摘要: 本文利用地面和高空实况和多普勒雷达资料，对贵阳机场2022年4月24日飑线天气发生的天气形势、物理量条件以及雷达图像进行分析，得到以下结论：1) 贵阳机场这次飑线天气的影响系统主要是高空槽、西南涡东移，地面冷锋和辐合线南压，天气尺度强迫强，配合低空急流暖湿气流输送，中低层高温高湿极有利于强对流天气发生。2) 贵阳站上空，CAPE值、K指数、SI指数，假相当位温均较大，低层暖湿，中层干冷，层结不稳定度大，0℃层和−20℃层达到了冰雹出现的高度。3) 机场上空，在天气发生前中低层辐合，高层辐散，且有强的上升运动。4) 贵阳700 hPa以下水汽充沛，有水汽自南向北，自低空向高空输送，水汽条件极好。5) 雷达图像上，17:28时弓形回波形成。径向速度图像上，低层有径向速度大值区，低层径向速度辐散，中层辐合，高仰角有风暴顶辐散，表现出雷暴大风和冰雹的回波特征。
Abstract:
This paper uses ground and high-altitude live conditions and Doppler radar data to analyze the weather situation, physical quantity conditions and radar images of Guiyang airport on April 24, 2022, and obtains the following conclusions: 1) The influence system of Guiyang airport’s squall line weather is mainly high-altitude trough, southwest vortex eastward shift, ground cold front and radial line south pressure, strong weather scale forcing, with low-altitude rapids warm and humid air flow transport, high temperature humidity in the middle and low layers are very conducive to strong convective weather. 2) Above Guiyang Station, CAPE value, K index, SI index and θ se are larger, the low layer is warm and wet, the middle layer is dry and cold, the layer junction instability is large, and the 0˚C layer and the −20˚C layer have reached the height of hail. 3) Above the airport, before the occurrence of the weather, the middle and low layers are converging, the high-rise is radiating, and there is a strong upward movement. 4) The water vapor is abundant in Guiyang below 700 hPa, there is water vapor from south to north, from low altitude to high altitude, the water vapor conditions are excellent. 5) On the radar image, a bow echo is formed at 17:28. In the radial velocity image, the low layer has a radial velocity large value area, the low radial velocity is radiating, the middle layer is converging, and the high elevation angle has a storm top radiation dispersion, the echo characteristics of thunderstorms and hail are showing.
1. 引言
