引言

强对流天气是突发性的灾害性天气，具有极大的危害性。新一代多普勒天气雷达为强对流天气的探测和预警创造了有利条件，也使得有关的科研工作顺利开展起来，国内外已做过许多对陆地上强对流风暴的雷达资料分析^[1-14], 得出了一些强对流风暴的雷达产品特征。但有关对流单体强度变化趋势的研究还比较少，尤其是在海岸线附近的强度变化的分析就更少。影响浙江东面海岛地区的强对流系统一般是从杭州湾东移过来的，对流单体入海时，是加强还是减弱，对下游的预报非常重要，是个值得研究的课题。在观测舟山CINRAD-SB雷达回波资料时发现对流单体在杭州湾入海时，有沿着海岸线发展加强的情况。于是对历史个例进行统计，了解对流单体在入海时的强度变化情况，分析不同变化产生的原因，以便更好地对对流系统的发展变化做出判断，进行准确的预警。

1 海岸线附近对流单体的雷达回波变化

在观测中发现，对流单体在杭州湾海岸线附近发生、发展的例子非常多。例如，2008年7月24日舟山雷达探测到一次对流单体在杭州湾北岸发生发展的过程(图 1)。21：31(图 1a)在杭州湾北岸发现一小块弱回波，21：40(图 1b)略有发展，21：52(图 1c)进一步加强，达45 dBz，在半个小时内位置基本上没有移动。同时在其附近的海岸线上也有一些回波生成，22：10(图 1d)沿着海岸线形成了一条回波带，并且进一步发展加强，中心达50 dBz。最后形成一个强的对流风暴，东移出去。此对流单体在海岸线附近产生、发展，走向基本上与海岸线一致。

2 对流单体在杭州湾入海时强度变化统计情况

统计了舟山CINRAD-SB气象雷达探测到的2007年1月至2010年6月在杭州湾入海的对流单体共148个(都由雷达观测到并在组合反射率产品中进行编号的单体)，以下列五个指标判断对流单体是否加强。

在海岸线附近或入海后半个小时内，(1) 组合反射率因子产品的反射率因子加大。如图 2所示，18：11单体A2从杭州湾北岸入海时，组合反射率因子最大为40 dBz，18：17达到45 dBz，18：30达到50 dBz。(2) 组合反射率因子产品45 dBz以上的强回波的面积加大。如图 2所示，18：17中心组合反射率因子已达45 dBz，但范围较小，大约为14 km²，18：30 45 dBz以上的面积大约为25 km²。(3) 回波顶高增高。如图 3所示，18：11单体A2顶高最大为8 km，到18：30达11 km，18：36达11 km的范围加大。(4) 垂直液态含水量增大。如图 4所示，18：11单体A2垂直液态含水量最大为5 kg·m^-2，到18：23达10 kg·m^-2，18：30达15 kg·m^-2。(5) 速度产品风速增大，或出现冰雹指数、中气旋(MESO)、龙卷涡旋信号(Tornadic Vortex Signature, TVS)，或冰雹指数强度加大。如图 5所示，20：01单体J7的径向风速为10~15 m·s^-1，20：07到达海岸线，径向风速为15~20 m·s^-1，20：19入海以后，径向风速达20 m·s^-1以上，很明显速度产品风速在增大。并且在20：07出现冰雹指数，是一个空心的小三角形，表示出现冰雹的概率是30%，到20：19出现实心的三角形，冰雹概率提高到50%，从20：07—20：19可以说冰雹指数强度加大。有时出现MESO和TVS，这也可以认为强度增大，但出现的概率比较小。

若满足以上五个条件中的任意两个，就认为对流单体加强，只满足其中一个，或以上五个产品均无明显变化的，则认为是强度维持，其余的为减弱。

根据上述标准对这148个对流单体进行统计结果见表 1。在杭州湾入海后加强的有63个，强度维持的33个，减弱的52个，各占总数的43%，22%和35%，这说明在海岸线附近对流单体加强或维持的几率比较大。在北岸入海的对流单体，加强的几率最大，达49%，在南岸入海的减弱的几率最大，达42%，而在喇叭口入海的对流单体，加强、维持、减弱的几率差不多。入海后加强的对流单体维持的平均时间是4.1个体扫(每6分钟一个体扫)。在北岸、南岸入海的单体维持的平均时间分别是4.3个体扫和3.7个体扫。

