沈新勇 王林 喬娜 尹宜舟 李煥連

1 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/氣候與環(huán)境變化國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室/氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心,南京 210044

2 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海), 珠海 519082

3 天津市靜海區(qū)氣象局, 天津 301600

4 江蘇省鎮(zhèn)江市氣象局, 鎮(zhèn)江 212000

5 國(guó)家氣候中心, 北京 100081

6 中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院, 北京 100081

1 引言

華南地區(qū)地處中國(guó)的最南部，地形包括平原、丘陵和山地。山地面積覆蓋廣闊，大約占33%左右，其中主要的山地有武夷山和南嶺。高大的地形對(duì)天氣系統(tǒng)的發(fā)展也有重要的影響，它可以抬升暖濕空氣，引起條件不穩(wěn)定和對(duì)流不穩(wěn)定的發(fā)展，同時(shí)也可以阻擋系統(tǒng)的移動(dòng)。

有關(guān)地形對(duì)天氣和氣候的研究比較多，主要集中在動(dòng)力和熱力方面。徐國(guó)昌和張志銀（1983）在研究西北干旱時(shí)，發(fā)現(xiàn)青藏高原的動(dòng)力作用對(duì)西北干旱具有重要作用。1970年代初Benjamin（1970）和McIntyre（1972）用弱的非線性方法研究了連續(xù)層結(jié)大氣過(guò)山的特征，發(fā)現(xiàn)了山脈下游的山脈波和上游的回涌現(xiàn)象。孟英杰等（2010）對(duì)湖北2008年十次暴雨過(guò)程中地形抬升作用進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)地形抬升增強(qiáng)和水汽凝結(jié)和不穩(wěn)定能量的釋放。王華等（2019）的研究中也提到太行山的地形抬升作用對(duì)強(qiáng)對(duì)流單體的發(fā)展具有重要作用。Doswell III（1987）指出雷暴一般由低層中尺度系統(tǒng)觸發(fā)，觸發(fā)的原因和中尺度地形有一定的關(guān)系。楊舒楠等（2016）四川盆地地形對(duì)強(qiáng)降水有重要作用，其中一個(gè)原因就是使得氣流在山前輻合抬升。王瑩等（2018）通過(guò)研究海南島地形對(duì)降水強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)地形越高大，驅(qū)動(dòng)海風(fēng)發(fā)展的海陸感熱通量差異越大，海風(fēng)環(huán)流發(fā)展越旺盛，降水強(qiáng)度也越強(qiáng)。段旭等（2018）研究發(fā)現(xiàn)云貴高原的大地形阻擋了冷空氣移動(dòng)，從而導(dǎo)致了準(zhǔn)靜止鋒的形成。

颮線是能產(chǎn)生強(qiáng)烈天氣的中小尺度天氣系統(tǒng)，它具有歷時(shí)時(shí)間短、天氣變化劇烈和破壞性強(qiáng)的特點(diǎn)，常常帶來(lái)災(zāi)害大風(fēng)、局地暴雨及冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣（壽紹文等，2003）。Rotunno et al.（1988）認(rèn)為當(dāng)冷池與垂直風(fēng)切變相互平衡時(shí)，有利于颮線的維持與發(fā)展。李鴻洲等（1999）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在西北流型條件下，高層有較強(qiáng)的冷空氣侵入，低層受地形強(qiáng)迫引起的強(qiáng)烈鋒生，是華北颮線形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿^(guò)程。張樂(lè)楠等（2019）研究了東北冷渦背景下的颮線，指出冷渦后部的強(qiáng)風(fēng)對(duì)颮線環(huán)流結(jié)構(gòu)改變有重要影響。王瑾婷等（2017）對(duì)颮線經(jīng)過(guò)大別山前后的強(qiáng)度做了研究并進(jìn)行了敏感性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)地形產(chǎn)生的背風(fēng)波有利于颮線內(nèi)部對(duì)流單體的發(fā)展與加強(qiáng)。孫建華等（2014）通過(guò)颮線的水汽敏感性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)環(huán)境場(chǎng)中不同的水汽含量和垂直分布，會(huì)影響下沉氣流和冷池強(qiáng)度，從而影響對(duì)流的組織形態(tài)、維持時(shí)間和強(qiáng)度。陶局等（2019）通過(guò)填海的敏感性試驗(yàn)研究了渤海水面對(duì)颮線形成過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)渤海對(duì)颮線的移動(dòng)速度和颮線的強(qiáng)度的發(fā)展具有一定的作用。張騰飛等（2018）通過(guò)研究?jī)纱卧颇夏现Р塾绊懴碌脑颇巷R線雹暴中尺度和環(huán)境場(chǎng)特征，發(fā)現(xiàn)了影響兩次過(guò)程的環(huán)境場(chǎng)的差異。

