流單體，經(jīng)過(guò)發(fā)展合并演變成颮線(xiàn)系統(tǒng)隨槽后冷空氣迅速南下影響浙江，因此，生命史長(zhǎng)、強(qiáng)度大是此類(lèi)颮線(xiàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)。

西南急流型颮線(xiàn)也存在兩種移動(dòng)方向，如近幾年影響浙江省最強(qiáng)的兩次颮線(xiàn)系統(tǒng)140319和180304過(guò)程，移動(dòng)方向分別是自西北向東南和自西南向東北。140319過(guò)程發(fā)生在13—18時(shí)，主要影響浙中及沿海地區(qū)，15個(gè)縣(市)出現(xiàn)冰雹，尤其是臺(tái)州地區(qū)，冰雹最大直徑33 mm，并且45個(gè)站次出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水；180304過(guò)程發(fā)生在17—21時(shí)，浙江省內(nèi)961個(gè)測(cè)站出現(xiàn)8級(jí)以上大風(fēng)，極大風(fēng)速最大達(dá)到40.4 m/s，并且55個(gè)站次出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水，局地觀測(cè)到冰雹，這次過(guò)程由于移動(dòng)速度快，影響浙江省的時(shí)間相對(duì)較短，但是生命史很長(zhǎng)，從廣西觸發(fā)到浙江消亡，維持約15小時(shí)。可見(jiàn)，西南急流型颮線(xiàn)不僅造成大范圍雷暴大風(fēng)，而且伴隨一定范圍的短時(shí)強(qiáng)降水天氣。從地面自動(dòng)氣象站的觀測(cè)，幾次颮線(xiàn)過(guò)程均發(fā)現(xiàn)雷暴中尺度高壓特征，風(fēng)向突變、風(fēng)速劇增、氣壓陡升、溫度驟降、相對(duì)濕度增加，如180304颮線(xiàn)過(guò)境期間，杭州站的氣壓由998 hPa上升到1 003 hPa；相對(duì)濕度從58%迅速增至90%，溫度則驟降了10℃，風(fēng)速出現(xiàn)了10級(jí)大風(fēng)，具有典型的颮線(xiàn)天氣特征。

表1 七次颮線(xiàn)過(guò)程的具體信息

4 環(huán)流背景和觸發(fā)機(jī)制分析

4.1 冷渦類(lèi)西北氣流型颮線(xiàn)系統(tǒng)

三次過(guò)程大尺度背景場(chǎng)存在較明顯的共同點(diǎn)，利用NCEP 1°×1°的分析場(chǎng)繪制起始對(duì)流(云圖亮溫)和高低空形勢(shì)場(chǎng)的配置圖(圖1)，500 hPa東亞大槽位于我國(guó)東部地區(qū)，冷渦中心位于東北，浙江省處于槽區(qū)或槽后，700 hPa和850 hPa整個(gè)華東地區(qū)均轉(zhuǎn)為西北氣流，地面圖上，華東地區(qū)受低壓系統(tǒng)控制，低壓系統(tǒng)內(nèi)可分析出明顯的邊界層輻合線(xiàn)，而對(duì)流的觸發(fā)和加強(qiáng)均發(fā)生在925 hPa至地面的低層輻合線(xiàn)附近，其中兩次過(guò)程表現(xiàn)為東西向的切變輻合，一次過(guò)程表現(xiàn)為南北向的海陸風(fēng)輻合。針對(duì)上述個(gè)例的相關(guān)研究已表明，強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)與邊界層內(nèi)的中尺度輻合線(xiàn)有密切聯(lián)系[17-19]。三次過(guò)程強(qiáng)對(duì)流的觸發(fā)均發(fā)生在蘇皖地區(qū)，060610過(guò)程起始于安徽南部，正對(duì)應(yīng)925 hPa至地面的輻合線(xiàn)附近；070505過(guò)程對(duì)流起始于山東南部的切變線(xiàn)系統(tǒng)，在蘇皖中南部的低層輻合線(xiàn)附近合并演變成帶狀；090605過(guò)程的對(duì)流起始于江蘇中部，雷暴單體發(fā)生、發(fā)展在暖區(qū)的低層輻合線(xiàn)附近，由“熱島效應(yīng)”和海陸風(fēng)鋒觸發(fā)[17]。