对流单体的发生、发展与下垫面情况关系密切，而下垫面有较大的日变化，海陆的日变化又有所不同，在杭州湾海岸线附近的日变化情况比较复杂，对一天中各时段对流单体在杭州湾入海时变化情况进行统计，结果见表 2。一天当中，只有23时到01时(北京时，下同)在杭州湾海岸线没有对流单体产生，其他各时段基本上都有发生，较多的时段集中在15—21时。01—04时，加强的几率比较大，达到78%。04—14时减弱的几率较大，15至04时，减弱的几率比较小，占总的对流单体的33%。也就是说傍晚到凌晨对流单体在杭州湾入海时加强或维持的几率比较大。这与下垫面的日变化是一致的，因为海水的比热大，夏季白天大陆气温应高于海上的气温，夜里应低于海上的气温，傍晚到凌晨，对流单体从陆上移到海上，下垫面气温升高，有利于对流的发展。

3 对流单体在海岸线附近加强的原因分析 3.1 海岸附近温度、湿度特征

从表 1可以看出，在杭州湾北岸入海的对流单体加强的几率最大，而在杭州湾南岸入海的对流单体，减弱的几率最大。从北岸入海的单体，一般是向南移动，从杭州湾南岸入海的对流单体，一般是向北运动，通常情况下，南方气温比北方高，北岸的对流单体是从冷区向暖区运动，所以加强的可能性比较大，而南岸的情况相反。

前文提到2008年7月24日21时有一次对流单体在杭州湾北岸发生发展的过程。根据浙江省、上海市的中尺度气象站观测资料，用逐步订正法进行内插，大概地分析出杭州湾海上的气温和相对湿度分布(图 6)。从图 6a可以看出，在杭州湾北岸线附近，气温有一定的梯度，陆上气温处于30~31℃，而海上接近或大于31℃在杭州湾喇叭型的中部(图 6b)，有明显的湿度梯度，杭州湾东部最大的相对湿度为80%，西部为64%，相对湿度差达16%。这些为对流的发展提供了热力条件和水汽条件。海上水汽充沛，尤其是在海风的作用下，带来更多的水汽输送。

3.2 地面风的辐合

文献[15]指出在海岸线附近，由于海陆摩擦的差别，沿海岸线造成了辐合带。在2008年7月24日21时地面平均风分布图(图略)上，可以看到在杭州湾北岸沿海的平湖、金山等站是东南风，而离海岸线稍远一点的海宁、嘉兴、桐乡等站是西北风，形成很明显的风向辐合。周钦华等^[16]对浙江沿海海陆风环流进行了统计，发现海风(陆风)盛行时，在奉化、宁海、临海、绍兴、杭州湾中部一带存在一条辐合(辐散)线，主要辐合(辐散)中心也都在这一带。这些为对流单体的发生提供了动力条件。

2007年6月28日下午在宁波的慈溪境内有一些较强的雷雨回波发展，朝东北方向移动，18：48回波开始入海，在大陆上的回波逐渐减弱，而入海的回波单体继续加强，逐渐形成了一个结构紧密的强中心，19：54在海上的强中心达60 dBz，有明显的后侧入流槽口，然后继续发展成为一个弓形回波。这是一个回波入海后强烈发展的典型个例。

海岸线附近的地形作用能使对流单体发展，但一般地形作用并不能使对流系统发展到非常强烈的程度，应该还有其他的原因。通过分析地面中尺度自动站的平均风资料，可以发现28日19时(图 7a)，在宁波北岸，有比较强的风切变，西面盛行西北风，东面盛行东南风，而且东南风的风速特别大，有多个站达12 m·s^-1，甚至有的达18 m·s^-1，单体西面附近西北风为8 m·s^-1，东面是东南风9 m·s^-1，水平风切变达17 m·s^-1。切变线的走向也与对流回波的走向一致，都是南北走向。强的切变，不仅提供了对流的触发条件，而且有利于强对流系统中上升气流和下沉气流的共同维持，从而有助于强对流的发展。由于海上的风速比陆地上大，因而切变也比较大，所以海上的那部分强烈发展，而陆地上的减弱了。

