热带气象学报  2017, Vol. 33 Issue (6): 965-974  DOI: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.06.017
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引用本文  

方翀, 林隐静, 曹艳察, 等. 华南地区西风带飑线和台风飑线环境场特征统计对比分析[J]. 热带气象学报, 2017, 33(6): 965-974.DOI: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.06.017.
方翀, 林隐静, 曹艳察, 等. Comparative analysis of statistical environmental characteristics between westerly squall line and typhoon squall line in south china[J]. JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGY, 2017, 33(6): 965-974. DOI: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.06.017.

资助项目

公益性行业(气象)科研专项(GYHY201406002);国家自然科学基金项目(41375051);国家重点基础研究发展计划(2013CB430106);中国气象局数值预报(GRAPES)发展专项(GRAPES-FZZX-2017-40)共同资助

通讯作者

方翀,男,安徽省人,高级工程师,硕士,主要从事中小尺度强对流天气预报研究。E-mail: fangchong@cma.gov.cn

文章历史

收稿日期:2016-09-08
修订日期:2017-03-08
华南地区西风带飑线和台风飑线环境场特征统计对比分析
方翀 , 林隐静 , 曹艳察 , 盛杰 , 朱文剑     
国家气象中心,北京 100081
摘要:利用2012—2015年3—9月华南地区的雷暴大风和雷达数据,挑选了华南地区20次典型飑线过程并进行统计分析表明:华南地区的西风带飑线出现于春季和初夏,台风飑线出现于盛夏;3—4月的西风带飑线一般在凌晨开始发展,中午前后趋于减弱,而7—9月的台风飑线一般在中午或下午开始发展,前半夜趋于减弱。挑选了4次西风带飑线过程和4次台风飑线过程,使用2012—2014年的NCEP物理量分析场,在考虑季节变化的基础上分析两类飑线各种物理量的异同点,结果表明:西风带飑线850 hPa与500 hPa的温差较大,台风飑线则是925 hPa与700 hPa的温差较大;西风带飑线低层暖平流较强但中层不明显,台风飑线相反;在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa温度平流随时间的变化为显著负值,台风飑线则不明显;西风带飑线的高层辐散和低层辐合较台风飑线更强;台风飑线925 hPa的相对湿度较西风带飑线小,在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa以干平流为主而925 hPa以湿平流为主,台风飑线则相反。对两种飑线过程进行对比分析表明,雷暴高压的持续加强、扩大及相应冷池的扩大导致西风带飑线的不断加强发展,而台风倒槽的气旋性切变和高低压之间的等压线锋区可能对回波的生成和前期发展有重要作用。
关键词西风带飑线    台风飑线    雷暴大风    物理量    雷暴高压    
COMPARATIVE ANALYSIS OF STATISTICAL ENVIRONMENTAL CHARACTERISTICS BETWEEN WESTERLY SQUALL LINE AND TYPHOON SQUALL LINE IN SOUTH CHINA
FANG Chong, LIN Yin-jing, CAO Yan-cha, SHENG Jie, ZHU Wen-jian     
National Meteorological Centre, Beijing 100081
Abstract: 20 Typical squall line processes are selected based on the March to September's thunder-gust winds and radar data in South China and the temporal distribution are analyzed. The results show that the westerly squall lines appear in spring and early summer, typhoon squall lines appear in summer, and March-April westerly squall lines begin to develop earliest in the morning and tend to weaken around noon while July-September typhoon squall lines begin to develop mostly at noon or afternoon and tend to weaken around early night. Four westerly squall line processes and four typhoon squall line processes are selected and the similarities and differences of various physical quantity characteristics are analyzed between the two types of squall line based on the NCEP data. The results show that the average 850 hPa and 500 hPa temperature difference of the westerly squall line is large, the average 925 hPa and 700 hPa temperature difference of the typhoon squall line is large; the average low-level warm advection of the westerly squall line is strong and the middle-level warm advection is not noticeable, the typhoon squall line is exactly the opposite; the change of 500 hPa average temperature advection over time is a significant negative value before the thunder-gust winds caused by westerly squall lines and the typhoon squall line is inconspicuous; for two types squall lines, 200 hPa is divergent and 925 hPa is convergent, but the westerly squall lines are better defined than the typhoon squall lines; the average 925 hPa relative humidity of typhoon squall line is significantly less than the average season value and less than the 850 hPa relative humidity; there is mainly weak dry advection on 500 hPa and weak dominating advection on 925 hPa before the thunder-gust winds caused by westerly squall lines; there is significant dominatingadvection on 500 hPa and dry advection on 925 hPa before the thunder-gust winds caused by typhoon squall lines. Finally, two squall line processes are compared and analyzed.The results show that the continuous enhancement of thunderstorm high and the expansion of the cold pool lead to the continuous development of the westerly squall line, and the cyclonic shear and isobaric line front may be an important role in the generation and early development of echo.
Key words: westerly squall line    typhoon squall line    thunder-gust wind    physical quantity    thunderstorm high    
1 引言

