彭霞云 章麗娜 劉漢華 李文娟 黃新晴 黃旋旋

1 浙江省氣象臺(tái)，杭州 310051 2 中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081

提 要： 2020年4月12日，受冷渦影響，華東地區(qū)出現(xiàn)了大范圍的雷暴大風(fēng)，其中在杭州灣地區(qū)出現(xiàn)了12級(jí)以上的極端大風(fēng)。此次強(qiáng)對(duì)流過程發(fā)生前，高低空為一致的西北氣流，水汽含量低、能量條件弱，預(yù)報(bào)難度大，沿海海面風(fēng)力預(yù)報(bào)出現(xiàn)了較大的偏差?；诔Ｒ?guī)觀測(cè)資料及多普勒天氣雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)等非常規(guī)觀測(cè)資料，結(jié)合ERA5再分析資料，分析了此次過程雷暴大風(fēng)特征及對(duì)流系統(tǒng)移入杭州灣前后的演變特征，重點(diǎn)探討了杭州灣東北部出現(xiàn)極端大風(fēng)的可能原因。研究表明，杭州灣極端大風(fēng)的形成是多因素共同作用的結(jié)果。杭州灣具有一定的能量條件、低層大氣的溫度直減率接近干絕熱遞減率，有利于對(duì)流系統(tǒng)中形成較強(qiáng)的下沉氣流，下沉輻散造成地面大風(fēng)。中層存在西北風(fēng)急流，在對(duì)流下沉運(yùn)動(dòng)的作用下，中層的高動(dòng)量被帶到地面，增強(qiáng)了地面風(fēng)速。對(duì)流系統(tǒng)移入杭州灣的過程中，冷池增強(qiáng)，而杭州灣水面的摩擦力比陸地小，有利于風(fēng)速增強(qiáng)，這也是杭州灣風(fēng)力增強(qiáng)的重要原因之一。杭州灣東北部13級(jí)以上大風(fēng)的出現(xiàn)還與海上熱力、動(dòng)力條件的不均勻分布及對(duì)流入海后形態(tài)的變化有關(guān)。

引 言

線狀中尺度對(duì)流系統(tǒng)在雷達(dá)圖像上表現(xiàn)為準(zhǔn)直線或弓形的連續(xù)強(qiáng)回波帶(Parker and Johnson，2000；Gallus et al，2008)。與其他產(chǎn)生直線大風(fēng)的非線性結(jié)構(gòu)中尺度對(duì)流系統(tǒng)(諸如弓形回波單體、超級(jí)單體、多單體風(fēng)暴等)相比，線狀中尺度對(duì)流系統(tǒng)生命期往往更長(zhǎng)、影響區(qū)域更廣，常產(chǎn)生區(qū)域性的雷暴大風(fēng)(John and Hirt，1987；Meng et al，2013)。

許愛華等(2014)把高空西北氣流下(槽后或冷渦)，高空強(qiáng)干冷平流起主導(dǎo)作用的強(qiáng)對(duì)流歸為冷平流強(qiáng)迫類，這是產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣的主要天氣形勢(shì)之一(侯淑梅等，2020；盛杰等，2020；陳曉欣等，2022)。很多大范圍災(zāi)害性雷暴大風(fēng)過程發(fā)生在冷渦或槽后背景下，研究者從不同角度分析了大風(fēng)產(chǎn)生的原因。2009年6月3日，東北冷渦控制我國(guó)的東北和華北地區(qū)，在黃淮地區(qū)出現(xiàn)了一次罕見的強(qiáng)颮線災(zāi)害性大風(fēng)過程。這是非常典型的冷渦背景下的強(qiáng)對(duì)流過程，研究發(fā)現(xiàn)強(qiáng)冷池和中層入流對(duì)地面大風(fēng)的形成有重要貢獻(xiàn)(梁建宇和孫建華，2012；劉香娥和郭學(xué)良，2012；吳海英等，2013)。楊曉亮等(2020)對(duì)冷渦背景下河北雷暴大風(fēng)過程的環(huán)境條件和觸發(fā)機(jī)制進(jìn)行了分析，大風(fēng)由多種形態(tài)對(duì)流系統(tǒng)引起，地面大風(fēng)出現(xiàn)在大風(fēng)速核前沿、正變壓中心附近。公衍鐸等(2019)研究了冷渦底部的強(qiáng)對(duì)流大風(fēng)過程，認(rèn)為對(duì)流層中層相對(duì)干、大的垂直減溫率和下沉對(duì)流有效位能都是形成地面強(qiáng)風(fēng)的有利條件。楊吉等(2020)利用數(shù)值模擬研究了冷渦背景下弱颮線過程的形成機(jī)制，認(rèn)為冷渦外圍干冷空氣輸送，夾卷進(jìn)入下沉氣流內(nèi)使雨滴蒸發(fā)，形成強(qiáng)冷池，也通過夾卷將高動(dòng)量空氣帶到近地面，造成地面大風(fēng)。上述的研究主要針對(duì)陸地上的雷暴大風(fēng)過程。

