萬夫敬 孫繼松 孫 敏 梅嬋娟 楊 凡

1. 中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100081

2. 山東青島市氣象局，青島，266003

3. 南京氣象科技創(chuàng)新研究院，南京，210009

4. 上海中心氣象臺(tái)，上海，200030

5. 山東威海市氣象局，威海，264200

1 引 言

颮線是一種帶（線）狀的中尺度深厚對(duì)流系統(tǒng)，水平尺度通常為幾百千米，典型生命期6—12 h，常帶來災(zāi)害性的雷雨大風(fēng)或局地強(qiáng)降水，有時(shí)伴有冰雹和龍卷，是一種發(fā)展快、破壞力強(qiáng)的β中尺度天氣系統(tǒng)。颮線的觸發(fā)和組織化過程常與地面風(fēng)場(chǎng)輻合線、鋒面、中空急流等中尺度擾動(dòng)及地形等因素關(guān)系密切（Meng，et al，2012，2013；Chen M X，2012；French，et al，2014；潘玉潔等，2012；Wu，et al，2016；Chen X C，2016；Zhou，et al，2020；雷蕾等，2021）。許多研究發(fā)現(xiàn)，邊界層內(nèi)的中尺度輻合線對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的形成演變具有重要作用，對(duì)弱窄帶回波、出流邊界或陣風(fēng)鋒的分析有利于及早做出強(qiáng)對(duì)流天氣的臨近預(yù)報(bào)（孫繼松等，2012；孫敏等，2015；高曉梅等，2018；何娜等，2020）。刁秀廣等（2009）和刁秀廣（2018）研究認(rèn)為，出流邊界的疊加或者出流邊界與環(huán)境輻合帶的疊加可促使邊界層輻合上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，在不穩(wěn)定大氣狀態(tài)下可能激發(fā)強(qiáng)風(fēng)暴的形成并維持其發(fā)展，產(chǎn)生較為劇烈的強(qiáng)天氣。強(qiáng)風(fēng)是颮線系統(tǒng)最重要的災(zāi)害天氣之一。對(duì)流下沉氣流到達(dá)地面后產(chǎn)生的輻散大風(fēng)，按照影響系統(tǒng)和尺度大小可以分為：與孤立雷暴對(duì)應(yīng)的微下?lián)舯┝?、與對(duì)流冷池對(duì)應(yīng)的出流陣風(fēng)（陣風(fēng)鋒）、高度組織化的颮線系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的直線型輻散大風(fēng)等，這類地面大風(fēng)的風(fēng)向一般是遠(yuǎn)離對(duì)流系統(tǒng)的，也被稱為出流大風(fēng)（孫繼松等，2014）。王秀明等（2012）、梁建宇等（2012）、陳明軒等（2012）對(duì)華北、黃淮地區(qū)強(qiáng)颮線大風(fēng)個(gè)例分析后認(rèn)為，颮線經(jīng)過時(shí)氣壓涌升所形成的雷暴高壓、強(qiáng)氣壓梯度以及颮線的快速移動(dòng)均有利于地面大風(fēng)的出現(xiàn)。劉香娥等（2012）研究認(rèn)為，降水粒子的蒸發(fā)和融化冷卻過程對(duì)產(chǎn)生地面強(qiáng)風(fēng)具有重要影響。地面對(duì)流大風(fēng)的產(chǎn)生和強(qiáng)度與負(fù)浮力直接相關(guān)，同時(shí)受熱力強(qiáng)迫和動(dòng)力強(qiáng)迫影響。熱力強(qiáng)迫主要來自于潛熱冷卻（Wakimoto，et al，1988；Proctor，1989；Fu，et al，2007）和水成物負(fù)荷（Markowski，et al，2010；Mahale，et al，2016）。一般認(rèn)為，水成物負(fù)荷在下沉氣流產(chǎn)生前期極為重要，之后其他作用才起作用（Fu，et al，2007；Markowski，et al，2010；Mahale，et al，2016）。動(dòng)力強(qiáng)迫主要指氣壓擾動(dòng)，非線性動(dòng)力氣壓擾動(dòng)隨高度增加，將產(chǎn)生負(fù)浮力，通常在強(qiáng)風(fēng)垂直切變環(huán)境中較為顯著，一般認(rèn)為，動(dòng)力強(qiáng)迫通常弱于熱力強(qiáng)迫。

颮線系統(tǒng)的形態(tài)演變與颮線系統(tǒng)中某些特定位置上的極端對(duì)流災(zāi)害天氣存在密切關(guān)系，F(xiàn)ujita（1979）給出了颮線系統(tǒng)生命史過程中的形態(tài)演變特征及其與下?lián)舯┝鞯膶?duì)應(yīng)關(guān)系，在弓形回波頂端的下?lián)舯┝魇菫?zāi)害大風(fēng)發(fā)生的主要位置（Fujita，et al，1977），孫繼松等（2013）認(rèn)為，直線型對(duì)流系統(tǒng)與其移動(dòng)前方近地面層的水汽輻合區(qū)相遇可能是弓狀回波快速形成的重要機(jī)制。山東地區(qū)三面環(huán)海，受海陸非絕熱加熱差異的影響，夏、秋季的午后，常有海風(fēng)向內(nèi)陸推進(jìn)。海上的冷濕氣團(tuán)與內(nèi)陸的暖干氣團(tuán)之間形成類似鋒面性質(zhì)的氣團(tuán)交界面，被稱為海風(fēng)鋒（Jeffreys，1922）。海風(fēng)鋒對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣有觸發(fā)作用，王彥等（2014）針對(duì)渤海灣西部天津等地的邊界層輻合線對(duì)強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)形成和發(fā)展的影響進(jìn)行了研究，認(rèn)為渤海灣海風(fēng)鋒、對(duì)流陣風(fēng)鋒和局地地形引起的輻合線與強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切。這些邊界層輻合線的演變和碰撞，一般在交叉處更容易造成強(qiáng)對(duì)流天氣（俞小鼎等，2006；漆梁波等，2006；車軍輝等，2017；侯淑梅等，2018）。另外，海風(fēng)水汽輸送作用有利于對(duì)流系統(tǒng)在海風(fēng)鋒后側(cè)進(jìn)一步發(fā)展（梁釗明等，2013，2014）。山東半島同時(shí)受到渤海灣南部和黃海西部的海陸風(fēng)環(huán)流影響，目前，專門針對(duì)山東半島受海風(fēng)鋒影響的颮線過程研究相對(duì)較少。2016年6月30日中午開始，初始對(duì)流系統(tǒng)在河北中南部地區(qū)生成，之后向東偏南方向移動(dòng)并發(fā)展成颮線回波帶，強(qiáng)回波前沿于當(dāng)日12時(shí)（北京時(shí)，下同）前后開始影響山東省，直到20時(shí)全部移出陸地區(qū)，歷時(shí)超過8 h，造成了山東地區(qū)大范圍雷暴大風(fēng)天氣，其中廣饒大碼頭站出現(xiàn)12級(jí)極端大風(fēng)。值得關(guān)注的是，颮線移動(dòng)過程中，對(duì)流風(fēng)暴經(jīng)歷了組織化、分裂、再次組織化的過程，山東半島獨(dú)特的海風(fēng)鋒環(huán)流是否對(duì)這一過程產(chǎn)生了影響？另外，這次過程中極端大風(fēng)和冰雹發(fā)生在颮線系統(tǒng)再組織化的初期，它是否也與海風(fēng)鋒的影響有關(guān)？這是本研究關(guān)注的核心問題。