由風(fēng)場(chǎng)疊加相對(duì)濕度和垂直速度在30°N和120 °E 的剖面圖(圖2)，在 117～123 °E 和 28～32°N的浙江省范圍內(nèi)，西南暖濕氣流只存在于900 hPa以下，以上是西北或偏北氣流的干冷空氣，低層切變輻合觸發(fā)垂直上升運(yùn)動(dòng)，垂直速度的強(qiáng)中心約位于750 hPa，最大達(dá)到-0.4～-0.6 Pa/s，并對(duì)應(yīng)12 m/s左右的西北風(fēng)。相關(guān)研究已表明[17]，東亞大槽后高空強(qiáng)冷平流與低空暖平流形成的強(qiáng)不穩(wěn)定層結(jié)是該類(lèi)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生、發(fā)展的主要機(jī)制。高空干冷平流的動(dòng)力強(qiáng)迫以及地面至925 hPa的輻合抬升是強(qiáng)對(duì)流觸發(fā)的主要原因，干空氣的夾卷作用可發(fā)動(dòng)云內(nèi)下沉氣流，造成地面大風(fēng)的產(chǎn)生。文獻(xiàn)[20-21]指出，雷暴大風(fēng)的產(chǎn)生需要較強(qiáng)的下沉氣流，有利于下沉氣流的背景條件是干空氣夾卷進(jìn)入剛剛由降水發(fā)動(dòng)的下沉氣流，使得雨滴蒸發(fā)，大多數(shù)濕對(duì)流內(nèi)的下沉氣流是由云和降水粒子的相變冷卻所驅(qū)動(dòng)。因此，對(duì)流層中低層不僅存在干空氣，而且?jiàn)A卷層存在較強(qiáng)的西北氣流，可導(dǎo)致云內(nèi)強(qiáng)下沉氣流的產(chǎn)生。由于暖濕氣流的層次非常淺薄，冷空氣南下速度快，因此，潛勢(shì)預(yù)報(bào)往往存在較大的難度。

圖1 500 hPa高度場(chǎng)+地面氣壓場(chǎng)+云圖亮溫+925 hPa風(fēng)場(chǎng)(a)或1 000 hPa風(fēng)場(chǎng)(b、c)a.2006年6月10日08時(shí)；b.2007年5月5日20時(shí)；c.2009年6月5日14時(shí)。

圖2 風(fēng)場(chǎng)+相對(duì)濕度（陰影）+垂直速度(黑線(xiàn))+假相當(dāng)位溫(紅線(xiàn))剖面圖 a.2006年6月10日08時(shí)30°N；b.2007年5月5日20時(shí)120°E；c.2009年6月5日20時(shí)30°N。

4.2 西南急流型颮線(xiàn)系統(tǒng)

槽前西南急流型是浙江省較多見(jiàn)的颮線(xiàn)天氣形勢(shì)，此類(lèi)型颮線(xiàn)存在兩種移動(dòng)方式，其觸發(fā)機(jī)制和形成機(jī)理也存在異同之處。四次過(guò)程地面形勢(shì)的配置均屬于江淮低壓冷鋒南下型，主要特點(diǎn)是浙江省處于西南急流影響下，氣溫回升；從東北到長(zhǎng)江下游是南北向的低槽區(qū)，槽內(nèi)在江淮流域形成強(qiáng)大的低壓系統(tǒng)；冷高壓在貝加爾湖到河西走廊一帶，向東南方向移動(dòng)，3—4月初冷空氣勢(shì)力仍較強(qiáng)，高低壓之間存在明顯的氣壓梯度，低層對(duì)應(yīng)能量鋒區(qū)，而5—6月冷高壓變性，勢(shì)力較弱，但是都存在江淮氣旋或低壓入海引導(dǎo)冷高壓南下的過(guò)程。高空形勢(shì)場(chǎng)的共同點(diǎn)是長(zhǎng)江中下游存在南支槽，而浙江省以北有小槽東移，浙江省位于槽前，中低層存在西南急流，低層從華南至江南形成水汽輸送通道，浙江省處于水汽通量的大值區(qū)。