受海陸下墊面的影響，線狀對(duì)流系統(tǒng)移入海洋后強(qiáng)度可能會(huì)出現(xiàn)加強(qiáng)、維持、減弱等不同情況，當(dāng)對(duì)流的強(qiáng)度加強(qiáng)或維持時(shí)，往往會(huì)對(duì)沿海地區(qū)或海上造成相當(dāng)大的破壞力(Lombardo and Colle，2012)。浙北地區(qū)處于海陸交界處，杭州灣(包括舟山)時(shí)常受到對(duì)流系統(tǒng)入海后加強(qiáng)的影響，在舟山及周邊海域產(chǎn)生超過30 m·s-1的雷暴大風(fēng)，造成嚴(yán)重的海上漁船海損事故(陳淑琴等，2017；2011)。高夢(mèng)竹等(2017)分析了2014年夏季一次颮線移入杭州灣后加強(qiáng)的過程，認(rèn)為杭州灣更好的能量和水汽使得對(duì)流入海后加強(qiáng)。Zhang et al(2021)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)后側(cè)入流急流下沉到地面對(duì)海上大風(fēng)的形成起了重要作用。上述過程都屬于槽前型強(qiáng)對(duì)流過程，浙北屬于冷渦或槽后類的強(qiáng)對(duì)流次數(shù)不多，且多發(fā)生于初夏季節(jié)。如2006年6月10日的颮線大風(fēng)過程(沈杭鋒等，2010；李文娟等，2019)、2009年6月5日影響蘇皖滬和浙北的冰雹和大風(fēng)災(zāi)害過程(戴建華等，2012；章元直等，2018)。這兩次過程都發(fā)生在初夏，大氣整體溫度較高，低層盛行西南氣流，能量和低層水汽條件較好，出現(xiàn)了生命史較長(zhǎng)的強(qiáng)颮線和超級(jí)單體風(fēng)暴，回波伸展高度較高，地面大風(fēng)主要是由颮線中存在的強(qiáng)下沉氣流造成。而對(duì)于發(fā)生在更干冷背景下的春季冷渦強(qiáng)對(duì)流過程，及其移入杭州灣后雷暴大風(fēng)強(qiáng)度變化的研究，目前還很少。

2020年4月12日，隨著冷渦橫槽下擺，江蘇和浙北出現(xiàn)8級(jí)以上雷暴大風(fēng)，進(jìn)入杭州灣后風(fēng)力迅速增強(qiáng)至12～13級(jí)，最強(qiáng)風(fēng)力達(dá)40.8 m·s-1，在對(duì)流大風(fēng)過程中實(shí)屬罕見，屬于極端大風(fēng)(馬淑萍等，2019)。此次過程，高低空均為西北氣流控制，環(huán)境濕度非常小、不穩(wěn)定能量弱，預(yù)報(bào)員對(duì)此類過程的經(jīng)驗(yàn)不足，主客觀預(yù)報(bào)的風(fēng)力都明顯偏弱。全球模式風(fēng)力釋用產(chǎn)品在浙北沿海僅預(yù)報(bào)了6～8級(jí)大風(fēng)，華東區(qū)域中尺度模式(CMA-SH)在浙北及沿海報(bào)出帶狀對(duì)流，但最大風(fēng)力僅為8級(jí)。12日上午主觀預(yù)報(bào)認(rèn)為冷渦底部可能會(huì)有弱對(duì)流發(fā)展，預(yù)報(bào)浙北和沿海海面有8～10級(jí)大風(fēng)，但對(duì)對(duì)流移入杭州灣后風(fēng)力的增強(qiáng)考慮不足，沿海海面風(fēng)力預(yù)報(bào)比實(shí)況嚴(yán)重偏小，預(yù)警信號(hào)等級(jí)也偏弱。本文將基于雷達(dá)、風(fēng)廓線、地面自動(dòng)站等多源觀測(cè)資料，結(jié)合歐洲數(shù)值預(yù)報(bào)中心ERA5逐小時(shí)再分析資料，討論此次春季杭州灣極端大風(fēng)的形成機(jī)制，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為今后類似天氣過程的預(yù)報(bào)和預(yù)警提供借鑒。

