引言

飑线是由许多雷暴单体侧向排列而形成的强对流云带，其水平尺度长、宽约几十至上百公里，持续时间几小时，常伴有强降水、雷暴大风、冰雹等强对流天气，是影响华南的主要灾害性天气系统之一。国内外专家学者对飑线从组织演变、中尺度结构、雷达回波特征、触发维持机制等方面做了较多研究。Fujita^[1]早在1960年代研究指出，飑线系统伴随雷暴高压、飑锋、飑线前低压和尾流低压等飑中系统发展；他根据雷暴高压和尾流低压演变，结合降水特征划分了飑线的生命史，并指出尾部入流与弓形回波的形成密切相关，即回波中部强烈的尾部入流推动对流单体快速移动，可形成弓形回波。Braun^[2]研究认为，尾部入流的触发机制主要是飑线前沿对流的强迫和尾部层状云水汽蒸发等微物理作用所导致的负浮力。Rutledge^[3]指出，中尺度下沉气流的强度一般由尾部入流的强度和干燥程度决定。丁一汇等^[4]在1980年代初通过对我国18个飑线个例的研究，将我国飑线发生的天气背景分为槽后型、槽前型、高后型和倒槽型四类，并指出冷锋、露点锋、切变线、低涡、高空急流和低空风场不连续线等均可触发飑线系统。姚晨等^[5]对比分析我国中纬度地区不同对流环境下两次飑线过程的弓形回波特征指出，强对流降水过程的弓形回波是由强降水超级单体发展而来，其单体结构与经典超级单体中非降水或弱降水超级单体明显不同。夏茹娣等^[6]研究认为，静止锋前上升运动区有利于中尺度对流发生发展，同时受季风活动、边界层以及地形动力作用影响。还有人对华南对流风暴的触发系统与形成机制、强飑线雷达回波特征等进行了有益探讨^[7-14]。

上述研究成果主要针对飑线个例取得，较少涉及不同强飑线天气差异总结分析。2016年4月中旬华南出现多次飑线过程，如13日和17日的两次飑线过程(前者简称“4.13”飑线，后者简称“4.17”飑线)在时间上仅隔4 d，其环境背景场相似，但其移入广东境内后产生的影响却存在较大差异，前者迅速加强出现弓形回波，造成重大人员伤亡，后者则逐渐减弱。为探讨上述两次飑线过程在影响广东时差异产生的原因，本文利用自动气象站、气象卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达资料以及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料，对上述两次飑线过程的特征及主要差异进行了详细分析，以期为今后做好飑线天气预报预警提供参考依据。

1 过程实况与卫星云图特征 1.1 飑线概况与天气特征

2016年4月中旬华南连续出现飑线天气过程，其中，“4.13”飑线对流单体于12日18时(北京时，下同)在贵州南部开始出现，当日22时在广西境内发展成飑线，13日02时进入广东省境内，其强度进一步加强并出现弓形回波，到10时从汕头移到海上。该飑线主要出现在12日22:00—13日09:30，生命史超过11 h，强盛时其长约500 km、宽约30~40 km。受其影响，广东大部出现大雨到暴雨并伴有8~10级、局地14级大风，佛山市里水区域自动站录得最大阵风42.1 m·s^-1 (14级) (图 1a)；另外，该飑线造成东莞市麻涌镇一台龙门架倒塌致18人死亡、33人伤。

“4.17”飑线对流单体于17日12时在贵州南部生成，16时在广西中部发展成飑线，20时其主体位于广东西北部，此时其强度达到最强，之后飑线逐渐减弱，18日04时从汕头移到海上。该飑线主要出现在17日16:00—17日23:00，生命史7 h，强盛时长约800 km。受其影响，广东大部出现大雨到暴雨并伴有7~9级大风、局地11级大风，肇庆市四会区域自动站录得最大阵风30.8 m·s^-1 (11级) (图 1b)。

综上可见，上述两次飑线均生成于贵州而后在广西境内发展成飑线再东移影响广东，造成大到暴雨伴强风等强对流天气，最后东移汕头入海。不同的是，“4.13”过程生命史长于“4.17”过程，且前者强度明显比后者大。

