引言

夏季是雷暴的高发季节，飑线作为强烈的中小尺度系统时有发生。有关强对流天气(包括飑线过程)的研究很多，罗建英等^[1]利用常规观测、雷达回波、自动气象站资料及NCEP资料, 从天气形势、雷达回波、物理量场等多角度综合诊断分析了2005年3月2 2日华南飑线过程。王莉萍等^[2]利用常规及非常规气象资料, 对2004年6月7日河北省衡水市的一次低涡切变线、地面冷锋引起的飑线进行了综合分析。洪毅等^[3]利用FY-2C静止气象卫星云图和中尺度加密地面气象监测资料，采用Weiss-S mith方法、云顶亮温分层、多谱组合等定量分析技术对2006年6月10日浙江中北部地区发生的一次冰雹和飑线过程进行连续监测及对流云识别分析。杨晓霞等^[4]应用湿位涡守恒理论研究了飑线的发展机制，并对2006年4月28日山东省一次飑线天气过程进行诊断分析。潘玉洁等^[5]利用位于福建建阳新一代S波段多普勒天气雷达资料和探空、地面观测资料, 对2003年4月12日发生在建阳附近的一次强降水超级单体风暴进行了分析。揭示了风暴的结构同Moller^[6]提出的中纬度强降水超级单体风暴的特征非常相似，但演变过程却明显不同, 是由普通单体形成弓状回波, 弓状回波分裂后沿移动方向右侧的单体发展成为强降水超级单体。有关强对流天气的研究很多，但基本局限于对一次天气过程的分析，而对连续性强对流天气过程对比分析的较少。尤其是一天12小时内发生了3次强对流天气过程，其中包括一次飑线过程，这种情况更是罕见。目前，随着探测手段的不断改进发展，特别是多普勒雷达、风廓线雷达资料的应用，使得对中小尺度天气系统的细致分析和预警成为可能。而将多种气象资料相结合，综合对比分析一天内的3次强对流过程则更具意义。

2006年6月22日从中午至半夜，上海浦东机场连续发生了3次强对流天气过程。这3次强对流发生时段覆盖了一天航班量最多的阶段，造成了当天航班大面积不正常，延误航班上百个。尤其傍晚时发生的飑线过程，引起狂风(阵风近20m·s^-1)、暴雨(1小时最大雨量达47.2mm)和低能见度(最低能见度为400m)，严重影响飞行安全。利用各种常规观测、多普勒雷达、卫星云图及风廓线雷达资料对这3次对流过程进行对比分析，从而揭示它们的发生、发展过程及触发机制，特别是增加对飑线天气系统的了解与认识，以不断提高航空气象的服务能力，保障飞行安全。

1 天气形势分析及气象要素演变 1.1 天气形势分析

2006年6月22日起副热带高压呈明显东退减弱趋势。500hPa上5880gpm等高线北端由2 1日12时(UTC，下同)的33°N南退至22日00时的30°N，22日12时又退至28°N。西端由21日12时的109°E东退至22日00时的112°E，22日12时又快速东退至117°E(图 1)。副高的东退减弱往往有利于西风带系统的南下与发展^[7]。伴随着500hPa上东亚槽的很快东移，槽后弱冷空气扩散南下，影响至30°N的沿海地区。00时上海已处槽底。

而700hPa上，从朝鲜半岛沿35°N至秦岭山脉为一东西向的切变线，切变线以南西南气流强盛。在33°N附近形成一条从苏北沿海至四川盆地东北部、风速达16m·s^-1的低空急流带。急流带对应湿度场大值区，表明水汽条件很充沛。随北方冷空气的扩散，切变线南压，相应的低空急流轴南移。受其影响，22日12时上海的西南风速达16m·s^-1。辐合线南北形成很强的风速、风向切变。

对应的低空850hPa上切变线较700hPa的切变线偏南，00时位于33°N。西南气流偏南偏弱，急流轴风速在10m·s^-1左右。到12时，受冷空气的扩散影响，切变线南压1 ~2个纬距，而东西向的辐合加强，且切变线上激发出中尺度低压环流。