1 天氣實(shí)況

2020年4月12日午后，山東和江蘇交界處有零散對(duì)流發(fā)展并逐漸向南移動(dòng)(圖略)，18時(shí)(北京時(shí)，下同)，回波位于江蘇南部，為分散性強(qiáng)回波(圖略)。19時(shí)，對(duì)流到達(dá)杭州灣北岸，組織成3條帶狀回波(圖1a)：位于上海地區(qū)的線狀回波帶“A”，位于江蘇和浙江交界處回波帶“B”和位于浙北西北部的弱回波帶“C”。每條回波帶后都產(chǎn)生大范圍的8～9級(jí)大風(fēng)。19:20開始，帶狀回波“A”移入杭州灣(以下簡(jiǎn)稱為入海，圖略)。到了20時(shí)(圖1b)，回波帶“A”已經(jīng)完全位于杭州灣上，45 dBz以上強(qiáng)回波范圍較入海前明顯增大，因此可以認(rèn)為對(duì)流入海后增強(qiáng)。隨著帶狀回波“A”掃過杭州灣，舟山地區(qū)普遍出現(xiàn)10～12級(jí)大風(fēng)，有4個(gè)站出現(xiàn)13級(jí)大風(fēng)，其中岱山下三星島風(fēng)速最大(達(dá)40.8 m·s-1，圖1d中紅色圓點(diǎn))。相比陸地，沿海海面風(fēng)力增強(qiáng)了3～5級(jí)(圖1c)。

整個(gè)過程以雷暴大風(fēng)為主，江蘇東部、上海、浙江東北部地區(qū)雖有降水，但累計(jì)降水最大值僅為6 mm 左右，其余大風(fēng)影響區(qū)域幾乎沒有降水(圖1c)。12～13級(jí)極端大風(fēng)主要出現(xiàn)在杭州灣和舟山群島北部，時(shí)間集中在20時(shí)前后(圖1d)。在出現(xiàn)13級(jí)大風(fēng)的杭州灣東北部地區(qū)，雷電較密集，降水也較明顯，而且在20時(shí)左右，舟山嵊泗菜園鎮(zhèn)(圖1d中紅色三角形)局地還出現(xiàn)了0.5 cm的小冰雹。

2 環(huán)流背景

4月12日08時(shí)的500 hPa圖上，黃海北部為冷渦，從冷渦中心向西可分析出一橫槽(圖2a)。在橫槽前西北氣流與等溫線交角較大的區(qū)域，存在較強(qiáng)的冷平流。冷平流中心位于浙北和蘇南地區(qū)，最大可達(dá)4 ℃·h-1。850 hPa上呈現(xiàn)西高東低的形勢(shì)(圖2c)，我國(guó)東部地區(qū)為偏北氣流所控制，江蘇、浙北等地區(qū)低層受暖平流影響。12日20時(shí)，黃海北部的冷渦東移到朝鮮半島東南部，橫槽下擺成豎槽(圖2b)。冷渦西南側(cè)的等高線變密，西北氣流加強(qiáng)，冷渦底部的冷平流也較08時(shí)加強(qiáng)。由于12日08時(shí)冷鋒已經(jīng)入海，因此12日午后浙北地區(qū)處于地面高壓東北側(cè)，受西北氣流影響(圖2d)。從天氣形勢(shì)分析看，對(duì)流主要產(chǎn)生在500 hPa低渦后部，500 hPa冷平流明顯強(qiáng)于850 hPa暖平流，因此本次過程屬于高空冷平流強(qiáng)迫類(孫繼松等，2014；許愛華等，2014)。

