許 可，杜小玲，周文鈺，齊大鵬，顧天虹

(貴州省氣象臺(tái)，貴州 貴陽(yáng) 550002)

0 引言

颮線是由若干排列成行的雷暴單體或雷暴群所組成的風(fēng)向、風(fēng)速發(fā)生突變的狹窄的強(qiáng)對(duì)流天氣帶。颮線過程中伴隨的雷暴大風(fēng)是指雷暴與大風(fēng)相伴的天氣現(xiàn)象，當(dāng)觀測(cè)出現(xiàn)≥17 m/s以上的大風(fēng)，即確定為雷暴大風(fēng)(颮線大風(fēng))。冰雹是由強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)引起的一種劇烈的天氣現(xiàn)象，大冰雹是指降落到地面時(shí)直徑超過20 cm的冰雹[1]。近年來，國(guó)內(nèi)外有關(guān)颮線大風(fēng)和大冰雹的預(yù)報(bào)預(yù)警方法和監(jiān)測(cè)識(shí)別技術(shù)的研究已有很多成果。周長(zhǎng)青等[2]分析發(fā)現(xiàn)風(fēng)暴天氣均出現(xiàn)在大氣層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)(T850-500≥25 ℃，T700-500≥15 ℃、上干下濕)與干線、地面輻合線重疊的區(qū)域。陳云輝等[3]研究表明風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品1 km以下大風(fēng)速區(qū)提前雷暴大風(fēng)30 min出現(xiàn)，對(duì)臨近預(yù)警有一定參考價(jià)值。康紅等[4]利用多部多普勒天氣雷達(dá)資料反演颮線風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)颮線后方入流最早出現(xiàn)在系統(tǒng)后部的層狀區(qū)中,在颮線中段的中尺度渦旋對(duì)和地面冷池的共同作用下,后方入流向前延伸并穿過對(duì)流區(qū)下沉到達(dá)地面。貴州近幾年來積極開展對(duì)大冰雹和雷暴大風(fēng)的研究，研究主要集中在產(chǎn)生這兩種強(qiáng)對(duì)流天氣的大尺度天氣背景、層結(jié)不穩(wěn)定條件、水汽條件、抬升觸發(fā)條件等，取得了一定的進(jìn)展。李力等[5]統(tǒng)計(jì)了貴州雷暴大風(fēng)時(shí)空分布特征, 建立多指標(biāo)疊套雷暴大風(fēng)落區(qū)預(yù)報(bào)方法，結(jié)果表明預(yù)報(bào)落區(qū)與雷暴大風(fēng)實(shí)際發(fā)生區(qū)域有較好的一致性,但仍然需要預(yù)報(bào)員根據(jù)環(huán)境條件做出訂正。王君軍等[6]對(duì)貴陽(yáng)一次颮線天氣過程進(jìn)行中尺度特征和雷達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)颮線回波前沿的反射率因子梯度大,強(qiáng)回波質(zhì)心高度下降、后側(cè)伴有入流急流、中層徑向輻合等特征對(duì)大風(fēng)預(yù)報(bào)具有一定的預(yù)示作用。萬(wàn)雪麗等[7]利用貴州2000—2012年春季的氣象資料,依據(jù)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的動(dòng)力條件和層結(jié)穩(wěn)定情況,將貴州春季強(qiáng)冰雹事件進(jìn)行不同類型的分類研究。但是與其它省份比較，貴州對(duì)颮線大風(fēng)和大冰雹的研究還是比較少，由于颮線大風(fēng)和大冰雹具有突發(fā)性、局地性、持續(xù)時(shí)間短、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成很大危害，目前仍然是短臨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，開展大冰雹和雷暴大風(fēng)天氣過程個(gè)例分析和預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)研究，減少大冰雹和颮線大風(fēng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成的損失具有重要意義。

2020年3月23日貴州省一次颮線大風(fēng)和冰雹天氣過程給貴州中西部和南部地區(qū)二十多個(gè)縣市造成了嚴(yán)重影響，其中直接經(jīng)濟(jì)損失在8 914萬(wàn)元以上，主要包括農(nóng)作物受災(zāi)2 376.98 hm2、絕收294.19 hm2，農(nóng)戶房屋遇襲受損1 373間，部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施以及車輛受損等。本文主要從強(qiáng)對(duì)流產(chǎn)生的環(huán)境背景場(chǎng)和雷達(dá)回波兩方面探討有利于本次大冰雹、颮線大風(fēng)過程的有利預(yù)報(bào)預(yù)警信息，以期對(duì)貴州颮線大風(fēng)和大冰雹天氣預(yù)報(bào)預(yù)警提供更多參考。