飑线 [1] 是指多个雷暴单体(包括若干超级单体)侧向排列而形成的强对流云带，飑线一般长约几十至几百公里，宽约几十公里，是很具破坏力的严重灾害性天气。飑线过境时，常风向突变，风速骤增，气压骤升，气温骤降，伴随有暴雨、冰雹、龙卷等激烈天气。飑线产生的天气极为剧烈，给人民的生活产生影响较大，但因为它生命期短，突发性强，一直是预报的难点。二十世纪五十年代，Fujita [2] 和Newton [3] 开始研究飑线的结构，构建了垂直于飑线线状结构的环境垂直风切变影响风暴的模型，使人们对飑线结构认识加深。Houze et al. [4] 通过多普勒雷达发现了飑线的中尺度流场的结构特征。国内自二十世纪八十年代起，也开始对飑线进行研究。丁一汇等 [5] 把飑线分为四种类型：槽后型、槽前型、高后型、台风倒槽型或东风波型。屈梅芳，俞小鼎等 [6] 分析2018年一次弱垂直风切变环境下飑线发展维持的成因，下沉气流出流在风暴前侧形成辐合，触发新的对流，以及入流和出流错开形成飑线系统的自组织结构，使得飑线在弱垂直风切变条件下发展维持。王林，沈新勇等 [7] 使用WRF数值模拟资料对华南的一次飑线升尺度增长过程进行分析，低层风场转向加强，垂直风切变的方向改变，充足的水汽供应和后部入流的加深是促进β中尺度飑线升尺度的重要条件。许可，杜小玲等 [8] 分析了2020年贵州一次暖区飑线大风与大冰雹天气，认为该次天气发生在南支槽前暖区，地面热低压发展推动辐合线移动、低层西南暖湿气流、中层干冷空气为此次飑线大风及大冰雹的产生提供了有利的环境条件。
2022年4月24日受飑线系统过境影响，北京时间18:50~21:45贵阳机场出现极端强雷雨伴雷暴大风及短时强降水天气，19:07~19:34机场有中到强雷雨并伴随最大阵风32.4米/秒，刷新了机场建成以来的风速极值，当日小时降水量20.9毫米，同时机场周边10公里范围有小冰雹出现。贵州全省受此次天气过程影响，共出现2站大暴雨，最大为榕江岑套138.2毫米，在黔南、黔东南暴雨出现在81站暴雨，大雨有506个观测站；最大小时雨强为惠水排楼的70.3毫米；在毕节、安顺、贵阳的18县(区市)域内出现冰雹，最大直径为普定坪上的12毫米，有23个测站出现大风。
贵州位于云贵高原的东斜坡上，地貌类型复杂，多山地、丘陵。贵阳市位于贵州中部，而贵阳龙洞堡机场位于贵阳市西南方向，距市区仅10公里，贵阳站的探测资料对机场的天气有指示意义，可用贵阳站的气象资料进行天气分析。机场海拔高度1037米，接近850 hPa，中低层天气系统对机场影响较大。本文利用常规观测资料，计算相关物理量场，分析了过程发生的环流特点、动热力和水汽条件，希望能为以后飑线天气预报提供帮助。本文选取的资料时间为天气发生前后2022年4月24日08时、20时(北京时)的地面和高空实况探测资料，贵阳机场海拔1037米，坐标26˚N、106˚E。
2. 环流形势分析
2.1. 高空形势
分析24日高空实况天气图，在08时200 hPa图上，贵州区域没有高空急流控制，但贵州北部地区位于高空气流的辐散分流区，有利于上升运动增强，贵阳上空风速达26.6米/秒，20时200 hPa天气图上，高空风速增强，贵州位于高空急流轴右侧的辐散区，贵阳站风速29米/秒。在08时500 hPa天气图上，高空槽位于四川东南部至贵州西北部，贵州区域受槽前西南气流影响，贵阳上空风速达12米/秒，同时温度槽落后于高度槽，槽后冷平流较强，有利于高空槽快速发展东移。20时500 hPa图上，空中槽南压至贵州东南部，贵阳站受8米/秒的西北风控制。08时700 hPa图上，西南涡形成，低涡中心位于四川东南部，空中槽位于川东南地区，西南涡北部有14米/秒的偏北急流，冷中心位于温度为−0.5℃，有强冷平流加入西南涡，冷空气从低涡的西北部入侵，可使其东移发展 [1]，低涡的东南部是西南急流，强劲的冷暖气流在西南涡附近交汇，大气斜压性强，有利于不稳定能量的积累。贵州中部位于700 hPa急流轴附近，风速14米/秒；暖脊控制着贵州全省，该区域温度达8℃~9℃，700 hPa西南涡后部和前部冷暖平流，有利于低涡的快速发展东移。20时700 hPa天气图上，西南涡中心东移至重庆，空中槽也东移至贵州东部地区，低空急流轴南退至广西湖南境内，贵阳受槽后西北气流影响，风速6米/秒。虽然此时西南涡后部仍有偏北急流，但冷中心强度减弱，中心温度1℃，因此冷平流较08时减小。在04日08时850 hPa天气图上，低涡中心位于四川东南部，切变线自低涡中心延伸至贵州西北部，同时暖脊控制贵州西南部区域，与700 hPa相比，冷暖气流在850 hPa低涡外围并不强劲，低空急流自广西延伸至贵州东南部，贵阳站偏南急流，风速12米/秒。20时850 hPa天气图上，低涡快速东移至湖北，切变线也迅速南压至贵州南部，贵阳转为切变后部偏北气流，风速2米/秒，温度11℃，低空急流轴南退至广西湖南境内。