以往討論高大地形對(duì)天氣和氣候的影響研究比較多，但是研究高大地形對(duì)颮線的組織和發(fā)展的相關(guān)內(nèi)容數(shù)量不多，尤其是華南地區(qū)南嶺、武夷山對(duì)颮線的發(fā)展的影響及作用機(jī)制研究更顯不足，本文旨在研究南嶺（24°N～26.5°N，111.5°E～115°E）對(duì)颮線升尺度及發(fā)展變化的作用，為特殊地形下颮線的發(fā)展提供一定的參考。

2 個(gè)例簡(jiǎn)介和模擬方案設(shè)置

2.1 個(gè)例簡(jiǎn)介

本文選取是2016年4月13日的一次颮線過(guò)程（圖1）。這次強(qiáng)對(duì)流天氣是受切變線和高空槽影響，一條颮線于清晨自西向東影響廣州市，導(dǎo)致廣州出現(xiàn)了強(qiáng)雷雨和7～10級(jí)陣風(fēng)，局部地區(qū)瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)11～13級(jí)，同時(shí)伴有短時(shí)強(qiáng)降水。黃埔區(qū)長(zhǎng)洲街最大陣風(fēng)39.9 m s?1（13級(jí)），部分路段出現(xiàn)樹(shù)木倒伏，甚至折斷。該次颮線在廣東省內(nèi)歷時(shí)9～10個(gè)小時(shí)，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

圖1 2016年4月12日（a）16:00（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）、（b）19:00、（c）20:00、（d）23:00、13日（e）00:00和（f）01:00實(shí)況雷達(dá)組合反射率因子（單位：dBZ）分布Fig. 1 Observed radar composite reflectivity (units: dBZ) from April 12 to 13, 2016: (a) 1600 UTC 12; (b) 1900 UTC 12; (c) 2000 UTC 12; (d) 2300 UTC 12; (e) 0000 UTC 13; (f) 0100 UTC 13

2.2 模擬方案設(shè)置

利用WRF4.0模式研究地形在華南颮線升尺度過(guò)程中的作用，模式做了四層雙向嵌套（圖2），以（30.36°N，114.19°E）為中心，積分時(shí)間從2016年4月12日00:00（協(xié)調(diào)世界時(shí)，下同）到13日06:00，積分步長(zhǎng)90 s，水平分辨率分別為40.5 km（d01層）、13.5 km（d02層）、4.5 km（d03層）和1.5 km（d04層）；垂直方向上分為35層，模式頂?shù)臍鈮簽?0 hPa，研究區(qū)域?yàn)樽顑?nèi)層區(qū)域，基本涵蓋此次強(qiáng)對(duì)流在南嶺前后的發(fā)展過(guò)程，設(shè)置的格點(diǎn)數(shù)為694×574，每30分鐘輸出一次。

圖2 WRF模式四重嵌套的模擬區(qū)域Fig. 2 Nesting area of WRF model

在d01和d02層中，保留了次網(wǎng)格尺度的淺對(duì)流Kain-Fritsch（new Eta）積云對(duì)流參數(shù)化方案（馬嚴(yán)枝等，2012），而在d03和d04層中由于分辨率比較高則關(guān)掉了Kain-Fritsch （new Eta）積云對(duì)流參數(shù)化方案；輻射方案采用的Dudhia 短波輻射方案、RRTM長(zhǎng)波輻射方案，微物理方案采用WSM 5類冰雹方案，近地面方案采用Monin-Obukhov方案，陸面過(guò)程為Noah陸面過(guò)程方案，邊界層方案為YSU方案（王林等，2021）。

