一次飑线初始阶段的极端大风成因分析

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2024)-02-0228

摘要/Abstract

摘要：

利用常规天气图、多普勒天气雷达、风廓线雷达、自动气象站等多源气象观测资料和现场勘查情况，对2022年7月26日发生在江苏中南部一次飑线初始阶段的极端大风成因进行了初步分析。结果表明：此次过程发生在冷涡天气背景下，前倾槽东移和西太平洋副热带高压减弱南退，显著的上下层温差、中层异常干的层结、大的环境温度直减率，加上前期积聚较大的不稳定能量，为雷暴大风强对流的发生提供了有利的对流环境。随着近地层冷空气侵入，低空急流范围扩大下移，边界层垂直风切变陡增，对流回波进入江苏后由地面中小尺度辐合线触发的初始对流在扬州—镇江加强为组织化的飑线。飑线顶端出现强烈的辐合旋转，12级极端大风处于超级单体风暴核心区前侧的暖湿上升入流区，风向由暖区指向强回波，中气旋表现出强烈旋转和向上拉伸，并伴随龙卷涡旋特征（Tornado Vortex Signature，TVS），大量水汽和能量也随入流气流向对流系统输入，风暴的垂直环流倾斜和拉伸涡度进一步加大，预示着飑线将强烈发展。

关键词: 极端大风, 超级单体, 飑线, 地面辐合线

Abstract:

A preliminary analysis was conducted on the causes of an extreme strong wind that occurred on July 26, 2022 in the initial stage of a squall line in central and southern Jiangsu Province, using multi-source meteorological observation data such as conventional weather maps, Doppler weather radar, wind profile radar and automatic weather stations, as well as on-site investigations. The results show that this process occurred under the background of cold vortex weather, with the eastward movement of the forward leaning trough and the weakening of the subtropical high pressure southward retreat. The significant temperature differences between the upper and lower layers, the abnormally dry layer structure in the middle layer, the large direct decrease rate of environmental temperature, and the large accumulation of unstable energy in the early stage provided a favorable convective environment for the occurrence of thunderstorms, strong winds, and strong convection. With the invasion of cold air in the near surface layer, the range of low-level jets expands and moves downwards, and the vertical wind shear in the boundary layer increases sharply. After the convective echo enters Jiangsu, the initial convection was triggered by the surface small-scale convergence line, and it strengthens into organized squall lines in Yangzhou-Zhenjiang. There is a strong convergence and rotation at the top of the squall line, with extreme winds of level 12 located in the warm and humid upwelling area in front of the core area of the supercell storm. The wind direction points from the warm area to the strong echo, and the mesocyclone shows strong rotation and upward stretching, accompanied by Tornado Vortex Signature (TVS). A large amount of water vapor and energy are also input into the convective system with the incoming flow. The vertical circulation tilt and stretching vorticity of the storm further increase, indicating that the squall line will develop strongly.

Key words: extreme strong winds, supercell, squall line, surface convergence line

中图分类号:

P458.1+1

徐莎莎, 朱欢, 蒋启进, 殷俊, 张渊. 一次飑线初始阶段的极端大风成因分析[J]. 干旱气象, 2024, 42(2): 228-237.

XU Shasha, Zhu Huan, JIANG Qijin, YIN Jun, ZHANG Yuan. Analysis of the causes of extreme strong winds in the initial stage of a squall line[J]. Journal of Arid Meteorology, 2024, 42(2): 228-237.

图/表 9

图1 2022年7月26日扬州日极大风实况（a，单位：m·s-1）、10:30—16:30扬州站气压、扬州汊河街道站气温及1 h极大风速（b）（黑点：扬州市邗江区汊河街道气象自动站）

Fig.1 The actual distribution of daily extreme wind speed (Unit: m·s-1) in Yangzhou (a), variation of atmospheric pressure at Yangzhou station, temperature and 1-hour extreme wind speed at Yangzhou Chahe Street Station from 10:30 to 16:30 (b) on 26 July 2022 (The black spot represents Chahe meteorological station, Hanjiang, Yangzhou)

图2 2022年7月26日08:00 500 hPa位势高度（等值线，单位:dagpm）、风场（风向杆，单位：m·s-1）（a）、射阳（b）和南京（c）探空站T-ln P图（蓝色线条为层结曲线，绿色线条为露点线）

Fig.2 Geopotential height (isolines, Unit: dagpm) and wind field (wind stems, Unit: m·s-1) at 500 hPa (a), T-ln P of Sheyang (b) and Nanjing (c) sounding stations at 08:00 on 26 July 2022 (The blue line represents the layering curve, the green line represents the dew point line)