2 天氣概述

2016年6月30日中午到夜間，河北東南部至山東東部發(fā)生了大范圍強(qiáng)對(duì)流天氣。源于河北東南部、近似于東西向分布的線狀對(duì)流系統(tǒng)自西北向東南方向移動(dòng)的過程中，經(jīng)歷了線狀對(duì)流風(fēng)暴分裂、斷裂處多單體新生，然后主體回波與新生雷暴單體合并后重新組織化，最終形成長度更長、最大回波強(qiáng)度更大、東北—西南走向的長生命期弓形回波颮線（圖1）。受其影響，12時(shí)至20 時(shí)，山東中東部局地出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降水（最大雨強(qiáng) 57.1 mm/h，17—18 時(shí)，諸城百尺河站）、冰雹（慶云、沾化、壽光、安丘等地，其中最大冰雹直徑為4 cm，出現(xiàn)在濰坊壽光，15時(shí)前后）和大范圍8級(jí)以上的雷暴大風(fēng)天氣，其中國家級(jí)站點(diǎn)最大陣風(fēng)超過10級(jí)的有21站次，廣饒大碼頭站記錄到的最大陣風(fēng)風(fēng)力為12級(jí)（33.2 m/s，14時(shí)56分）。從圖1可以看到，冰雹和極端大風(fēng)發(fā)生在對(duì)流系統(tǒng)第2次組織形成弓形颮線系統(tǒng)階段，位置位于颮線向前（移動(dòng)方向）突出的弓部。

圖1 2016年6月30日12—20時(shí)颮線系統(tǒng)逐時(shí)演變過程 （色階：45 dBz以上雷達(dá)組合反射率拼圖，相同虛線顏色代表同一時(shí)次；風(fēng)向桿：10級(jí)及以上陣風(fēng)；綠色圓點(diǎn)：30 mm/h以上降水；▲：最大冰雹出現(xiàn)位置）Fig.1 Hourly evolution of the squall line from 12:00 to 20:00 BT 30 June 2016 （color shaded：composite reflectivity above 45 dBz and the dashed lines in same color correspond to same time，wind barbs：gusts greater than Grade 10，green dots：hourly precipitation above 30 mm/h，▲：location of the largest hail）

3 颮線產(chǎn)生的環(huán)流背景與大氣層結(jié)條件

6月30日08時(shí)，中高緯度地區(qū)存在深厚的東北冷渦系統(tǒng)。500 hPa冷中心強(qiáng)度為-18℃，冷渦后部的內(nèi)蒙古中部有一短橫槽，引導(dǎo)中層干冷空氣南下，華北地區(qū)位于冷溫度槽中，40°N附近存在一支風(fēng)速超過20 m/s的西北風(fēng)急流，山東位于這支急流的南側(cè)。850 hPa上，東北至華北北部存在切變線，與之對(duì)應(yīng)，從內(nèi)蒙古東部—遼寧交界處至河北中部，地面存在一條明顯的風(fēng)場(chǎng)輻合線，輻合線兩側(cè)存在顯著的溫度露點(diǎn)差異，在平原地區(qū)輻合線兩側(cè)的露點(diǎn)差達(dá)到5℃左右（圖2c），具有典型的地面鋒面特征。從層結(jié)特征來看，08時(shí)山東地區(qū)850 hPa與500 hPa的溫度差達(dá)到了33—35℃，高空干冷平流與低層暖濕平流相疊置有利于層結(jié)不穩(wěn)定發(fā)展；青島08時(shí)探空顯示，層結(jié)曲線存在上干下濕的結(jié)構(gòu)，700 hPa以下風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，結(jié)合圖2b也可以看到，對(duì)流層中低層存在明顯暖平流，而對(duì)流層中上層干層深厚，500 hPa附近及上層溫度露點(diǎn)差大于20℃，對(duì)應(yīng)的對(duì)流有效位能（CAPE）為1370 J/kg。0℃層和-20℃層的高度分別在600和400 hPa上下，0—3 km存在較強(qiáng)的風(fēng)垂直切變，700—1000 hPa的風(fēng)速差達(dá)到16 m/s。上述分析表明，大氣環(huán)境條件有利于風(fēng)雹天氣的產(chǎn)生。

圖2 2016年6月30日08時(shí) （a） 500 hPa、（b） 850 hPa、（c） 地面的天氣形勢(shì)和 （d） 青島探空（深棕色線：槽線，藍(lán)色斷線：鋒面，綠色數(shù)字：露點(diǎn)溫度）Fig.2 Synoptic weather charts at （a） 500 hPa，（b） 850 hPa and （c） surface， and （d） skew T-lgP sounding diagram for Qingdao station （dark brown solid line：trough line，blue broken line：front，green numbers：dew temperature）