圖3可見(jiàn)，08時(shí)低層槽后冷空氣至蘇皖地區(qū)，形成切變線(xiàn)系統(tǒng)，西北東南移向的兩次過(guò)程140319和050517均發(fā)生在切變輻合區(qū)，起始對(duì)流位于浙江省的西北側(cè)，自蘇皖南下，低壓系統(tǒng)內(nèi)強(qiáng)烈的冷暖交匯以及鋒區(qū)的抬升作用是強(qiáng)對(duì)流形成的主要原因。140319過(guò)程由于能量鋒區(qū)的抬升作用更強(qiáng)，促使對(duì)流發(fā)展更旺盛，這類(lèi)颮線(xiàn)具有明顯的斜壓大氣特征結(jié)構(gòu)，伴有溫度鋒區(qū)，地面有明顯的冷鋒或氣旋波活動(dòng)，已有研究稱(chēng)為斜壓鋒生類(lèi)[21]。西南東北移向的兩次過(guò)程180304和050505，強(qiáng)對(duì)流發(fā)生在西南急流軸上，冷空氣及鋒面影響時(shí)間偏晚，冷暖交匯并不是直接的觸發(fā)機(jī)制，而是由西南急流強(qiáng)迫產(chǎn)生，強(qiáng)對(duì)流形成發(fā)展的區(qū)域位于低層假相當(dāng)位溫345 K以上的高能區(qū)，配合低層水汽和風(fēng)速或風(fēng)向的輻合區(qū)(圖略)。

從垂直速度場(chǎng)疊加風(fēng)場(chǎng)的剖面圖可進(jìn)一步揭示對(duì)流發(fā)生發(fā)展的成因(圖4)，140319和050517兩次過(guò)程的強(qiáng)對(duì)流發(fā)展區(qū)，冷空氣從低層滲透，和西南暖濕氣流交匯觸發(fā)較強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，140319在121°E臺(tái)州降雹區(qū)，低空輻合和200～300 hPa高空輻散場(chǎng)耦合形成次級(jí)環(huán)流，垂直上升運(yùn)動(dòng)到達(dá)對(duì)流層中高層，最強(qiáng)達(dá)到-1.4 Pa/s；050517過(guò)程上升運(yùn)動(dòng)同樣由冷暖氣流的交匯產(chǎn)生，強(qiáng)度比140319過(guò)程明顯較弱，在118°E的強(qiáng)上升中心位于800 hPa。此外，兩次過(guò)程在700 hPa以上存在一定的干空氣。

圖3 500 hPa高度場(chǎng)+925 hPa風(fēng)場(chǎng)+地面氣壓場(chǎng)+云圖亮溫a.2014年3月19日08時(shí)；b.2005年5月17日08時(shí)；c.2018年3月4日08時(shí)；d.2005年5月5日08時(shí)。

圖4 風(fēng)場(chǎng)+相對(duì)濕度（陰影）+垂直速度(黑線(xiàn))+假相當(dāng)位溫(紅線(xiàn))剖面圖 a.2014年3月19日14時(shí)29°N；b.2005年5月17日14時(shí)30°N；c.2018年3月4日14時(shí)29°N；d.2005年5月5日08時(shí)29°N。

