引言

强对流天气是影响我国严重的灾害性天气之一，常带来灾害性的大风和局地暴雨，有时伴有雷暴、雷雨大风、冰雹和龙卷等现象，是一种历时短、破坏力巨大的天气，具有空间尺度小、生命期短的特点，对人民的生命财产和国民经济造成巨大的危害(陆汉城等，2000；黄永明等，2005)。2005年6月10日下午发生在黑龙江省宁安市沙兰镇的突发性暴雨，造成了包括103名学生、2名幼儿在内共117人遇难；2009年6月5日的大范围强对流天气过程，导致安徽省因灾死亡5人，受伤215人，江苏数百间房屋倒塌，多人受伤，直接经济损失几十亿元(郑永光等，2010)。因此提高对强对流天气的监测和预报能力，减轻强对流灾害造成的损失具有重要的社会和经济意义。

强对流天气的分析及预报是日常预报业务的重点和难点，也是研究人员重点研究领域之一，尤其是在强对流的形成机制方面，国内外很多学者进行了研究，触发机制是强对流发生、发展的关键。大气的一些边界层过程在对流的激发中起到了重要作用，中尺度抬升所需的低层不连续界面，如切变、辐合线、对流外流边界面、水平对流滚轴、边界层非均匀加热、风与地形的相互作用等主要发生于边界层(Weckwerth et al，1992；2006)。天气尺度的冷锋或露点锋、干线，中尺度的海风锋，雷暴前沿的阵风锋(出流边界)等可以称之为边界层辐合线(Wilson et al，1993)。边界层辐合线的监测和特征识别是风暴发生、发展和消亡临近预报的关键所在，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(Wilson et al，1993；2004)。阵风锋可以通过与前方暖湿气流碰撞之后激发新对流单体(Fovell，1988；1998；Lin et al, 1998；鲍旭炜等，2010；孙继松等，2012; 方翀等，2015)；海风锋本身也会触发雷暴的新生和发展(东高红等，2011；赵金霞等，2012)；地形辐合线、干线、锋面和切变线等各种中尺度辐合线均能够单独触发新风暴的发生发展(Ogura et al，1977；Purdom et al，1982；翟国庆等，1992；龚佃利等，2005；姚建群等，2005；徐亚钦等，2011；郑媛媛等，2011；张文龙等，2014；梁俊平等，2015；李佰平等，2016；茅懋等，2016)。当然，这些中尺度辐合线在有利天气形势配合下的相互碰撞，则更容易爆发对流(William et al，1988；Wilson et al., 2004；沈杭锋等，2010；王彦等，2011；卢焕珍等，2012)。许爱华等(2014)对中国近百次强对流进行分析，把中国强对流分成5种基本类别，并分别对其生成环境和主要触发条件进行了阐述。尽管目前对于强对流成因和触发机制有了较多研究，但由于强对流天气的复杂性及常规资料的时空分辨率较低，因此在实际业务中强对流天气的预报效果并不十分理想，尤其是加密观测资料及雷达、风廓线等高时空分辨率的非常规资料在强对流天气中的应用和分析较少。

2014年7月26日在浙江中北部地区出现了强对流天气，带来了短时暴雨、雷雨大风等灾害性天气，造成了较大影响。本文利用常规气象观测资料、区域自动站加密观测资料、GFS 0.5°×0.5°逐6 h的分析场数据，以及多普勒雷达、风廓线、微波辐射计探测资料，通过背景形势场分析、物理量场诊断分析和强对流触发条件分析，在初步应用雷达、风廓线、微波辐射计等非常规资料的基础上，来探讨此次强对流过程发生发展的特征及其成因。

1 天气概况

受高空槽、切变线和西南气流的共同影响，2014年7月26日浙江、江苏、安徽、江西等地突发较大范围的雷雨大风和短时强降雨等强对流天气过程，尤其是浙江中北部强对流非常之激烈(唐健等，2014)。26日强对流天气首先从浙西南开始，然后向东发展，午后袭击了浙中北。由26日08—20时(北京时，下同)华东累积降水量(图 1a)可看出，短时强降水中心主要位于浙中北、皖东南和苏南，而浙中北强降雨中心分布在宁波和杭州(以下简称宁波雷暴、杭州雷暴)，宁波雷暴和杭州雷暴分别发生在26日13—17和16—20时，两地时间差为2~3 h。浙江省共有6个测站的累积降水超过100 mm，61个站累积降水超过50 mm，最大是宁波的周公宅为131.3 mm。