為了更好地研究南嶺地形對(duì)本次颮線升尺度過(guò)程的影響，針對(duì)南嶺的地形（圖3），設(shè)計(jì)了對(duì)照試驗(yàn)（Reference Experiment，也可以理解為“參考試驗(yàn)”或者“基準(zhǔn)試驗(yàn)”）和敏感性試驗(yàn)。對(duì)照試驗(yàn)命名為RE，采用了實(shí)際的地形高度。另外，定義南嶺山峰的高度為山峰的海拔高度減去周圍平原的海拔高度，設(shè)計(jì)三組敏感性試驗(yàn)：（1）ZE試驗(yàn)：將南嶺山峰抹去，南嶺山峰的高度變?yōu)榱?，意思就是把山峰的海拔高度，降?00 m，和周圍平原的海拔高度基本相當(dāng)；（2）ZFE試驗(yàn)：在此，先將南嶺山峰的高度減少為實(shí)際山峰高度的0.5倍；（3）OFE試驗(yàn)：將南嶺山峰高度增加為原來(lái)實(shí)際山峰高度的1.5倍。

圖3 理想試驗(yàn)地形高度（單位：m）及敏感性試驗(yàn)區(qū)域（虛線框代表南嶺區(qū)域，下同）：（a）ZE試驗(yàn)；（b）ZFE試驗(yàn)；（c）RE試驗(yàn)；（d）OFE試驗(yàn)Fig. 3 Ideal terrain (units: m) and area of sensitivity tests (dashed frame: Nanling Mountains, the same below): (a) ZE test; (b) ZFE test; (c) RE test;(d) OFE test

3 模擬結(jié)果的檢驗(yàn)

圖4給出了氣象信息中心的自動(dòng)站與CMORPH融合的逐小時(shí)降水量的網(wǎng)格資料的24小時(shí)降水與對(duì)照試驗(yàn)做對(duì)比。可以看出，對(duì)照試驗(yàn)較好地模擬出了降水位置、走向和中心。降水的中心主要有兩個(gè)，一個(gè)位于廣東和廣西省中部以及福建南部，另一個(gè)位于江西中部以及江西與福建北部交界處，模擬的降水場(chǎng)大值區(qū)較實(shí)況稍微偏大?？偟膩?lái)看，模擬的降水場(chǎng)較好的反映了實(shí)況。

圖4 2016年4月12日06:00至13日06:00（a）實(shí)況和（b）對(duì)照試驗(yàn)的24 h降水量（陰影，單位：mm）分布Fig. 4 Distributions of (a) observed and (b) simulated precipitation (shaded, units: mm) from 0600 UTC 12 to 0600 UTC 13 April 2016

圖5是模擬的雷達(dá)組合反射率圖，通過(guò)對(duì)比觀測(cè)和模擬，16:00（圖5a）可以看出在廣西中北部和廣東北部都有強(qiáng)對(duì)流出現(xiàn)，但是廣西境內(nèi)的對(duì)流范圍比較大，而廣東北部的對(duì)流范圍小，呈現(xiàn)零散的分布，強(qiáng)度上和實(shí)況觀測(cè)的也相當(dāng)。緊接著，廣西境內(nèi)的對(duì)流開(kāi)始向東南移動(dòng)，翻越南嶺，移動(dòng)過(guò)程中層狀云范圍減少，對(duì)流云呈線狀，具有了β尺度的颮線結(jié)構(gòu)。而廣東北部南嶺上的對(duì)流在下山的過(guò)程中迅速發(fā)展，強(qiáng)對(duì)流的面積增大，由散亂的γ尺度對(duì)流單體演變成了具有單體、線狀對(duì)流和塊狀并存的復(fù)合對(duì)流系統(tǒng)（圖5b）。隨后，廣東北部的復(fù)合的對(duì)流系統(tǒng)也形成了一個(gè)β尺度的颮線，并且和從廣西移來(lái)的颮線合并，形成了α中尺度的颮線（圖5c）。之后α中尺度的颮線繼續(xù)南移并加強(qiáng)，具有更明顯的強(qiáng)的對(duì)流線，并且出現(xiàn)了弓狀回波（圖5d–f）。由以上分析可以看出，本次模擬的颮線的位置、強(qiáng)度和范圍和實(shí)況（圖1）較為接近，可以做進(jìn)一步的分析。

圖5 同圖1，但為模式模擬雷達(dá)組合反射率因子Fig. 5 Same as Fig. 1, but for simulated combined radar reflectivity