180304和050505過(guò)程從低至高是一致的西南急流，500 hPa或700 hPa冷槽疊加在低層暖脊上造成大氣層結(jié)不穩(wěn)定，觸發(fā)垂直上升運(yùn)動(dòng)并到達(dá)對(duì)流層中高層。180304對(duì)流系統(tǒng)始發(fā)于廣西，在江西發(fā)展為典型的颮線(xiàn)系統(tǒng)移入浙江省，30°N以南的地區(qū)各層西南急流非常強(qiáng)盛，850～925 hPa風(fēng)速達(dá)到16 m/s以上，180304過(guò)程在114°E左右對(duì)流發(fā)展的區(qū)域，900 hPa以下出現(xiàn)偏北風(fēng)，低層風(fēng)場(chǎng)的輻合和200～300 hPa高空輻散場(chǎng)耦合，形成上升運(yùn)動(dòng)，垂直上升速度在600 hPa達(dá)到-2.1 Pa/s，在其東側(cè)形成下沉氣流，又在其前方激發(fā)出上升運(yùn)動(dòng)，并且假相當(dāng)位溫和比濕條件在上升運(yùn)動(dòng)的東側(cè)更有利(圖4c)。由此認(rèn)為，對(duì)流生成后在西南急流引導(dǎo)下東北移動(dòng)，由于雷暴下沉氣流與其前方的西南氣流形成地面輻合線(xiàn)，并且移入地區(qū)的水汽條件、不穩(wěn)定條件及垂直風(fēng)切變條件對(duì)對(duì)流單體發(fā)展都十分有利，使得對(duì)流單體持續(xù)發(fā)展。兩次過(guò)程同樣在對(duì)流層中層存在一定的干空氣，尤其是180304過(guò)程干空氣更明顯，不僅形成上干下濕的不穩(wěn)定層結(jié)，而且干空氣的夾卷作用增強(qiáng)下沉氣流，是風(fēng)雹天氣產(chǎn)生的必要條件。

西南急流型颮線(xiàn)由鋒面的動(dòng)力強(qiáng)迫或西南急流強(qiáng)迫產(chǎn)生，地面輻合線(xiàn)、925 hPa切變線(xiàn)、能量鋒區(qū)、低層西南急流脈動(dòng)或風(fēng)速輻合等是西南急流型颮線(xiàn)系統(tǒng)的主要觸發(fā)抬升條件，同時(shí)，200～300 hPa高空分流區(qū)或高空急流與低空西南急流耦合及形成的次級(jí)環(huán)流上升支都為強(qiáng)對(duì)流發(fā)展提供良好的動(dòng)力條件[22]，進(jìn)一步增加條件不穩(wěn)定和對(duì)流有效位能(CAPE)，并減小對(duì)流抑制(CIN)[23]，加強(qiáng)不穩(wěn)定能量的釋放。

5 兩種類(lèi)型颮線(xiàn)的環(huán)境參數(shù)對(duì)比特征

利用假相當(dāng)位溫及其垂直遞減率來(lái)綜合判斷大氣層結(jié)不穩(wěn)定[23]，分析假相當(dāng)位溫和比濕隨高度的變化(圖2和圖4)，發(fā)現(xiàn)在對(duì)流發(fā)展區(qū)的低層為高溫高濕區(qū)，比濕達(dá)到12 g/kg以上，假相當(dāng)位溫達(dá)到330 K以上，并隨高度減小，低值中心約位于600 hPa。由于低層存在暖濕平流，而對(duì)流層中、高層為相對(duì)干冷的平流，使得在對(duì)流發(fā)展區(qū)迅速產(chǎn)生了顯著的條件不穩(wěn)定區(qū)域。兩類(lèi)颮線(xiàn)的區(qū)別在于西南急流型的暖濕層次較深厚，一般能達(dá)到700～800 hPa，且水汽通量大于 16 g/(s·cm·hPa)，而西北氣流型僅在925 hPa以下，且水汽通量小于 10 g/(s·cm·hPa)。

由于08時(shí)的探空對(duì)于下午到傍晚發(fā)生的天氣過(guò)程的代表性不佳，因此，對(duì)三次過(guò)程08時(shí)的探空根據(jù)發(fā)生前14時(shí)的地面氣溫、露點(diǎn)進(jìn)行了適當(dāng)訂正，發(fā)現(xiàn)訂正后 BCAPE、Bli、Ssi、CIN等熱力指數(shù)發(fā)生了明顯變化，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2和表3。由兩種類(lèi)型颮線(xiàn)的探空?qǐng)D(圖5)可見(jiàn)，探空均呈現(xiàn)典型的上干下濕的喇叭口特征，這是大風(fēng)類(lèi)強(qiáng)對(duì)流天氣產(chǎn)生的典型層結(jié)。西北氣流型的整層空氣很干，僅近地面層存在非常淺薄的濕空氣，925 hPa形成西北和偏西氣流的切變輻合。槽前西南急流型由于低層西南急流發(fā)展，導(dǎo)致在近低層容易形成淺薄的逆溫層，有利于午后不穩(wěn)定能量的集聚，而08時(shí)由于春季地面溫度低，CAPE基本為零，但是最佳有效位能BCAPE相對(duì)CAPE更有指示意義。