与高层相配合的地面图上显示：21日锋面位于江苏北部淮河流域，22日00时南压至长江以北。随着锋面的南移，22日傍晚经过上海地区，配合低空高能水汽输送及有利的层结条件，触发了中尺度对流、飑线的产生。由于静止锋移速慢，锋上不断激发出中尺度低压系统，在低层辐合线上不断有对流单体生成，造成上海地区连续性强对流天气的发生。

1.2 气象要素分析

2006年6月22日上午，浦东机场碧空，风向西南，风速4~5m·s^-1。能见度在5km以上。但从中午开始至凌晨，陆续发生了3次强对流天气过程。时间分别是04—06时(UTC，下同)，09—12时及15—16时，其中，中午及半夜主要表现为中等强度的雷阵雨天气。傍晚则为大雷雨天气，且各气象要素发生剧烈变化，为较典型的飑线过程。

由各气象要素图上，均可明显区分飑线过程。因其引起气象要素的急剧变化, 表现为:风向突变、风速突增：7分钟内，由3.3m·s^-1的西南风突增至19.8m·s^-1的西北风(图 2a)；气压急升：1小时内，气压上升3.5hPa(图 2b); 气温剧降:两分钟减低1℃ (图略); 以及强降水：1分钟最大雨量2.4mm, 1小时最大雨量达47.2mm (图 2c)。

其中风速的加大滞后于风向的突变，并不同时发生。而气压在飑锋过境前后有所区别：飑锋过境前，气压已不断增加，而过境后，气压下降更迅速。其下降坡度比上升坡度更陡。总的来说，各要素峰值所对应的时间差距不大，与飑线过境时间也基本对应。各气象要素的振幅强弱和峰值大小表明了该天气过程的强弱。

1.3 不稳定条件分析

强对流天气的发生、发展是不稳定能量积聚并得以释放的过程。6月22日的天气过程中，沿低空急流，在静止锋北侧，从朝鲜半岛南部经苏北至长江上游有一条东北—西南向的高能舌(K指数大于36℃)(图略)。上海位于高能舌南侧的相对低值区(K指数小于34℃)，虽然不在高能舌范围，但连日的高温也积聚了一定能量，为强对流天气的发生、发展奠定了基础。06时(UTC)后，高能舌中心范围缩小并南压，位于上海的正西侧，而上海地区的K 指数也增加至34℃，K指数大于36℃的高能舌中心的移近与850hPa低空急流出口区的重合有利于发生飑线等强对流天气^[8]。12时，虽然K指数大于36℃的高能中心随飑线能量的释放，在华东沿海已减弱消失，但K指数大于34℃的高能带仍然维持在长江三角洲地区，为后继雷暴提供充足的能量源，所以当满足一定触发机制，雷暴天气就有可能再次发生。

2 红外卫星云图分析

锋面系统作为一种触发机制，有利于对流云团的发展加强。22日00时(UTC，下同)对应地面静止锋上的多个中尺度对流群在皖、豫、鲁交界区域合并为中尺度对流系统(MCS)(图 3的00时，见彩页)。该MCS沿西南气流在东移过程中发散并减弱，主要影响长江以北地区，对上海地区的影响并不强。所以中午时段，浦东机场由于地形作用下了中等强度的雷雨，虹桥机场则为少云天气。可见此雷雨过程非系统性影响。

随着北方冷空气的扩散，安徽南部的对流单体不断加强扩大，在06时与苏南原MCS分裂出的对流云团合并，形成一个新的MCS，并在东移过程中不断加强。在08时的红外云图上可见，长江三角洲地区有光滑整齐的MCS外流边界。09时锋面在上海过境，锋面与MCS的外流边界叠加，使得MCS内的雷暴群得以发展成飑线(图 3的06、08、09时，见彩页)。

由于副高的东退，处于副高外围的浙江东部及南部沿海在09时也发展出较强的MCS，并向北顶，与长三角洲地区东移中的MCS合并。因此使得飑线过后上海地区的雷雨天气仍维持时间较长。随后，MCS主体东移入海并减弱，但其后部仍有γ尺度的雷暴云团发生、发展(图 3的15时，见彩页)，造成上海地区的再次雷雨过程。但因其较小尺度，强度远弱于飑线系统。