4 模擬結(jié)果分析

4.1 地形對(duì)颮線形態(tài)的影響

通過(guò)對(duì)雷達(dá)回波演變分析得到，在經(jīng)過(guò)南嶺之前（圖略），4組試驗(yàn)均有較多的對(duì)流單體生成，對(duì)流云團(tuán)的分布主要有兩塊區(qū)域，一部分位于廣西中部，面積比較大，還有一小部分位于廣東和廣西交界處，比較分散 。經(jīng)過(guò)南嶺前，幾組試驗(yàn)中，ZFE試驗(yàn)和RE試驗(yàn)中，兩廣交界處的對(duì)流比較多（圖略）。17:00（圖6a–a3），原兩廣交界處的對(duì)流已經(jīng)上山，對(duì)流單體的數(shù)量各不相同，RE試驗(yàn)和ZFE試驗(yàn)對(duì)流單體數(shù)較多，且范圍比上山前更大，而ZE試驗(yàn)和OFE試驗(yàn)對(duì)流有所減弱。此外，原廣西中部的南北向的對(duì)流線在南嶺北側(cè)斷裂并減弱。過(guò)山后（圖6b–b3），4組試驗(yàn)的對(duì)流都得到進(jìn)一步的發(fā)展，形成水平尺度比較大的線狀對(duì)流，強(qiáng)對(duì)流線非常明顯。但是，從颮線的寬度、內(nèi)部對(duì)流單體數(shù)量和組織結(jié)構(gòu)上，ZFE試驗(yàn)和RE試驗(yàn)均優(yōu)于另外兩組。通過(guò)以上的分析，強(qiáng)對(duì)流在過(guò)山前有減弱趨勢(shì)，而在過(guò)山后有明顯加強(qiáng)，40 dBZ以上的回波面積擴(kuò)大，并且更有組織，有明顯的α中尺度颮線結(jié)構(gòu)。同時(shí)，地形的敏感性試驗(yàn)也可以看出，在改變地形高度的情況下，增加和減少地形高度對(duì)颮線的發(fā)展也是有較大影響的，尤其是地形過(guò)高時(shí)對(duì)颮線前期的對(duì)流的范圍和強(qiáng)度削弱作用更明顯。

圖6 （a, b）ZE試驗(yàn)、（a1, b1）ZFE試驗(yàn)、（a2, b2）RE試驗(yàn)和（a3, b3）OFE試驗(yàn)?zāi)M的2016年4月12日17:00（第一行）和21:00（第二行）的雷達(dá)回波（陰影，單位：dBZ）Fig. 6 Simulated radar reflectivity (shaded, units: dBZ) respectively by (a, b) ZE test, (a1, b1) ZFE test, (a2, b2) RE test, and (a3, b3) OFE test at 1700 UTC (top line) and 2100 UTC (bottom line) 12 April 2016

4.2 地形對(duì)風(fēng)場(chǎng)和散度場(chǎng)的影響

圖7是2016年4月12日18:00的對(duì)照試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)?zāi)M的850 hPa風(fēng)場(chǎng)和散度場(chǎng)分布，圖8是敏感性試驗(yàn)散度場(chǎng)減去對(duì)照試驗(yàn)散度場(chǎng)得到的三組散度場(chǎng)差值，比較清楚展示了南嶺地形改變后低層氣流運(yùn)動(dòng)的改變。可以看出，對(duì)照試驗(yàn)（圖7c），颮線發(fā)展期間，廣東和廣西地區(qū)主要受西南氣流的影響，廣西中北部和廣東北部存在輻合區(qū)（圖7g），尤其在廣西中部地區(qū)輻合最強(qiáng)，從風(fēng)場(chǎng)上也可以看到存在風(fēng)速和風(fēng)向的輻合。同時(shí)廣東和廣西南部的氣流也達(dá)到急流的量級(jí)，江西的中南部也存在一支低空急流，并且左側(cè)有氣旋式環(huán)流，分別對(duì)水汽的輸送和低層暖濕空氣的抬升非常有利。在ZFE試驗(yàn)中（圖7b），地形高度降低后，山脈的阻擋作用減弱，江西中部急流強(qiáng)度有所減弱，但是廣東和廣西南部的急流范圍擴(kuò)大，急流有所北進(jìn)。從散度場(chǎng)上看，廣西北部輻合減弱（圖7f）。從散度場(chǎng)差值上看（圖8b），主體的輻合區(qū)域（即黑框區(qū)域）有明顯的增強(qiáng)，出現(xiàn)帶狀連續(xù)的輻合加強(qiáng)區(qū)。在ZE試驗(yàn)中（圖7a），消除地形后，急流又進(jìn)一步北抬，暖濕空氣沒(méi)有了山脈的阻擋，得以繼續(xù)向內(nèi)陸延伸。從散度上看，輻合區(qū)在廣西北部重新增強(qiáng)（圖7e）。從散度場(chǎng)差值看（圖8a），帶狀連續(xù)的輻合加強(qiáng)區(qū)斷裂，分成了三部分，強(qiáng)度也有不同程度減弱。OFE試驗(yàn)中（圖7d），南嶺地形抬高后，廣東和廣西南部急流減弱南移，江西中南部急流強(qiáng)度和范圍與ZE試驗(yàn)和ZFE試驗(yàn)差別不明顯。從散度上（圖7h），可以看出地形高度過(guò)高，廣西中北部和廣東北部輻合區(qū)面積比對(duì)照試驗(yàn)減少且強(qiáng)度也減弱。從散度場(chǎng)的差值上看（圖8c），主體輻合區(qū)出現(xiàn)更明顯的減弱，輻合的加強(qiáng)區(qū)進(jìn)一步縮小，輻散區(qū)面積擴(kuò)大。