1.2 飑线卫星云图特征

FY-2G云顶亮温(TBB)资料因其时空分辨率高，能较好地反映强天气系统的发生、发展和消亡；TBB值越低，表明云顶温度越低，对流越旺盛。本文将水平尺度20~250 km、生命史大于等于3 h、TBB≤-32 ℃的中尺度对流云团定义为β中尺度对流系统(M_βCS)，将水平尺度在250 km以上、生命史大于等于6 h、TBB≤-52 ℃的中尺度对流云团定义为α中尺度对流系统(M_αCS)。

“4.13”和“4.17”飑线过程TBB演变表明(图 2)，“4.13”过程从12日18时开始，贵州南部有小对流云团生成(图略)，其向东南方向移过程中逐渐加强，21—22时(图 2a)，对流云团在广西西北部生成，TBB≤-32 ℃的对流云区直径约100 km，达到β中尺度；13日04时(图 2b)，对流云团已演变成东北—西南向带状分布，北侧有多个对流云团并入到其中；06时云团主体已移至广东中部，TBB≤-32 ℃的区域超过10 000 km²，冷云中心TBB降至-72 ℃以下，呈现椭圆形，在M_βCS中部有2个直径10~20 km的γ中尺度对流单体(简称A、B)迅速发展(图 2c)，其东移影响造成佛山、东莞强烈大风，09—10时云团主体已移至海上。

“4.17”飑线过程对流云团同样在贵州南部生成，17日15—17时3个对流云团(C、D、E)在广西西北部发展，其中C、D云团TBB≤-32 ℃的对流云区直径均超过100 km，达到β中尺度，对流云团在东移过程中逐渐合并成线状对流；17日20时(图 2e)，云团范围继续扩大，TBB≤-32 ℃的区域超过50 000 km²，TBB降至-72 ℃，TBB＜-52℃的对流云区直径超过250 km，此时云团已发展到α中尺度，之后云团逐渐减弱；17日23时(图 2f)，TBB明显变大，云团结构趋于松散；18日04时后，云团减弱并移到海上。

两次飑线过程出现在相同季节和相似区域，但其表现特征不同。相比而言，“4.17”飑线比“4.13”飑线影响范围更广，但其进入广东境内后强度逐渐减弱，未造成明显灾情；“4.13”飑线影响范围虽略小，但强度更大、局地性明显，移至珠三角地区后迅速加强。究竟是什么原因造成上述差异？本文从环流形势、环境条件及雷达回波特征方面对其分析如下。

2 大尺度环流形势 2.1 “4.13”飑线的环流形势

12日20时“4.13”飑线形成时(图略)，200 hPa华南处于辐散区，500 hPa南支主槽位于广西中东部，同时有落后于低槽的温度槽与之配合，贵州有高原槽下滑，其携带的冷空气迅速南下，推动小槽快速东移南压，并伴有明显的冷平流，西南、华南西部处于24 h负变温区中，中低层贵州中南部存在一条切变线，切变线以南为西南地区北伸的暖舌。地面图上，冷空气影响贵州中北部，华南处于低压槽中。到13日02时，该飑线加强(图 3a、b)，切变线已南压至广西中部到湖南南部，西南暖舌东伸，特别是925 hPa上广东境内出现2~4 ℃的24 h正变温，为此次飑线过程提供了热力不稳定条件。此时地面图上，华南大部受低压槽影响，并逐渐演变成地面辐合线，与对流层低层切变线构成深厚辐合系统，为飑线在广东发展加强提供了动力抬升条件。在系统配置上，该过程500 hPa槽线位于700 hPa槽线东侧，即存在前倾槽结构，从而提供了对流不稳定条件。