图1是2022年04月24日08、20时200 hPa至850 hPa的中尺度分析图。在08时，贵州受700 hPa、850 hPa两支低空急流的影响 [9]，其带来的暖湿气流，有利于水汽在贵州区域累积，也可使层结不稳定度加大，850 hPa低空急流轴左侧的辐合区也有利于上升运动增强。同时贵州大部分区域位于在500 hPa槽线至850 hPa切变线前部，三层系统的配合有利形成系统性大范围上升运动，分析垂直速度，在贵州确有强的上升运动，500 hPa~400 hPa是上升运动的强中心，上升速度达120 × 10−2 m*s−1。低空急流源源不断的将暖湿空气输送至贵州地区，贵州中西部受700 hPa、850 hPa暖脊控制，在西南涡的北部有强冷空气堆积，随着低涡东移，贵州区域将有较强冷暖气流交汇；从温度层结的垂直分布看，贵州中东部是T850-T500大值区(图1黄色虚线区域，温差大于22℃)，贵阳站T850-T500为25℃，中低层温差大，层结不稳定。水汽条件，08时850 hPa的显著湿区(温度露点差小于5℃)位于贵州、重庆、湖南和云南东部，贵阳站850 hPa T-Td为1℃，比湿14 g/kg，700 hPa T-Td为2℃，比湿9 g/kg，低层水汽充沛饱和，达到了贵州发生强对流的条件。综上所述，在贵州具备有利的上升运动条件，暖湿气流自西南向东北输送，中低层水汽充沛，大气层结不稳定，这些是深厚对流发展的有利条件。综合以上因素，贵州24日自西北向东南出现了弱至强雷雨天气，当日傍晚在贵州中部形成了飑线，部分地区伴随出现冰雹、短时强降水、雷暴大风。
(a) 08时
(b) 20时
Figure 1. Mesoscale analysis of the weather situation on April 24, 2022 (Beijing time)
图1. 2022年04月24日(北京时)天气形势中尺度分析图
在20时的中分析图上，随着西南涡东移，500 hPa至850 hPa三层系统快速东移至贵州东南部地区，贵阳站受系统后部的冷空气控制，下暖上冷的垂直结构被破坏，上升运动减弱，贵阳强对流天气结束。
2.2. 地面形势
图2是2022年04月24日14时~20时(北京时)地面实况填图。在14时地面图上(图2(a))，地面冷锋刚刚越过秦岭，位于陕南–川北一线，贵州自23日起一直受热低压控制，24日14时中心气压991 hPa，在贵州西北部有地面辐合线，初生的对流单体就是在地面辐合线附近发展起来的。贵州全省由于热低压的控制气温高，地面温度大于24℃，同时由于23日的降水，地面水汽充沛，中东部的露点温度大于15℃，贵阳站露点温度为17℃，温度26℃，为对流天气的发生提供了低层的热力和水汽条件。17时(图2(b))地面冷锋南压至湖南–重庆一线，热低压减弱，中心气压994 hPa，地面辐合线南压至贵阳–毕节之间，贵阳仍为偏南风，风速2米/秒，其北部的黔西站为北风，风速8米/秒，两站之间风切变大。20时地面冷锋继续南压，位于贵州北部，地面辐合线倒退至贵州南部地区，贵阳机场的强对流天气结束。在雷达图像上，西北部的地面辐合线附近是对流回波的初生地，地面冷锋和地面辐合线为此次强对流的发生提供了重要的触发条件，贵州全省暖湿的地面条件也有利于强对流天气的发生增强。
(a) 14时 
(b) 17时
(c) 20时
Figure 2. The ground weather chart from 14:00 to 20:00 on January 4, 2022 (Beijing time)
图2. 2022年01月04日14时~20时(北京时)地面实况填图
2.3. 探空图分析
从04月24日08时贵阳的探空图上(图3(a))，探空图呈喇叭状，500 hPa以上的高空干冷，之下的中低空较暖湿，贵阳站测得K指数39.8℃，SI为−3℃，CAPE值为857 J/kg (订正后2632 J/kg)，DCAPE为5.6 J/kg，假相当位温为73℃。20时贵阳的探空图上(图3(b))，探空图已经呈细长型，贵阳站测得K指数36℃，SI为−1℃，CAPE值为57 J/kg，DCAPE为26 J/kg，假相当位温为72℃ (345 K)。而在垂直方向上，在08时，850 hPa至500 hPa之间风向随高度顺转，中低层有暖平流加入。0~6公里垂直风切变的数值为0.32 × 10−2 s−1，垂直风切变大。一般而言中到强的垂直风切变对弓形回波的发展最为有利 [10]。湿球0℃高度4190米，−20℃高度7734米，0℃层和−20℃层高度差3092米，贵州春季冰雹较适宜的0℃层高度在3.5~5.5 km、−20℃层高度在5.8~8.2 km范围内，当日0℃层和−20℃层高度、高度差均达到了贵州冰雹发生时温度层结配置，因此当日在毕节、安顺、贵阳多地出现了冰雹，局地有12 mm的大冰雹。根据探空图，贵阳站上空，低层暖湿，中层干冷，层结不稳定度大，有利于上升运动的形成，加速暖湿气流和干冷空气的融合，促使不稳定能量释放，发生强对流天气。