从26日08—20时华东强对流天气现象(图 1b)可知，此次过程出现了雷雨大风和短时强降水等强对流天气现象，多个测站出现了风速≥17.2 m·s^-1的8级大风和50 mm·h^-1以上的短时强降水，浙江出现的最大阵风在杭州的金西村为27.8 m·s^-1，达到了10级风，最大小时雨强则出现在杭州外桐坞，雨强为90.2 mm·h^-1，这样的雨强在杭州并不多见。另外，从图 1b中还可以发现，苏南和皖南雨区主要以短时强降水为主，而浙北是以短时强降雨伴随大风为主，显然，天气不同表明两者的影响天气系统是有差异的。总之，此次强对流天气过程具有历时短、强度大和影响范围较广的特点，导致宁波和杭州等城市出现严重内涝及交通堵塞，大范围的雷暴天气造成了多处建筑物及电力、通讯、电子及电器等设备设施受损，大风还导致一些广告牌和树木等被吹倒，砸伤部分汽车和建筑，直接经济损失几百万元，造成较大社会影响和经济损失。

2 环流形势演变特征和主要影响系统

从2014年7月26日08时500 hPa形势图(图 2a)上可见，在我国北方地区有一深厚的高空槽，槽线从东北地区一直延伸到山东南部，其西面是一个从内蒙古中西部向东北方向倾斜且经向度很大的高压脊，在中高纬建立阻塞高压形势。江淮以南大部分地区受到副热带高压(以下简称副高)影响，其脊线在30°N附近，而大陆副高位于我国西南部及以西地区，浙江省处于西太平洋副高控制之下，但与588 dagpm线距离较近。08时的850 hPa图(图 2b)上有一东北冷涡，从冷涡中心向西南延伸穿过江苏和安徽省直到湖北省境内形成了一条冷式切变线；而西太平洋面上则是副高系统，一直西伸到我国东南沿海省市。

随着高空槽的东移南压，到14时(图 2c)，500 hPa高空槽断裂成南北两段，北段槽区较深厚并移速较快，主槽移至我国东北地区中东部；南段槽移速缓慢，但强度减弱较快，移至华中上空时已变为短波小槽。此后，中高纬环流形势逐渐向纬向转换，大陆副高和西太平洋副高呈反气旋打通，而西太副高中心592 dagpm线略有东移。对应850 hPa图(图 2d)上，高空低涡已东移到东北地区东部，与低涡相连的冷式切变线明显南压到朝鲜半岛至江淮南部。至此，受500 hPa高空槽、700和850 hPa上冷切变线及其西太副高西北部边缘的暖湿西南气流的直接影响，将引发安徽南部、江苏南部产生强对流天气。浙江此时处于588 dagpm边缘地带，在高空槽东移的过程中，低槽中的冷空气扩散东移南下，触发浙江的副高西边缘暖湿空气产生雷暴大风和暴雨天气。

3 物理量场诊断分析

图 3是2014年7月26日08时杭州站探空资料，在常规探空图(图 3a)上，杭州08时几乎整层的露点曲线和温度层结曲线都比较靠近，说明温度露点差较小，因此具有深厚的湿区；对流有效位能(CAPE)得到了积聚，达到了788.6 J·kg^-1，而抑制对流发展的对流抑制能量(CIN)为0，因此只要有合适的触发机制，对流就比较容易爆发；综合反映温度层结和不稳定的K指数和沙氏指数(SI)分别为39℃和-3.12℃，也表明了大气环境场形势有利于对流的发生发展。

由于常规探空的时间间隔为12 h，因此可以用微波辐射计资料来分析杭州站上空从早上到午后的温、湿度变化情况。有研究表明长时间序列的常规探空资料与同时刻的特种探空资料(使用微波辐射计的温、湿度数据和风廓线仪的水平风速数据构建), 两者的温、压、湿、风等要素具有较好的一致性变化趋势，由其计算的多数物理量的数值比较接近，且可用于强对流分析(魏东等，2011a；2011b)。从图 3b中可以看到，08和14时的相对湿度发生了明显变化，08时近地面相对湿度在90%以上，到了14时其骤减至60%以下，变化原因是晴空烈日炎炎所致。然而，从地面向上，14时的相对湿度逐渐增大，在1 km附近高度14和08时相对湿度重合，都在90%左右，说明在边界层顶附近大气的湿度很大；从边界层再往上，14时的相对湿度逐渐减小。从相对湿度的这一演变可以看出08时深厚的湿区逐渐发展，到14时演变成边界层和对流层低层湿度较高、中高层较干的“上干下湿”配置，在这种情形下，如果出现强对流，则容易出现雷雨大风天气。

