引言

飑线是指带状的雷暴群所构成的风向、风速突变的一种中至小尺度的强对流天气，其破坏性很强大。飑线过境时的典型现象为风向突变，风速突增，气温陡降，气压骤升等剧烈的天气变化，同时伴随暴雨、雷暴、大风、冰雹、强力的直线风、龙卷风等强对流天气^{[1, 2]}。飑线过程中伴随的雷暴大风是指雷暴与大风相伴的天气现象，由于其具有突发性、局地性、持续时间短、破坏性强，对人民群众的生命和财产造成很大的危害，是短临预报工作的重点和难点。近年来随着探测技术的快速发展和雷达布网加密，许多专家和学者对强对流天气进行了大量的研究工作^[3-6]。俞小鼎等^[7]通过大量个例分析了雷暴大风天气的雷达回波特征；王彦等^[8]利用雷达资料和255 m气象铁塔资料分析了雷暴大风的中尺度结构特征；牛淑贞等^[9]利用加密探测资料分析了发生在商丘地区的强飑线形成的机制，指出本次雷暴大风发生在辐合线后侧，风速辐合线为飑线的产生和发展提供了动力触发抬升机制。支树林等^[10]利用常规资料分析江西一次致灾性飑线天气的成因指出，高空低槽与低空西南急流、地面中尺度辐合线、地面中尺度温度锋区、高低空急流耦合作用等均对强对流持续加强起到促进作用。

在云南春夏季由飑线引起的冰雹、雷暴、大风等强对流天气比较常见，前期部分工作者对这方面做出了一些研究，段鹤等^[11]利用常规资料分析了滇南飑线的发生环境及其雷达回波特征，根据灾害类型和单体结构将飑线分为五类，对短临预报有很好的指导作用。张腾飞等^[12]通过多普勒雷达、闪电定位等资料对滇南春季一次强对流风暴系统的雷达回波中尺度特征与地闪间的分布特征进行分析，指出冰雹大风天气以正地闪为主，短时强降水以负地闪为主。但由于云南特殊的山地气候及复杂的地形，使得灾害性天气的发生发展更加复杂，大大增加了预报难度。目前运用自动站加密观测数据来研究飑线的个例不多，并且很少全面地对飑线发生前的地面中尺度特征和雷达回波特征进行对比分析，目前能实际投入短临预报预警业务方面的成熟经验指标不多。

本文利用NCEP 1°×1°再分析资料，地面自动站加密观测数据，多普勒天气雷达资料等，从大尺度环境条件、雷达回波中尺度特征和地面中尺度流场等方面，以云南2016年4月19日飑线过程为例，首次分析云南地区出现强对流天气时地面流场与瞬时大风间的关系，探究强对流天气出现前后的地面中尺度特征，试图寻找具有预警指示意义的参考指标，为今后强对流天气的监测和预警提供一定的参考和依据。

1 过程概况

2016年4月19日14—23时，云南省自西向东受飑线影响出现较大范围的雷暴大风天气(≥17.2 m·s^-1，8级及其以上)，同时局部伴有冰雹、短时强降水、雷电等强对流天气，具有局地性强、持续时间长、范围广、灾害损失严重等特点。此次强对流天气的直接损失为3.4亿，并造成人员的重大伤亡。图 1a为14—23时段内瞬时大风、短时强降水(≥20 mm·h^-1)及冰雹的叠加图，全省125个大监站中共有85站出现大风天气，其中23站出现了10级以上大风，5站风速超过30 m·s^-1，最大瞬时风速出现在当日19:58的建水站(39.4 m·s^-1)。区域自动站有22站出现短时强降水，主要集中在滇西和滇南，最大短时强降水(32.8 mm·h^-1)出现在临沧市康家坝水库，出现2站的冰雹，其中最大为澜沧的23 mm。本次强对流天气过程还伴有明显的雷电活动，从图 1b中可看出，雷电活动主要集中在滇中及其以南地区，其中正闪回击1 178次，负闪回击12 040次。对比图 1a和图 1b可以清楚地看到，雷电出现的时空分布与强对流天气出现的时空分布基本吻合，在滇中地区，瞬时大风和短时强降水天气明显，相应的雷电活动在滇中地区出现频次也较高。