1 資料來源

本文分析資料來自于日常業(yè)務(wù)常規(guī)高空和地面探測(cè)、觀測(cè)資料，地面加密自動(dòng)站分鐘數(shù)據(jù)資料，榕江站、貴陽(yáng)站C波段多普勒天氣雷達(dá)逐6 min探測(cè)資料。

2 天氣實(shí)況

2020年3月23日13—23時(shí)(北京時(shí)，下同)貴州省中西部及南部地區(qū)出現(xiàn)了大范圍冰雹天氣，并伴有局地雷暴大風(fēng)，貴州南部地區(qū)出現(xiàn)颮線大風(fēng)天氣。本次過程有23市縣出現(xiàn)降雹，有23市縣出現(xiàn)雷暴大風(fēng)(圖1)，其中黔南州長(zhǎng)順縣鼓揚(yáng)鎮(zhèn)最大冰雹直徑35 mm，黔西南州望謨縣油邁鄉(xiāng)最大風(fēng)速30.6 m/s。

圖1 3月23日08時(shí)—24日08時(shí)冰雹(a)、極大風(fēng)(b)分布圖

3 環(huán)流形勢(shì)和環(huán)境背景場(chǎng)分析

分析3月23日08時(shí)和20時(shí) 500 hPa形勢(shì)場(chǎng)可以看出，亞洲中高緯地區(qū)是兩槽一脊，南支槽在95°E附近維持，貴州受南支槽前西南氣流影響，西南風(fēng)16 m/s，在川南有弱高空槽東移影響貴州，從渦度平流分析，貴州處于正渦度平流區(qū)，有利于抬升；從700 hPa形勢(shì)場(chǎng)分析，08時(shí)貴州受西南氣流影響，貴陽(yáng)西南風(fēng)10 m/s，到20時(shí)貴陽(yáng)西南氣流增強(qiáng)到12 m/s,水汽維持在5～6 g/kg之間；從850 hPa形勢(shì)場(chǎng)分析，08時(shí)貴州南部地區(qū)受切變影響，廣西北部偏南風(fēng)2 m/s，中南部地區(qū)水汽在9～12 g/kg之間，夜間偏南氣流增強(qiáng)到6～12 m/s，切變線北抬到貴州西北部地區(qū)，中南部地區(qū)水汽在7～13 g/kg之間，中部地區(qū)水汽有所下降，南部地區(qū)小幅增強(qiáng)，總體上貴州地區(qū)中層較干，低層水汽充沛；省的中南部地區(qū) 08時(shí)T850-500≥27 ℃，T700-500≥19 ℃，20時(shí)T850-500≥29 ℃，T700-500≥19 ℃,說明貴州中南部地區(qū)總體處于層結(jié)不穩(wěn)定狀態(tài)；從海平面氣壓場(chǎng)分析，中心位于云南西部的熱低壓發(fā)展，東北伸展影響到貴州西南部地區(qū)，增強(qiáng)貴州西南部地區(qū)的不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)，從23日02時(shí)起貴州西北部輻合線維持，午后云南東部的輻合線隨著熱低壓的發(fā)展北上進(jìn)入貴州，為強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展提供有利觸發(fā)條件(圖2)。

圖2 3月23日08時(shí)(a)和20時(shí)(b)500 hPa形勢(shì)場(chǎng)