對(duì)比兩種類(lèi)型颮線(xiàn)發(fā)生前的對(duì)流指數(shù)(表2和表3)，白天發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流過(guò)程，能量和穩(wěn)定度指數(shù)都有較好的指示性，而夜間發(fā)生的過(guò)程070505，指數(shù)的指示性相對(duì)較差。西北氣流型颮線(xiàn)天氣的對(duì)流指數(shù)有一些共同特征，代表環(huán)境溫度直減率的參數(shù)T850-500的數(shù)值明顯較大，白天的兩次過(guò)程均超過(guò)30℃，而西南急流型對(duì)應(yīng)的溫度直減率略低一些，介于27～28℃。已有研究表明[24]，垂直溫度遞減率越大越有利于大風(fēng)類(lèi)強(qiáng)對(duì)流的產(chǎn)生，這是因?yàn)榇杭竞拖某醮髿庑眽盒暂^強(qiáng)，雷暴大風(fēng)天氣產(chǎn)生在冷槽暖脊的高低空配置，易造成較大的溫度直減率，層結(jié)不穩(wěn)定，既有利于強(qiáng)上升氣流、也有利于強(qiáng)下沉氣流。代表層結(jié)穩(wěn)定度的指數(shù)如BCAPE和Bli(最有利抬升指數(shù))均有較好的指示性，訂正后BCAPE值達(dá)到1 000～2 000 J/kg，Bli達(dá)到-2～-9℃，說(shuō)明強(qiáng)對(duì)流發(fā)生前具備較好的熱力不穩(wěn)定條件，Bli相對(duì)于其他常用指數(shù)可更好反映層結(jié)穩(wěn)定度。兩種類(lèi)型颮線(xiàn)的K指數(shù)存在一定的差異，西北氣流型颮線(xiàn)的K指數(shù)均低于27℃，K指數(shù)的公式：K=(T850-T500)+Td850-(T700-Td700)，第一項(xiàng)表示溫度直減率，第二項(xiàng)表示低層水汽條件，第三項(xiàng)表示中層飽和程度。雖然溫度直減率較大，但是中低層水汽條件差，導(dǎo)致K指數(shù)較低。140319過(guò)程由于700 hPa很干，K指數(shù)僅為23℃，其他幾次西南急流型颮線(xiàn)K指數(shù)達(dá)到30℃以上；Si指數(shù)和850 hPa的濕度密切相關(guān)，因此，Si指數(shù)對(duì)西北氣流型颮線(xiàn)無(wú)指示意義。

表2 西北氣流型杭州探空站計(jì)算的對(duì)流指數(shù)

表3 西南急流型探空站點(diǎn)對(duì)流指數(shù)值

圖5 兩種類(lèi)型颮線(xiàn)天氣的探空?qǐng)D a.2006年6月10日08時(shí)；b.2007年5月5日20時(shí)；c.2009年6月5日08時(shí)訂正；d.2005年5月17日08時(shí)訂正；e.2014年3月19日08時(shí)訂正；f.2018年3月4日08時(shí)訂正。

兩類(lèi)颮線(xiàn)天氣的下沉有效位能DCAPE在發(fā)生前后均達(dá)到了1 000 J/kg左右，這是由于對(duì)流層中下層大氣較大垂直減溫率的環(huán)境條件下，易導(dǎo)致對(duì)流風(fēng)暴的強(qiáng)下沉氣流，因而計(jì)算的DCAPE通常都較大。Maddox等[25]指出：在強(qiáng)熱力學(xué)條件和弱的動(dòng)力學(xué)條件下以及弱熱力學(xué)條件和強(qiáng)動(dòng)力學(xué)條件下也可出現(xiàn)強(qiáng)天氣。風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)Ssi[26]是一個(gè)由CAPE和0～3 600 m的環(huán)境風(fēng)垂直切變組合的函數(shù)，該指標(biāo)可較好地反映垂直風(fēng)切變和對(duì)流有效位能大小的綜合效應(yīng)。該指標(biāo)訂正后變化顯著，達(dá)到60～80，對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣具有一定的指示意義。國(guó)內(nèi)也有相關(guān)的研究成果[27-28]。