圖7 2016年4月12日18:00（a, e）ZE試驗(yàn)、（b, f）ZFE試驗(yàn)、（c, g）RE試驗(yàn)和（d, h）OFE試驗(yàn)?zāi)M的850 hPa風(fēng)場(chǎng)（第一行，單位：m s?1）和散度場(chǎng)（第二行，單位：10?5 s?1）。（a–d）中陰影區(qū)為風(fēng)速大于12 m s?1的急流區(qū)Fig. 7 Simulated 850 hPa wind field (top line, units: m s?1) and divergence field (bottom line, units: 10?5 s?1) by (a, e) ZE test, (b, f) ZFE test, (c, g)RE test, and (d, h) OFE test at 1800 UTC 12 April 2016. Shadows in (a–d) for the jet with wind speed more than 12 m s?1

圖8 2016年4月12日18:00模擬的敏感性試驗(yàn)與對(duì)照試驗(yàn)在850 hPa高度上散度場(chǎng)的差值（陰影，單位：10?5 s?1）：（a）ZE減去RE試驗(yàn)結(jié)果；（b）ZFE減去RE試驗(yàn)結(jié)果；（c）OFE減去RE試驗(yàn)結(jié)果。黑色橢圓形框代表颮線的位置Fig. 8 Difference in the divergence between simulated 850 hPa sensitivity tests and the control test（shaded, units: 10?5 s?1) at 1800 UTC on April 12, 2016: (a) ZE minus RE; (b) ZFE minus RE; (c) OFE minus RE；The black oval represent the position of the squall lines