在08和14时的温度曲线上，1 km以下出现了较为明显的变化，即在太阳照射下，近地面逐渐升温，地面温度从08时的26℃上升到了14时的35℃以上，而在对流层，由于受到高空槽东移影响，温度上升不明显，这表明了对流层有弱冷空气侵入，到了午后，形成了“下暖上冷”这样有利于对流发生的层结条件。从微波辐射计的相对湿度和温度演变可以看出，午后的杭州上空已经形成了上干冷、下暖湿的不稳定大气层结，有利于对流天气的产生；而且在“上干下湿”的配置中，中高层通过夹卷、吸入等方式进入的干冷空气，随同下沉气流到达地面，形成显著的气压梯度，就会产生大风和阵风锋，因此这样的大气层结对于产生雷雨大风非常有利。

从GFS资料绘制的7月26日08时相当位温(θ_e)图上(图 4a)可以看到，850 hPa上从浙江南面到宁波沿海一带有相当位温的大值区，相当位温值普遍高于354 K，形成一个暖舌，杭州、宁波发生强对流的两块区域都落在高能舌内；通常500与850 hPa相当位温差值可以用于表征不稳定度，负值越大，表明大气越不稳定(刘健文等，2005)，图 4a中显示整个浙江省500与850 hPa的相当位温差值几乎都处于-4 K及以下，杭州、宁波一带相当位温差均有-6 K，具有较强的不稳定层结。从08时经过30°N的剖面来看，杭州雷暴(120°E附近)和宁波雷暴(121°E附近)区低层都是高湿区，相当位温也呈现了“下暖上冷”的配置。值得注意的是，宁波雷暴区上空已经出现了中心速度在-6 Pa·s^-1以上的垂直上升运动，而杭州雷暴区则基本无上升运动。曹晓岗等(2009)研究发现动力条件在强对流前12 h也有一定反映，上升运动集中在1个经度左右非常窄的地区，与小于100 km范围内出现强降水相对应。处于垂直上升运动区的宁波在之后的6~12 h内发生了强对流天气，这与曹晓岗等(2009)的研究结果相一致；而此时没有出现垂直上升运动的杭州在之后的12 h内也产生了强对流天气，这并不意味着强对流的产生不需要上升运动，而是由于GFS资料的时间精度为6 h，不能完全表征杭州雷暴发生前的上升运动信息，因此需要进一步分析。从宁波雷暴看，当在环境形势有利于对流发生的区域出现上升运动集中区时，就会增加其后0~12 h内发生强对流的可能性。

4 强对流天气的触发条件

通过天气形势和物理量的分析发现，7月26日这一天的大尺度背景形势场是有利于强对流发生发展的。强对流发生除了需要不稳定层结和湿度条件，还需要抬升触发条件，对流性天气的触发机制有三类，一是天气系统造成的系统性上升运动，如锋面强迫抬升、槽线、切变线、低压、低涡等以及低空的风向或风速的辐合线等；二是地形抬升作用；三是局地热力抬升作用(朱乾根等，2000)。因此，需要运用多种资料对本次强对流天气发生的触发条件进行分析。

图 5是2014年7月26日700 hPa垂直速度、925 hPa风场和后6 h累积降水量的叠加图。26日08时(图 5a)，在925 hPa上宁波西侧有一条由偏南风和东北风形成的风场辐合线，中尺度辐合线从杭州湾喇叭口向西南伸展到宁波西南部；辐合线同时也落在垂直上升运动区内，700 hPa高度上的垂直上升运动中心最大速度在-0.5 Pa·s^-1以上；值得关注的是，未来6 h(08—14时)的降水落区也位于上升运动区内，并紧贴着中尺度辐合线。