6 雷達(dá)特征和風(fēng)垂直切變對(duì)颮線(xiàn)結(jié)構(gòu)的影響

6.1 颮線(xiàn)回波結(jié)構(gòu)特征

許多研究表明環(huán)境場(chǎng)的垂直風(fēng)切變對(duì)于強(qiáng)對(duì)流的組織化發(fā)展和生命史的延長(zhǎng)具有重要作用。幾次颮線(xiàn)過(guò)程均造成了大范圍的雷暴大風(fēng)天氣，但是雷達(dá)回波形態(tài)各異，組織化程度各異，其中三次過(guò)程(060610、050505、140319)呈較典型的颮線(xiàn)形態(tài)，呈帶狀或者弓形回波特征，前沿存在強(qiáng)反射率因子梯度，由多單體風(fēng)暴組成，最大反射率因子達(dá)到60 dBz以上，這幾次過(guò)程0～6 km的環(huán)境垂直風(fēng)切變達(dá)到20 m/s以上；而其他幾次過(guò)程的回波結(jié)構(gòu)較松散，但是都存在風(fēng)暴單體合并向帶狀組織化的過(guò)程，尤其是090605和180304過(guò)程，090605過(guò)程風(fēng)暴單體17時(shí)進(jìn)入浙江省后開(kāi)始合并演變成颮線(xiàn)系統(tǒng)，垂直風(fēng)切變?cè)谙挛缫院罂焖僭黾覽17]，0～6 km垂直風(fēng)切變從14 m/s(08時(shí))增加到23 m/s(20時(shí))。180304過(guò)程弓形回波17時(shí)從江西移入浙西南，由多單體回波組成，結(jié)構(gòu)較松散，最強(qiáng)回波50～55 dBz，但是在進(jìn)入浙北平原地區(qū)后，演變成長(zhǎng)度約100 km的強(qiáng)回波帶，快速移過(guò)浙江東北部地區(qū)。移動(dòng)速度快是這次颮線(xiàn)過(guò)程的主要特點(diǎn)，移速達(dá)80～100 km/h，徑向速度圖上對(duì)應(yīng)大于20 m/s的大風(fēng)區(qū)，該大風(fēng)區(qū)的形態(tài)和實(shí)況地面大風(fēng)基本吻合(圖7)，這次過(guò)程0～6 km風(fēng)垂直切變?cè)陲R線(xiàn)形成發(fā)展的區(qū)域均達(dá)到20 m/s以上，并且杭州站0～6 km的風(fēng)垂直切變?cè)?0時(shí)加強(qiáng)到28 m/s，而0～3 km的風(fēng)垂直切變較小且無(wú)明顯變化，因此，回波結(jié)構(gòu)的組織化，以及颮線(xiàn)長(zhǎng)的生命史和風(fēng)垂直切變密不可分。

圖6對(duì)三次過(guò)程140319、180304、090605的強(qiáng)回波做垂直剖面，140319過(guò)程0～6 km和0～3 km的風(fēng)垂直切變都較強(qiáng)，達(dá)到23 m/s，因此，強(qiáng)回波帶結(jié)構(gòu)緊實(shí)，回波的垂直結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)向移動(dòng)方向前傾的結(jié)構(gòu)，并且云頂出現(xiàn)云幡；180304過(guò)程在回波帶組織化的過(guò)程中，回波單體由垂直發(fā)展轉(zhuǎn)為前傾的結(jié)構(gòu)；090605過(guò)程強(qiáng)回波也呈現(xiàn)一定的前傾結(jié)構(gòu)，并且在2～8 km高度存在強(qiáng)的徑向速度輻合。從速度剖面圖可看出幾次颮線(xiàn)的強(qiáng)回波均存在中層徑向輻合 (簡(jiǎn)稱(chēng)MARC)特征，研究表明MARC特征和反射率因子圖上的后向入流槽口是對(duì)流風(fēng)暴周邊干空氣被夾卷進(jìn)入雷暴的過(guò)程在徑向速度圖上表現(xiàn)[24]。