2.2 “4.17”飑线的环流形势

17日14时“4.17”飑线形成时(图略)，200 hPa华南处于辐散区，500 hPa四川、贵州一带同样有高原槽下滑，华南地区处于宽槽区中，中低层贵州中部存在一条切变线；同时地面图上，冷空气已影响贵州北部，地面低槽控制华南南部，在贵州南部锋面附近触发了对流。到17日20时飑线减弱时(图 3c、d)，地面冷空气迅速南下，锋面已抵达华南中北部，切变线移至南岭附近。在系统配置上，该过程500 hPa槽线位于700 hPa槽线西侧，即为后倾槽结构。在有利的大尺度环流形势下，切变线本身具备较好的抬升条件，可触发较大范围对流，但可能因为“4.17”飑线过程冷空气势力偏强、移速偏快、冷空气过早侵入，导致了该飑线进入广东后逐渐减弱。

2.3 两次过程的环流形势对比

综上所述，两次过程大尺度环流系统的共同点是，对流发生在高空辐散场、中层冷空气南下与低层暖平流加强构成上冷下暖不稳定层结背景下，对流系统在贵州南部受地面锋面抬升触发，在槽前及低层切变线的组织下，在广西北部逐渐加强为飑线，并东南移影响广东。

其主要不同点是:“4.13”过程500 hPa槽线位于700 hPa槽线东侧，即存在前倾槽结构，有利于该过程强风暴发生、发展、加强；“4.17”过程地面冷空气较强，切变线移动迅速，具备较好的抬升条件，有利于出现较大范围对流天气，但强度减弱。飑线在进入广东境内后强度变化表现出如此大的差异，与中尺度环境条件有关。下面重点分析其在广东境内的中尺度环境场。

3 中尺度环境条件对比分析

于庚康等^[15]研究认为，飑线在强的热力不稳定环境和适宜的动力环境中酝酿发展后，下游地区的热力条件决定了强对流发展的强度；动力条件则对风暴的组织结构起关键作用，中尺度辐合线制约飑线的生消、移向。对“4.13”飑线在广州附近加强造成东莞重大灾情以及“4.17”飑线在珠三角地区逐渐减弱的原因分析如下。

3.1 热力条件

不稳定层结是强对流天气发展的重要条件，“4.13”飑线在形成前的4月12日14时(图 4a)，850 hPa假相当位温(θ_se)呈Ω型分布，华南中南部存在一个θ_se高值区，＞350 K的θ_se等值线延伸至24°N附近(图略)，表明此处空气暖湿。从珠三角地区θ_se及假相当位温平流的时间垂直剖面图上看(图 4c)，4月12日20时飑线未来发展区域的850 hPa为暖湿舌控制区，800—500 hPa为不稳定层结(∂θ_se/∂p＞0)，950 hPa及以下近地面层为弱冷平流区，(∂θ_se/∂p＜0)表征大气呈稳定状态，表明近地层出现逆温层，这样的结构有利于不稳定能量积累。随着大气环流形势演变，暖湿舌向东北伸展，高层冷空气随低槽东移南下。4月13日02时暖湿舌区逐渐向下扩展，边界层内冷平流迅速减弱，750 hPa以下由暖湿平流占据，θ_se高值中心位于900—850 hPa之间，强度达351 K，而位于这一暖平流区之上则是一深厚的冷平流，12日20时—13日02时500 hPa与850 hPa的θ_se之差(θ_se500-850)从-15 K减小到-21 K。显然，低空暖平流与南支槽从中层带来的小股干冷空气形成不稳定层结的垂直结构，有利于飑线进入广东境内后加强并维持。

“4.17”飑线在4月17日14时(图 4b)，对流层低层华南也为暖湿舌控制，但其高值区主要位于广西境内，有利于对流系统在该区域发展加强，而飑线下游的珠三角地区暖湿舌相对偏弱。从图 4d中可见，其前期800 hPa附近有一定的暖湿平流，形成弱的不稳定层结，但800 hPa以下暖湿平流不明显，17日20时24°N以南700 hPa以下有弱暖平流区，中心值达348 K，500—700 hPa之间则是一较浅薄的冷平流区，对流层中层冷平流区略向下伸展，在925—700 hPa之间形成不稳定层结，θ_se500-850为-15 K，24°N以北地区均由相对干冷空气控制，可见17日20时—18日02时在该飑线移入广东境内后，低层干冷空气导致该区域层结趋于稳定，不利于强对流天气发展和维持。