飑线是雷暴单体侧向排列而成的强烈的线状对流系统,其水平尺度为150~300 km,时间尺度为4~18 h,飑线过境常常伴随大风、雷暴、冰雹和龙卷等剧烈天气现象,是一种破坏性最强的中尺度天气系统[1],其中尤以雷暴大风灾害最为严重,给人民生命财产安全带来严重威胁。由于常规观测资料往往难以捕捉飑线生消发展的信息,预报难度大,因此飑线的研究和预报一直广受关注。对于飑线,国内外学者从其天气背景、中尺度结构、组织演变、触发维持机制等方面作了大量研究,并获得较多成果。Fujita[2]指出,回波中段强烈的尾部入流推动对流单体快速移动,导致弓形回波形成。弓形回波后部对流层低层至中层将出现一对反气旋-气旋式涡旋[3]。飑线的触发与海风锋、低层辐合线、干线、锋面系统、雷暴出流边界、地形抬升、热力抬升等有关[4-6],也受大气内部扰动不稳定的影响。文献[7-8]通过对拖尾型飑线个例的研究,得到中纬度地区飑线成熟期结构模型。丁一汇等[9]就中国飑线发生条件进行研究,将飑线发生的天气背景分为槽后型、槽前型、高后型和倒槽型这四种类型。Meng等[10]使用2008—2009年的资料对中国东部飑线的时空分布、系统特征、飑线的形成和组织方式及环境特征进行了详细分析,将飑线形成的环境场分为六种天气型:短波槽前型、长波槽前型、冷涡型、副热带高压型、台风型和槽后型,指出大约有三分之一的飑线为短波槽前型;还将飑线的环境特征与美国的进行比较,指出当中国东部中纬度的飑线形成时具有更湿的环境、类似的不稳定性和较弱的垂直风切变。

华南地区是我国飑线高发区,预报科研人员对华南地区的飑线也有较多的研究。郭弘等[11]对华南暖区暴雨中的一次飑线过程进行中尺度分析,指出飑线的形成与地面中尺度辐合线关系密切,飑线形成过程中存在对流带的锢囚,强降水拖曳、雨滴蒸发冷却增强下沉气流及中层冷空气入流促进弓形回波发展。吴多常等[12]对2007年4月23日广东的一次飑线过程的移动和地面中尺度结构特征进行了详细分析,发现该飑线的移动与1 000~500 hPa等厚度线的走向以及飑线前部的低空垂直风切变方向基本一致;该飑线的移动方向还可由低空急流的反向矢量和850~300 hPa层间的平均风速矢量合成得到;该飑线具有显著的地面中尺度结构特征,包括地面风场的辐合辐散线以及飑前中尺度低压、雷暴高压和尾流低压等。伍志方等[13]对2012年4月广东两次超级单体和飑线过程进行分析比较,指出风切变矢量随高度顺时针变化,有利于有组织风暴即飑线和飑线内超级单体的形成和发展。农孟松等[14]对2013年3月广西的一次飑线大风天气过程进行分析和研究表明,地面辐合线触发初始对流活动,发展成熟的飑线地面气压场上存在雷暴高压、飑前低压和飑后低压等中尺度特征;飑线大风等灾害性天气出现在地面高压前侧气压梯度大值区和飑线的断裂处。Meng等[15]则对台风飑线在气候特征、形成和组织方式、雷达特征和环境特征等方面进行了深入探讨,并与中纬度飑线进行比较,指出台风飑线在生命史和长度上一般小于典型的中纬度飑线,台风飑线倾向于在母台风和副热带高压之间的过渡区域内形成,该区域具有潮湿的环境和较弱的冷池。