4 颮線觸發(fā)、組織化及維持機(jī)制分析

在上述環(huán)流背景下發(fā)展起來的颮線系統(tǒng)，經(jīng)歷了兩次組織化過程，成熟期的颮線系統(tǒng)具有典型的弓狀結(jié)構(gòu)，且長時(shí)間維持。地面極端大風(fēng)（33.2 m/s）、冰雹是由弓狀回波頂端的最強(qiáng)對(duì)流單體造成的。以下圍繞山東半島復(fù)雜的海風(fēng)鋒特點(diǎn)在颮線系統(tǒng)的斷裂、再組織以及在極端大風(fēng)、冰雹形成過程中的作用進(jìn)行分析。

4.1 上游線狀對(duì)流的觸發(fā)與組織化

09時(shí)前后，河北定縣附近首先開始出現(xiàn)40 dBz的零星對(duì)流回波，并向東南方向移動(dòng)。隨后，其東側(cè)開始出現(xiàn)具有線性組織化特征的弱對(duì)流，該對(duì)流系統(tǒng)與地面輻合線具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖3a中的白色斷線），這條地面輻合線是圖2c所示的、向東南方向移動(dòng)的鋒面系統(tǒng)的一部分。10時(shí)前后，在河北東部平原地區(qū)形成了一條強(qiáng)度小于35 dBz 的弱回波帶，并向南移動(dòng)（圖3a、b）。10時(shí)30分，在對(duì)流系統(tǒng)移動(dòng)方向前側(cè)，地面氣溫升高至28—30℃，在環(huán)境偏南暖濕平流作用下，露點(diǎn)溫度升高至23—24℃（圖略），熱力和濕度條件均有所改善，帶狀回波上的對(duì)流單體強(qiáng)度有所加強(qiáng)；在向東南方向移動(dòng)的西側(cè)對(duì)流系統(tǒng)與向南移動(dòng)的東側(cè)線狀對(duì)流系統(tǒng)形成 “人字形”對(duì)流系統(tǒng)過程中，在其南側(cè)的低空西南氣流中出現(xiàn)了多條與風(fēng)向平行的水平對(duì)流卷（圖3b紅色點(diǎn)線圈）。水平對(duì)流卷北端與弱回波帶相交處對(duì)流活動(dòng)明顯增強(qiáng)（圖3c）。在高空西北氣流引導(dǎo)下，西側(cè)不斷發(fā)展、合并的對(duì)流系統(tǒng)的移動(dòng)速度明顯快于其東側(cè)的線性對(duì)流（圖3c、d），最終（12時(shí)前后，圖3e）兩條回波帶趨于合并，強(qiáng)度顯著加強(qiáng)，發(fā)展成為準(zhǔn)東西向的線狀對(duì)流系統(tǒng)，且呈高度組織化。對(duì)流系統(tǒng)的水平空間尺度達(dá)到200 km，長寬比大于5∶1，最大反射率因子超過60 dBz，滿足了颮線的尺度標(biāo)準(zhǔn)（Meng，et al，2013）。以上分析表明，前期形成于河北東南部的準(zhǔn)東西走向的颮線，其初始弱對(duì)流與冷渦影響下的地面冷鋒系統(tǒng)有關(guān)，在對(duì)流系統(tǒng)向地面暖濕區(qū)推進(jìn)過程中，與水平對(duì)流卷相交時(shí)，對(duì)流快速發(fā)展，隨后對(duì)流系統(tǒng)組織發(fā)展為東西走向的直線型颮線。

4.2 颮線系統(tǒng)的斷裂

山東半島三面環(huán)海，海陸熱力差異作用常常會(huì)造成大氣邊界層形成多條輻合線（即海風(fēng)鋒）并向內(nèi)陸推進(jìn)。此處首先分析渤海灣南部海風(fēng)鋒輻合線在本次颮線演變過程中的作用。

12時(shí)20分前后，形成于河北東南部的颮線開始靠近山東，最強(qiáng)反射率因子60 dBz，反射率因子大梯度區(qū)位于颮線前沿（圖3e）。受颮線影響，12時(shí)30分地面自動(dòng)氣象站觀測(cè)到颮線過境時(shí)的典型氣象要素演變特征：魯西北地區(qū)的慶云、樂陵、陽信等地出現(xiàn)了5站次8級(jí)陣風(fēng)，地面上出現(xiàn)對(duì)流冷池，冷中心氣溫為 22℃，比系統(tǒng)移動(dòng)前側(cè)的站點(diǎn)氣溫低8—10℃（圖略）。颮線在13時(shí)30分前后移動(dòng)至山東濱州北部時(shí)開始斷裂，14時(shí)50分前后系統(tǒng)主體即將移出濱州時(shí)，位于淄博（桓臺(tái)）和東營（廣饒）之間的對(duì)流系統(tǒng)斷裂處開始出現(xiàn)多單體風(fēng)暴，隨后對(duì)流系統(tǒng)再次組織化，形成了水平尺度更大、具有典型弓狀回波的颮線系統(tǒng)（圖1、圖4）。由于系統(tǒng)移動(dòng)路徑上均為平原，颮線系統(tǒng)的斷裂和再組織化過程顯然與地形無關(guān)。是什么機(jī)制導(dǎo)致了颮線系統(tǒng)的斷裂和再組織化過程的呢？