圖2 基于ERA5資料繪制2020年4月12日(a)08時(shí)500 hPa、(b)20時(shí)500 hPa、(c)08時(shí)850 hPa高度場(chǎng)(黑色實(shí)線，單位：gpm)、溫度場(chǎng)(紅色實(shí)線,單位：℃)、風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)和溫度平流(填色，單位：℃·h-1)，(d)17時(shí)海平面氣壓(黑色實(shí)線，單位：hPa)、10 m風(fēng)場(chǎng)(風(fēng)羽)Fig.2 Geopotential height (black line, unit: gpm), temperature (red line, unit: ℃), wind (barb), temperature advection (shaded, unit: ℃·h-1) of (a) 500 hPa at 08:00 BT, (b) 500 hPa at 20：00 BT, (c) 850 hPa at 08:00 BT, (d) sea level pressure (black line, unit: hPa), 10 m wind (barb) at 17:00 BT 12 April 2020 based on ERA5 data

3 杭州灣極端大風(fēng)產(chǎn)生的原因分析

3.1 杭州灣有利于大風(fēng)形成的環(huán)境條件

基于ERA5資料計(jì)算的對(duì)流有效位能(CAPE)和0～3 km垂直風(fēng)切變分布顯示，12日午后，浙北地區(qū)的不穩(wěn)定能量弱而垂直風(fēng)切變強(qiáng)(圖略)。在臨近杭州灣大風(fēng)發(fā)生前，浙北地區(qū)(包括杭州灣)的不穩(wěn)定能量仍然很弱(圖3a)，杭州灣中東部的CAPE超過50 J·kg-1，最大值中心位于舟山群島以東地區(qū)，杭州灣的0～3 km垂直風(fēng)切變超過12 m·s-1。上述分析表明，杭州灣局地的熱力和動(dòng)力條件有利于圖1a中杭州灣北岸對(duì)流入海后的維持和發(fā)展。

杭州灣上最強(qiáng)的風(fēng)出現(xiàn)在杭州灣東北部，因此在這個(gè)區(qū)域選取了一個(gè)具有代表性的點(diǎn)進(jìn)行分析(圖3b，具體位置如圖3a中紅色三角所示)。該點(diǎn)19時(shí)的斜T-lnp圖表明，CAPE為231 J·kg-1，大氣可降水量只有11.7 mm，大氣層結(jié)呈現(xiàn)“X”型，中低層溫、濕廓線呈向下開口的喇叭形，地面溫度露點(diǎn)差達(dá)20 ℃，1 000～700 hPa的平均溫度直減率達(dá)到8.6 K·km-1。這樣的層結(jié)特征有利于形成強(qiáng)的下沉運(yùn)動(dòng)。浙北地區(qū)(包括杭州灣)在對(duì)流發(fā)生前存在較大的下沉對(duì)流有效位能(DCAPE)(圖3a)，杭州灣大部分地區(qū)的DCAPE約為400～500 J·kg-1，估算得到杭州灣地區(qū)由于對(duì)流造成的地面水平風(fēng)速約為14～16 m·s-1。雖然這個(gè)下沉速度數(shù)值已經(jīng)接近雷暴大風(fēng)的閾值，但是僅由對(duì)流本身產(chǎn)生的下沉運(yùn)動(dòng)，還不足以產(chǎn)生杭州灣東部10級(jí)以上大風(fēng)。

3.2 中低空急流及動(dòng)量下傳作用

前面的分析中已經(jīng)指出，對(duì)流發(fā)生前，蘇南—浙北地區(qū)的西北風(fēng)強(qiáng)且深厚(圖2，圖3b)。中層急流增強(qiáng)了杭州灣北岸對(duì)流系統(tǒng)中后側(cè)入流的強(qiáng)度和厚度。利用風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)時(shí)序圖，結(jié)合自動(dòng)站逐分鐘要素變化，可以分析風(fēng)暴內(nèi)部的風(fēng)場(chǎng)特征。下面選取離杭州灣相對(duì)較近、資料較為完整的昆山和嘉興站風(fēng)廓線進(jìn)行分析(圖4)。杭州灣地區(qū)的情況類似，但由于洋山港站風(fēng)廓線缺測(cè)較多，本文不做分析。

