2015年8月19日铁岭局地飑线天气过程分析

庞丽英，庞丽洁，王 丽，董震元

(1.辽宁省铁岭市气象局，辽宁铁岭 112008；2.辽宁省铁岭县气象局，辽宁铁岭 112008)



2015年8月19日铁岭局地飑线天气过程分析

庞丽英1，庞丽洁1，王 丽1，董震元2

(1.辽宁省铁岭市气象局，辽宁铁岭 112008；2.辽宁省铁岭县气象局，辽宁铁岭 112008)

在常规资料的基础上，利用FY-2E卫星云图、自动站、雷达回波等非常规资料，结合物理量场，对2015年8月19日铁岭局地飑线天气过程进行分析，探讨此次过程发生的可能原因和触发机制。结果表明，副热带高压稳定北抬，在高空冷涡控制下，加之前期持续高温，为此次中尺度飑线系统提供有力的环流背景；中尺度对流系统(MCS)，在雷达强度回波中表象明显，为线性排列的对流单体族构成的窄带回波，回波强度>55 dBZ。垂直累计液态水含量VIL值≥40 kg/m2注意飑线天气，VIL值越大天气现象越强烈；温度总指数TT(TT≥50 ℃)、深对流指数DCI(DCI>26 ℃)也反映了热力不稳定和对流潜势，对临近和甚短期预报更具有指示意义。

飑线；中尺度对流系统(MCS)；雷达回波；物理量

强对流天气(雷暴大风、冰雹、龙卷和飑线)具有发生突然、天气剧烈、移动快、持续时间短、破坏力强等特点，其中飑线是较强的对流天气系统，也是辽宁地区主要气象灾害之一。飑线所造成的地面大风常导致农作物倒伏、大树折断、广告牌刮倒，给社会和人民的生命财产带来极大损失，但同时由于其尺度较小、生命期短、发展迅速、强度大和时空分布不均匀等，使得对暴发强对流的小尺度系统的定时、定点的精细化预报较为困难。近年来，随着多普勒雷达产品、卫星产品的广泛运用和中小尺度数值预报技术的发展，气象工作者对强对流天气特别是对中尺度飑线系统进行了大量研究[1-5]，中尺度模式的应用成为揭示强对流天气成因的有效途径。2015年8月19日15：00—20：00铁岭地区出现一次局地飑线天气过程，并伴随雷雨大风、冰雹、短时强降水。笔者在常规资料的基础上，利用FY-2E卫星云图、自动站、雷达回波等高时空分辨率非常规资料，结合物理量场，对这次局地飑线天气过程进行分析，探讨此次天气发生的可能原因和触发机制，为局地飑线天气的监测和预报提供依据。

1 天气实况

2015月8月19日15：00—20：00受高空冷涡影响，铁岭地区出现一次局地飑线引起的灾害性天气过程，铁岭市区、铁岭县、昌图县、开原市部分地区出现雷雨大风、冰雹、短时强降水等强对流天气。昌图县泉头镇30 min降雨量达27.8 mm；16：48凡河新城区自动站极大风速为30.5 m/s，并伴有强雷暴和短时冰雹；16：50铁岭县平顶堡镇极大风速为23.4 m/s，铁岭县凡河新城区到开原沿线出现短时强降水。同时铁岭县观测站气象要素反映出突变特征，气压涌升、气温突降、湿度升高(图1)。此次飑线产生的地面大风使铁岭县新城区至市区部分广告牌匾损坏、路灯刮掉、景观树折断等，铁西一带大风掀翻房顶等；强雷暴使附近工厂的机器设备以及电脑电视被雷击坏，造成很大程度的经济损失。

图1 2015年8月19日14：00—20：00气温、气压、相对湿度变化Fig.1 The change of temperature，pressure，relative humidity at 14：00-20：00 on August 19，2015

2 大尺度环流背景

过程前期(8月17日08：00)，500 hPa欧亚中高纬呈两脊一涡型，西西伯利亚和东亚沿海地区为高压脊，低涡位于贝加尔湖南部、河套西北部蒙古地区，中低纬西北太平洋副热带高压势力强盛，位置异常偏西偏南，副热带高压西脊点伸至110°E以西，脊线呈东西向到达35°N附近，铁岭位于副热带高压后部冷涡前部；700、850 hPa为强大的暖脊控制，17、18日铁岭气温高达33～34 ℃，气温的持续升高使底层大气能量不断积蓄，为强对流天气发展奠定基础。18日20：00—19日08：00(图2a)，随着500 hPa低涡中心东移至113°E、45°N附近，低涡中心最低气温达-16 ℃，副热带高压588 dagpm西伸北抬至38°N附近，导致在120°～130°E、38°～48°N区域内形成高脊，随着冷涡的东移，冷空气不断从贝加尔湖沿高压脊南下，使铁岭地区辐合加强，不稳定加剧。

地面贝加尔湖地区向南有一明显高压带，蒙古地区为低压冷锋，铁岭处在低压前部、海上高压后部的弱气压场辐合区中，由于850 hPa铁岭地区继续为暖脊控制(图2b)，19日白天气温持续偏高至32.3 ℃。垂直结构上，700和850 hPa及地面南端为前倾结构，辽宁处于明显的上升运动区，具有发生强对流的动力条件。