從濱州雷達(dá)0.5°仰角反射率因子可以看到，13時(shí)12分開始，在颮線系統(tǒng)前部，存在多條不同性質(zhì)的弱反射率窄帶回波（圖4a、b）：遠(yuǎn)離對(duì)流系統(tǒng)、與環(huán)境西南氣流平行的水平對(duì)流卷；與颮線平行的陣風(fēng)鋒回波；近似垂直于颮線系統(tǒng)、幾乎平行的兩條窄帶弱回波，結(jié)合地面流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布（圖5a）可知，它們是兩條海風(fēng)鋒輻合線。兩條海風(fēng)鋒輻合線的形成與黃河入海口形成的三角洲地形有關(guān)：外側(cè)海風(fēng)鋒（海風(fēng)鋒Ⅱ）的初始階段與三角洲北側(cè)的海陸溫差有關(guān)，在對(duì)流影響三角洲之前，三角洲北部沿海地區(qū)氣溫在25℃左右，而內(nèi)陸地區(qū)在31℃以上（圖略）。隨著系統(tǒng)東段（位于三角洲北岸）對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)展，冷池效應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化了熱力差異，因此即便是在源于萊州灣的海風(fēng)鋒Ⅰ的北段已經(jīng)過該區(qū)域（海風(fēng)已經(jīng)造成陸面氣溫有所下降），依然可以在低仰角雷達(dá)上看到這條海風(fēng)鋒Ⅱ，但是強(qiáng)度明顯弱于海風(fēng)鋒Ⅰ，其移動(dòng)方向是自北向南推進(jìn)，且海風(fēng)鋒Ⅱ西北段（靠近颮線）移速明顯快于東南段；而內(nèi)側(cè)的海風(fēng)鋒（海風(fēng)鋒Ⅰ）與三角洲南側(cè)的萊州灣海陸溫差有關(guān)，移動(dòng)方向大體上自西向東推進(jìn)。以渤海南部海風(fēng)影響站點(diǎn)墾利站為代表（圖4中用☆標(biāo)注）：該站點(diǎn)受強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)影響時(shí)段在14時(shí)前后，11時(shí)前后，該站點(diǎn)受到海風(fēng)鋒Ⅰ過境的影響，地面氣溫開始下降，露點(diǎn)溫度升高，風(fēng)向逐漸穩(wěn)定為偏東，風(fēng)速由2 m/s增強(qiáng)為4 m/s（圖4f），13時(shí)前后，海風(fēng)鋒Ⅱ過境該站（圖4a），氣溫下降更快，露點(diǎn)溫度由升轉(zhuǎn)降。13時(shí)24分多條輻合線（即海風(fēng)鋒Ⅰ、海風(fēng)鋒Ⅱ和陣風(fēng)鋒）相交于濱縣北側(cè)（圖略），其交匯處迅速觸發(fā)了新的對(duì)流單體（圖4a、b中黃色橢圓處），并與原颮線東段合并，造成對(duì)流系統(tǒng)東段逐漸演變?yōu)闁|北—西南走向的帶狀回波（圖4c—e），原來近似于東西向的颮線系統(tǒng)逐漸斷裂。與此同時(shí)，原颮線系統(tǒng)西段陣風(fēng)鋒處開始出現(xiàn)新生對(duì)流系統(tǒng)（圖4a、b中白色橢圓位置），與之分離的西段原風(fēng)暴系統(tǒng)趨于減弱，這可能與新生風(fēng)暴對(duì)后側(cè)風(fēng)暴系統(tǒng)的暖濕入流阻滯有關(guān)。在海風(fēng)濕平流作用下的黃河三角洲地區(qū)低層水汽條件明顯優(yōu)于內(nèi)陸地區(qū)，因而東段對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展程度更為旺盛，組織化程度更高。

分裂后的對(duì)流系統(tǒng)兩段誘發(fā)的新生對(duì)流沿著不同發(fā)展路徑演繹：強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴系統(tǒng)的陣風(fēng)鋒的兩端都觸發(fā)了新生雷暴，其中西段風(fēng)暴末端誘發(fā)的新生對(duì)流（圖4c、d中黑色圓圈、圖5b風(fēng)暴S）不斷發(fā)展，其后側(cè)的“老”對(duì)流系統(tǒng)減弱，造成已經(jīng)斷裂的西段對(duì)流系統(tǒng)（W）出現(xiàn)“蛙跳式”傳播，而東段對(duì)流系統(tǒng)（E）前側(cè)誘發(fā)的新生對(duì)流系統(tǒng)（圖4d、e白色圓圈）不斷與原系統(tǒng)合并，造成靠近斷裂處一端的對(duì)流系統(tǒng)移動(dòng)更快?？梢詮?4時(shí)10—30分的地面觀測(cè)（圖5）看到這種不同演變的可能原因：東段風(fēng)暴（E）移動(dòng)方向前側(cè)的新生對(duì)流系統(tǒng)與多支氣流形成的強(qiáng)輻合作用有關(guān)，即環(huán)境西南風(fēng)與東南風(fēng)輻合線、冷池出流風(fēng)與環(huán)境西南風(fēng)的輻合線、海風(fēng)鋒輻合線，三股氣流匯合處在14時(shí)10分形成了一個(gè)小尺度的氣旋環(huán)流中心。從雙雷達(dá)反演的風(fēng)場(chǎng)可以看到，該輻合區(qū)6 km上空存在很強(qiáng)的輻散氣流，這表明對(duì)流層中低層存在很強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)，與之對(duì)應(yīng)14時(shí)30分該位置的對(duì)流風(fēng)暴強(qiáng)度迅速發(fā)展到超過40 dBz；而西段的新生對(duì)流（圖5b風(fēng)暴S）距離母體風(fēng)暴更遠(yuǎn)，其觸發(fā)機(jī)制可能與冷池出流風(fēng)與環(huán)境西南氣流輻合最強(qiáng)處的抬升作用有關(guān)。

圖4 2016年6月30日濱州雷達(dá)0.62°仰角不同時(shí)刻 （a. 13時(shí)18分，b. 13時(shí)36分，c. 14時(shí)23分，d. 14時(shí)29分，e. 14時(shí)46分）的反射率因子與 （f） 墾利站 （☆位置） 氣象要素演變Fig.4 Radar reflectivity at 0. 62° elevation in Binzhou at （a） 13:18，（b） 13:36，（c） 14:23，（d） 14:29，and （e） 14:46 BT，and （f） evolution of weather elements at Kenli station （☆：the location of Kenli） on 30 June 2016

圖5 2016年6月30日 （a） 14時(shí)10分和 （b） 14時(shí)30分的自動(dòng)氣象站流場(chǎng)、溫度 （冷色陰影區(qū)） 疊加40 dBz以上雷達(dá)組合反射率 （暖色陰影區(qū)）（G：雷暴高壓，紅色斷線：輻合線，綠色斷線：海風(fēng)鋒輻合線；藍(lán)色箭頭：氣流方向，W：西段風(fēng)暴，E：東段風(fēng)暴，S：新生風(fēng)暴，▲：雷達(dá)站）Fig.5 Distributions of surface temperature （cool color shaded），streamlines with composite reflectivity above 45 dBz（warm color shaded） at 14:10 （a） and 14:30 （b） BT 30 June 2016 （G：thunderstorm high，red broken line：convergence line，green broken line：sea breeze front convergence line，blue arrow：direction of airflow，W：the western storm，E：the eastern storm，S：newborn storm，▲：radar station）