3. 动力、水汽条件分析
3.1. 动力条件分析
图4(a)、图4(c)是08时、20时垂直速度W (上升运动为正值)沿106˚E (贵阳机场的经度)的垂直剖面。08时(图4(a))，21˚N至33˚N之间整层均为上升运动，500 hPa~400 hPa是上升运动的强中心，上升速度中心达120 × 10−2 m*s−1，对比1月4日的强对流天气，其上升运动仅为38 × 10−2 m*s−1，可见由于西南涡造成的天气尺度系统的抬升力和上升区域的范围均远大于一般系统造成的上升运动。20时(图4(c))，虽然21˚N至33˚N之间仍有上升运动，但上升运动的强度已经减弱，中低层大值仅为20 × 10−2 m*s−1。
图4(b)、图4(d)是08时、20时散度沿106˚E的垂直剖面。在图中，21˚N至37˚N之间，地面至500 hPa的是辐合区(图中虚线区域)，其中700 hPa附近是辐合中心，中心值为−20 × 10−5 s−1。500 hPa以上是辐散区，200 hPa~250 hPa之间是辐散中心，中心值为36 × 10−5 s−1。20时，低空辐合区域缩小至21˚N至27˚N之间，高度仅达到700 hPa，中心强度明显减小，为−6 × 10−5 s−1，辐散区位于700 hPa~300 hPa之间，中心值为6 × 10−5 s−1，与垂直速度发展趋势一致，20时辐合辐散强度也低于08时，20时物理量的这种配置不利于系统的维持。26˚N (机场的纬度)的空中，在天气发生前中低层辐合，高层辐散，有利于强上升运动的形成，在上升运动的垂直剖面图上，26˚N附近的高空确有强的上升运动。
(a) 08时
(b) 20时
Figure 3. The T-logP map of Guiyang Station on April 24, 2022 (Beijing time)
图3. 2022年04月24日(北京时)贵阳站探空图
(a) 08时垂直速度W (单位：10-2 m*s-1) 
(b) 08时散度(单位：10-5 s-1) 
(c) 20时垂直速度W (单位：10-2 m*s-1)
(d) 20时散度(单位：10-5 s-1)
Figure 4. Vertical velocity and divergence vertical cross-sectional view of April 24, 2022 (Beijing time)
图4. 2022年04月24日(北京时)垂直速度、散度垂直剖面图
3.2. 水汽条件分析
图5是08时、20时水汽条件物理量的垂直剖面图。08时，在沿106˚E的水汽通量散度垂直剖面图(图5(a))上，21˚N~13˚N的低空是水汽的辐散区，21˚N及其以北的纬度之间的中低空是水汽的辐合区，21˚N~33˚N 是水汽辐合的大值区，辐合中心值约为−3.2 g/(cm2*hPa*s)，21˚N~27˚N之间水汽的辐合区在垂直方向的仅扩展到850 hPa附近，可见在低层有大量水汽自南向北输送并且在21˚N~33˚N之间形成辐合。垂直方向上，21˚N~27˚N之间，850 hPa~700 hPa是水汽辐散区，中心值为1.2 g/(cm2*hPa*s)。因此在贵阳机场(26˚N)上空，低层是水汽通量散度的辐合大值区，有水汽自南向北输送，垂直方向上也有水汽自低空向高空输送，这与700 hPa、850 hPa强劲的西南低空急流有关。20时(图5(c))，925 hPa~700 hPa之间的中低空仍是水汽辐合区，辐合强度降低至−1.6 g/(cm2*hPa*s)，且近地面已经转为水汽辐散，21oN~13oN的水汽的辐散区也缩小至16˚N~23˚N之间850 hPa~700 hPa的中低空，水汽南北输送减弱，垂直方向上，26˚N附近850 hPa~700 hPa水汽辐散区已经不存在，水汽的垂直输送减弱，因此到了20时，水汽输送强度已经明显减弱。