然而,以往对华南地区飑线的研究多集中于春季和初夏由西风槽携带冷空气造成的西风带飑线,在对西风带飑线和台风飑线环境场的比较分析和统计方面的研究较少。因此本文将针对这一问题,对华南地区典型西风带飑线和台风飑线的季节和时次分布进行统计分析,再对多个物理量进行统计分析和比较,以期找出西风带飑线和台风飑线的多个物理量的异同点,为华南地区飑线和雷暴大风的预报提供参考依据。

2 资料和方法

由于飑线造成的最显著的灾害性天气是雷暴大风,所以本研究首先使用了华南地区人工观测站的2012—2015年3—9月的重要天气报资料和雷暴观测资料处理得到的雷暴大风数据。重要天气报为随时上传的观测资料,雷暴观测资料为逐3 h资料,其中部分雷暴观测资料由闪电监测资料处理得到。华南地区所取站点包括广东、广西和海南全部及湖南南部、江西南部、福建中南部部分站点,共267个站点。

处理方法为:提取2012—2015年3—9月上述区域所有重要天气报中的大风数据,并使用雷暴观测资料对大风数据进行质量控制。控制方法为:确认站点的大风出现时间,提取该时间所在的3小时、之前3小时、之后3小时的雷暴观测数据,若在该时间区域内有雷暴出现,则认为该大风是雷暴大风天气,否则则予以剔除。

在获得雷暴大风观测数据后,确定单日出现6站次以上雷暴大风天气的日期,并在此基础上挑选华南地区的典型飑线过程。在飑线的文字定义上有多种不同标准,本文采用Meng等[10]采用的标准,即Parker和Johnson标准:(1)一段连续或准连续的40 dBz以上的回波带长度至少100 km,持续超过3 h;(2)40 dBz的区域有线状或准线状形态,并有明显的前缘,在此基础上对40 dBz的连续性要求更为严格,共得到20次典型的飑线过程。需要指出的是,由于在挑选这些飑线之前进行了雷暴大风站次的处理,故样本相对更加严格且聚焦于强飑线。这20次飑线过程中共有15次西风带飑线过程和5次台风飑线过程。其中西风带飑线对华南大部均有影响,而台风飑线对湖南南部、广西西部和北部的影响较小。分别对这20次的两类飑线的月份分布、首次和末次的雷暴大风出现时间进行统计分析,以期得到两类飑线在气候特征上的差异。

在气候特征统计的基础上,本研究从这20次飑线过程中挑选了4次西风带飑线和4次台风飑线过程,使用NCEP数值模式1 °×1 °的分析场,对每次飑线过程中出现雷暴大风站点附近的16个格点上的前1时次的多个物理量进行计算处理。即针对4次西风带飑线和4次台风飑线过程中出现雷暴大风的站点,分别提取前1时次的该站点周围16个网格点的数据(剔除重复网格点数据),分别对两种飑线的多个物理量的网格点数据进行计算,得到两种飑线的多个物理量的均值。还对飑线造成的雷暴大风出现前2个时次的部分物理量进行了计算。

另外,由于多个物理量需要考虑季节变化的因素,而后续的气候统计表明,西风带飑线基本出现在3—5月,台风飑线基本出现在7—9月,而且所挑选的8次过程也分布在这6个月之中,故分别对267个站点2012—2014年3—5月和7—9月的多个物理量均值采用类似方式进行计算,作为物理量的季节背景值。即在考虑季节变化的基础上探讨西风带飑线和台风飑线的各种物理量的特点和异同点。

3 时间分布特征

通过对华南区域雷暴大风和雷达资料的对比,得到20次飑线典型过程及首次和末次的雷暴大风出现时间(表 1)。由表 1可知:

表 1 华南区域典型飑线过程概况

(1)在20次飑线过程中,西风带飑线15次,其中13次发生在3—5月,占86.7%,2次发生在6月前期;5次台风飑线都发生在7月下旬之后。即华南地区的西风带飑线一般出现于春季和初夏,6月中旬之后很少出现,而台风飑线则出现于盛夏季节,7月中旬之前极为少见;