分析3月23日08時(shí)貴陽(yáng)、廣西河池、百色的探空來看，貴州中部邊界層下層逆溫，有干暖蓋存在，省南部地區(qū)上干下濕，垂直風(fēng)切變較大，有利于風(fēng)暴的發(fā)展，可以增強(qiáng)中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)風(fēng)暴中下層氣流和低層冷空氣外流，同時(shí)風(fēng)隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)有利于強(qiáng)風(fēng)暴的產(chǎn)生，低層云南省到貴州中西部地區(qū)的暖脊為強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生提供能量條件，其中接近貴州南部的廣西百色和河池兩站的CAPE分別達(dá)到327 J·kg-1和1 038.2 J·kg-1，SI指數(shù)分別是-4.79 ℃和-3.28 ℃，百色站0～3 km和0～6 km垂直風(fēng)切變分別是8.1 m/s和20.1 m/s，河池站0～3 km和0～6 km垂直風(fēng)切變分別是7.6 m/s與16.6 m/s，與全省0 ℃和-20 ℃平均高度分別為3 900 m和6 900 m左右相比(在貴州省預(yù)報(bào)員手冊(cè)(第二版)關(guān)于冰雹的章節(jié)中總結(jié)到貴州省適宜冰雹生成的0 ℃和-20 ℃高度分別在3 800 m和7 000 m左右)，23日的0 ℃和-20 ℃高度是適合貴州省產(chǎn)生冰雹的高度。到20時(shí)分析以上3個(gè)觀測(cè)站的探空資料，發(fā)現(xiàn)貴州中部地區(qū)不穩(wěn)定能量已經(jīng)釋放，接近貴州南部的廣西百色和河池兩站的CAPE分別是1 606.2 J·kg-1和1346.8 J·kg-1，SI指數(shù)分別是-4.32 ℃和-6.02 ℃，0 ℃和-20 ℃平均高度分別為4 200 m和7 300 m左右，0～3 km垂直風(fēng)切變分別是12 m/s和11 m/s，0～3 km垂直風(fēng)切變分別是21 m/s和11 m/s，說明貴州南部地區(qū)仍然有較強(qiáng)的不穩(wěn)定能量。綜上分析可以看出，貴州中西部及南部地區(qū)適宜冰雹和雷暴大風(fēng)天氣的生成發(fā)展(圖3)。

圖3 3月23日08時(shí)和20時(shí)貴陽(yáng)(a、d)、百色(b、e)、河池(c、f)探空?qǐng)D

4 多普勒雷達(dá)特征分析

本文利用榕江、貴陽(yáng)(直線距離長(zhǎng)順縣60 km左右)兩部C波段多普勒天氣雷達(dá)資料，分析在3月23日午后到夜間出現(xiàn)在黔東南州榕江縣的颮線大風(fēng)和黔南州長(zhǎng)順縣的大冰雹，探討雷達(dá)資料在冰雹及颮線大風(fēng)識(shí)別和短臨預(yù)警中的應(yīng)用。