圖6 回波強(qiáng)度(a1、b1、c1)和徑向速度的垂直剖面圖(a2、b2、c2) a1、a2.2014年3月19日15：22金華雷達(dá)；b1、b2.2018年3月4日20：20杭州雷達(dá)；c1、c2.2009年6月5日18：12杭州雷達(dá)。

通過(guò)上述分析可得出，強(qiáng)的環(huán)境風(fēng)垂直切變有利于颮線(xiàn)回波的組織化發(fā)展，有利于回波垂直結(jié)構(gòu)的傾斜而延長(zhǎng)生命史，0～6 km的風(fēng)垂直切變比0～3 km更能說(shuō)明颮線(xiàn)結(jié)構(gòu)組織化的特征。颮線(xiàn)形態(tài)的組織化和地形也有重要關(guān)聯(lián)，尤其是平原地區(qū)更有利于颮線(xiàn)的發(fā)展，MENG等的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)中國(guó)東部地區(qū)的颮線(xiàn)更易形成在平原地區(qū)。原因可能是由于強(qiáng)對(duì)流造成的冷池傳播受到山地地形的阻擋，從而影響了冷池與環(huán)境風(fēng)的相互作用，新的對(duì)流不易發(fā)生，進(jìn)而中尺度對(duì)流系統(tǒng)的維持和組織化程度受到影響。對(duì)于回波單體強(qiáng)度不高，組織性差的回波帶，移速及徑向大風(fēng)速區(qū)是需要關(guān)注的重點(diǎn)。

圖7 2018年3月4日過(guò)程20—21時(shí)杭州雷達(dá)0.5°徑向大風(fēng)速區(qū)演變(≥15 m/s)(a)和實(shí)況8級(jí)以上極大風(fēng)速(b)

6.2 陣風(fēng)鋒和冰雹特征

自北而南影響浙江省的兩次過(guò)程070505和090605有一些共同特征，回波帶由多單體回波組成，帶狀回波的組織性較差，但前沿均探測(cè)到陣風(fēng)鋒回波(圖8a、8b)，表明對(duì)流風(fēng)暴的冷池強(qiáng)度較大，陣風(fēng)鋒后部存在20 m/s以上徑向大風(fēng)區(qū)，陣風(fēng)鋒經(jīng)過(guò)的地區(qū)實(shí)況出現(xiàn)了大范圍的雷暴大風(fēng)。此外，和陣風(fēng)鋒相交的回波發(fā)展更持久強(qiáng)盛，強(qiáng)度達(dá)到60 dBz以上，50 dBz強(qiáng)度的回波發(fā)展至9～12 km，并且速度場(chǎng)上發(fā)現(xiàn)中氣旋特征，實(shí)況均出現(xiàn)了冰雹。除了中氣旋特征，徑向速度場(chǎng)也會(huì)表現(xiàn)為明顯的速度輻合特征，如060610、140319過(guò)程所示(圖8c、8d)，尤其是 140319 的大冰雹過(guò)程，回波強(qiáng)度達(dá)到65 dBz以上，速度場(chǎng)存在強(qiáng)的切變輻合。通過(guò)上述特征總結(jié)得出，位于強(qiáng)對(duì)流回波前沿的陣風(fēng)鋒代表強(qiáng)的冷池，容易出現(xiàn)在自北向南的強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)中，是地面大風(fēng)的指示特征。和陣風(fēng)鋒相交的回波發(fā)展更強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間久，易出現(xiàn)冰雹天氣，徑向速度場(chǎng)的輻合區(qū)或中氣旋是冰雹回波的共有特征。本文主要提煉一些共性特征，已有的強(qiáng)對(duì)流特征的理論成果不再贅述。