圖3 基于ERA5資料繪制2020年4月12日19時(shí)的(a)CAPE(填色)、DCAPE(黑色實(shí)線，單位：J·kg-1)和0～3 km垂直風(fēng)切變(紅色實(shí)線，單位：m·s-1)，(b)杭州灣東北部某點(diǎn)(圖3a中紅色三角形位置)的斜溫圖Fig.3 (a) CAPE (shaded), DCAPE (black line， unit： J·kg-1) and 0-3 km vertical wind shear (red line， unit： m·s-1)， and (b) skew-T diagram of a point (The location is labeled with red triangle in Fig.3a) over northeast of Hangzhou Bay at 19:00 BT 12 April 2020 based on ERA5 data

昆山站(圖4a)地面風(fēng)速在18:15左右開始增大，同時(shí)地面溫度開始下降，18:19地面風(fēng)達(dá)到極大，然后18:30左右地面開始出現(xiàn)降水。在降水出現(xiàn)之前，大風(fēng)區(qū)出現(xiàn)在3 km左右高度(超過20 m·s-1)，2 km以下水平風(fēng)速較小(小于12 m·s-1)。而降水開始后，地面至低層2 km風(fēng)速明顯增強(qiáng)(圖4a中黑框所示時(shí)間段)。18:45，2.5 km高度左右出現(xiàn)一支強(qiáng)西北風(fēng)急流。如果把時(shí)間序列圖理解成沿著風(fēng)暴運(yùn)動(dòng)方向的空間剖面，有降水的時(shí)段劃為風(fēng)暴體(黑框)，則可以看到地面大風(fēng)出現(xiàn)在風(fēng)暴前沿，而風(fēng)暴后側(cè)2～3 km高度為強(qiáng)的后側(cè)入流(圖4a中紅色粗線所示)，后側(cè)入流急流從風(fēng)暴后側(cè)逐漸向下、向前傳遞(黑色虛線箭頭所示)。

圖4 2020年4月12日(a)昆山和(b)嘉興的風(fēng)廓線雷達(dá)觀測(cè)和地面自動(dòng)站觀測(cè)[上半圖包括了水平風(fēng)廓線演變(風(fēng)羽)、垂直速度(紅色細(xì)實(shí)線,單位：m·s-1)、等水平風(fēng)速線(黑色實(shí)線，單位：m·s-1)、風(fēng)暴后側(cè)入流急流(紅色粗線)；下半圖包括了地面10 m瞬時(shí)風(fēng)速(綠色實(shí)線)、逐分鐘的地面2 m溫度(紫色實(shí)線)和地面降水(藍(lán)色柱)]Fig.4 Wind profiler observation and automatic surface weather observation of (a) Kunshanand (b) Jiaxing stations on 12 April 2020[The upper half figures include horizontal wind (barb), vertical velocity (red thin line， unit： m·s-1), horizontal wind speed isoline (black line，unit：m·s-1), strong rear inflow (red bold line)； the lower half figures include instantaneous 10 m wind speed (green line), 2 m temperature (purple line) and precipitation (blue column) at 1 min interval]

嘉興站(圖4b)的風(fēng)廓線時(shí)序圖與昆山站類似，同樣可以看到對(duì)流后部存在強(qiáng)的入流區(qū)，但水平風(fēng)速比昆山站更強(qiáng)，嘉興站的地面極大風(fēng)也比昆山站更大。后側(cè)入流急流從風(fēng)暴后側(cè)逐漸向下、向前傳遞，20 m·s-1的大風(fēng)區(qū)可向下一直伸展到1 km以下。根據(jù)圖4中觀測(cè)到的1 m·s-1左右的下沉運(yùn)動(dòng)估算，后側(cè)入流30分鐘可下降1 800 m。實(shí)際上對(duì)流風(fēng)暴低層的下沉速度超過了1 m·s-1，因此當(dāng)風(fēng)暴中低層存在較強(qiáng)的下沉速度時(shí)，可短時(shí)間內(nèi)將中層的強(qiáng)水平動(dòng)量帶到地面。

3.3 強(qiáng)冷池密度流的作用

18—20時(shí)，對(duì)流系統(tǒng)從江蘇南部向南移動(dòng)，伴有明顯的負(fù)變溫和正變壓，小時(shí)最大變溫達(dá)-7～-8℃,表明冷池強(qiáng)盛(圖5)。19時(shí)，對(duì)流主體還在杭州灣以北地區(qū)(圖1a)，負(fù)變溫和正變壓大值區(qū)主要位于上海地區(qū)，小時(shí)變溫中心值達(dá)-8.1℃(圖5b)。20時(shí)，對(duì)流主體位于杭州灣(圖1b)，負(fù)變溫和正變壓大值區(qū)也大部分移到杭州灣，表明雷暴高壓也已經(jīng)影響到杭州灣水域，小時(shí)變溫中心值達(dá)-7.4℃，小時(shí)變壓中心值超過+4 hPa(圖5c)。19—20時(shí),冷池的變溫梯度指向東南方向，地面1小時(shí)變壓的梯度方向也指向東南方向，表明冷池最強(qiáng)出流(密度流)為西北風(fēng)。