注：a1、b1为18日20：00；a2、b2为19日08：00；a3、b3为19日20：00。Note：a1，b1.August 18 20：00；a2，b2.August 19 08：00；a3，b3.August 19 20：00.图2 2015年8月18—19日500 hPa(a)和850 hPa(b)高度场、温度场变化Fig.2 Change of height field and temperature field at 500 hPa(a)and 850 hPa(b)during August 18-19，2015

3 影响系统中尺度特征分析

有利的环流形势是强对流飑线系统产生的背景，中尺度系统是直接组织和产生飑线的系统。近年来，卫星、雷达遥感遥测技术的发展和地面自动站网的建设实现了对中尺度系统的监测，从中获取的实况资料，为做好中尺度天气临近和甚短期预报提供依据。下面利用FY-2E红外卫星云图、雷达资料等高时空分辨率的非常规资料并结合物理量场，对铁岭这次局地飑线天气的中尺度特征进行分析。

3.1 卫星云图的中尺度特征 分析FY-2E红外云图演变(图3)可见，这次影响铁岭的MCS生成于强大的冷涡内部涡旋云带中。冷涡云带19日11：30在辽宁西南部生成，随着冷涡有组织地旋转变化，并不断加强，13：30—14：30在辽宁西部形成东北—西南向的对流云带发展壮大，15：30在云带后部有新的对流云团生成，逐渐发展成窄带状中尺度对流云带，16：00—17：00一条由积状云组成的东北—西南向窄带对流云带与地面辐合区相配合，覆盖铁岭县南部到开原，长宽比例为5∶1左右，对流发展强烈，造成铁岭县凡河新城区一带出现破坏性大风、冰雹、强雷暴等灾害性天气。18：00—19：00 MCS强度逐渐减弱，云体松散，20：00后趋于消散。

3.2 多普勒雷达资料的中尺度特征

3.2.1 基本反射率因子。分析沈阳多普勒雷达资料(图4)发现，在0.5°仰角的反射率因子图像上，19日16：08—16：23 铁岭西南部有新回波出现，开始回波零散，为孤立的单体回波，然后回波主体内不断有对流单体生成，对流单体发展壮大，集合成带，16：39发展为呈线性排列的对流单体族构成飑线系统，强度达57 dBZ。这条飑线回波主体南段距沈阳雷达站大约25 km偏北方向，铁岭西侧呈狭长NE—SW向带状排列并缓慢东北方向移动，与云带和冷锋的移向一致。16：49飑线回波发展旺盛，对流单体之间排列紧密，强度达到最大(59 dBZ)，此时飑线系统所经的地区出现风速突增、风向急转、气压升高和气温下降，致使铁岭县凡河新区在16：48出现30.5 m/s瞬时大风，沿线铁岭县平顶堡镇16：50极大风速达23.4 m/s，并伴有强雷暴和短时冰雹。17：00以后随着时间推移飑线回波断裂，南部回波结构变得松散，北部强度减弱且缓慢向东北方向移动，造成开原市区、部分乡镇、昌图南部乡镇出现短时强降水，20：00影响结束。

3.2.2 垂直液态水含量。分析这次中尺度飑线过程回波对应区域VIL值变化(图5)发现，19日16：18VIL值达29 kg/m2，之后继续增大，16：28—17：00维持40～42 kg/m2，在此期间VIL大值区出现雷雨大风、强雷暴、冰雹等灾害天气，17：10VIL值减小至35 kg/m2，之后继续减小到降水结束。

注：a.13：30；b.14：30；c.15：30；d.17：00；e.18：30；f.19：30。Note：a.13：30；b.14：30；c.15：30；d.17：00；e.18：30；f.19：30.图3 2015年8月19日红外云图演变Fig.3 Infrared cloud evolution on August 19，2015

注：a.16：23；b.16：39；c.16：49；d.17：00；e.17：31。Note：a.16：23；b.16：39；c.16：49；d.17：00；e.17：31.图4 2015年8月19日反射率因子演变Fig.4 Evolution of the reflectivity factor on August 19，2015

3.3 表征大气不稳定层结的物理量场 大气不稳定层结是强对流天气发生的必要条件，选择距离最近的沈阳探空资料进行不稳定分析。从8月18日20：00—19日08：00T-logP(图6)可以看出，对流层中低层有较强的垂直风切变，为偏南风与西北风切变；19日08：00在近地面到700 hPa以下均是南风顺转为西南风，风向随高度升高呈顺时针变化，500 hPa以上风向由偏西风转为西南风，风向随高度升高呈逆时针变化，说明低层有暖平流，高层有冷平流，且冷平流叠置暖平流之上，大气向不稳定层结发展，为强对流的产生提供有力的动力条件。另外，低层有逆温存在，逆温层相当于一个阻挡层(干暖盖)，暂时将低空暖湿层与对流层上部的干冷层分开，阻碍了对流的发展；另一方面，它对于大气低层不稳定能量又有储存和积累作用。 从湿度分析看，相对湿度80%以上的湿区位于低层900 hPa以下，上层则为一深厚的干区，具有下湿上干结构。18日20：00，层结廓线向上呈漏斗形，为典型的喇叭口结构，白天随着温度的升高不稳定能量不断积累，有利于强对流天气的形成。19：20与08：00相比，不稳定能量已经大量释放，大气层结逐渐变稳定。

