引言

强对流天气包括雷暴大风、下击暴流、冰雹、龙卷和强雷雨等中小尺度天气现象，是伴随对流风暴发生发展的，而对流风暴的发展依赖于大气的热力和动力条件^[1]。边界层辐合线是风暴发生发展的动力条件之一，是强对流风暴发生、发展临近预报的关键。Wilson等^[2]指出，所谓的边界层辐合线，可以是天气尺度的冷锋或露点锋，也可以是中尺度的海陆风辐合带，包括雷暴的出流边界(阵风锋)和由地表特征如土壤湿度的空间分布不均匀造成的辐合带等。

Wilson等^[2-5]研究发现，大多数风暴都起源于边界层辐合线附近，在两条边界层辐合线的相交处，如果大气垂直层结有利于对流发展，则几乎肯定会有风暴在那里生成。如果边界层辐合线相交处本来就有风暴，则该风暴会迅速发展。NCAR开发了一个综合的0~1小时临近预报系统Auto Nowcaster(ANC)，其主要特点就是可以监测和识别边界层辐合线的位置，通过边界层辐合线特征与风暴以及云特征信息的相互结合，做出风暴发生、发展、维持和消亡的临近预报。

目前我国布点建设的高灵敏度的多普勒雷达不仅经常能探测到一些强度较弱、宽度较窄的窄带回波(Narrow Band Echo，简称NBE)，而且在平均径向速度图上存在相应的风向风速辐合带或风速辐合带，这些弱窄带回波或辐合带一般对应于边界层的辐合线，或者是对应风暴出流边界^[6-7]。在合适的环境条件下形成的对流风暴，在其生命史的后期，下沉冷空气出流在地面附近向外流出，与较暖较潮湿的环境大气之间的界面，称出流边界。对弱窄带回波或出流边界或阵风锋的仔细分析有利于及早做出强对流天气的临近预报，漆梁波^[8]、郑媛媛^[9]、李国翠^[10]等在这方面有较细致的研究。

本文利用济南CINRAD/SA雷达探测资料，结合地面风和环境参数，对近年雷达探测到的出流边界或局地环境风辐合与典型局地强风暴生成的关系进行了分析。

1 概述

分析了6次边界层辐合线特征，其中有4次产生了强对流天气，2次未产生对流天气。

1.1 天气实况

受高空冷涡影响，2005年6月20日山东省鲁中及鲁南部分地区受到强冰雹袭击(简称0620风暴)。15:40至18:00(北京时，下同)泰安市岱岳区和济宁市泗水县的部分乡镇受到大风、冰雹袭击，泗水县出现了近几十年来最严重的冰雹灾害，全县6个乡镇不同程度受灾，个别地方的冰雹大如鸡蛋重达80克，有的地方冰雹积厚达20cm。

受高空冷涡影响，2007年7月11日山东省鲁中南部及鲁南部分地区遭受冰雹、大风和强降水袭击(简称0711风暴)。15—16时肥城市降雨量40mm，风力9~10级，局部地区伴有冰雹；新泰市阵风28m·s^-1，最大雨量达50多毫米。15:20至16:30，宁阳、汶上两县多处乡镇遭受风雹袭击，冰雹最大直径3cm，局部最大风力达10级以上。16:33到17:05，邹城市香城镇、大束镇遭受风雹袭击(主要是风害，冰雹很小)，整个过程持续30分钟，期间降雨量30.5mm，风力7~8级。

受高空槽影响，2006年7月25日下午济南市历城区、济阳县、商河县先后遭受冰雹袭击，并伴有雷雨大风(简称0725风暴)。15:10，济南历城区遥墙镇遭风雹袭击；16:00，济阳县崔寨、太平两镇20个村庄遭风雹袭击, 冰雹最大直径约1cm，最大风力7级；16:40，商河县许商、贾庄两镇遭冰雹袭击。

受高空西北气流影响，2005年6月18日下午临沂市平邑、蒙阴、费县遭受雷雨大风袭击，个别乡镇出现小冰雹(简称0618风暴)。

2005年6月1日和6月2日影响系统都是西北气流，雷达探测到的边界层辐合区域未出现强对流天气。

1.2 大气稳定度条件分析

对6次过程中济南章丘08时和14时探空资料的K、SI和对流有效位能(CAPE)分别进行了计算(见表 1)。CAPE是一种浮力能，常被用于分析预报雹云中上升气流的大小^[11]。