(2)3—4月的6次西风带飑线过程,除了2013年3月26日首次出现雷暴大风的时间为11:53(北京时,下同)外,其余5次均发生在08:00之前。雷达资料也表明这5次过程均从凌晨开始发展,早晨或上午达到最强,其中3次在中午接近结束,另外2次维持至下午。5—6月的9次西风带飑线过程,除2014年6月6日外,均从上午或中午开始发展,下午到傍晚结束。

(3)7—9月的5次台风飑线均在中午或下午开始发展,前半夜趋于结束。Meng等[15]指出,8月为台风飑线的高发期,其主要生存时间为傍晚到前半夜,与本文的上述结论基本一致。但本文个例表明,下午常常也是台风飑线的生成发展时段。因为本文使用的个例较少,统计意义相对较弱。

在以上气候统计基础上,挑选20130328、20130430、20140331、20140522西风带飑线过程和20120816、20130813、20140723、20140915台风飑线过程,对其物理量进行统计,并与季节背景值进行对比分析。

4 物理量统计对比分析 4.1 不稳定层结的物理量分析 4.1.1 温度、高低层温差、温度平流和温度平流随时间变化

温度统计(图 1a)表明,出现西风带飑线时500 hPa温度较3—5月的季节均值略低,即中层相对更冷,有利于对流不稳定的发生、发展;而出现台风飑线时的500 hPa温度较7—9月的均值略高,即相对季节均值更暖,这可能与台风中高层的暖心结构有关。

图 1 500 hPa的温度(a,单位:℃)、多层温度差值(b、c,单位:℃)、温度平流(d、e,单位:K×10-6 /s)和多层温度平流随时间(6小时)变化(f,单位:K×10-6

对925~500 hPa之间多层的温度差值进行统计表明,出现西风带飑线时,850 hPa与500 hPa的温差(图 1b)大于3—5月的季节均值1.79 ℃,而台风飑线大于相应季节均值0.94 ℃,同时西风带飑线的温差略大于台风飑线。而925 hPa与700 hPa的温差(图 1c)则不同,台风飑线的温差(2.41 ℃)显著大于西风带飑线的温差(0.61 ℃)。该结论表明,850 hPa与500 hPa的温差对西风带飑线具有一定的预报指示性,而925 hPa和700 hPa的温差是否对台风飑线具有一定的指示性,需要使用更多的台风飑线个例进行分类并统计才能确定。

对500 hPa和850 hPa的温度平流(图 1d1e)进行统计表明,出现西风带飑线时,500 hPa的温度平流较季节均值弱,而台风飑线的暖平流则非常强;850 hPa的温度平流则显示西风带飑线出现时暖平流远强于季节均值,这与西风带飑线出现时常常伴随有强烈的低空急流有关,台风飑线出现时850 hPa暖平流不明显。

对西风带飑线和台风飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa、700 hPa和850 hPa温度平流随时间变化(间隔6小时,下同)进行统计(图 1f)表明,在西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa温度平流随时间变化为显著的负值,即暖平流显著减弱或冷平流显著加强,而在台风飑线造成的雷暴大风出现前,冷暖平流的变化较小。故温度平流随时间的变化对西风带飑线具有一定的指示性,而对台风飑线指示性较差。

以上统计分析表明,西风带飑线产生的雷暴大风符合经典的雷暴大风模型,即500 hPa较冷,且暖平流不断减弱或冷平流不断加强,而850 hPa的暖平流则显著加强,高低层温差不断增大导致对流不稳定性不断增强,最终出现雷暴大风天气。而台风飑线产生的雷暴大风则在温度场上不完全符合经典的雷暴大风模型,但考虑到台风飑线出现时925 hPa和700 hPa的温差较大,且850 hPa和700 hPa温度平流随时间变化均为负值,因此造成700 hPa以下的不稳定度有所增大。