4.1 長(zhǎng)順縣大冰雹雷達(dá)特征分析

從3月23日13時(shí)開始，逐漸有雷暴單體在貴州西部和西北部地區(qū)發(fā)展，回波形態(tài)主要呈分散塊狀回波，中心最大強(qiáng)度45 dBz，回波最大頂高5 km，有雷雨天氣出現(xiàn)(圖略)；到16時(shí)，隨著對(duì)流系統(tǒng)沿東西向地面輻合線發(fā)展以及多個(gè)雷暴單體的合并發(fā)展,對(duì)流系統(tǒng)逐漸加強(qiáng),此時(shí)在畢節(jié)市、安順市、六盤水市、黔西南州等地的回波形態(tài)主要呈緊密塊狀、團(tuán)狀回波，中心最大強(qiáng)度60 dBz，回波最大頂高在12 km，由于西南風(fēng)強(qiáng)盛,可以看到云飐在雷達(dá)回波拼圖上表現(xiàn)明顯的向東北伸展,強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)經(jīng)過的金沙、盤州、關(guān)嶺、安龍等市縣相繼出現(xiàn)冰雹天氣；17時(shí)30分強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)不斷發(fā)展東移，主要在畢節(jié)市北部及安順市、黔西南州西部，北部回波呈緊密塊狀，南部為多單體回波相連呈線狀及團(tuán)狀，最強(qiáng)回波位于大方東北部強(qiáng)度達(dá)60 dBz，回波最大頂高12 km(圖4)。分析強(qiáng)風(fēng)暴單體在長(zhǎng)順縣鼓揚(yáng)鎮(zhèn)3次降雹時(shí)間段的雷達(dá)回波，17時(shí)24分—27分長(zhǎng)順縣鼓揚(yáng)鎮(zhèn)第1次降雹，17時(shí)23分(圖5a)在貴陽(yáng)雷達(dá)基本反射率圖0.5°仰角上，可以觀測(cè)到1個(gè)強(qiáng)風(fēng)暴單體在長(zhǎng)順縣鼓揚(yáng)鎮(zhèn)和代化鎮(zhèn)之間發(fā)展，回波剖面形態(tài)呈強(qiáng)對(duì)流單體形態(tài)，略微向東傾斜，中心最大強(qiáng)度50 dBz，40 dBz強(qiáng)度回波伸展到7 km高度，VIL≥20 kg/m2，ET≥9 km；17時(shí)34分—35分長(zhǎng)順縣鼓揚(yáng)鎮(zhèn)第2次降雹，17時(shí)34分(圖5b)從回波剖面明顯看到50 dBz以上回波風(fēng)暴核心區(qū)向上伸展到9 km高度，東西向水平伸展增大，高懸的風(fēng)暴核心區(qū)更加向東傾斜，已經(jīng)形成回波懸垂且核心出現(xiàn)60 dBz以上的強(qiáng)回波反射率因子，VIL≥40 kg/m2，ET≥10 km；17時(shí)39分(圖5c)，從回波剖面看到高懸的風(fēng)暴核心區(qū)向西傾斜維持且東西向水平伸展繼續(xù)增大，回波懸垂核心60 dBz以上的強(qiáng)回波水平和垂直方向增大明顯，VIL≥60 kg/m2，ET≥15 km；17時(shí)45分(圖5d)，從回波剖面看到形態(tài)上出現(xiàn)典型 “象鼻型”特征，50 dBz以上回波風(fēng)暴核心區(qū)伸展超過9 km以上，60 dBz以上的強(qiáng)回波高懸在5～7 km之間，有界弱回波區(qū)正對(duì)懸垂下方，VIL≥70 kg/m2，ET≥15 km；17時(shí)53分—55分長(zhǎng)順縣鼓揚(yáng)鎮(zhèn)第3次降雹，17時(shí)56分(圖5e)，強(qiáng)回波呈緊密塊狀，回波西南方向強(qiáng)度梯度大，中心最大強(qiáng)度60 dBz，從回波剖面看到50 dBz以上回波風(fēng)暴核心區(qū)下降到8 km左右且范圍收縮明顯，60 dBz以上的強(qiáng)回波高度下降到4 km以下到接地，懸垂結(jié)構(gòu)不再明顯，有界弱回波區(qū)消失，VIL≥40 kg/m2，ET下降到12 km，該強(qiáng)風(fēng)暴單體進(jìn)入消亡階段。

圖4 3月23日16時(shí)(a)、17時(shí)30分(b)組合反射率產(chǎn)品雷達(dá)拼圖及最強(qiáng)回波剖面

圖5 3月23日17時(shí)23分—56分雷達(dá)反射率因子和垂直剖面、垂直積分液態(tài)水含量、回波頂高

4.2 榕江縣颮線大風(fēng)雷達(dá)特征分析

本次颮線大風(fēng)過程在貴州西南部地區(qū)生成并逐漸東移到貴州東南部地區(qū)減弱消亡，主要影響貴州南部地區(qū)，最大瞬時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)在黔西南州望謨縣油邁鄉(xiāng)，達(dá)到30.6 m/s，次最大瞬時(shí)風(fēng)速出現(xiàn)在榕江縣計(jì)劃鄉(xiāng)27.3 m/s，但是能探測(cè)到望謨縣的雷達(dá)由于地形遮擋等不利因素的影響導(dǎo)致回波在大風(fēng)發(fā)生地明顯衰減，因此本文僅分析榕江縣出現(xiàn)的颮線大風(fēng)。