图3 2022年7月26日09:00(a)、10:30(b)、12:00(c)、13:06(d)、13:12(e)、14:00(f)江苏省1.5°仰角基本反射率因子1 km雷达拼图（单位：dBZ）

Fig.3 Radar basic reflectivity factor on 1.5° elevation angle at 09:00 (a), 10:30 (b), 12:00 (c), 13:06 (d), 13:12 (e) and 14:00 (f) from Jiangsu Province radar puzzle (1 km) on July 26, 2022 (Unit: dBZ)

图4 2022年7月26日13:11南京雷达站组合反射率因子（a，单位：dBZ）、回波顶高（b，单位：km）、垂直积分液态水含量（c，单位：kg·m-2）

Fig.4 Combined reflectivity factor (a, Unit: dBZ), echo top height (b, Unit: km) and vertical integrated liquid water content (c, Unit: kg·m-2) from Nanjing radar station at 13:11 on July 26, 2022

图5 2022年7月26日13:05南京雷达3.3°仰角反射率因子（a，单位：dBZ）、反射率因子剖面（b，单位：dBZ）和速度垂直剖面（c，单位：m·s-1）（白圈为中气旋，黄色箭头为入流缺口，红色箭头为有界弱回波区）

Fig.5 Reflectivity factor on 3.3° elevation (a, Unit: dBZ), reflectivity factor profile (b, Unit: dBZ) and velocity vertical profile (c, Unit: m·s-1) at Nanjing radar station at 13:05 on July 26, 2022 (The white circle indicates mesocyclone, yellow arrows indicate FIN, red arrows indicate BWER)

表1 超级单体中气旋特征参数

Tab.1 Characteristic parameters of mesocyclones in supercell

时间	切变性质	直径/km		转速/（m·s^-1）	底高/km	顶高/km	最大切变/（10^-3 s^-1）	高度/km	方位/Deg	距离/km
时间	切变性质	径向	切向	转速/（m·s^-1）	底高/km	顶高/km	最大切变/（10^-3 s^-1）	高度/km	方位/Deg	距离/km
12：48	弱切变	2.5	5.4	14.75	1.7	2.7	5	2.7	77.0	57.0
12：54	弱切变	2.5	7.2	17.25	0.8	1.9	4	1.9	78.0	63.0
12：59	弱中气旋	3.0	4.9	15.50	0.9	3.0	8	3.0	76.0	64.0
13：05	中气旋	7.5	4.8	24.00	2.1	3.3	11	2.1	76.0	69.0
13：11	中气旋	3.2	4.7	21.25	1.0	3.4	10	3.4	74.0	72.0

表2 超级单体TVS特征参数

Tab.2 Characteristic parameters of TVS in supercell

时间	方位/Deg	距离/km	平均旋转速度/（m·s^-1）	低层旋转速度/（m·s^-1）	最大旋转速度/ （m·s^-1）	高度/km	垂直伸展厚度/km	底高/km	顶高/km	最大切变/（10^-3 s^-1）	高度/km
13：05	76	68	17	12	20.0	3.3	4.6	1.0	5.6	34.0	3.3
13：11	75	75	24	18	27.0	2.5	2.5	1.1	3.6	41.0	2.5

图6 2022年7月26日高淳站风廓线雷达平均风羽图（单位：m·s-1）（黑框为切变，红色、蓝色箭头区域分别为暖、冷平流）

Fig.6 Average wind feather map at Gaochun station wind profile radar on July 26， 2022 （Unit： m·s-1）（The black box indicates shear， red and blue arrow areas represent warm advection and cold advection respectively）

图7 2022年7月26日南京雷达12:30（a）和13:10（c）1.5°仰角反射率因子（填色，单位:dBZ）叠加地面水平流场（黑色线）、温度场（红色等值线，单位：℃）；12:30（b）和13:10（d）地面散度[蓝色等值线，单位:m·s-1·(°)-1]

Fig.7 The reflectivity factor at 1.5°elevation (colored, Unit: dBZ) superimposed with ground level wind field (black line) and surface temperature field (red contour line,Unit: ℃) at 12:30 (a) and 13:10 (c); surface divergence (blue contour line, Unit: m·s-1(°)-1) at 12:30 (b) and 13:10 (d) from Nanjing radar on July 26, 2022