注：a.16：28；b.16：39；c.16：49；d.17：00；e.17：10。Note：a.16：28；b.16：39；c.16：49；d.17：00；e.17：10.图5 2015年8月19日垂直累计液态水含量变化Fig.5 Change of vertical cumulative liquid water on August 19，2015

图6 2015年8月18日20：00(a)、19日08：00(b)、19日20：00(c)T-logPFig.6 T-logP at 20：00 on 18 August(a)and 08：00(b)，20：00(c)on 20 August，2015

18日20：00—19日08：00，铁岭地区K指数为28～30 ℃，沙氏指数SI≤0 ℃，表明铁岭位于高能区，存在明显的热力不稳定条件。19日08：00有效位能CAPE值为280 J/kg，表明有一定的有效位能，但不是很强。铁岭地区18日20：00—19日08：00温度总指数TT≥50 ℃，表明已经积聚了大量的不稳定能量。18日20：00—19日08：00深对流指数DCI为26～30 ℃，说明对流层低层有较厚的湿层，中低层存在不稳定潜势，满足深厚对流发展条件。

4 结论与讨论

(1)高空冷涡控制，前期低层增温，大气能量不断积蓄，且700和850 hPa为前倾结构，有利于能量充分储存及强不稳定的形成，为强对流的发生提供较好的热力条件和动力条件。这种大尺度环流形势特征为铁岭局地强对流飑线的暴发提供有利的环流背景。

(2)MCS在雷达强度回波中表象明显，为线性排列的对流单体族构成的窄带回波，回波强度>55 dBZ。但径向速度图上表现不明显，需要今后进一步研究。

(3)VIL是判断对流天气的一个很好的指标，VIL值越大天气现象越强烈，VIL值≥40 kg/m2注意飑线天气。

(4)沈阳探空资料显示，低层逆温、下湿上干，有不稳定能量存在；中低层垂直风切变较强，层结不稳定，为强对流的发生发展提供有利条件。

(5)K指数、SI指数显示了一定的热力不稳定条件。但TT(≥50 ℃)更显著说明铁岭南部地区积聚了大量热力不稳定能量，且DCI(DCI>26 ℃)也反映了中低层不稳定和对流潜势，对预报更具有指示意义。

(6)数值预报产品难以对突发性、局地性强对流天气做出准确的预报，所以雷达回波对临近和甚短期订正预报可以起到关键作用，在日常业务中应认真分析不同类型强对流天气的多普勒雷达回波特征，结合云图、自动站资料分析做出准确订正预报。

[1] 姚叶青，俞小鼎，张义军，等.一次典型飑线过程多普勒天气雷达资料分析[J].高原气象，2008，27(2)：373-384.

[2] 秦丽，李耀东，高守亭.北京地区雷暴大风的天气-气候学特征研究[J].气候与环境研究，2006，11(6)：754-762.

[3] 李向红，薛荣康，唐伍斌.一次强飑线天气过程的新一代天气雷达探测和临近预报[J].气象，2006，32(9)：60-66.

[4] 陈传雷，陈艳秋，孙欣.多普勒雷达回波在辽宁一次暴雨过程中的应用分析[J].气象与环境学报，2006，22(5)：28-31.

[5] 孙淑琴，苗春生，王坚红.一次强飑线过程的数值模拟及诊断分析[J].气象与环境学报，2010，26(2)：21-26.

Analysis of the Weather Process of Local Squall Line in Tieling on August 19, 2015

PANG Li-ying, PANG Li-jie, WANG Li et al

(Meteorological Bureau of Tieling city,Tieling, Liaoning 112008)

Based on the conventional data, using the unconformity data of FY-2E satellite images, automatic station and radar echo,combined with the physical field,the weather process of the local squall line in Tieling was analyzed on August 19, 2015,the possible causes and triggering mechanism of this process were discussed.The results showed that the subtropical high pressure was controlled by the high altitude cold vortex and the high temperature in the early period, which provided a powerful circulation background for the mesoscale squall line system.the performance of squall line mesoscale convective system (MCS) in the radar intensity echo was obvious,it was a linear array of convective monomer family consisting of narrowband echo,its echo intensity was greater than 55 dBZ.The squall line weather was noted when vertical cumulative liquid water content (VIL) ≥ 40 kg/m2;The temperature indexTT(TT≥50 ℃) and the deep convection indexDCI(DCI> 26 ℃) also reflected the thermal instability and convective potential, and were more instructive for the near and very short term forecast.

Squall line;Mesoscale convective system (MCS);Radar echo;Physical quantity

庞丽英(1965- )，女，辽宁法库人，高级工程师，从事天气预报研究。

2016-09-02

S 16

A

0517-6611(2016)32-0184-04