圖5 2020年4月12日(a)18時(shí)、 (b)19時(shí)和(c)20時(shí)的地面1 h變溫(填色)和1 h變壓(紅色等值線，單位：hPa)Fig 5 Variations of 1 h surpace temperature (shaded) and 1 h surface pressure (red contour, unit: hPa) at (a) 18:00 BT, (b) 19:00 BT, and (c) 20:00 BT 12 April 2020

表1 冷池密度流傳播速度和ERA5計(jì)算的垂直風(fēng)切變對(duì)比Table 1 Propagation speed of cold pool compared with ERA5 derived vertical shear

可以看到，在對(duì)流入海前，冷池密度流的傳播速度不斷增強(qiáng)。19時(shí)傳播速度達(dá)到最強(qiáng)，為23.8 m·s-1，入海后，20時(shí)冷池內(nèi)外氣壓差仍較強(qiáng)，冷池邊界擴(kuò)張速度為 23.4 m·s-1，強(qiáng)烈的冷池出流遇到光滑的杭州灣水面，有利于大風(fēng)增強(qiáng)。另外對(duì)流影響前，杭州灣的地面已經(jīng)有極大風(fēng)風(fēng)速為10～15 m·s-1的西北風(fēng) (圖6c)，強(qiáng)的冷池密度流與環(huán)境西北風(fēng)疊加，也是導(dǎo)致杭州灣風(fēng)力急速增強(qiáng)的重要原因之一。

低層垂直風(fēng)切變和冷池傳播速度的比值顯示，18時(shí)兩者比值接近1，有利于線狀對(duì)流發(fā)展，實(shí)況顯示18—19時(shí)對(duì)流組織成帶狀結(jié)構(gòu)。19時(shí)和20時(shí)冷池傳播速度都顯著大于垂直風(fēng)切變，不利于對(duì)流系統(tǒng)垂直發(fā)展和長(zhǎng)時(shí)間維持，可以看到對(duì)流發(fā)展高度較低(圖7c)，并且回波帶入海后斷裂(圖7e)可能也和兩者不平衡有關(guān)。

4 杭州灣東北部13級(jí)大風(fēng)形成原因

4.1 杭州灣東北部較好的熱力和動(dòng)力條件

對(duì)比杭州灣大風(fēng)發(fā)生前的海陸地面溫度和露點(diǎn)溫度發(fā)現(xiàn)(圖6a)：18時(shí)上海和嘉興的地面溫度為17～18℃，杭州灣的地面溫度為14～16℃；地面露點(diǎn)溫度在杭州灣和舟山為6℃，而上海和嘉興僅為1～3℃。雖然海上地面溫度略低于陸地，但是水汽條件明顯好于陸地。地面假相當(dāng)位溫分布表明(圖6b)：杭州灣西部和陸地?cái)?shù)值接近，而杭州灣東北部的數(shù)值明顯大于陸地，大值中心位于嵊泗和岱山附近(站點(diǎn)位置見圖6c)。18時(shí)CAPE分布與地面假相當(dāng)位溫接近，大值中心位于舟山東部，其中嵊泗附近的CAPE約為200 J·kg-1(圖略)。18時(shí)杭州灣東北部0～3 km垂直風(fēng)切變約為12～15 m·s-1(圖略)，屬于中等強(qiáng)度的垂直風(fēng)切變。另外在杭州灣東北部，由于地面西北風(fēng)的風(fēng)速差異，存在一條西北—東南向的水平切變線(圖6c)。上述分析表明，杭州灣東北部(尤其是嵊泗、岱山附近)局地的熱力和動(dòng)力條件有利于回波入海后維持和發(fā)展。