4.1.2 部分能量指数

图 2a表明,3—5月的最有利抬升指数比7—9月的大,出现西风带飑线时最有利抬升指数平均值仅为-3.4 ℃,远小于季节均值;而出现台风飑线时为-4.39 ℃,较出现西风带飑线时略小,但与季节均值接近。即在考虑季节因素的情况下,最有利抬升指数对西风带飑线的指示性相对更好。最大对流有效位能的统计对比(图 2b)结论与最有利抬升指数较一致,且在出现台风飑线时,平均的区域CAPE为1 425 J/kg,这与Meng等[15]计算的1 548 J/kg较接近。对流抑制能量的统计对比(图 2c)表明,3—5月的对流抑制能量的绝对值比7—9月的大,而当出现两种飑线时,对流抑制能量的绝对值都显著小于季节均值的绝对值,且台风飑线的对流抑制能量的绝对值相对更小,这与Meng等[15]的结论一致。

图 2 最有利抬升指数(a,单位:℃)、最大对流有效位能(b,单位:J/kg)和对流抑制能量(c,单位:J/kg)对比
4.2 抬升条件 4.2.1 散度和涡度

200 hPa和925 hPa的散度统计(图 3a3b)表明,出现两种飑线时,200 hPa均为辐散,925 hPa均为辐合,但出现西风带飑线时低层辐合和高层辐散较台风飑线明显更强。这可能与西风带飑线高低层的急流及伴随的次生环流常常更强密切相关。同时对两种飑线造成的雷暴大风出现前的200 hPa、500 hPa、700 hPa、850 hPa和925 hPa的散度随时间变化(图 3c)进行统计表明,两种飑线在雷暴大风出现前,200 hPa辐散明显增强,850 hPa和925 hPa的辐合明显增强,尤其西风带飑线更加明显。对500 hPa的涡度进行统计(图 3d)表明,无论是3—5月还是7—9月,500 hPa的涡度均值均为负值,即500 hPa的环境场以反气旋结构为主,但出现两种飑线时的500 hPa涡度均为正值,即以气旋性结构为主,且出现西风带飑线时的涡度显著大于台风飑线时的涡度。

图 3 多层散度及其随时间(间隔6小时)变化 单位:10-5 s-1

上述统计表明,西风带飑线在散度和涡度上的表征均显著强于台风飑线,这对于预报具有一定参考意义。但由于样本有限,统计意义相对较弱,需要对更多的样本进行统计分析。

4.2.2 垂直风切变

对0~1 km、0~3 km和0~6 km(图 4a)的垂直风切变进行统计表明,出现两种飑线时的垂直风切变均较季节均值大,并且出现西风带飑线时的垂直风切变大于台风飑线时的垂直风切变,这也与Meng等[15]的结论一致。同时对两种飑线造成的雷暴大风出现前,0~1 km、0~3 km和0~6 km的垂直风切变随时间变化(图 4b)的统计表明,其0~1 km的垂直风切变变化均较小,而0~3 km和0~6 km的垂直风切变均有所增大,尤其西风带飑线增大更为明显,有利于对流组织化的发展。

图 4 各层垂直风切变(a)及其随时间变化(b) 单位:m/s。
4.3 水汽条件

Meng等[15]通过对台风飑线和其他飑线的整层可降水量对比指出,台风飑线的整层可降水量明显较其他飑线大,一般接近60 mm。本文对整层可降水量进行统计(图 5a)也证明了类似结论,即台风飑线的整层可降水量明显较西风带飑线大,而且7—9月的整层可降水量也是明显比3—5月的大。对925 hPa的相对湿度进行统计(图 5b)可知,出现西风带飑线时,925 hPa的相对湿度比台风飑线时的大。对多层的相对湿度差进行统计(图 5c)也表明,出现西风带飑线时,925 hPa相对湿度略大于850 hPa相对湿度,但出现台风飑线时,850 hPa的相对湿度大于925 hPa的相对湿度。

图 5 各层的整层可降水量(a,单位:mm)、相对湿度(b,单位:%)、相对湿度差(c,单位:%)及相对湿度随时间(6小时)变化(d,单位:%)

同时对两种飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa、700 hPa、850 hPa和925 hPa的相对湿度随时间变化(图 5d)进行统计表明,西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa相对湿度略减小,925 hPa略增大,但均不显著,即500 hPa以弱的干平流为主而925 hPa以弱的湿平流为主。而台风飑线造成的雷暴大风正好相反,500 hPa相对湿度显著增大,925 hPa则有一定程度的减小,即500 hPa有显著的湿平流而925 hPa有干平流。关于台风飑线925 hPa相对湿度较小且有干平流的原因,可能与台风本身的垂直结构和环流特征有关,后期需要用更多样本进行更深入的研究。