综上所述，两次飑线过程发生前都形成了冷平流叠置于暖平流之上的垂直结构，使得该地区形成不稳定大气层结；对飑线影响的下游而言，“4.13”过程低层暖平流明显强于“4.17”过程，且中层出现干冷空气下沉现象，形成较强不稳定层结；“4.17”过程不稳定层结相对较弱，且冷空气在17日20时后提前影响到珠三角地区，从而破坏了该地区不稳定层结，因此不利强天气发生。

3.2 垂直风切变

为分析两次飑线下游地区风场垂直结构，选择珠三角地区受灾较重的中心位置(23.5°N、113°E)分别作环境风u和v分量的垂直剖面。“4.13”过程纬向风(u)垂直结构演变表明，纬向风场中西风大值带位于200 hPa附近，中心值达48 m·s^-1 (图 5a)，边界层有弱偏东风，中层西风风速逐渐增强并出现下传，导致飑线下游区域环境风场垂直风切变增强。12日20时，500 hPa偏西风中心值升至28 m·s^-1 (图 5b)，低层偏西风分量明显增大，700 hPa以下风速等值线密集，风切变迅速增强，有利于对流风暴组织化和继续加强；“4.17”过程纬向风垂直结构演变表明，200 hPa附近西风中心值仅40 m·s^-1 (图 5c)，明显弱于“4.13”过程，在飑线发展移动过程中，中层西风也有所增强，17日20时500 hPa偏西风中心值升至24 m· s^-1 (图 5d)，但强度明显弱于前者。

经向风垂直结构演变特征同样显示两次飑线过程存在异同。相似之处是:飑线进入广东前，低层都伴有南风发展。不同的是：“4.13”过程后期中高层有偏北风出现，从4月12日20时v分量垂直分布场看到(图 5e)，飑线未来移动区域700 hPa以上出现北风分量，900 hPa则存在南风中心(12 m·s^-1)，低层风切变明显增强；“4.17”过程飑线发展前期为整层一致南风，飑线移入广东境内后，从4月17日20时v分量垂直分布场看到(图 5f)，24°N附近800 hPa以下已受北风控制。两次过程v分量垂直分布的差异与环流形势一致，前者受冷空气影响主要集中在对流层中高层，地面仍为低槽区控制，而后者移入广东境内时冷空气已开始影响珠三角北部，虽然此时垂直风切变有所增强，但可能因冷空气过早侵入破坏了大气层结，从而不再有利于强天气发生。

3.3 中尺度风场

分析广州花都风廓线资料发现，在城区强对流发生前4~5 h (图 6a)，低层风场开始逐渐增大，3 km以下风向随高度顺转，表明低层有暖平流发展，13日04时3—5 km高度出现西南风转西北风，风速出现脉动，风向随高度逆转，表明中层有冷平流，可能是中层有波动(图中褐色粗实线所示)提前过境，携带小股冷空气造成对该地区的影响；与此同时2.5 km以下高度开始出现风速下传(图中蓝色箭头所示)，05—06时0—3 km层次内风垂直切变加大，这种风场前倾结构及配置有利于飑线加强。从文后雷达回波图上看到飑线在珠三角地区形成了弓形回波(图 8a)。另外，还观测到飑线过程一直伴随着较强中层后侧入流，干冷空气被持续输送到对流区，增强了地面冷池及其出流，从而有利于地面出现大风。

17日飑线过程影响前(图 6b)，低层风场随高度顺转，表明也有暖平流，但中层冷平流不明显，2 km以下高度风速变化不大，0—3 km垂直切变都很小，这种风场结构显然不利于大气层结不稳定性增强；17日22时飑线过境时，低层风场出现南北风转换。但从文后雷达回波图上可见回波呈逐渐减弱之势(图 9b)。