4.3 地形對(duì)水汽場(chǎng)的影響

在強(qiáng)對(duì)流發(fā)生發(fā)展的過(guò)程中，水汽條件是強(qiáng)對(duì)流發(fā)展不可或缺的條件，沒(méi)有足夠的水汽無(wú)法形成對(duì)流云團(tuán)（孫密娜等, 2020）。除此之外，水汽條件也可以增加位勢(shì)不穩(wěn)定性，當(dāng)有天氣尺度系統(tǒng)或者中尺度系統(tǒng)觸發(fā)上升運(yùn)動(dòng)后，水汽的凝結(jié)潛熱的釋放也是有利于促進(jìn)對(duì)流的進(jìn)一步發(fā)展（翟少婧,2021）。從水汽通量上看（圖9），水汽通量的大值區(qū)基本分布在廣東、廣西、江西中南部和福建北部，與低空急流的位置是一致的（圖7）。從四組試驗(yàn)中，可以看到地形的改變影響到了江西中部和廣東北部水汽通量強(qiáng)度和分布。從四組試驗(yàn)的水汽通量可以發(fā)現(xiàn)，由無(wú)地形到地形增加為原來(lái)的1.5倍，在（24°～26°N，112°～114°E）區(qū)域內(nèi)，水汽通量依次減弱，24°N以南區(qū)域水汽通量大小分布基本一樣。此外，江西中南部存在水汽通量較大的區(qū)域，與江西中南部低空急流的位置對(duì)應(yīng)，幾組試驗(yàn)中，RE試驗(yàn)在江西中部水汽通量大值區(qū)面積較大。從水汽通量散度上看，在廣東南部沿海地區(qū)存在水汽輻合區(qū)，另外在廣東北部和廣西北部地區(qū)也存在水汽的輻合區(qū)，而且輻合強(qiáng)度比沿海要強(qiáng)，最大中心可以達(dá)到8×10?6g hPa?1cm?2s?1（圖10）。從無(wú)地形到有地形的過(guò)程中，在廣東和廣西南部的水汽的位置和面積基本變化不大，但是在兩廣北部及其邊界附近水汽通量的輻合區(qū)面積和強(qiáng)度存在差別。四組試驗(yàn)還可以看到，在廣西北部存在一個(gè)水汽通量散度負(fù)的大值區(qū)，這里正是颮線初始對(duì)流的一個(gè)起點(diǎn)，同時(shí)在廣東北部也有比較大的水汽通量輻合區(qū)，呈帶狀分布（圖10a–c）。由ZE試驗(yàn)到RE試驗(yàn)（圖10a–c），廣西北部的水汽通量輻合正的大值區(qū)有一定減弱。另外，從圖10c到圖10d，廣東北部的水汽通量輻合中心也在減弱。由此可見(jiàn)，南嶺在水汽通量及其散度的分布和強(qiáng)度上具有重要影響，如果沒(méi)有南嶺的存在，對(duì)流云團(tuán)的強(qiáng)度和分布會(huì)發(fā)生變化。

圖9 2016年4月12日17:00（a）ZE試驗(yàn)、（b）ZFE試驗(yàn)、（c）RE試驗(yàn)和（d）OFE試驗(yàn)?zāi)M的850 hPa水汽通量（箭頭和陰影，單位：g hPa?1 cm?1 s?1）Fig. 9 Simulated 850 hPa water vapor flux (arrows and shaded, units: g hPa?1 cm?1 s?1) at 1700 UTC 12 April 2016: (a) ZE test; (b) ZFE test; (c) RE test; (d) OFE test

圖10 同圖9，但為水汽通量散度（陰影，單位：10?6 g hPa?1 cm?2 s?1）Fig. 10 Same as Fig. 9, but for water vapor flux divergence (shaded, units: 10?6 g hPa?1 cm?2 s?1)

4.4 地形對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定性的影響

為了研究南嶺地形對(duì)此次華南颮線的升尺度發(fā)展的影響，繪制了沿（26°N，110°E）到（23°N，115°E）方向上（圖3c中直線AB）的假相當(dāng)位溫和垂直運(yùn)動(dòng)的垂直剖面圖。從RE試驗(yàn)（圖11c）可以看出，在112°E以東對(duì)流層低層存在多個(gè)對(duì)流比較活躍的區(qū)域，并且存在較多的假相當(dāng)位溫閉合區(qū)，低層的假相當(dāng)位溫也明顯偏高，說(shuō)明廣東省的水汽和熱量條件充足，適宜強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展。而112°E以西的區(qū)域低層對(duì)流活動(dòng)不活躍，但是111.1°～111.7°E之間6～10 km存在大范圍的活躍上升運(yùn)動(dòng)，一方面可能是地形抬升導(dǎo)致的上升運(yùn)動(dòng)，另一方面是由于存在弱的不穩(wěn)定性。從ZE試驗(yàn)和ZFE試驗(yàn)可以看出，地形進(jìn)行降低和抹平之后，111.1°～111.7°E之間6～10 km的對(duì)流活躍區(qū)變窄，強(qiáng)度也出現(xiàn)了減弱，ZE試驗(yàn)相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)流減弱的更明顯。與RE試驗(yàn)相比，ZE試驗(yàn)和ZFE試驗(yàn)假相當(dāng)位溫的閉合區(qū)域分布基本變化不大，低層的假相當(dāng)位溫梯度基本相同，112°E以東的低層假相當(dāng)位溫梯度都比較大，而112°E以西假相當(dāng)位溫梯度小。當(dāng)?shù)匦伟幢壤黾雍螅▓D11d），明顯發(fā)現(xiàn)原本在對(duì)照試驗(yàn)中111.1°～111.7°E之間6～10 km的活躍的對(duì)流區(qū)擴(kuò)大，在112.2°E處的深厚的對(duì)流減弱，114.4°E低層垂直運(yùn)動(dòng)也減弱，可能是由于地形抬升以后，高層氣流在前部發(fā)生劇烈的抬升（鐘敏等, 2020; 張宏芳等, 2020），而低層的氣流主要以繞流為主。從圖11d還可以看到，地形抬升以后110.6°E這個(gè)位置中層的閉合假相當(dāng)位溫中心消失，113.3°E附近對(duì)應(yīng)的低層的假相當(dāng)位溫梯度減小。