圖8 回波反射率因子(左)和徑向速度圖(右) a.2007年5月6日00：24時(shí)杭州0.5°仰角；b.2009年6月5日18：18時(shí)杭州1.5°仰角；c.2014年3月19日16：34時(shí)臺(tái)州0.5°仰角；d.2006年6月10日10：43時(shí)杭州0.5°仰角。

7 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)比兩種類(lèi)型颮線(xiàn)天氣的大尺度背景場(chǎng)的差異，揭示颮線(xiàn)天氣的發(fā)生發(fā)展機(jī)制；通過(guò)分析雷達(dá)特征以及環(huán)境風(fēng)垂直風(fēng)切變對(duì)颮線(xiàn)結(jié)構(gòu)的影響，得到以下結(jié)論。

(1)兩種類(lèi)型的颮線(xiàn)系統(tǒng)發(fā)生在高空槽配合地面低壓發(fā)展的有利環(huán)境場(chǎng)，對(duì)流層中高層相對(duì)干冷的平流疊加在低層暖濕氣流之上，在對(duì)流發(fā)展區(qū)建立顯著的條件不穩(wěn)定層結(jié)是強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生、發(fā)展的主要機(jī)制。西北氣流型颮線(xiàn)系統(tǒng)由東亞大槽后干冷平流的強(qiáng)迫作用及925 hPa至地面輻合線(xiàn)觸發(fā)產(chǎn)生，生命史長(zhǎng)、強(qiáng)度強(qiáng)是此類(lèi)颮線(xiàn)的主要特點(diǎn)；西南急流型颮線(xiàn)多發(fā)生在江淮低壓冷鋒南下型的地面形勢(shì)場(chǎng)，不同的移動(dòng)方向源于不同的觸發(fā)機(jī)制。鋒后冷空氣滲透導(dǎo)致低壓系統(tǒng)內(nèi)形成強(qiáng)烈的冷暖交匯，鋒面強(qiáng)迫抬升是西北東南移向颮線(xiàn)的主要觸發(fā)機(jī)制；西南東北移向的颮線(xiàn)產(chǎn)生在西南急流強(qiáng)迫下，低層西南急流脈動(dòng)或風(fēng)速輻合、地面輻合線(xiàn)等為主要的觸發(fā)抬升條件。

(2)探空均呈現(xiàn)典型的上干下濕的喇叭口特征，中層干空氣的夾卷作用是地面大風(fēng)產(chǎn)生的必要條件。西南急流型暖濕層次在700 hPa以下，而冷渦類(lèi)西北氣流型一般在925 hPa以下，因此，K指數(shù)和Si指數(shù)對(duì)西北氣流型颮線(xiàn)不具有參考意義，但 Bli、BCAPE、DCAPE等指數(shù)有較好的指示意義。垂直溫度直減率T850-500可較好表征雷暴大風(fēng)天氣的環(huán)境場(chǎng)，通常大于27℃，尤其是西北氣流型颮線(xiàn)系統(tǒng)，大于30℃。

(3)強(qiáng)的環(huán)境風(fēng)垂直切變有利于颮線(xiàn)回波的組織化和回波垂直結(jié)構(gòu)的傾斜而延長(zhǎng)生命史；徑向速度場(chǎng)的大風(fēng)速區(qū)和MARC特征是颮線(xiàn)回波共有的特征，大風(fēng)速區(qū)能直觀地判斷實(shí)況大風(fēng)的位置和強(qiáng)度；對(duì)于帶狀回波單體強(qiáng)度不高，組織性差的回波帶，移速及徑向大風(fēng)速區(qū)是需要關(guān)注的重點(diǎn)。颮線(xiàn)形態(tài)的組織化和地形有重要關(guān)聯(lián)，尤其是平原地區(qū)更有利于颮線(xiàn)的發(fā)展。

(4)陣風(fēng)鋒易出現(xiàn)在自北向南的強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)中，后部往往伴有徑向大風(fēng)區(qū)，是地面大風(fēng)的指示特征；和陣風(fēng)鋒相交的回波強(qiáng)度強(qiáng)，持續(xù)久，易產(chǎn)生冰雹；產(chǎn)生冰雹的回波不僅具有高反射率因子，速度圖通常表現(xiàn)出強(qiáng)切變輻合或中氣旋等特征。