参考文献 27

[1]	陈明轩, 王迎春, 2012. 低层垂直风切变和冷池相互作用影响华北地区一次飑线过程发展维持的数值模拟[J]. 气象学报, 70(3): 371-386.
[2]	陈圣劼, 刘梅, 杨梦兮, 等, 2022. 江苏“4·30”强风雹成因及双偏振雷达特征分析[J]. 气象科学, 42(5): 638-649.
[3]	丁一汇, 李鸿洲, 章名立, 等, 1982. 我国飑线发生条件的研究[J]. 大气科学, 6(1): 18-27.
[4]	段亚鹏, 王东海, 刘英, 2017. “东方之星”翻沉事件强对流天气分析及数值模拟[J]. 应用气象学报, 28(6): 666-677.
[5]	金子琪, 王新敏, 鲍艳松, 等, 2021. 基于卷积神经网络的飑线识别算法[J]. 应用气象学报, 32(5): 580-591.
[6]	梁俊平, 张一平, 2015. 2013年8月河南三次西南气流型强对流天气分析[J]. 气象, 41(11): 1 328-1 340.
[7]	马淑萍, 王秀明, 俞小鼎, 2019. 极端雷暴大风的环境参量特征[J]. 应用气象学报, 30(3): 292-301.
[8]	马中元, 苏俐敏, 谌芸, 等, 2014. 一次强飑线及飑前中小尺度系统特征分析[J]. 气象, 40(8): 916-929.
[9]	孙继松, 戴建华, 何立富, 等, 2014. 强对流天气预报的基本原理与技术方法:中国强对流天气预报手册[M]. 北京: 气象出版社.
[10]	王啸华, 郑媛媛, 濮梅娟, 等, 2018. 强天气综合报警追踪平台功能设计及龙卷预警中的应用[J]. 气象科技进展, 8(3): 61-69.
[11]	王秀明, 俞小鼎, 周小刚, 等, 2012. “6.3”区域致灾雷暴大风形成及维持原因分析[J]. 高原气象, 31(2): 504-514.
[12]	王易, 郑媛媛, 庄潇然, 等, 2022. 江苏典型下击暴流风暴结构特征统计分析[J]. 气象学报, 80(4): 592-603.
[13]	韦惠红, 吴翠红, 魏凡, 等, 2023. 湖北雷暴阵风锋特征及其对流触发作用分析[J]. 干旱气象, 41(1): 73-81. DOI
[14]	吴海英, 裴海瑛, 沈树勤, 等, 2007. 飑线传播与发展及其引发地面强风过程个例分析[J]. 气象科技, 35(5): 676-680.
[15]	吴瑞姣, 陶玮, 周昆, 等, 2019. 江淮灾害性大风飑线的特征分析[J]. 气象, 45(2): 155-165.
[16]	严明良, 卞光辉, 沈树勤, 2006. 江苏沿海气象灾害预报及产业警示技术[J]. 气象科技, 34(6): 735-740.
[17]	俞小鼎, 王秀明, 李万莉, 等, 2020. 雷暴与强对流临近预报[M]. 北京: 气象出版社.
[18]	俞小鼎, 周小刚, 王秀明, 2012. 雷暴与强对流临近天气预报技术进展[J]. 气象学报, 70(3): 311-337.
[19]	张建军, 王咏青, 钟玮, 2016. 飑线组织化过程对环境垂直风切变和水汽的响应[J]. 大气科学, 40(4): 689-702.
[20]	郑媛媛, 张雪晨, 朱红芳, 等, 2014. 东北冷涡对江淮飑线生成的影响研究[J]. 高原气象, 33(1): 261-269. DOI
[21]	周后福, 刁秀广, 赵倩, 等, 2017. 一次连续下击暴流天气的成因分析[J]. 干旱气象, 35(4): 641-648. DOI
[22]	竹利, 卢德全, 廖文超, 等, 2021. 连续两次飑线大风成因对比分析[J]. 干旱气象, 39(5): 796-806. DOI
[23]	JOHNS R H, HIRT W D, 1987. Derechos: Widespread convectively induced windstorms[J]. Weather and Forecasting, 2(1): 32-49.
[24]	MENG Z Y, YAN D C, ZHANG Y J, 2013. General features of squall lines in East China[J]. Monthly Weather Review, 141(5): 1 629-1 647.
[25]	TAKEMI T, 2014. Convection and precipitation under various stability and shear conditions: Squall lines in tropical versus midlatitude environment[J]. Atmospheric Research, 142: 111-123.
[26]	WILSON J W, MUELLER C K, 1993. Nowcasts of thunderstorm initiation and evolution[J]. Weather and Forecasting, 8(1): 113-131.
[27]	WILSON J W, SCHREIBER W E, 1986. Initiation of convective storms at radar-observed boundary-layer convergence lines[J]. Monthly Weather Review, 114(12), 2516-2 536.DOI:10.1175/1520-0493(1986)114<2516:IOCSAR>2.0.CO;2.