上述分析表明，颮線系統(tǒng)的斷裂過程與黃河三角洲在午后形成的兩條不同移動(dòng)方向的海風(fēng)鋒和颮線系統(tǒng)的出流陣風(fēng)鋒相互作用有關(guān)：即兩條海風(fēng)鋒的北端與陣風(fēng)鋒在颮線系統(tǒng)中段前部相交處，形成強(qiáng)烈的抬升機(jī)制，誘發(fā)新生對(duì)流單體并迅速發(fā)展，并與原對(duì)流系統(tǒng)合并，造成該處的對(duì)流系統(tǒng)更快地向前傳播，而西段對(duì)流系統(tǒng)的陣風(fēng)鋒觸發(fā)的新生對(duì)流幾乎獨(dú)立母體對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展，這一過程造成后側(cè)母體風(fēng)暴低層入流逐漸被切斷而減弱，于是出現(xiàn)了颮線系統(tǒng)的斷裂現(xiàn)象。風(fēng)暴系統(tǒng)斷裂后，在海風(fēng)濕平流作用下的黃河三角洲地區(qū)低層水汽條件明顯優(yōu)于內(nèi)陸地區(qū)，因而東段對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展程度更為旺盛，組織化程度更高。那么，分裂成東西兩段且對(duì)流發(fā)展組織化程度具有明顯差異的對(duì)流系統(tǒng)是如何再次組織化，并形成更大水平尺度的颮線系統(tǒng)的呢？

4.3 颮線系統(tǒng)的再組織化過程

從雷達(dá)觀測(cè)的系統(tǒng)演變來看，颮線系統(tǒng)的再組織化過程發(fā)生在14時(shí)30分—15時(shí)，這一過程并不是斷裂后的原來兩個(gè)對(duì)流系統(tǒng)再次直接“連接”形成的，而是在東段對(duì)流系統(tǒng)（E）的西南側(cè)多個(gè)新生單體發(fā)展合并形成。分裂后的兩個(gè)對(duì)流系統(tǒng)（即圖5中的E和W）各自演變過程中，西段對(duì)流系統(tǒng)前側(cè)陣風(fēng)鋒處在14時(shí)20分前后（圖4c）觸發(fā)的新生風(fēng)暴S發(fā)展迅速，并向東偏北方向傳播。14時(shí)23分風(fēng)暴S范圍為30 km×20 km，中心最大強(qiáng)度為57 dBz，與風(fēng)暴E南端相距40 km，與風(fēng)暴W的東南側(cè)相距最近約10 km；14時(shí)23—46分，風(fēng)暴S的西南側(cè)邊界的位置幾乎沒有變化（圖4c、d、e），其東北端不斷向?qū)α飨到y(tǒng)E的末端發(fā)展，而原颮線系統(tǒng)斷裂形成的對(duì)流系統(tǒng)W則逐漸減弱消失。與此同時(shí)，對(duì)流風(fēng)暴E和S之間不斷有多單體新生風(fēng)暴（圖4e紅色橢圓區(qū)），多單體新生風(fēng)暴于14時(shí)58分組織為一個(gè)42 km×30 km對(duì)流系統(tǒng)，兩端分別與對(duì)流系統(tǒng)E和S相接，完成颮線的再組織化過程。15時(shí)03分，颮線系統(tǒng)的強(qiáng)回波（大于40 dBz）長寬比大于5∶1，鑲嵌著多個(gè)強(qiáng)單體風(fēng)暴，長度約200 km，強(qiáng)反射率因子超過65 dBz，結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為顯著的線狀排列強(qiáng)回波區(qū)、前沿陣風(fēng)鋒及后部層云區(qū)，風(fēng)暴高度超過12 km，其中，在新生風(fēng)暴（原斷裂處）與對(duì)流系統(tǒng)E結(jié)合部，即颮線系統(tǒng)中部形成向前突出的弓部（圖7b）。從現(xiàn)象上看，颮線的再組織化過程可能與S風(fēng)暴和對(duì)流系統(tǒng)E之間的相互作用密切相關(guān)，下面用濟(jì)南、濱州雙雷達(dá)的反演風(fēng)場(chǎng)來揭示這一過程。

選取對(duì)流系統(tǒng)S和E之間新單體觸發(fā)前的時(shí)刻（14時(shí)13分）雙雷達(dá)資料進(jìn)行反演。風(fēng)場(chǎng)反演分析的區(qū)域位于濱州和濟(jì)南兩部SA雷達(dá)共同掃描的范圍內(nèi)，兩站相距約為125 km，呈西南—東北向分布，其中濟(jì)南雷達(dá)位置偏西南（圖5a黃色三角標(biāo)注位置），鑒于其與對(duì)流系統(tǒng)E相對(duì)較遠(yuǎn)，近地面層的雙雷達(dá)反演資料不可靠，這里只分析2 km以上的反演風(fēng)場(chǎng)。利用美國國家大氣研究中心（NCAR）提供的SPRINT（Sorted Position Radar INTerpolation）軟件將雷達(dá)體掃數(shù)據(jù)從極坐標(biāo)系插值到笛卡爾坐標(biāo)系下（數(shù)據(jù)插值采用雙線性插值法），并對(duì)徑向速度進(jìn)行局地退模糊處理，然后選擇兩部雷達(dá)觀測(cè)時(shí)間一致（差別小于3 min）的體掃數(shù)據(jù)進(jìn)行三維風(fēng)場(chǎng)的反演，反演采用NCAR的CEDRIC（Custom Editing and Display of Reduced Information in Cartesian Space）軟件，反演原理參考Ray等（1978）。由于雷達(dá)觀測(cè)為徑向速度，在兩部雷達(dá)連線附近觀測(cè)到的徑向風(fēng)為接近平行的兩個(gè)矢量，無法正確地反演出切向速度，因此在該區(qū)域內(nèi)反演出的速度場(chǎng)不可信，已經(jīng)進(jìn)行了剔除（孫敏等，2015）。從2 km高度的反演風(fēng)場(chǎng)可以看到（圖6a），隨著單體S快速發(fā)展，其右前側(cè)產(chǎn)生了指向東北方向的強(qiáng)出流，風(fēng)速在20 m/s以上，與其前側(cè)的弱西南風(fēng)產(chǎn)生了明顯的風(fēng)速輻合（圖6a 紅色圓區(qū)域），這種風(fēng)速的輻合直至4.5 km高度上仍較為明顯（圖略）。這一高度上出現(xiàn)的強(qiáng)西南風(fēng)，是環(huán)境風(fēng)（西南氣流）與發(fā)展中的風(fēng)暴系統(tǒng)S前側(cè)不斷增強(qiáng)的垂直切變疊加的結(jié)果：與風(fēng)暴前部的上升氣流對(duì)應(yīng)，低層偏北入流（與風(fēng)暴E近地面的出流對(duì)應(yīng)，如圖5b）在對(duì)流系統(tǒng)中上層向東北方流出。正是在這氣流輻合作用最強(qiáng)的一側(cè)，對(duì)流系統(tǒng)S強(qiáng)度在迅速增強(qiáng)的同時(shí)，不斷向東北方向發(fā)展，即出現(xiàn)向前傳播過程。