从表 1中可以看出，4次强对流天气过程中有3次(0620风暴、0725风暴和0618风暴)是午后K和CAPE增加，SI减小，大气不稳定程度增加；1次(0711风暴)是午后大气不稳定程度有所减弱。4次强对流天气过程中0620风暴大气不稳定度最有利于强对流产生，而且CAPE值较高，有利于产生强的上升气流，实况是产生了严重的雹灾。

2005年6月1日和2日未出现对流天气，其大气稳定度和其他4次的有明显差异，K指数和CAPE较小，SI指数较高，不利于对流产生。

2 产生强风暴的边界层辐合线特征 2.1 超级单体风暴

2005年6月20日上午山东东北部的雷暴回波产生的出流边界向西南方向移动，图 1给出了雷达窄带回波及地面辐合线变化情况。12:04窄带回波在雷达站约20km处(图 1a1，见彩页)，平均径向速度图(图 1a2，见彩页)上存在相应的出流边界辐合，同时在雷达站南部存在低层辐合线，在对应时次的地面图上也可以清晰地分析出两条辐合线(图 1a3，见彩页)，一条与出流边界相对应，一条是低层环境风辐合线。13:00地面图上仅能分析出一条辐合线(图 1b3，见彩页)，13:11窄带回波左端单体生成区1有对流单体生成(图 1b1、b2，见彩页)。14:17窄带回波消失，出流边界与先前的低层辐合带叠加，在泰安北部单体生成区2不断有单体生成(图 1c1、c2，见彩页)，同时单体生成区1中的单体发展，造成雷雨天气。15:42单体生成区1中发展起来的单体已消散，而单体生成区2的对流单体发展成2个超级单体风暴(图 1d1、d2，见彩页)，之后南压持续发展，造成了局部的强冰雹和大风天气。

前期回波的出流边界与局地环境风辐合区的叠加，使得近地层辐合加强，为对流发展提供了动力因素，同时大气不稳定和较高的CAPE(图 1d3，见彩页)，造成了对流单体的迅速发展，出现了超级单体风暴。

2.2 强带状回波

2007年7月11日上午，山东东北部出现雷暴天气，其出流边界向西南方向移动，12:07(图 2a1 ，见彩页)反射率因子PPI图上存在2条窄带回波，窄带回波1是前期出流造成的，在速度图上对应一条明显的风向风速辐合带，窄带回波2是较近时次出流造成的，在速度图上对应明显的风速辐合区，窄带回波后部的径向速度明显大于前部的径向速度，同时在对应地面图上也可以分析出2条辐合线，并与出流边界相对应。比较图 2a1、b1(见彩页)和图 2a3、b3(见彩页)可以看出窄带回波2移动速度较快。13:00后，窄带回波1和窄带回波2叠加，产生强的辐合，触发了对流单体，13:31在辐合带上有对流单体生成，排列与窄带回波一致(图 2c1、c2，见彩页)。在14:01回波发展成强的带状回波，然后南移，影响鲁中南部及鲁南部分地区，造成局地冰雹、大风和强降水天气。

两条出流边界叠加，与近地层环境风产生强的辐合，从而触发了对流单体的爆发，产生了强对流天气。

2.3 左移风暴

图 3给出了2006年7月25日风暴前期雷达回波演变情况。12:00地面图上存在两条辐合线(图 3e1，见彩页), 12:01平均径向速度图上第一象限存在辐合线(图 3a2，见彩页)；13:01强度图上出现明显的窄带回波与地面图上辐合线2(图 3e2，见彩页)相对应，该窄带回波是地面辐合产生的，而不是风暴出流产生，同时13:01在辐合线北端出现对流单体1(图 3b1，见彩页)；13:13在窄带回波左端出现对流单体2，13:19在东部辐合区南端出现对流单体3，13:25对流单体1、2、3表现的比较明显(图 3c1、c2，见彩页)，单体1大约持续了1小时20分，未产生强天气，单体2持续了不到1小时，也未产生强天气，只有单体3持续发展(图 3d1、d2，见彩页)，向约200°方向移动并产生冰雹、大风强天气。08时章丘探空资料计算的风暴承载层平均风向为245°，14时章丘探空资料计算的风暴承载层平均风向为235°，风暴成熟阶段移动方向约为200°(图 3d1红色箭头所示，见彩页)，偏左约35~45°方向移动。