为更好地分析本次过程中飑线的移动方向和影响范围，便于通过研究与其相对应的环境条件来进一步探讨本次过程发生发展的机制, 本文选取飑线自西向东移动路径中的4个探空站点(腾冲、昆明、普洱、蒙自，具体位置见图 1b)，分析飑线过境时1 h内各气象要素变化趋势(表 1)。从表 1中可清楚看到，飑线过境时各气象要素变化明显，大风出现时伴随着气温下降，降幅在5~9 ℃，气压跃增，其中腾冲站增加19.8 hPa，相对湿度突增幅度在10%~40%，满足飑线特征。虽然普洱站大风天气不明显，但是距离较近的宁洱站在19:50出现了22.3 m·s^-1的极大风速。从极大风速出现时间分析发现，此次强对流天气是自西向东发展，飑线在滇西南发展移动速度较慢，因此普洱出现大风的时间为19:45。4个站中，出现阵性大风天气时均伴有一定的降水，其他时刻基本没有降水，极大风速与雨量具有较好的对应关系。农孟松等^[13]在分析广西飑线大风天气时指出，雨量与极大风速呈正相关，极大风速一般出现在雨强最大时段内。由此说明降水粒子对大风天气的产生和增辐具有一定的促进作用，降水粒子在降落过程中会夹卷中高层的干冷空气发生蒸发冷却从而产生负浮力，该负浮力与降水负荷是引发和维持下曳气流的因子，可加剧空气加速下沉运动，从而促进大风天气的维持和发展。

2 天气背景分析 2.1 大尺度环流背景

2016年4月19日08时(图略)，95°E附近青藏高原南侧有南支槽东移，14时500 hPa(图 2a)中高纬及高原上有短波槽不断东移，槽后的西北气流与温度槽有一定的夹角，不断引导高层冷空气南下，南支槽位于云南滇西附近，槽附近有-8 ℃的弱温度脊与之配合，表明南支槽前有一定的暖平流输送，槽比较浅，主要以西偏南气流为主；同时次700 hPa(图 2b)在四川中部存在切变线，并逐渐南压，切变线附近有温度槽配合，风场与温度场有一定的夹角，利于低层冷空气以偏东路径向云南输送，使得南支槽前暖平流与切变后部的冷空气在云南地区汇合，为此次强对流天气的发生提供不稳定条件。700 hPa云南上空以偏西急流为主，500 hPa风速也较大，均超过20 m·s^-1，高低空偏西急流的耦合利于强对流天气的发展加强，也可为强对流天气提供充足的水汽和热量^{[1, 2]}，同时易出现高空风通过动量下传造成地面大风天气，且偏西急流不利于孟加拉湾的水汽大量地向云南上空输送，不利于大范围短时强降水天气的产生。随着高空槽东移和切变线南压，17时地面图上(图略)滇中以东为地面低压控制，且在滇中以东以南地区存在地面辐合线，为强对流天气的发生发展提供了较好的动力抬升机制。

2.2 环境条件分析

图 3为2016年4月19日08时腾冲站、普洱站、昆明站探空订正图及19日20时蒙自站探空图。为更好地分析环境条件，对于腾冲、普洱、昆明均选取强对流发生前2~4 h的气象要素实况进行了探空订正，由于蒙自20时刚好为强对流发生前1 h，因此未进行订正。从腾冲站(图 3a)和蒙自站(08时，图略)可看到，在850—600 hPa间存在一定厚度的湿层，普洱站(图 3b)不存在湿层，昆明站(图 3c)仅在700 hPa附近存在一层浅薄的湿层，结合整个环流背景场分析，本次过程水汽条件有限，且湿层较浅薄，因此短时强降水仅出现在低层具有一定湿层厚度的腾冲和蒙自附近的站点。四个探空站中0 ℃层高度位于600 hPa附近及以上，且-20 ℃层高度在400 hPa以上，不利于冰雹天气的产生和维持。