從榕江雷達(dá)基本反射率產(chǎn)品上看(圖略)，21時(shí)17分貴州省三都縣西面出現(xiàn)一條南北向的線狀回波，隨后線狀回波逐漸演變成南北向的弓狀回波，其東移過程中形狀、強(qiáng)度少變，移速約40 km/h，造成黔南州南部和黔東南州南部多站10級(jí)以上雷暴大風(fēng)。強(qiáng)回波主體在東移過程中逐漸合并演變?yōu)槟媳毕蚓€狀回波，并在21時(shí)49分逐漸演變?cè)鰪?qiáng)為南北向的颮線，颮線弓形特征明顯，其尺度增大，強(qiáng)回波面積增大，強(qiáng)度維持在50 dBz以上，強(qiáng)中心超過60 dBz，并向東移動(dòng)，颮線所經(jīng)之地出現(xiàn)8～10級(jí)雷暴大風(fēng)。本文重點(diǎn)分析颮線通過榕江縣計(jì)劃鄉(xiāng)觀測(cè)站前后的回波特征，23日22時(shí)，分別在基本反射率產(chǎn)品0.5°、1.5°、2.4°仰角上可以看到一條明顯的弓形帶狀回波形成；22時(shí)05分，颮線即將通過榕江縣計(jì)劃觀測(cè)站，分別從0.5°仰角的基本反射率產(chǎn)品和徑向速度產(chǎn)品可以看到后側(cè)入流缺口區(qū)(RIN)且徑向速度在20 m/s以上(圖略)；22時(shí)11分，颮線到達(dá)計(jì)劃觀測(cè)站(圖中紅點(diǎn)處)，分別從0.5°仰角的基本反射率產(chǎn)品和徑向速度產(chǎn)品可以看到弓形回波前端反射率梯度最大部位剛剛抵達(dá)計(jì)劃觀測(cè)站點(diǎn)，徑向速度圖上速度零線穿過計(jì)劃觀測(cè)站，從基本反射率產(chǎn)品1.5°、2.4°仰角上可以看到颮線弓形形態(tài)完整(圖6)；22時(shí)16分，從0.5°仰角的基本反射率產(chǎn)品看到颮線已經(jīng)通過計(jì)劃觀測(cè)站，觀測(cè)站位于后側(cè)入流區(qū)頂端區(qū)域。分析22時(shí)—22時(shí)22分時(shí)段的徑向速度產(chǎn)品過計(jì)劃站的剖面圖，可以看到該颮線中層徑向輻合后側(cè)大風(fēng)區(qū)下傳和大風(fēng)接地的過程，以及速度零線通過觀測(cè)站后，后側(cè)大風(fēng)加速的過程(圖7)。通過分析榕江雷達(dá)21時(shí)06分—23時(shí)風(fēng)廓線產(chǎn)品可以看到，在22時(shí)前平均高度在4.5 km，風(fēng)速≥20 m/s的大風(fēng)區(qū)在22時(shí)27分下降至3 km左右，是空氣動(dòng)量下傳的表現(xiàn)(圖8)。

圖6 3月23日22時(shí)11分0.5°(a)、1.5°(b)、2.4°(c)仰角基本反射率和0.5°仰角徑向速度(d)

圖7 3月23日22時(shí)(a)、22時(shí)11分(b)、22時(shí)16分(c)、22時(shí)22分(d)過計(jì)劃站徑向速度剖面圖

圖8 3月23日榕江雷達(dá)21時(shí)06分—23時(shí)風(fēng)廓線產(chǎn)品

5 結(jié)論和討論

綜上所述，2020年3月23日傍晚到夜間的強(qiáng)對(duì)流天氣，500 hPa高空有南支槽，貴州處于南支槽前西南氣流影響；700 hPa中層有干舌，低層有濕區(qū)，上干下濕結(jié)構(gòu)；中低空有切變線；地面有熱低壓發(fā)展影響，風(fēng)雹天氣均出現(xiàn)在大氣層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)域與地面輻合線重疊區(qū)域，水汽條件、動(dòng)力條件和熱力條件均較好，為本次風(fēng)雹天氣的發(fā)生提供了有利的環(huán)境條件。

在強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的潛勢(shì)已具備的條件下，進(jìn)行短臨預(yù)警時(shí)，對(duì)颮線大風(fēng)天氣，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注低仰角速度大值區(qū)、中層徑向輻合和弓形帶狀回波生成后移動(dòng)發(fā)展對(duì)下游地區(qū)的影響；對(duì)大冰雹天氣，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注大于50 dBz強(qiáng)回波垂直擴(kuò)展的高度、VIL和ET高值區(qū)的維持等。因此綜合利用多種雷達(dá)產(chǎn)品資料能夠較好地了解對(duì)流風(fēng)暴的生成發(fā)展、強(qiáng)度、移動(dòng)路徑以及三維空間結(jié)構(gòu)特征，對(duì)提高產(chǎn)生大冰雹和颮線大風(fēng)的強(qiáng)對(duì)流天氣的識(shí)別和預(yù)警水平具有十分重要的作用。