從6 km反演風(fēng)場(chǎng)可以更加清晰地看到對(duì)流風(fēng)暴E在南端新生風(fēng)暴中的作用，即風(fēng)暴系統(tǒng)的后向傳播機(jī)制。在對(duì)流系統(tǒng)E的右前側(cè)（圖6b黑色圈）中層存在極強(qiáng)的輻散氣流，而低層對(duì)應(yīng)于風(fēng)暴前側(cè)陣風(fēng)鋒的輻合線，14時(shí)29分在該對(duì)應(yīng)位置已經(jīng)有新的對(duì)流單體產(chǎn)生（圖4d中的白色圈），也就是說，在這種低層輻合、中層輻散造成的強(qiáng)抬升機(jī)制作用下，風(fēng)暴單體在其移動(dòng)方向前側(cè)不斷被觸發(fā)、發(fā)展并與主體回波合并。在對(duì)流系統(tǒng)E的末端（圖6b紅色圓）同樣存在非常清晰的γ中尺度反氣旋或者說輻散氣流，與右前側(cè)輻散氣流軸線與風(fēng)暴系統(tǒng)長軸幾乎垂直不同，該輻散氣流正好位于對(duì)流系統(tǒng)E的軸線末端。觀察颮線系統(tǒng)斷裂后，從東段對(duì)流系統(tǒng)（E）向東南方向移動(dòng)過程中可以看到（圖4c—e），其末端不斷有“指狀”對(duì)流系統(tǒng)新生，也就是說，其末端存在的中上層輻散氣流產(chǎn)生抽吸作用可能是對(duì)流風(fēng)暴后向傳播過程的動(dòng)力強(qiáng)迫機(jī)制。至此，新生風(fēng)暴S的前向傳播和風(fēng)暴E的后向傳播機(jī)制相作用，使兩者之間區(qū)域內(nèi)不斷產(chǎn)生新的對(duì)流單體，逐漸完成颮線的再次組織化過程（圖4e）。

圖6 14時(shí)13分雙雷達(dá)反演的 2 km （a） 和6 km （b） 高度風(fēng)矢以及反射率因子 （色階）Fig.6 Retrieved wind vectors at 2 km （a） and 6 km （b） heights superimposed on radar reflectivity （shaded areas）

風(fēng)暴S和風(fēng)暴E的傳播方向不同（分別為向前傳播和后向傳播），顯然與風(fēng)暴所處的位置差異有關(guān)：風(fēng)暴S遠(yuǎn)離正在不斷減弱的對(duì)流系統(tǒng)W，位于淺薄的地面冷池之上（圖5），其東北方向的近地面層更容易受到風(fēng)暴E形成的向東南發(fā)展的強(qiáng)冷池效應(yīng)影響，發(fā)生向前傳播的現(xiàn)象，而風(fēng)暴E的低層冷池出流（西北氣流）與環(huán)境西南風(fēng)的相互作用而更容易發(fā)生后向傳播（Corfidi，2003）。

5 颮線極端大風(fēng)成因分析

本次颮線過程造成山東21站次10級(jí)及以上陣風(fēng)，其中極端大風(fēng)（33.2 m/s）與大冰雹均發(fā)生在15時(shí)前后，分別位于相鄰的兩個(gè)站點(diǎn)（廣饒大碼頭站、臺(tái)頭站）。從圖7b可以看到，本次颮線過程的極端災(zāi)害天氣位于颮線再次組織化初期，且與突出的弓狀部位中的強(qiáng)風(fēng)暴單體有關(guān)。研究結(jié)果已經(jīng)表明，地面極端對(duì)流大風(fēng)往往是多種熱動(dòng)力學(xué)作用的共同結(jié)果：包括地面冷池形成的密度流（即氣壓梯度風(fēng)）、蒸發(fā)冷卻過程（Wakimoto，et al，1988；Proctor，1989；Fu，et al，2007）、水成物負(fù)荷（Markowski，et al，2010；Mahale，et al，2016）等。

從地面觀測(cè)資料可以看到颮線系統(tǒng)造成的地面要素變化特征。14時(shí)50分前后，颮線后部具有清晰的雷暴高壓和強(qiáng)冷池，閉合雷暴高壓中心氣壓最大達(dá)1006 hPa，小時(shí)變溫超過10℃（圖7b）。地面冷池前沿形成密度流，冷池中心最低氣溫18℃，而冷池前氣溫可超過35℃（圖7 a），颮線前后構(gòu)成了很強(qiáng)的水平溫度梯度。自動(dòng)氣象站地面要素變化十分劇烈，以廣饒大碼頭站為例（圖7c），颮線影響前，該站以東南風(fēng)為主，氣溫34℃，14時(shí)40分至15時(shí)15分，颮線主體過境時(shí)，氣溫迅速下降到21℃以下，最大降溫超過10℃，地面氣壓涌升，從1001 hPa升至1006 hPa，雷暴高壓達(dá)到最強(qiáng)階段，風(fēng)向迅速轉(zhuǎn)為偏北，平均風(fēng)速迅速增大到12.7 m/s，陣風(fēng)達(dá)到30.9 m/s（12級(jí)）。該颮線系統(tǒng)形成較大范圍的雷暴大風(fēng)，顯然與對(duì)流層中上層存在深厚的干層環(huán)境大氣有關(guān)，弓狀回波后側(cè)清晰的后側(cè)入流缺口也表明（圖8a、b），干空氣卷入后強(qiáng)烈的蒸發(fā)冷卻造成的下沉氣流非常強(qiáng)：在15時(shí)03分0.5°仰角的速度圖上，入流速度明顯增強(qiáng)且入流大值區(qū)域擴(kuò)大，颮線后側(cè)出現(xiàn)了大片速度模糊，經(jīng)退模糊處理后速度西北風(fēng)力達(dá)31 m/s，局部超過37 m/s（圖略）。