5 两种飑线个例的比较

为了更直观了解西风带飑线和台风飑线的异同点,选取2013年4月30日的西风带飑线过程和2013年8月13日的台风飑线过程,使用地面观测、高空观测和数值模式分析场资料进行简单的对比分析。

西风带飑线个例,在2013年4月29日傍晚到前半夜已在湖南西部-贵州中部生成飑线,但在30日00时前后从贵州进入广西时,可能受到地形影响略有减弱,至02时又重新发展成为飑线并向东偏南移动,08—09时从广西进入广东境内并显著加强,并在11时形成一条从江西南部-广西东南部长达800 km的强飑线。在地面观测场上(图略),29日23时,湖南永州-广西融安一线有弱的辐合线,同时在辐合线中部的垂直方向,有一条冷舌从湖南城步伸向广西桂林东部。30日01时,随着回波的向南移动,广西龙胜附近气压显著升高、温度下降,即开始出现雷暴高压和冷池。02时回波在01时气压升高、温度下降区域的前方回波再度发展成飑线,并在向东南方向移动的过程中,飑线后部冷池的范围不断扩大,同时出现多个雷暴高压,强度不断增强,其中05—06时广西荔浦气压升高1.6 hPa,较强的雷暴高压向东南推进并一直持续至10时。正是从06—07时开始回波显著加强,并在11时前后形成一条巨大的西风带飑线。即地面辐合线、雷暴高压和冷池的出现在飑线的重新形成中起了重要作用,同时后期雷暴高压的持续加强扩大及相应冷池的扩大导致了飑线的不断加强发展。

台风飑线个例,在2013年8月13日11:30台风中心位于南海北部海面,广东三水附近开始出现对流单体,之后不断有新单体生成、发展并连接,13时形成较短的飑线并影响广东高要-阳江一线,之后继续发展西移并与南侧海上的飑线连接,北侧也不断有新单体生成。前期南段的飑线较强并影响广东西南部和海南北部,19时后显著减弱,而北段主要为断续的线状回波,18时后继续略有发展西移影响广西中东部。在地面观测场上(图略),13日11时,广东西部位于台风西北部象限,风场上有从偏东风转为偏北风的气旋性切变。值得注意的是,浙江-福建有一相对高压区,并伸向广东中部,而台风倒槽则从南海北部伸向广东西部,珠江三角洲以西地区是从高压到低压倒槽的过渡带,正是在该地区不久后触发了对流天气。随着高压和低压倒槽均不断西伸,过渡带也不断西移。13时,高要-阳江开始出现冷池,雷暴形成的高压与东侧的高压叠加造成过渡带地区等压线的密集度显著增大,13—14时,四会-阳春附近出现小范围的地面升压(0.4 hPa),其后冷池不断向西推移,强度有所加强,雷暴高压也有所增强,14—15时广东电白附近也有短暂的小范围的明显升压(1.6 hPa),15—16时的升压回落至0.4 hPa。16—17时地面升压区分为两个:一个在海南北部,中心达到1.2 hPa;另一个位于广西东部,为0.8 hPa。前一区域的回波在18时之前仍较强,19时后随着雷暴高压和冷池的减弱,飑线显著减弱;后一区域的线状回波则仍然随雷暴高压和冷池西移维持较长时间,但冷池的强度没有明显加强,对流回波带也没有显著发展。这次过程,台风倒槽的气旋性切变和高低压之间的过渡锋区应该对回波的生成和前期的发展起到了重要作用。之后雷暴高压的加强和冷池的扩大使飑线继续发展,但由于雷暴高压强度较弱且不持续,所以飑线的发展有限,而这可能也与中层500 hPa没有明显的干冷平流有关。