四个探空图中，低层700 hPa附近均为偏西风，风速超过16 m·s^-1，达到急流；500—250 hPa间高空风随高度逆转，说明高层有干冷空气入侵，低层有一定的湿层，高层存在干层，使得层结不稳定度增强，这种不稳定层结为强对流的发生提供了有利的环境热力条件。其中普洱和蒙自站低层垂直风切变较大，有助于普通雷暴维持和增强，形成持续性的强雷暴，除昆明站外，其他三站在08时低层均存在逆温层，有利于不稳定能量的前期积聚。经过订正后腾冲站CAPE值由0 J·kg^-1增加至1 183.4 J·kg^-1，普洱由0 J·kg^-1增加至799 J·kg^-1，昆明站由0 J·kg^-1增加至1 327.8 J·kg^-1，午后大气对流不稳定度大大增加，强对流天气出现的可能性明显增加。20时蒙自站CAPE值为344 J·kg^-1，SI为-3.84 ℃，上干下湿的特征更为明显。四个站中均存在明显的DCAPE值，且蒙自站(图 3d)的DCAPE值最大，大于800 J·kg^-1，上述各种特征均有利于强对流风暴的进一步维持和发展。

从以上分析可知，本次过程产生于500 hPa弱南支波动和700 hPa切变线影响下，通过高低空急流耦合及高空动量下传造成地面雷暴大风天气，符合孙继松等^[14]给出的西南地区强对流天气中的斜压锋生类强对流天气概念模型。本次过程中08时探空资料表明云南上空具有强对流天气产生的潜势，但是部分参数和指数所表现出来的数值似乎表明当地上空大气层结是稳定的，而在大的天气背景下，加之云南复杂的地形特征，经过午后增温，层结不稳定增强，午后也非常容易出现强烈的对流天气，因此，在实际预报中应根据当地的地理环境特征和层结不稳定的物理本质来提炼适合本地强对流特征的指标。

3 多普勒雷达回波的中尺度特征分析 3.1 雷达回波特征分析

从云南省多普勒天气雷达拼图上分析可见，19日14时左右在滇西德宏雷达站西北部有一些分散的对流降水回波，在偏西气流引导下逐渐东移发展，至16时左右(图略)，对流单体移至保山-德宏东部-临沧西部一带，逐渐演变为南北向带状回波，从速度图上看(图略)，主要为偏西风，且在回波后侧出现了明显的速度模糊，经速度退模糊后，德宏站低层径向速度达到29.3 m·s^-1，造成滇西地区的大风天气。

图 4为2016年4月19日18—21时云南省多普勒天气雷达拼图。从图中可以看到，18:00(图 4a)位于临沧东南部至楚雄西部的带状强回波发展明显，回波呈东北-西南向，且其南段出现明显的弓形回波特征，强回波强度达60 dBz，此时飑线已过楚雄，楚雄出现大风时间为18:06，达风速25.8 m·s^-1。19:00(图 4b)回波在东移过程中逐渐加强，北段回波发展更明显，随着高层冷空气的入侵，回波后侧入流开始明显，前侧有明显向前凸起弯曲的强回波，强回波逐渐发展合并，长宽比例大于5:1，最强回波≥60 dBz，飑线特征最明显，发展达到旺盛阶段，造成楚雄、玉溪西北部、昆明西部的大风天气。回波北段移动快速，南段移速较慢在滇西南影响持续时间长。20:00(图 4c)回波位于昆明东南部-玉溪东部-普洱一带，回波梯度减弱，飑线特征不显著，为分散的回波单体，21:00(图 4d)回波在红河州至普洱东南部又再次发展合并为带状回波，飑线特征再次明显，造成滇东南地区的大风天气，22时逐渐演变为层状云降水回波，对云南省的影响趋于减弱。这条飑线在云南境内持续时间长达8 h，生命史长，强度大，沿途所经过的大部地区均出现明显的雷暴大风天气。