圖11 2016年4月12日18:00模式模擬的假相位溫線（θse，等值線，間隔：4 K）和垂直運(yùn)動(dòng)速度（陰影，單位：m s?1）過(guò)圖3c中直線AB的垂直剖面（垂直速度擴(kuò)大20倍）：（a）ZE試驗(yàn)；（b）ZFE試驗(yàn)；（c）RE試驗(yàn)；（d）OFE試驗(yàn)Fig. 11 Simulated pseudo-equivalent potential temperature θse (isoline, interval: 4 K) and vertical velocity (shadings, units: m s?1) along AB straight line at 1800 UTC April 12, 2016 (vertical wind speed enlarged 20 times): (a) ZE test; (b) ZFE test; (c) RE test; (d) OFE test

通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，地形的作用可以改變垂直運(yùn)動(dòng)的分布和強(qiáng)度，地形整體變高后中高層運(yùn)動(dòng)明顯加強(qiáng)，而對(duì)不穩(wěn)定層結(jié)分布影響比較小。

4.5 地形對(duì)低層垂直風(fēng)切變的影響

一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展離不開(kāi)垂直風(fēng)切變，較強(qiáng)的垂直風(fēng)切變可以帶走高空的熱量，維持垂直方向的不穩(wěn)定，同時(shí)也可以維持強(qiáng)對(duì)流前部的上升氣流和尾部的下沉運(yùn)動(dòng)（姚晨等, 2013; 鄭淋淋和孫建華, 2016; 吳紫煜等, 2016）。通常使用的比較多的有0～3 km的低層垂直風(fēng)切變和0～6 km的中低層的垂直切變，一般0～3 km的垂直風(fēng)切變對(duì)颮線的組織和發(fā)展作用最大（Fovell et al., 1998; Weisman et al., 2004）。圖12為19:00的0.5～3 km的垂直風(fēng)切變和雷達(dá)組合反射率，此時(shí)颮線處于β中尺度的颮線。為了更好的研究地形對(duì)垂直風(fēng)切變的影響，我們把未合并的兩部分對(duì)流分開(kāi)研究。在ZE試驗(yàn)中，d1中的最大垂直切變?cè)?8 m s?1，d2中的最大垂直風(fēng)切變?cè)?0 m s?1（圖12a）。在ZFE試驗(yàn)中，地形減去一半后，d1區(qū)域切變減弱為20 m s?1，d2區(qū)域最大垂直切變?nèi)詾?0 m s?1，但是部分區(qū)域切變有減弱（圖12b）。RE試驗(yàn)相比ZFE試驗(yàn)，雖然最大切變值不變，但是局部垂直風(fēng)切變進(jìn)一步減弱（圖12c）。當(dāng)?shù)匦胃叨忍▓D12d），發(fā)現(xiàn)垂直風(fēng)切變進(jìn)一步減弱，兩個(gè)區(qū)域的最大值都只有16 m s?1，有的地方垂直風(fēng)切變甚至消失。綜合四組試驗(yàn)，d1區(qū)域?qū)α髟茍F(tuán)受垂直風(fēng)切變改變的影響不如d2區(qū)域明顯，可能d1區(qū)地面存在輻合中心（圖7e–h），即使切變有一定的減弱依然可以維持對(duì)流存在。以上可以看出南嶺地形的改變對(duì)華南地區(qū)垂直風(fēng)切變有明顯的影響，南嶺地形過(guò)高對(duì)垂直風(fēng)切變有一定的抑制作用，從而對(duì)強(qiáng)對(duì)流的系統(tǒng)的組織和發(fā)展不利。