圖8 2016年6月30日 （a） 14時(shí)58分和 （b） 15時(shí)03分濰坊雷達(dá)0.62°的反射率因子和沿白線的垂直剖面 （單位：dBz）Fig.8 Reflectivity （unit：dBz） at 0. 62° elevation and the vertical sections along the white line at Weifang at （a） 14:58 and（b） 15:03 BT 30 June 2016

水成物負(fù)荷是否在這一過程中發(fā)揮了重要作用呢？從穿過造成冰雹和極端大風(fēng)超級(jí)單體的垂直剖面（圖8a、b）可以看到，該單體具有典型的超級(jí)單體特征：中高層明顯的回波懸垂、低層弱回波區(qū)，回波頂高度達(dá)到13 km。在觀測(cè)到地面冰雹時(shí)刻和極端大風(fēng)期間，有60 dBz的強(qiáng)反射率核從高空快速下降，剖面圖捕捉到了強(qiáng)反射率核（冰雹）的落地過程，這一時(shí)刻也正是地面冰雹和極端陣風(fēng)出現(xiàn)時(shí)刻。為了更清晰地說明密度流、后側(cè)入流和水物質(zhì)負(fù)荷在地面極端大風(fēng)中的作用，鑒于該超級(jí)單體位于濱州、濰坊兩部雷達(dá)（相距約110 km，圖5a）連線中段的東北側(cè)，非常適合使用雙雷達(dá)進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)反演。反演風(fēng)場(chǎng)沿對(duì)流傳播方向（西北—東南）作垂直剖面（圖8b中白色線位置），颮線前部陣風(fēng)鋒出流與環(huán)境風(fēng)場(chǎng)輻合上升運(yùn)動(dòng)觸發(fā)的新生對(duì)流單體清晰可見。圖9可以看到，與大多數(shù)濕下?lián)舯┝鞯牧鲌?chǎng)結(jié)構(gòu)有所區(qū)別（楊波等，2019），三支不同性質(zhì)氣流對(duì)這次地面極端大風(fēng)的形成都具有重要意義：后側(cè)入流急流傾斜進(jìn)入風(fēng)暴，形成強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)直達(dá)地面；與低層冷池對(duì)應(yīng)的水平出流（密度流）；與緊鄰對(duì)流云墻前側(cè)上升氣流對(duì)應(yīng)、存在一支與60 dBz的強(qiáng)反射率（冰雹）伴隨的下沉氣流從高空下降到地面，這支氣流與后入急流對(duì)應(yīng)的下沉氣流在3 km高度以上是完全分離的，它顯然與后入急流的動(dòng)量下傳沒有關(guān)系而是與水成物負(fù)荷有關(guān)。一般認(rèn)為，水成物負(fù)荷只在下沉氣流產(chǎn)生前期極為重要，后期的動(dòng)量下傳以及下沉氣流中水成物蒸發(fā)冷卻是地面大風(fēng)形成的主要貢獻(xiàn)者（Fu，et al，2007；Markowski，et al，2010；Mahale，et al，2016）。對(duì)比兩支不同性質(zhì)的下沉氣流的強(qiáng)度可以看到，與水成物負(fù)荷對(duì)應(yīng)的下沉氣流甚至強(qiáng)于后側(cè)入流急流下沉運(yùn)動(dòng)，它的形成可能與水成物下落過程中的相變冷卻（冰雹融化）、蒸發(fā)冷卻等熱力學(xué)過程以及水成物本身造成的拖曳有關(guān)。

圖9 2016年6月30日15時(shí)03分雙多普勒雷達(dá)反演的風(fēng)場(chǎng)和雷達(dá)反射率因子 （色階）的垂直剖面（▲：臺(tái)頭站位置；紅色斷線：陣風(fēng)鋒出流邊界）Fig.9 Vertical cross sections of reflectivity factor（shaded） and winds retrieved from the dual-Doppler radar at 15:03 BT 30 June 2016 （▲：Taitou station，red broken line：the outflow boundary of gust front）

6 海風(fēng)鋒在颮線長時(shí)間維持過程中的作用

颮線于12時(shí)前后完成第一次組織化，14時(shí)46分再次完成組織化，之后繼續(xù)向東南方向移動(dòng)，20時(shí)前后完全移出內(nèi)陸進(jìn)入黃海，入海后也一直保持線狀形態(tài)，整個(gè)生命期陸上可達(dá)8 h。颮線在魯中西部地區(qū)完成第2次組織化期間，正值午后，系統(tǒng)移動(dòng)前方地面氣溫高，魯中的淄博、濰坊等地最高氣溫可達(dá)35℃，局地超過37℃。至16時(shí)30分，盡管地面氣溫有所下降，但未受對(duì)流影響的半島內(nèi)陸地區(qū)氣溫仍超過30℃。午后開始，半島東部黃海沿岸的海風(fēng)環(huán)流也逐漸建立起來，風(fēng)場(chǎng)上表現(xiàn)為垂直于海岸線的東南風(fēng)。黃海海風(fēng)的建立有利于海上的濕空氣向內(nèi)陸地區(qū)輸送，海風(fēng)向內(nèi)陸推進(jìn)最遠(yuǎn)可超過70 km。