由于此次强对流天气最强影响时段为19—20时，影响区域为滇中地区，为进一步研究本次强对流天气过程中强天气的回波结构特征，本文选取滇中地区的昆明雷达站资料进行详细分析可发现，飑线于17:46前后进入昆明雷达观测范围，自西向东移动影响滇中地区(楚雄、玉溪、昆明)，飑线于18:57左右开始影响昆明的西部县区(安宁，晋宁，太华山)，飑线中强回波强度超过55 dBz。从19:03昆明雷达的组合反射率因子图(图 5a)可看出, 雷达站附近有一条近南北向的带状回波，回波中镶嵌着多单体回波，强反射率因子超过55 dBz，后部有大片层状云降水云系，且存在弱回波通道，表明存在明显的后侧入流急流。同时次0.5°速度图(图 5b)显示，滇中地区的风向为偏西风，入流速度明显增大且入流大值区域也明显扩大，在飑线后侧出现了明显的大片速度模糊，经速度退模糊后负速度超过33 m·s^-1以上，这进一步验证了飑线后侧有很强的入流急流(RIJ)，段鹤等人^[11]对滇南飑线分型研究时指出，大风型飑线后侧存在明显的层状云回波，经向速度图上存在大面积的RIJ，易出现以大风为主的灾害性天气。19:21(图 5c)强回波位于雷达站东部(昆明主城区-呈贡西部一带)，飑线移动速度较快，后侧也存在明显的弱回波通道，同时次0.5°速度图上显示(图 5d)，距离雷达站很近的东西两侧均有明显的速度模糊，昆明主城区、呈贡一带距离雷达25~28 km处低层的速度达到36.8 m·s^-1，相关研究表明，如果在低空(距地面1 km以内)存在径向速度大值区(速度在20 m·s^-1以上)，则可判断该区域可能伴有地面大风^{[7, 14]}。图中红色圆圈表示呈贡站位置，此时强回波位于呈贡附近，速度图上，呈贡低层存在明显的速度模糊，刚好与地面大风相对应，通过将自动站实况大风资料与速度模糊区域范围相比较可知，二者出现的范围基本吻合。从图 5中两个时次可分析出，玉溪南部一带在组合反射率图上存在密实的积状云降水回波，速度图上存在中尺度辐合线，因此造成玉溪南部短时强降水天气的出现。

3.2 风暴单体垂直结构演变特征

为更好地研究产生大风时刻的回波特征，图 6为沿雷达径向至呈贡站(距雷达站水平距离为28 km左右)作反射率因子和径向速度随时间变化的垂直剖面图。从图中可见，19:15(图 6a₁)，距雷达10 km处有回波存在，但回波强度不强，强回波为45~50 dBz，主要位于低层，对应径向速度垂直剖面图上(图 6a₂)，为正速度，高层速度大于低层。6 min后(图 6b₁)，风暴单体有所发展，回波明显增强，最强回波强度达55 dBz，距离雷达15 km附近，其所在高度位于2 km左右。对应径向速度图上(图 6b₂)，可见距离雷达10~15 km附近近地面出现速度模糊，存在径向速度大值区，一方面反映出风暴后侧存在明显的入流急流，另一方面中层风速大值区所在高度快速下降并接地，可能是由高空动量下传引起的^[13]，同时存在中层径向辐合MARC特征(见图 6b₂中椭圆处)，地面即将出现大风天气；随着时间的推移，风暴快速发展和东移，强反射率因子消失(图 6c₁)，45 dBz回波所在高度明显下降至2 km以下，分析认为，反射率因子核心快速下降可能是由于降水粒子的下落引起的^[13]。在19:27速度图上，28 km上空(见图 6c₂中椭圆处)存在高层辐散、低层辐合，具有明显的MARC特征，且近地层速度模糊的范围显著扩大，正速度达36.8 m·s^-1，大风速区已快速接地，上述特征均能较好地预示地面大风的出现，实况资料表明，呈贡站观测到的28.1 m·s^-1的极大风风速出现在19:25。19:39反射率因子下降更明显，速度图(图 6d₂)上MARC特征消失，近地层仍存在速度模糊，回波强度减弱。

综上所述，本次大风天气过程由飑线系统引起的，对应雷达反射率因子、径向速度、上特征明显，该飑线持续时间长，存在后侧弱回波区，飑线北部强回波移动快速，垂直剖面图上，反射率因子核心高度随时间快速下降；在0.5°仰角速度图上存在明显的速度模糊、低层速度大值区，垂直剖面图上存在明显的高层辐散、低层辐合、中层径向辐合，中层风速大值区所在高度快速下降等特征均能很好地预示地面大风天气的出现。根据云南省多普勒天气雷达拼图及单站雷达资料上回波的形态特征、移动方向、移动速度等，基于全省自动站实时数据，可提前判断该飑线可能产生的天气类型，影响时间及影响范围，为提前发布大风预警信号提供参考信息。

4 地面流场中尺度特征分析

在有利的大尺度环流背景条件下，强对流天气的发生发展和减弱主要取决于低层的触发机制^[15]。地面辐合线是触发强对流天气的主要机制之一，近地面风场的辐合为强对流天气的产生提供抬升条件，从而触发对流不稳定能量的释放，产生强对流天气^{[14, 16]}。