3.4 触发机制

使用广东省区域自动站风场资料，将其插值到0.05°×0.05°格点图上，并叠加区域自动站时雨量分布，以此分析飑线的中小尺度特征。从两次过程地面风场及过去1 h雨量图上可见，两次过程地面上都伴随一条辐合线(图中棕色粗实线所示)形成和移动，13日04时(图 7a)，广州城区西北方向有一条长约200 km西南—东北向β中尺度辐合线；05时(图 7b)，该辐合线开始移入广州市区，此时地面东南风明显增强，同时由于飑线中镶嵌着多个γ中尺度单体，呈现既有偏北风、偏西风又有东南风多个方位的阵风出流(图中蓝色箭头线所示)，导致广州西部形成一个直径15 km左右的γ中尺度气旋性辐合区；06时(图 7c)，上述辐合线移入东莞市。

“4.17”过程，17日20时(图 7d)，清远中部同样存在一条β中尺度辐合线(棕色粗实线)，不断生成的对流单体的排列方向与β中尺度辐合线走向基本一致。这两条辐合线可能是飑线阵风出流与东南风形成的中尺度辐合线，新生对流不断在中尺度辐合线上生成，从而代替消亡的单体形成新飑线，导致飑线不断向东南方向传播(图 7e)。两次过程的不同点主要是:前者在广州附近有较强东南风，飑线移至该处时前沿阵风出流与东南风形成明显的中尺度辐合线，多个γ中尺度单体共同在广州市西部形成一个气旋性涡旋。结合雷达回波对比分析可知(图 8a)，05:24广州附近弓形回波与涡旋走向基本吻合，γ中尺度涡旋使得弓形回波进一步增强；后者地面东南风偏弱，阵风出流呈现一致西北风，并未形成气旋性辐合或明显的中尺度辐合线(图 7f)。

综上分析可知，中层冷槽提前过境可能诱发地面降压，导致东南风增强，强盛的东南风与飑线阵风出流形成β中尺度辐合线，辐合线上数个γ中尺度单体生成，同时多个γ中尺度单体的出流在广州地区先行形成直径15 km左右的近地面中尺度气旋性环流，可能促使13日飑线在广州附近进一步发展加强，最后形成强烈的下击暴流。然而，17日飑线在广州附近亦有一定的东南风，但强度偏弱，同时飑线移至该地区附近时，阵风出流呈现一致的西北风，并未形成气旋性辐合或明显中尺度辐合，这种结构不利于大气层结不稳定性增强，飑线移经城区时减弱。

4 两次飑线过程的雷达回波特征对比 4.1 “4.13”飑线过程的雷达回波特征

4月13日00—01时，飑线移至两广交界区时长约400 km、宽约40 km；04时新的小对流单体不断在飑线北段、南段生成，随后并入飑线系统。从前述中尺度风场看，此时中层有波动携带小股冷空气影响，大风核开始下传，0—3 km垂直风切变加大，有利的中尺度环境导致飑线不断加强，飑线前端演变为弓状回波。05—06时TBB分布图上M_βCS中部有2个γ中尺度对流单体A、B迅速发展，在05:24雷达组合反射率因子图上(图 8a)，γ中尺度对流发展非常旺盛，其强度增至71 dBz，形成明显的“S”型经典弓形回波，强上升气流使回波顶高伸展到18 km，50 dBz顶高亦达到8 km，远高于0 ℃层高度，且有大量冰粒子和过冷水滴共存，≥60 dBz强回波高悬在4 km处；05:00—05:42广州雷达0.5°仰角速度图上(图 8b)，对应弓形回波后侧有明显的-20~-30 m·s^-1的大风区，说明该飑线上的弓形回波一直保持很强的后部入流，使其生命史得以继续维持，飑线两侧速度梯度也很大；同时，由于降水粒子的重力拖曳、降水粒子相变冷却、中层干空气夹卷等因素形成强下沉气流，出现下击暴流，从而造成05:15佛山里水42.1 m·s^-1 (14级)大风和05:42东莞麻涌镇龙门塔吊倒塌致死18人。