圖6 2020年4月12日18時(shí)(a)地面2 m溫度(等值線,單位：℃)和露點(diǎn)溫度(填色),(b)地面假相當(dāng)位溫(填色),(c)地面1 h極大風(fēng)(風(fēng)羽，紅色虛線代表地面風(fēng)場(chǎng)切變線)Fig.6 (a) The 2 m temperature (contour， unit: ℃) and dew point temperature (shaded), (b) surface pseudo-equivalent potential temperature (shaded), (c) 10 m extreme gale during 1 hour period (barb， red dashed line: horizontal wind shear) at 18:00 BT 12 April 2020

4.2 入海對(duì)流形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化的影響

從圖1b中可知，杭州灣13級(jí)大風(fēng)集中在舟山東部的嵊泗和岱山之間。極端大風(fēng)在該處出現(xiàn)，除了海上有利的熱力和動(dòng)力條件外(見4.1節(jié)分析)，也與杭州灣北岸線狀對(duì)流入海后對(duì)流系統(tǒng)的形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化密切相關(guān)。

利用GR2Analyst軟件分析上海南匯雷達(dá)體掃數(shù)據(jù)，并利用該軟件進(jìn)行了速度退模糊。從18:51的0.5°反射率因子(圖7a)可以看到，線狀回波主體位于上海中部，呈“S”型，在其后側(cè)存在一個(gè)很深的后側(cè)入流槽口。入流槽口前部存在強(qiáng)徑向風(fēng)速區(qū)(圖7b)，風(fēng)速超過20 m·s-1。沿著后側(cè)入流槽口方向作垂直剖面圖后顯示，強(qiáng)回波高度約為2 km(圖7c)。在對(duì)流系統(tǒng)后側(cè)3 km以上高度，存在后側(cè)入流急流(圖7d)，且該氣流已經(jīng)傾斜下沉到地面，在對(duì)流系統(tǒng)前部形成厚度大約1～2 km的風(fēng)暴前側(cè)出流，低層徑向風(fēng)速約為20～25 m·s-1，與上海地區(qū)實(shí)測(cè)地面極大風(fēng)速接近。

圖7 2020年4月12日(a,b,c)18:51，(d,e,f)19:55上海南匯雷達(dá)0.5°仰角(a，e)基本反射率，(b，f)徑向速度，(c)反射率因子剖面，(d)徑向速度剖面(圖7c、7d中的基線為圖7a、7b中白色直線PQ；圖7d中黑色虛線箭頭表示后側(cè)入流向前傾斜下沉；圖7f中的黑色十字表示19:55前后觀測(cè)到的13級(jí)大風(fēng)站點(diǎn)，黑色圓形代表氣旋性環(huán)流位置)Fig.7 (a, e) Reflectivity, (b, f) radial velocity, (c, d) vertical cross section of (c) reflectivity and (d) radial velocity at 0.5° elevation at (a, b, c) 18:51 BT, (d, e, f) 19:55 BT 12 April 2020(The baselines in Figs.7c, 7d are “PQ”; the dashed black arrow in Fig.7d represents the rear inflow sunk to the low level; in Fig.7f, black cross represents the stations with observed 10 m wind speed exceeding scale 13, black circle represents the cyclonic circulation)

19:55，線狀對(duì)流移入杭州灣并斷裂成南、北兩段(圖7e中白色箭頭所示)，斷裂處前部對(duì)應(yīng)了杭州灣東北部的大風(fēng)區(qū)，最大風(fēng)速超過27 m·s-1(圖7f)。實(shí)況觀測(cè)到的13級(jí)大風(fēng)主要出現(xiàn)在該大風(fēng)帶中。在大風(fēng)帶東北側(cè)，對(duì)流演變成螺旋狀(圖7e)，徑向速度圖上表現(xiàn)為氣旋式旋轉(zhuǎn)(圖7f中黑色圓位置)。圖7f中渦旋西南側(cè)的旋轉(zhuǎn)分量與西北氣流一致，嵊泗13級(jí)極端大風(fēng)就位于渦旋西側(cè)。

5 結(jié)論與討論

2020年4月12日，500 hPa冷渦位于黃海，在冷渦橫槽下擺過程中，華東地區(qū)出現(xiàn)了大范圍的雷暴大風(fēng)，其中處于低渦底部的杭州灣地區(qū)出現(xiàn)了12級(jí)以上的極端大風(fēng)。此次過程高低空均為西北氣流控制，500 hPa冷平流明顯強(qiáng)于850 hPa暖平流，屬于高空冷平流強(qiáng)迫類，低層濕度條件差、不穩(wěn)定能量弱。