图5(b)、图5(d)是08时、20时比湿沿106˚E的垂直剖面图，47˚N以南，500 hPa以下的中低空是等比湿线的密集区，43˚N以南比湿值大于8 g/kg。比湿大值区自南向北、自地面向高空逐渐减小，在机场(26˚N)上空比湿值2 g/kg~18 g/kg之间，700 hPa以下的低空，比湿大于8 g/kg，低层水汽充沛。对比08时和20时，贵阳上空的比湿值变化不大，空气中的绝对湿度没有明显减小。对强对流天气的发生和消散的影响，不仅与绝对湿度有关，还与水汽的饱和以及输送及有关。
通过物理量场分析，贵阳地区在强对流天气发生前中低层辐合，高层辐散，垂直方向有强烈的上升运动；大量的水汽自南向北、自地面向高空输送，这些为强对流天气发生提供了动力和水汽条件。
4. 雷达图像分析
贵阳机场雷达位于R01号跑道以南约2公里左右的山丘上，海拔高度1164米，是双偏振C波段雷达。图6给出了2022年04月24日13:57时~18:34时贵阳机场雷达图像，13:57时(图6(a)，雷达显示距
(a) 08时水汽通量散度(单位：g/(cm2*hPa*s))垂直剖面图 
(b) 08时比湿垂直剖面图(单位：g/kg) 
(c) 20时水汽通量散度(单位：g/(cm2*hPa*s))垂直剖面图
(d) 20时比湿垂直剖面图(单位：g/kg)
Figure 5. Water vapor flux dispersion and wet-specific vertical profile (Beijing time) on April 24, 2022
图5. 2022年04月24日(北京时)水汽通量散度、比湿垂直剖面图
离150公里)对流在遵义西北部仁怀附近初生，初始时仅有一个对流单体存在，回波强度超过55 dBz。16:06时(图6(b))，对流回波自西北向东南方向移动，移速约为30公里/小时，对流的移动中不断发展，在原本的单体周围不断有对流新生，并且逐渐连在一起，有向飑线发展的趋势。17:28时(图6(c))，回波移至贵阳北部，顶端距机场30公里，其与东北侧的回波断开，但与西北部的回波连接，回波中心强度超过55 dBz，此时回波已经具备飑线的形态，呈现“弓形”，弓形回波顶端的后侧有V型缺口(位于修文附近)，表明存在强的下沉后侧入流急流，该地出现雷暴大风的概率极高。在RHI图像上(图略)，55 dBz的回波已经扩展至9公里高度以上，当日−20℃层的高度为7.7公里，强回波远超过−20℃，有利于冰雹的形成。垂直液态水含量的雷达图像上(图6(d))，有VIL大值区存在，强度超过60 kg/m*2，这些回波特征表明该地有冰雹出现的可能，实况观测资料证明，当日该地确有雷暴大风和冰雹出现。18:34时，飑线移动至机场以北10公里处，图6(e)~(h)为18:34时组合反射率因子和径向速度回波，雷达显示距离50公里。在组合反射率图像上，强回波中心连为一体，较17:28时比，回波结构更加紧密，强回波超过55 dBz。在径向速度图像上(图6(f)，图6(g)，图6(h))，低仰角1.5˚图像上(图6(f))，有径向速度大值区存在，速度超过18 m/s (未带符号)，雷达站西北方向10~20公里处，正负速度对沿雷达径向分布 [11]，负速度靠近雷达站，呈径向辐散，在9.89˚仰角(图6(g))，该处转为辐合，低层径向速度辐散，中层辐合，表明在机场西北10公里处有雷暴大风出现，同时高仰角19.5˚ (图6(h))图像上，该处转为一片正速度区，有风暴顶辐散出现，RHI图像上，强回波高度进一步扩展到12公里，有冰雹出现的可能。实况资料也证实了对雷达资料的分析，在机场周边10公里确有冰雹出现，同时在20分钟后强回波抵达机场，导致机场出现32.4 m/s的雷暴大风。由于回波在机场上空，雷达扫描衰减较严重，因此选取距机场10公里处的雷达图像分析。
5. 结论
本文利用常规观测资料、相关物理量实况场以及多普勒天气雷达资料，对贵阳机场2022年04月24日飑线天气发生的环流特点、动热力和水汽条件、雷达回波特征进行了分析，得到以下结论：
1) 贵阳机场这次飑线天气的影响系统主要是高空槽、西南涡东移，地面冷锋和辐合线南压，天气尺度强迫强，配合低空急流暖湿气流输送，中低层高温高湿极有利于强对流天气发生。
2) 贵阳站上空，CAPE值、K指数、SI指数，假相当位温均较大，低层暖湿，中层干冷，层结不稳定度大，0℃层和−20℃层达到了冰雹出现的高度；
3) 机场上空，在天气发生前中低层辐合，高层辐散，天气发生前有强的上升运动。
4) 机场上空700 hPa以下水汽充沛，低层是水汽通量散度的辐合大值区，有水汽自南向北输送，垂直方向上也有水汽自低空向高空输送，水汽条件极好。
5) 雷达图像上，17:28时弓形回波在贵阳北部形成。18:34时径向速度图像上，低层有径向速度大值区，径向速度值超过18 m/s，低层径向速度辐散，中层辐合，高仰角有风暴顶辐散，表现出雷暴大风和冰雹的回波特征。