一次导致大风的暖区飑线后侧入流分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-01-0084

摘要/Abstract

摘要：

长生命史飑线极易造成大范围灾害性大风天气，研究其结构及其维持机制对灾害性大风天气预报有重要参考意义。利用浙江地面加密观测和雷达资料、美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research）FNL（Final Operational Global Analysis）再分析资料及高分辨率模式模拟结果对2018年3月4日江南地区出现的一次造成大风的暖区飑线后侧入流进行分析，探讨飑线维持机制。结果表明，飑线发生在南支槽前高低空一致西南气流的暖区环境中，环境具有0~6 km中等到强垂直切变、高对流有效位能、中层和近地面有明显干区的特征；3 h负变压异常指数对此次过程具有一定的指示作用。飑线表现为“TS”结构，但层云区相对较窄；反射率因子核位于中层径向辐合下方下沉气流中。模式模拟结果表明，后侧入流及下沉气流在系统内部、后部分别强迫出逆时针和顺时针垂直环流，构成了飑线最主要结构特征；后侧入流紧靠系统后缘而位于对流层中层，促使上升气流由倾斜转为垂直；此后后侧入流远离系统，与低层出流合并持续抬升暖湿空气，后侧入流与前侧入流的协同作用有利于飑线维持更长时间。

关键词: 后侧入流, 垂直风切变, 水平涡度, 飑线

Abstract:

A squall line with a long life is very likely to cause a wide range of catastrophic gale weather. The study of its structure and maintenance mechanism is of great reference significance to the forecast of catastrophic gale weather. The rear inflow of a warm zone squall line that caused strong gale in Jiangnan area on March 4, 2018 was analyzed by using the ground observations, radar data, NCEP/NCAR (National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research) FNL (Final Operational Global Analysis) reanalysis and high-resolution model simulation results, and the maintenance mechanism of the squall line was discussed. The results show that the squall line occurred in a warm environment in front of the south branch trough with the same southwesterly airflow in upper and lower layers. The environment was characterized by moderate to strong vertical shear of 0-6 km, high convective effective potential energy, and obvious dry areas in the middle layer and near the surface. The 3 h negative barotropic anomaly index has a good indication in this process. The squall line showed a “TS” structure, but the stratus area was relatively narrow. The reflectivity factor kernel was located in the downdraft below the mid-level radial convergence. The results of the model simulation show that the rear inflow and downdraft forced counterclockwise and clockwise vertical circulation in the interior and rear of the system, respectively, which constituted the most important structural characteristics of the squall line. The rear inflow was close to the rear edge of the system and located in the middle troposphere, which caused the updraft to change from inclined to vertical direction. After that, the rear inflow moved away from the system and merged with the lower outflow to continuously lift the warm and moist air. The synergistic effect of the rear inflow and the front inflow made the squall line maintain for a longer time.

Key words: rear inflow, vertical wind shear, horizontal vorticity, squall line

中图分类号:

P445

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图/表 8

图1 2018年3月4日18：00（a）、19：00（b）、20：00（c）过去1 h浙江省降水（填色，单位：mm）和17.2 m·s-1以上大风（风矢，单位：m·s-1）实况

Fig.1 The observed precipitation（the color shaded，Unit： mm） and wind speed greater than 17.2 m·s-1 in the past one hour（wind vectors，Unit： m·s-1） at 18：00（a），19：00（b） and 20：00（c） on 4 March 2018 in Zhejiang Province

图2 2018年3月4日 14：00 500 hPa高度场（黑色等值线，单位：dagpm）、850 hPa风场（风矢，单位：m·s-1）及温度场（红色等值线，单位：℃）、200 hPa风速（填色，单位：m·s-1）（a），CAPE分布（单位：J·kg-1）（b），衢州站T-ln P图（c），浙江地面 3 h变压（黑色虚线，单位：Pa）及PCR（红色数值）（d）

Fig.2 The 500 hPa height field（black contours，Unit： dagpm），850 hPa wind field（wind vectors，Unit： m·s-1） and temperature field（red isolines，Unit： ℃），200 hPa wind speed（the color shaded，Unit： m·s-1）（a），the distribution of CAPE（Unit： J·kg-1）（b），the diagram of T-ln P at Quzhou sounding station（c），the 3-hour variation of pressure（dotted lines，Unit： Pa） and PRC（red values）（d） on surface in Zhejiang at 14：00 on 4 March 2018