在這種環(huán)流背景下，杭州灣極端大風(fēng)的出現(xiàn)是多尺度、多因素共同作用的結(jié)果：(1)杭州灣具有不穩(wěn)定能量，并存在中等強(qiáng)度垂直風(fēng)切變，有利于海上形成有組織性的對(duì)流系統(tǒng)。探空分析表明，杭州灣的大氣層結(jié)呈現(xiàn)“X”型，中低層為深厚的干絕熱層，有利于對(duì)流中形成較強(qiáng)的下沉氣流。利用DCAPE估算，下沉輻散氣流造成的地面風(fēng)速約為14～16 m·s-1。(2)風(fēng)廓線雷達(dá)資料表明，對(duì)流發(fā)生時(shí)，中低層的西北風(fēng)急流達(dá)20～26 m·s-1，強(qiáng)的中層急流增強(qiáng)了對(duì)流系統(tǒng)后部入流的強(qiáng)度和厚度。在對(duì)流系統(tǒng)中下沉氣流的作用下，中層具有高動(dòng)量的氣流被帶到地面(即動(dòng)量下傳)。動(dòng)量下傳的風(fēng)與對(duì)流系統(tǒng)中的下沉輻散氣流疊加，增強(qiáng)了地面風(fēng)速。(3)杭州灣作為特殊的下墊面在本次極端大風(fēng)過程中也起到重要作用。在對(duì)流系統(tǒng)移入杭州灣的過程中，冷池明顯增強(qiáng)，加上杭州灣水面的摩擦力小，冷池密度流輻散速度遠(yuǎn)超過陸地，這也是杭州灣風(fēng)力增強(qiáng)的重要原因之一。

除了上述原因，杭州灣東北部13級(jí)以上大風(fēng)的出現(xiàn)還與海上熱力、動(dòng)力條件的不均勻分布及對(duì)流入海后形態(tài)的變化有關(guān)：(1)杭州灣東北部的不穩(wěn)定能量強(qiáng)于杭州灣西部區(qū)域且存在水平風(fēng)切變，有利于陸地上的對(duì)流移入杭州灣東部后強(qiáng)度維持。(2)主體位于上海的線狀對(duì)流移入杭州灣后發(fā)生斷裂，斷裂處左前方出現(xiàn)了中尺度渦旋，在對(duì)流斷裂的前部及渦旋西南側(cè)對(duì)應(yīng)了杭州灣東北部的大風(fēng)區(qū)。

導(dǎo)致這次雷暴大風(fēng)過程預(yù)報(bào)偏差的原因主要是對(duì)沿海海面和陸地?zé)崃Α?dòng)力及下墊面環(huán)境條件對(duì)比分析不足以及缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。此次極端大風(fēng)對(duì)沿海強(qiáng)對(duì)流天氣的潛勢(shì)和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)都有一定的借鑒意義。就潛勢(shì)預(yù)報(bào)而言，在能量和水汽條件較弱的情況下，只要?jiǎng)恿l件和環(huán)境條件合適，仍然有可能形成雷暴大風(fēng)。因此需要綜合考慮環(huán)境氣流、動(dòng)量下傳、冷池出流等的疊加效應(yīng)以及海洋下墊面的影響。就短時(shí)臨近預(yù)報(bào)而言，即使回波高度低、強(qiáng)度較弱，也可能產(chǎn)生強(qiáng)的地面大風(fēng)；需多關(guān)注回波的形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化，在回波帶斷裂處和出現(xiàn)中尺度渦旋的地方，更容易產(chǎn)生大風(fēng)。在判斷海陸下墊面對(duì)對(duì)流發(fā)展的影響時(shí)，不僅要看溫度的差異，還要關(guān)注濕度條件差異，因此用假相當(dāng)位溫等溫濕綜合變量來分析更合適。本次過程中還有一些問題尚待進(jìn)一步研究，如嵊泗附近中尺度渦旋形成的原因及其對(duì)地面大風(fēng)產(chǎn)生的增量，入海前后冷池與垂直風(fēng)切變相對(duì)強(qiáng)度對(duì)風(fēng)暴結(jié)構(gòu)的影響等。

致謝：感謝中國(guó)氣象局干部培訓(xùn)學(xué)院的俞小鼎老師在本文修改過程中給予的指導(dǎo)。