地面图上分析济南处于辐合区的中心，雷达产品也反映出低层西北、东北和偏南气流的汇合中心在济南地区，使得近地层辐合加强，同时午后大气不稳定程度增加，激发上升运动，产生强对流天气。

2.4 右移分裂风暴

2005年6月18日上午地面图上，在鲁中存在长度约200km的辐合带，中午辐合更加明显，且稳定少动(图 4a3、b3、c3，见彩页)。平均径向速度图上雷达站南部60km处存在明显的辐合区(图 4a2、b2、c2，见彩页)，13:30在泰山北部出现对流单体并发展，13:57单体强度达到55dBz(图 4b1，见彩页)，14:57可以看出风暴出现了左右几乎对称的分裂，15:57可以看出左侧对流单体逐渐减弱，风暴向右侧发展并向约340°方向移动，导致平邑、蒙阴、费县遭受雷雨大风和冰雹天气。08时章丘探空资料计算的风暴承载层平均风向为310°，风暴成熟阶段移动方向约为340°，偏右约30°方向移动。

近地层存在长时间的辐合上升运动，同时午后大气不稳定程度迅速增加，激发了对流风暴。

比较4次强对流天气可知，0620和0711风暴强度较强，影响范围也较大，灾害较为严重，而0618和0725风暴相对较弱。从大气不稳定度因素对比分析，6月20日最有利，7月11日的K值和CAPE值反而较差，因而单从热力因子上很难判断风暴的强弱。从动力因子对比分析，0620和0711风暴都是出流边界与环境风的辐合产生，而其他2次都是地面环境风局地辐合产生。因此，出流边界在强风暴临近预警中显得尤为重要。

3 未出现对流天气的边界层辐合线特征 3.1 顺地面风移动的出流边界

受西北气流影响，2005年6月1日午后鲁西北东部地区出现了雷雨大风天气。在16:00前后济南雷达探测到对流风暴所产生的出流边界，出流边界远离风暴主体向西南方向快速移动，18:30前后经过雷达测站。图 5中a1~a6(见彩页)给出了出流边界演变情况，a1、a3、a5(见彩页)为0.5°仰角19号产品，a2、a4、a6为与强度图相对应的0.5°仰角27号产品平均径向速度图，a7为17:00地面风，地面图上的辐合线表现为风速的辐合和风向的改变，与雷达探测到的窄带回波相对应。

远离风暴主体的出流边界基本上是顺着地面风移动，虽然存在风速辐合但辐合较弱，再者由于热力条件不足，不能激发对流单体的形成。

3.2 顺地面风移动的窄带回波

图 5b1~b6(见彩页)是2006年6月2日窄带回波演变情况，b1、b3、b5为0.5°仰角19号产品强度PPI，b2、b4、b6为与强度图相对应的0.5°仰角27号产品平均径向速度图。图b7为18:00地面风，地面图上的辐合线仅表现为风向的转变，与雷达探测到的窄带回波相对应。前期没有出现雷暴天气，窄带回波是由于近地层环境变化所产生的辐合现象引起的。窄带回波移动方向基本与地面风向相同。午后大气不稳定程度虽然有所增加，但辐合较弱，不足以激发对流单体。

4 结语

(1) 雷达所探测到的窄带回波表现为一条细线状或弧状弱而窄的带状回波，既可以是对流风暴强的出流造成，也可以是近地层环境风的辐合造成。窄带回波对应近地层存在辐合现象。

(2) 出流边界的叠加，或者出流边界与环境辐合带的叠加可促使边界层辐合上升运动加强，在不稳定大气状态下激发强风暴的形成并维持其发展, 产生较为剧烈的强天气。局地环境风的辐合在不稳定大气状态下产生的对流天气强度弱于前者。

(3) 出流边界或窄带回波或近地层辐合带不一定都能产生对流天气，在实际应用中需要根据窄带回波的走向和环境物理量进行具体分析。

(4) 高时空分辨率的多普勒雷达能获得近地层辐合线信息，为强对流天气临近预警提供了关键性的判断依据，但不是所有边界层辐合线在雷达产品上都有表现，风暴初始位置、初始时间和风暴类型具有不确定性，是强对流天气短时临近预警的难点。