采用上海市和浙江省的中尺度气象站观测资料，对上述统计的148个单体所处时刻的气温和相对湿度资料利用GRADS进行插值，绘出等值线，然后统计整个杭州湾海域的最大气温差和相对湿度差。比如图 6a中，整个杭州湾海域的最大气温差是2℃。图 6b中，整个杭州湾海域的最大相对湿度差是16%。利用平均风资料，计算单体附近的水平风切变。比如图 7a中，水平风切变大约是17 m·s^-1。然后对三种不同变化趋势的单体，分别计算平均值，可得到表 3。148个单体中，减弱的有52个，杭州湾海域平均最大气温差是2.02℃，平均最大相对湿度差是7.15%，平均水平风切变是4.17 m·s^-1。加强的单体有63个，平均最大气温差是2.82℃，平均最大相对湿度差是7.89%，平均水平风切变是5.13 m·s^-1。加强的单体，其环境温度、湿度梯度都比较大，风切变也明显比减弱的大。强度维持的单体其温度、水平风切变等条件都介于减弱和加强的单体之间。大的温度和湿度梯度，在水平风切变的作用下就产生了锋生作用，有利于对流单体的加强。

3.3 大气层结稳定性的影响

2006年6月10日上午从安徽到浙江发生了一次强烈的飑线过程，强风暴在安徽产生，进入浙江，形成一条弓形飑线，一路上都产生雷雨大风，在舟山海域产生10~11级大风。2007年7月10日上午在杭州附近也产生了一条弓形飑线，从杭州湾入海，在杭州湾北岸的嘉兴也产生了10级的大风，但飑线入海后很快减弱，进入舟山海域没有产生大风。这两个过程前期非常相似，发生的时间、地点相近，分别都在上午、浙北，回波的形状、结构、范围大小都相似，但入海后变化很不一样，前者仍维持很长时间，后者很快减弱消失。

这两个过程都发生在上午，在杭州附近，所以08时杭州的探空资料能够反映这两个风暴的环境特点。可以看到这两个风暴所处的大气状态有很大的不同(图 8)。2006年6月10日的CAPE明显大于2007年7月10日，也就是说前者能够提供的不稳定能量更多，这才能使强风暴长时间维持。同时这两个过程还有一个明显的区别，就是前者的大气中层以上都比较干燥，露点曲线与层结曲线下部紧靠、上部分离，呈“喇叭状”配置，有利于形成雷暴大风^[15]。天气形势对天气的影响非常重要，地形作用天天都有，但不是每天都有强对流单体产生，只有在合适的天气形势下，在海岸线附近才能产生对流单体，并发展加强。

4 总结

在分析舟山CINRAD-SB雷达回波资料时发现对流单体在杭州湾入海时，经常会有沿着海岸线发展加强的情况。通过统计2007年1月到2010年6月历史个例中对流单体入海时的强度变化情况，发现对流单体在北岸入海时加强或维持的几率较大，南岸入海时减弱的几率较大，在傍晚到凌晨加强或维持的几率较大。通过对3个加强个例的分析和对148个例的统计分析，找出了对流单体在入海时加强或维持的3个原因：

(1) 海岸线附近因为海陆性质的差异，单体入海时下垫面气温升高、水汽含量加大，为对流单体的发生发展提供了热力条件和水汽条件。

(2) 海岸线附近地形摩擦不同形成的辐合、海陆风作用以及地面风的强烈切变为对流单体的发展提供了动力条件，同时加上大的温度和湿度梯度，产生锋生作用，有利于单体的加强。

(3) 大气的层结稳定性是决定对流单体发展强度的重要影响因子。

判断一个对流单体在杭州湾入海时是加强还是减弱，应从以上各方面的条件综合考虑，另外还要注意对流单体是处于发展阶段还是消亡阶段，对流的发展有一定的延续性。