图 7给出的是19日18—21时云南省125个地面加密自动站瞬时大风(红色风羽)及同时次地面加密站逐小时前2 min平均风场流线图。结合多普勒天气雷达拼图(图 4)可以更好地看清楚地面天气系统的演变过程。18时，飑线位于楚雄西部-普洱西北部呈东北-西南向(图 4a)，此时地面辐合线(图 7a)位于楚雄西部-普洱一带，地面此时大风天气出现在大理，位于辐合区后侧的辐散区内；19时飑线特征最明显，位于昆明西部-玉溪中西部-普洱中部一带(图 4b)，地面辐合线(图 7b)位于昆明-玉溪-普洱一带，此时楚雄出现大风天气，楚雄西部至大理位于辐合区后侧明显的辐散区内；20时回波位于昆明东南部-玉溪东部-普洱一带(图 4c)，强度有所减弱，随着系统的快速东移，地面辐合线(图 7c)位于曲靖东部-红河一带，而之前位于辐合区内的昆明、玉溪、普洱出现大风天气，且转为辐合区后侧的辐散区，与此同时，楚雄的大风天气已减弱；21时回波在红河州至普洱东南部又再次发展合并为带状回波，飑线特征再次明显(图 4d)，地面辐合线(图 7d)位于文山北部和东部，曲靖和红河均出现了大风天气，曲靖南部至红河均处于辐散区内，昆明、宁洱的大风天气减弱。

由于云南以山地为主，受雷达站位置及仰角限制无法探测到部分低层大气信息，很多时候无法直接从雷达资料上捕捉到近地层雷暴出流边界的生成、发展演变过程，随着自动站布局加密，利用地面观测资料就可以分析出辐合线的活动过程。本次过程中雷暴冷出流与环境场中的暖湿气流相遇在近地层形成辐合线，极易触发新对流，促使飑线进一步加强和发展。通过对比图 4和图 7可以看到，地面辐合线一般出现在强回波附近及前沿，提前飑线回波约1 h左右。随着强回波的移动，飑线后侧有较强的下沉气流，随之出现雷暴高压，在地面形成明显的辐散区，该辐散区与地面阵性大风相对应。牛淑贞^[9]等通过研究商丘强飑线时给出中尺度辐合线后侧的风速辐合线会早于对流单体36 min生成；张勇^[17]等在研究渝西一次强对流天气时给出地面辐合线一般会提前飑线回波约3 h。因此，地面辐合线的出现对飑线、短时强降水及大风天气具有预警指示意义，强对流天气的出现与地面中尺度辐合线、辐散区，及飑线移动速度、影响范围密切相关。

5 结论

本文利用NCEP1°×1°再分析资料，地面加密自动站风场资料及雷达探测资料等着眼于大尺度环流条件和中尺度特征，分析了2016年4月19日受飑线影响下出现在云南省的一次雷暴大风天气过程，得出以下结论：

(1) 本次过程产生于500 hPa弱南支波动和700 hPa切变线影响下，通过高低空急流耦合及高空动量下传造成地面雷暴大风天气。低层存在一定厚度的湿层，中层干冷空气入侵，加强了云南上空对流不稳定层结，地面中尺度辐合线在该过程中起到抬升触发作用。低层垂直风切变，逆温层的存在，午后增温等均为强对流天气的产生提供热力、水汽、动力等环境条件。

(2) 此次飑线过程具有局地性强、持续时间长、范围广、灾害损失严重等特点，飑线过境前后气象要素变化梯度大。雷达回波特征明显，飑线北部强回波移动快速，存在后侧弱回波区，反射率因子核心高度迅速下降；径向速度图上，有明显的速度模糊，低层速度大值区，高层辐散、低层辐合、中层径向辐合等特征，均对提前预报预警地面大风有很好的指导意义。

(3) 地面大风天气与飑线、地面中尺度辐合线和辐散区是密切相关的，地面辐合线一般出现在飑线强回波附近及前沿，提前约1 h左右，飑线后侧为下沉气流，存在明显的辐散区，大风天气与辐散区相对应，因此，地面辐合线的出现对飑线、短时强降水及大风天气具有预警指示意义。极大风速与雨量有较好的对应关系，降水粒子对雷暴大风天气有加强和维持作用。