4.2 “4.17”飑线过程的雷达回波特征

17日20时，飑线位于广州市西北方向150 km处(图 9a)，线状对流镶嵌着一系列超级单体，最大强度达到67 dBz，同时不断有新生单体并入，但飑线组织结构并不紧密；22:30，飑线开始影响广州市(图 9b)，此时其组织结构变得松散，整体呈减弱趋势。从穿过飑线上最强回波单体所作的垂直剖面图上可见(图略)，回波高度仅16 km，明显低于“4.13”飑线的回波顶高，且强回波(≥60 dBz)顶高仅3 km，位于0 ℃层以下，主要由液态水组成，回波单体略有倾斜，呈现出多单体强风暴结构。由于强回波主体高度较低，雨滴的重力拖曳作用较小、降水粒子相变冷却不显著、中层干空气不明显等因素不利于地面出现雷雨大风。18日00时，该飑线已断裂成数条回波短带，并逐渐从陆上移到海上。

5 结论与讨论

(1) 2016年4月13日和17日华南两次飑线过程发生在相同季节、相似区域，对广东造成不同影响。相比而言，“4.17”飑线比“4.13”飑线带来的大风范围更广，但其进入广东境内后强度逐渐减弱；“4.13”飑线影响范围虽小，但强对流更剧烈，其进入广东境内后强度迅速加强并出现弓形回波。

(2) 两次飑线过程天气环流形势相近，但“4.13”飑线过程在广东境内存在前倾槽结构，利于强风暴天气发生；“4.17”飑线过程地面冷空气较强，切变线移动迅速，具备较好的动力抬升机制，利于出现较大范围对流天气，但因对流抑制能量加大，不利于飑线发展。

(3) 从热力条件看，两次飑线过程发生前都形成了冷平流叠置于暖平流之上的垂直分布，“4.13”飑线过程低层暖平流明显强于“4.17”飑线过程，且中层出现干冷空气下沉现象；“4.17”飑线过程不稳定层结相对较弱，且冷空气提前影响珠三角地区使不稳定层结被破坏，不利强天气发生。从动力条件看，“4.13”飑线过程下游地区边界层有弱偏东风，中层西风增强并下传，导致垂直风切变增强，有利于对流风暴的组织化和进一步发展。

(4) 从风廓线及地面自动站风场看，“4.13”飑线在影响珠三角地区前2~3 h，中层波动携带小股冷空气提前过境，可能形成强不稳定层结和垂直风切变，并诱发地面降压，导致低层东南风增强；多个γ中尺度单体出流形成直径15 km的中尺度涡旋，可能导致飑线在广州附近进一步加强，最终形成强下击暴流。“4.17”飑线过程，阵风出流呈现一致西北风，未形成气旋性辐合或明显中尺度辐合，这种结构不利于大气不稳定层结增强。

(5) 两次飑线过程造成地面大风的原因不同。“4.13”飑线大风由弓形顶下击暴流产生，后部入流很强，强回波质心高，高层冰、水粒子强重力拖曳作用是下击暴流形成的主要原因。“4.17”飑线大风由普通超级单体造成，回波质心较低，雨滴的重力拖曳作用较小，从而地面雷雨大风强度相对较弱。

本文选取的两次飑线过程均发生在2016年4月，重点分析了这两次过程对广东省造成影响的差异。经分析发现，发生在相同季节、相似区域的不同飑线过程对同一地区所带来的灾情影响差异较大，其成因也不尽相同。因此，今后预报员在日常值班过程中，要做好飑线天气预报预警服务，除分析飑线发生发展潜势外，需重点分析其移动可能对下游地区产生影响，如天气图上高低空系统前倾槽结构、地面暖湿倒槽发展和影响、风廓线观测到的大风核下传、区域自动站风场上小尺度涡旋环流、天气雷达图上呈现的弓形回波，这些特征在一定程度上都可作为预判飑线加强的依据。但由于样本个例偏少以及飑线从形成、加强到减弱的机制非常复杂，再加上“4.13”飑线产生的下击暴流的局地性强，飑线弓形回波的形成可能还与更小尺度的下垫面特征有关，所以两次过程在影响广东所表现出的差异的原因仍有待进一步探讨。