16時(shí)08—32分，向東南方向移動(dòng)的颮線系統(tǒng)與向西北方向推進(jìn)的黃海海風(fēng)鋒輻合線中段的最凸出部分相遇，圖10a—c展示了兩者的相遇過程。16時(shí)08分（系統(tǒng)相遇前），颮線系統(tǒng)西段，其結(jié)構(gòu)趨于松散，組織化程度相對(duì)較低；海風(fēng)鋒輻合線中段向西推進(jìn)至濰坊雷達(dá)站以東，相距50 km處，此時(shí)它與颮線相距約20 km（圖10a）。16時(shí)20分前后，颮線向東南方向突出的弓部與海風(fēng)鋒中段迎面相遇。此后，兩者相遇處對(duì)流存在快速增強(qiáng)過程：最大反射率因子從59.5 dBz增強(qiáng)至63 dBz（圖10c），回波頂高度從12 km增至15 km，垂直積分液態(tài)水含量（VIL）從35 kg/m2迅速躍增至60 kg/m2，并造成了安丘地區(qū)的冰雹（16時(shí)38—44分）。

颮線繼續(xù)東移，推進(jìn)至黃海海風(fēng)控制區(qū)域。源于黃海的陸上海風(fēng)、環(huán)境西南風(fēng)和颮線冷池的西北風(fēng)出流三股氣流之間，形成了東北—西南向、斜跨半島東部的地面輻合線（圖10e）。輻合線不僅強(qiáng)化了颮線系統(tǒng)前側(cè)的抬升運(yùn)動(dòng)，而且形成了水汽輻合帶，在冷池出流前側(cè)形成了露點(diǎn)氣溫的高值中心（圖10d）。陸地上的海風(fēng)控制區(qū)一直維持較高的露點(diǎn)溫度，表明海風(fēng)存在很強(qiáng)的水汽輸送。因此，海風(fēng)與颮線相遇不僅有利于颮線前側(cè)抬升機(jī)制的加強(qiáng)，而且輻合線附近低層水汽的相對(duì)密集帶，為颮線的長時(shí)間維持提供了有利維持和發(fā)展條件。

圖10 2016年6月30日 （a） 16時(shí)08分 、（b） 16時(shí)14分、 （c） 16時(shí)44分濰坊雷達(dá)0.62°反射率因子和（d） 16時(shí)30分自動(dòng)氣象站物理量分布（溫度 （色階）、 風(fēng)場(chǎng) （只顯示風(fēng)速≥4 m/s的地面觀測(cè)）和等露點(diǎn)線） 以及 （e） 16時(shí)30分地面1 h變溫 （冷色陰影）、流線和16時(shí)26分的雷達(dá)組合反射率因子 （暖色陰影）Fig.10 （a—c） Radar reflectivity at 0.5° elevation at （a） 16:08，（b） 16:14，（c） 16:44 BT，（d） distributions of wind field（surface wind≥4 m/s），surface temperature （shaded areas） and dew temperature （broken line） at 16:30，（e） 1 h variation of temperature （cool color shaded），surface streamlines at 16:30 and radar composite reflectivity above 45 dBz（warm color shaded） at 16:26 BT on 30 June 2016

7 結(jié) 論

2016年6月30日華北南部的一次強(qiáng)颮線過程，造成了山東地區(qū)大范圍風(fēng)雹天氣。文中利用常規(guī)觀測(cè)資料、區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)及雷達(dá)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，分析了山東半島復(fù)雜的海風(fēng)鋒特征在本次颮線系統(tǒng)的斷裂、再組織化過程以及極端大風(fēng)和冰雹災(zāi)害形成過程中的重要作用。主要得到以下結(jié)論：

（1）初始對(duì)流是在地面冷鋒輻合線上觸發(fā)的弱對(duì)流，在對(duì)流系統(tǒng)向更不穩(wěn)定區(qū)域移動(dòng)時(shí)與水平對(duì)流卷相交，對(duì)流迅速發(fā)展，并組織成東西走向的直線型颮線。

（2）颮線系統(tǒng)繼續(xù)在平原地區(qū)向前移動(dòng)過程中發(fā)生斷裂，這一過程與渤海灣在黃河三角洲形成的兩條移動(dòng)方向不同的海風(fēng)鋒和颮線系統(tǒng)陣風(fēng)鋒的作用過程有關(guān)：向內(nèi)陸推進(jìn)的兩條海風(fēng)鋒與陣風(fēng)鋒在颮線系統(tǒng)的中段前部相交，誘發(fā)新生對(duì)流單體，造成該處對(duì)流系統(tǒng)更快速的向前傳播，導(dǎo)致颮線系統(tǒng)斷裂；與此同時(shí)斷裂后的西段風(fēng)暴因低層暖濕入流被切斷而逐漸減弱。

（3）斷裂后西段殘留風(fēng)暴系統(tǒng)出流陣風(fēng)產(chǎn)生的新生風(fēng)暴向東北方向發(fā)展和斷裂后的東段風(fēng)暴發(fā)生的后向傳播（向西南方向發(fā)展）機(jī)制，完成了颮線的再次組織化過程，形成了具有典型弓狀特征、水平尺度更大、近似于東北西南走向的颮線系統(tǒng)。

（4）長生命史颮線系統(tǒng)造成的極端雷暴大風(fēng)和最大冰雹出現(xiàn)在颮線再組織化初期，位于颮線系統(tǒng)“弓部”位置，地面極端雷暴大風(fēng)是冷池密度流、強(qiáng)后側(cè)入流急流和與水物質(zhì)對(duì)應(yīng)的下沉氣流共同作用的結(jié)果。與后側(cè)強(qiáng)入流急流幾乎完全分離的、緊鄰對(duì)流云墻上升氣流的下沉氣流的形成可能與水物質(zhì)下落過程中的相變冷卻（冰雹融化）、蒸發(fā)冷卻和水物質(zhì)本身造成的拖曳有關(guān)。

（5）山東半島東側(cè)的黃海海風(fēng)向內(nèi)陸推進(jìn)（東南向西北）過程中與自西北向東南移動(dòng)的颮線相遇，加強(qiáng)了風(fēng)暴前側(cè)的抬升、水汽供給和組織化程度，為颮線的長時(shí)間維持提供了有利條件。

致 謝：山東省氣象局刁秀廣研究員在雷達(dá)資料分析方面提供了寶貴建議，謹(jǐn)此致謝。