3 多普勒雷达资料分析

上海浦东机场位于东海之滨。夏季白天，陆地表面受日照强烈加热，而海洋升温较慢。由于地表受热不均，造成局地温差，常在近地层形成绝对不稳定层结，造成小型的垂直环流。这种上升运动也可作为一种触发机制，使对流容易发展加强。正是这种热力抬升作用，使得在市区很小很弱的对流云在东移至浦东机场附近时得以加强发展，形成热雷暴。22日中午，浦东机场发生的雷雨天气即是典型的热力性雷暴过程。采用上海虹桥机场的METEOR 36 0AC Doppler雷达^[9]得到的MAX回波强度图显示：04：08UTC(图 4a, 见彩页)，虹桥与浦东机场间有一小回波点，至04：38(图 4b, 见彩页)，已发展成高度近万米，强度达4 0dBz的对流云团，04：45影响浦东机场，形成雷雨过程。但其减弱也很快，05：22主体移到海上，强度减弱为30dBz。而在此期间，虹桥机场一直维持少云天气。所以，此次雷雨过程的局地性特征非常强，影响面较小。

下午以后，由于锋面系统的南压，位于苏南地区的对流回波向东南东方向移动，逼近上海地区。从回波的发展演变可见，该飑线的形成类似于断续线型与后续线型的结合^[10]，即在低层辐合线上不断有对流单体生成，这些单体逐渐弥合组成一带状回波带。而且存在一个回波发生源，回波不断新生发展，最终形成飑线。07：01回波强度图上可见，上海西侧有3条主要的回波带(图 5，见彩页)。在东移过程中，c回波带不断新生加强，移速相对较慢，b回波带强度变化不大，东移最快，而a回波带在东移过程中后部减弱明显。值得注意的是，在回波带前方(即右侧)虹桥雷达站附近发展出小块对流云团。此新对流单体的生成，很可能是风暴右向传播的结果。08：42，b，c两回波带合并为一条弓状回波。弓状回波常表示中尺度组织增强外流和产生下击暴流^[11]。09：01，弓状回波前部移到虹桥雷达站附近，虹桥机场发生风向、风速的突变，原东北风转为偏西风并出现17m·s ^-1的阵风，并伴有强阵雨。半小时内，气温下降5℃，露点上升3℃，气压升高3hPa，出现飑线过程。而此时，位于浦东机场的是弓状回波前部的新生回波带，强度还较弱。而到09：42，弓状回波与此新生回波带合并，主体东移到达浦东机场，造成浦东机场飑线过程，阵风达到20m·s^-1。由于回波带的合并过程，此阶段是弓状回波的鼎盛阶段，回波强度最强达50dBz左右，云顶高度在15km以上。此后弓状回波主体入海并逐渐减弱。

由于静止锋移速慢，锋上不断激发出中尺度低压系统。在低层辐合线上也就不断有对流单体生成。13：41(图 6，见彩页)，虹桥机场附近又有三块小对流单体生成，东移过程中合并发展。杭州湾附近也有回波带快速向东北方向移动。15：01，两回波带合并形成一条东北西南向的强回波带，其北段在浦东机场造成又一次雷雨过程。此次雷雨回波带的强度和范围都远小于09时的飑线系统。

4 风廓线资料分析

浦东机场LAP-3000风廓线仪可探测近地面至2~3km高度的水平风和垂直风廓线，其垂直分辨率为60m，时间分辨率为15min。

浦东机场风廓线仪资料显示，21日从地面至上空2km范围内, 整层为西南气流控制，副高边缘特征明显。随着时间推移，04时以后，400m以上高度出现先低层后高层的风向顺转，即高层维持西南气流，而低层变成西北风，在各时次上表现为风向随高度的逆转，表明该层有冷平流。至06时(北京时，下同)后，400m以上高度的风向均顺转为西北风，且中上层风速随之增大。而400m以下近地层仍为西南西气流，与上层的西北风形成切变(图 7)。图 7中横向粗黑线代表了这种垂直方向风切变，造成上冷下暖的不稳定层结。随夏季日照地面的较快升温，更增强了这种层结不稳定，有利于对流的发展。至11：45 (图 8)，地面至500m间风向由西南西风突变为东北风，且原2~3m·s^-1的风速突增为8~12m·s^-1，底层的东北风与上层的西北风形成了强切变，有助于上游对流系统的加强。浦东机场12时出现阵雨，12：45出现雷雨天气。因此11：45的风向突变预示了浦东机场天气现象的变化。从预报指示性来说，底层西南气流与其上层西北气流切变为对流的发展创造有利条件，而环境风垂直切变的加强对雷暴产生更起到触发作用。