圖12 2016年4月12日19:00 模擬的雷達(dá)組合反射率（陰影，單位：dBZ）和0.5～3 km垂直風(fēng)切變（風(fēng)羽，單位：m s?1）分布：（a）ZE試驗(yàn)；（b）ZFE試驗(yàn)；（c）RE試驗(yàn)；（d）OFE 試驗(yàn)。橢圓D1和橢圓D2表示β中尺度颮線的位置Fig. 12 Distributions of simulated combined radar reflectivity (shaded, units: dBZ) and 0.5–3 km vertical wind shear (barbs, units: m s?1) at 1900 UTC April 12, 2016: (a) ZE test; (b) ZFE test; (c) RE test; (d) OFE test. The oval d1 and the oval d2 represent the position of meso-β-scale squal lines

5 總結(jié)與討論

本文利用NCEP/NCAR再分析資料以及中尺度WRF數(shù)值模式對(duì)2016年4月13日華南地區(qū)的一次颮線升尺度過(guò)程進(jìn)行模擬，并通過(guò)地形敏感度試驗(yàn)分析了南嶺地形對(duì)華南颮線的發(fā)生發(fā)展的影響，發(fā)現(xiàn)地形改變后，華南地區(qū)的水平風(fēng)場(chǎng)、垂直運(yùn)動(dòng)、水汽條件、假相當(dāng)位溫和垂直風(fēng)切變都有明顯的變化，地形通過(guò)直接影響相關(guān)的氣象要素，從而間接影響了颮線的形態(tài)和強(qiáng)度，并得到了以下的結(jié)論：

（1）總的來(lái)看，強(qiáng)對(duì)流在過(guò)山后比過(guò)山前發(fā)展要強(qiáng)烈，水平的尺度增長(zhǎng)較大。但是，不同高度的地形敏感度試驗(yàn)表明，地形過(guò)高和過(guò)低對(duì)于颮線對(duì)流的發(fā)展都是不利的，不利于對(duì)流風(fēng)暴單體的產(chǎn)生。因此，適宜的地形高度（500～1000 m）對(duì)于風(fēng)暴的發(fā)展更有利。

（2）從850 hPa風(fēng)場(chǎng)，南嶺地形對(duì)華南地區(qū)的急流北進(jìn)起到了阻擋作用，地形越高，對(duì)急流北進(jìn)阻礙越大。但是江西中南部的急流卻增強(qiáng)，可能是由于地形的阻擋，氣流繞流增加，動(dòng)量集中，因此在江西中南部的急流會(huì)隨著地形高度增加而增強(qiáng)。在散度場(chǎng)上，無(wú)地形試驗(yàn)中廣西中北部輻合最強(qiáng)，1.5倍地形高度試驗(yàn)在廣東北部的輻合最弱，可能高大地形使得氣流繞流明顯。

（3）從850 hPa的水汽通量和水汽通量散度上看，南嶺地形對(duì)局部地區(qū)的水汽輸送有重要影響，（24°～26°N，112°～114°E）區(qū)域內(nèi)水汽通量隨地形高度增加是減弱的。無(wú)地形到真實(shí)高度，廣西北部的水汽通量輻合在減弱，而廣東北部水汽通量輻合由無(wú)地形到加高地形過(guò)程中一直減弱，各區(qū)域水汽通量和通量散度的變化較好的反映了對(duì)流的分布。

（4）地形變高以后，垂直運(yùn)動(dòng)是顯著加強(qiáng)的，而不穩(wěn)定層結(jié)的分布變化不大。另外，垂直風(fēng)切變對(duì)地形的改變比較敏感，地形過(guò)高會(huì)使垂直風(fēng)切變減弱。

最后要說(shuō)明的是，本文設(shè)置了實(shí)際山峰高度的對(duì)照試驗(yàn)以及無(wú)山峰高度、半山峰高度和1.5倍山峰高度等三組敏感性試驗(yàn)，得到了一些研究結(jié)果。為了更加細(xì)致地分析地形的作用，另外還做了0.25倍山峰高度、0.75倍山峰高度以及1.25倍山峰高度等三組敏感性試驗(yàn)。從敏感性試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，補(bǔ)充的三組敏感性試驗(yàn)結(jié)果和原來(lái)的試驗(yàn)結(jié)果一致。盡管山峰高度做了進(jìn)一步的細(xì)化，但是氣象要素場(chǎng)的分布具有相似特征，得出的結(jié)論是一樣的，在此就不再贅述了。