利用高空观测和NCEP数值模式的分析场对这两次飑线个例过程的垂直廓线进行对比分析。两次飑线过程的高空观测(图 6)的对比表明,飑线发生前均有相对湿度的上干下湿结构,这有利于雷暴大风的发生发展。但二者也有一些值得注意的不同点:(1)二者在风场的垂直分布上差别很大,2013年4月30日(西风带飑线)各层以西南风为主,且925 hPa及以上风速较大,即低空和超低空急流较强。而2013年8月13日(台风飑线)各层以东北风为主,925 hPa的风速显著小于前者,垂直风切变也小于前者;(2)2013年4月30日过程由于边界层强的超低空急流,相对湿度接近饱和,而2013年8月13日则由于广东西南部主要受其东北侧陆地上的东北风或偏北风影响,边界层的相对湿度略偏小,这与前面的统计结论基本一致。另外结合NCEP数值模式分析场(图略)可知,飑线位于925 hPa水汽通量散度的辐散区内和500 hPa较大的相对湿度区边缘,但在飑线移向前方925 hPa有一环状的较弱的水汽辐合区,而在700 hPa温度平流场上,飑线出现前有一定的冷平流,与之前的统计结果一致,该冷平流可能与对流的发生、发展有关。

图 6 2013年4月30日08时清远(a,西风带飑线)和2013年8月13日08时阳江(b,台风飑线)的高空观测实况

上述分析表明,西风带飑线在垂直廓线上遵循典型的雷暴大风发生机制,在中层为干冷平流或平流不明显时,低层极强的暖湿气流输送造成层结极不稳定,有利于对流的发生发展,同时较强的垂直风切变有利于对流的组织化。但台风飑线则不太符合,其整层可降水量虽然较高,但在台风外围边界层的水汽平流并不明显,对流生成并组织成线状的机理可能与底层台风倒槽的气旋性切变、等压线锋区及冷池有关,也与台风外围环状的水汽输送带有关。具体成因仍需进一步的深入研究。

6 结论

(1)华南地区的西风带飑线一般出现于春季和初夏,6月中下旬之后很少出现。台风飑线出现于盛夏季节,7月中旬之前极为少见。3—4月的西风带飑线常常从凌晨开始发展,中午前后趋于减弱,5—6月的西风带飑线一般上午或中午开始发展,下午到傍晚结束,7—9月的台风飑线常常从中午或下午开始发展,前半夜趋于结束。

(2)出现西风带飑线时的500 hPa的温度较相应季节均值略低,850 hPa与500 hPa的温差较大;出现台风飑线时925 hPa与700 hPa的温差较大。西风带飑线低层的暖平流较大但中层不明显,台风飑线则相反。西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa温度平流随时间变化为显著的负值,台风飑线不明显。在考虑季节变化的因素下最有利抬升指数对西风带飑线的指示性相对更好。

(3)两类飑线200 hPa均为辐散,925 hPa均为辐合,西风带飑线较台风飑线的高层辐散、低层辐合更明显,且在雷暴大风出现前,200 hPa辐散增强,850 hPa和925 hPa辐合增强。两类飑线的500 hPa均为正涡度,西风带飑线较台风飑线正涡度更强。两类飑线的垂直风切变均大于季节均值,但台风飑线较西风带飑线小。雷暴大风出现前0~3 km和0~6 km的垂直风切变均有所增大,尤其西风带飑线增大更明显。

(4)出现台风飑线时,925 hPa的相对湿度明显小于季节均值,且小于850 hPa的相对湿度。西风带飑线造成的雷暴大风出现前,500 hPa以弱的干平流为主,而925 hPa以弱的湿平流为主。台风飑线造成的雷暴大风出现前500 hPa有显著的湿平流,而925 hPa有干平流。

(5)西风带飑线在垂直廓线上遵循经典的雷暴大风发生机制,在中层为干冷平流或平流不明显时,低层极强的暖湿气流输送造成层结极不稳定,同时较强的垂直风切变有利于对流的组织化,而地面辐合线、雷暴高压和冷池的出现在飑线的形成中起到重要的作用,雷暴高压的持续加强扩大及相应冷池的扩大也导致了飑线的不断加强和发展。台风飑线在台风外围边界层的水汽平流并不明显,其不稳定层结的加强预计与700 hPa的冷平流有关,对流生成并组织成线状的机理可能与底层台风倒槽的气旋性切变、等压线锋区、冷池及台风外围环状的水汽输送带有关。

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