14时后，风廓线资料显示(图 8)，风向从底层到高层均有逆转。尤其在1000~1600m间，由西北风转为西南西风，风速由4~5m·s^-1加大至7~8m·s^-1。中层西南气流的增强，不仅有利于暖湿气流的输送及不稳定能量的积聚，且与底层东北风间的切变也相应增大(图 8中黑色圈区域内显示了高低空的风向垂直切变状况)。强垂直风切变的长时间维持是形成强风暴的重要条件，对17时飑线过境有很好的指示作用。此外，17时至12时之间均可见：风向随高度有明显的逆转(由东北风逆转为西北偏西风)。根据热成风原理可知，该层有冷平流。持续冷平流的作用有利于不稳定层结的发展。

伴随飑线过程的底层风场变化在风廓线观测资料中也有明显反映。17时浦东机场为飑线前部东北风入流，此后在15分钟内由10m·s^-1减弱为1m·s^-1(接近静风)，30min后，风向逆转为西北风，为飑线后部的出流，具有明显的飑线风场特征^[10]。随着飑峰过境，近地层风速很快减小，半小时内风速已降为3m·s^-1。可见飑线过境的过程是：先为静风，然后风向出现突变，阵风增大，随后是强降水过程，飑线过境后风速迅速减小。所以环境风场的强垂直切变和强不稳定层结可作为强烈天气过程的预报着眼点。

飑线过后，除300m以下近地面层为西南风外，上层均为西北风控制，且风速远大于飑线来临前，表明高层冷空气进一步下传。但21时后整层风向一致转为较强的西南风，暖湿气流的增强为雷暴的再次发生提供了不稳定能量。22：30，各高度层风向又有西南到西北风的顺转(见图中粗黑线)，但维持时间短、强度较弱。23时，1300m以下西北风与其上的西南风形成强烈的垂直切变，促使雷雨的再次发生。所以此次过程中西南暖湿气流带来暖湿气流引起不稳定能量的积聚是形成雷暴天气的关键。

对比这3次强对流天气过程，可见它们的形成有共同之处，系统来临前均有西南暖湿气流的输送、高层冷平流的配合并具有垂直风切变。而环境风切变的强弱、不稳定层结的强度是决定雷暴过程强弱的关键。

5 结语

2006年6月22日发生在浦东机场的3次天气过程具有不同的特征。第一次为局地热力对流，第二次为飑线过程，第三次是伴随中尺度低压环流的对流过程。在地面要素、卫星云图、多普勒雷达和风廓线资料也表现为不同的特征。

在地面要素变化中，与其他两次过程相比，飑线过程表现为风速、气压等的突变过程。

在雷达回波图上，第一次的热力对流表现为相对孤立的对流块的快速发展，飑线过程表现为快速移动的对流带，而且移动过程中伴随了对流体的不断新生、合并、加强。

从风廓线仪观测资料上，3次对流过程都有较明显的前兆。在热力对流发生前，中高层的风向自下而上逐渐转为西北风，表明高层的冷空气逐渐入侵，而低层一直维持西南风，在此形势下极易积聚不稳定能量，而在地面的局地加热的触发下容易形成热力对流。

在飑线发生前，风廓线仪资料中有明显的风向垂直切变，中层有出流特征，低层有入流，在此次过程中，提前3小时即表现出了该变化特征，因此具有较好的前兆意义。

第三次雷暴过程表现为整层风场的水平切变。而雷雨发生前中高层风向转变，西南气流加强，与低层西北风形成强烈的垂直切变，对雷雨的再次发生起很好的指示作用。