图3 2018年3月4日17：30（a）、18：30（b）、19：30（c）丽水站组合反射率因子（填色，单位：dBZ）及18：00（a）、19：00（b）、20：00（c）过去1 h内17.2 m·s-1以上大风（风矢，单位：m·s-1）分布，沿图3（b）飑线移动方向（实线）的反射率因子（d，单位：dBZ）及径向速度（e，单位：m·s-1）剖面

Fig.3 The combined reflectivity at Lishui station（the color shaded，Unit： dBZ） at 17：30（a），18：30（b），19：30（c） and observed gale with wind speed more than 17.2 m·s-1 in the past one hour（wind vectors，Unit： m·s-1） at 18：00（a），19：00（b） and 20：00（c） on 4 March 2018，the reflectivity factor（d，Unit： dBZ） and radial velocity（e，Unit： m·s-1） sections along the moving direction of the squall line（the solid line in the figure b）

图4 2018年3月4日17：30（a）、18：00（b）、18：30（c）、19：00（d）模拟的最大反射率因子（填色，单位：dBZ）及0~6 km（等值线）与0~3 km（矢量）垂直风切变（单位：m·s-1）分布（AB为飑线移动方向）

Fig.4 The distribution of simulated maximum reflectivity factor（the color shaded，Unit： dBZ），0-6 km（isolines） and 0-3 km（vectors） vertical wind shear（Unit： m·s-1） at 17：30（a），18：00（b），18：30（c） and 19：00（d） on 4 March 2018 （The AB is moving direction of the squall line）

图5 2018年3月4日18：00（a）、18：30（b）地面冷池（等值线，表示近地面气温减区域平均气温，虚线为负）、反射率因子45 dBZ等值线（红色实线）及近地面10 m风场（箭矢，单位：m·s-1）

Fig.5 The cold pool（isolines，representing temperature disturbance，i.e. 2 m temperature minus regional average temperature，dotted line is negative），the reflectivity equal to 45 dBZ（red solid lines） and 10 m wind field（arrow vectors，Unit： m·s-1） at 18：00（a） and 18：30（b） on 4 March 2018

图6 2018年3月4日18：00（a、c）、18：30（b、d）假相当位温（蓝色等值线，单位：K）（a、b）与相对湿度（填色，单位：%）、垂直速度（黑色等值线，单位：Pa·s-1）沿飑线移动方向剖面（c、d）（红色实线表示反射率因子为40 dBZ）

Fig.6 The potential pseudo-equivalent temperature（blue isolines，Unit： K）（a，b），the profiles of relative humidity（the color shaded，Unit： %） and vertical velocity（black isolines，Unit： Pa·s-1） along the moving direction of the squall line（c，d） at 18：00（a，c） and 18：30（b，d） on 4 March 2018 （The red solid line represents reflectivity equal to 40 dBZ）

图7 2018年3月4日17：30（a）、18：00（b）、18：30（c）、19：00（d）相对风暴水平速度u与ω×10矢量合成（流线，单位：m·s-1）、相对风暴速度（蓝线，实线为垂直飑线由后到前，虚线为由前到后，单位：m·s-1）、水平涡度（填色，单位：10-3 s-1）沿飑线移动方向剖面

Fig.7 The vertical profiles of the relative storm horizontal velocity u and ω×10（streamlines，Unit： m·s-1），the relative storm speed（blue lines，the solid line represents the vertical squall line from back to front，and the dotted line from front to back，Unit： m·s-1），and the horizontal vorticity（the color shaded，Unit： 10-3 s-1） along the moving direction of the squall line at 17：30（a），18：00（b），18：30（c） and 19：00（d） on 4 March 2018

图8 2018年3月4日17：30（a）、19：00（b）模拟的扰动气温距平（等值线，单位：K）及反射率因子（红色实线，单位：dBZ）剖面

Fig.8 The profiles of simulated disturbed air temperature anomaly（isolines，Unit：K） and reflectivity factor（red solid lines，Unit： dBZ） at 17：30（a） and 19：00（b） on 4 March 2018

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