到了14时(图 5b)，宁波西侧的辐合线依然存在，且向西南扩展，辐合上升运动也更加强烈，中心达到了-0.7 Pa·s^-1以上。在此后的6 h(14—20时)，宁波中尺度辐合线周边的上升运动区内，出现了更加激烈的天气现象，短时暴雨、雷雨大风不仅强度增强，而且范围较前6 h有了明显扩大。而在杭州附近，14时没有出现中尺度辐合区和垂直上升运动，但是在14—20时这段时间内，杭州却有强雷暴出现，产生了暴雨、大风等灾害性天气。

从700 hPa垂直速度、925 hPa风场和后6 h雨量分析可以看到，对于宁波雷暴，在有利的大尺度环境场和物理场配合下，当低层925 hPa的中尺度辐合线和对流层中层700 hPa的垂直上升运动区相重合时，中尺度辐合线附近在未来6 h内产生了强对流，这对强对流的发生发展具有一定的预报指示意义。但是，杭州与宁波一样具有对流潜势，在14时的925 hPa风场上没有中尺度辐合线，700 hPa高度上也没有出现垂直上升运动，却在随后的6 h(14—20时)内产生了强烈的对流天气，这并不表示杭州强对流的发生不需要触发条件，而是由于GFS资料的空间分辨率是6 h，无法满足杭州强对流触发条件分析的时间精度，因此需要用高精度的多普勒雷达和自动站资料进一步分析。

图 6是利用10 min、1 h间隔的地面自动站资料和6 min间隔的浙江多普勒雷达基数据绘制的7月26日地面流场、雷达回波和1 h雨量图。

在26日10:20(图 6a)，宁波西侧有一条中尺度辐合线，该中尺度辐合线早在08时的925 hPa高度就已经存在了(图 5a)，该辐合线是由偏南风和东北风辐合形成的，由于宁波地处沿海，接邻杭州湾喇叭口地形，因此宁波中尺度辐合线的形成与长时间存在除了与系统性环境风场有关之外，也与其地理位置密不可分；10:30的雷达回波显示了在中尺度辐合线上有新生对流产生，由于对流刚生成，且范围较小，10—11时的1 h内没有明显降水。随后对流开始发展、演变，到了13时(图 6b)，宁波西侧的中尺度辐合线逐渐伸展，对流也有了明显发展，13:24雷达回波中心的最大强度超过了40 dBz，强回波对应区域的1 h降水普遍超过了10 mm，一些地区天气剧烈，雨量超过了50 mm。在这条辐合线的南端，也有一些新的雷达回波产生，其位置与中尺度辐合线、雨区有较好的对应关系。另外，除了宁波辐合线之外，在衢州北侧、东侧均出现了中尺度辐合线，这些辐合线与对流发生发展也有密切关系。

从辐合线的形成机理来看，宁波辐合线除了因系统性的偏南风与东北风辐合之外，杭州湾、海陆交界等地理位置也起到了重要作用；衢州北侧、东侧两条辐合线从流场看，其形成是由于衢州西侧老雷暴的地面出流(阵风锋)与环境风场汇合而成的，很多研究也表明了阵风锋可以通过与前方暖湿气流碰撞之后激发新对流单体(Fovell et al，1988；1998；Lin et al，1998；鲍旭炜等，2010；孙继松等，2012)。

到了13:30(图 6c)，宁波辐合线、雷达强回波和雨区依旧对应良好，辐合线南端的新生对流进一步发展，回波强度逐渐增强；浙江西部也有多条中尺度辐合线，这些辐合线与对流发展相对应。14:30(图 6d)，宁波辐合线继续维持，15时的雷达回波和14—15时雨量表明了在中尺度辐合线上，雷暴继续发生、发展，强度不断增强，且出现了多个雷暴中心，形成了一条雷暴线。值得注意的是，杭州此时形成了一条中尺度辐合线，该辐合线是由东北风和偏东风汇合形成的，虽然在13:30的图上(图 6c)也有辐合出现，但是辐合非常弱，风速也较小，但此时风速显著增大，尤其是偏东风的增强非常明显，使得偏东风与东北风的辐合得到了加强，从流场上看，偏东风的加强与宁波雷暴的地面出流有密切联系。

到了15:10(图 6e)，宁波辐合线南段已经减弱，与之相应地，15—16时的雷达回波明显减弱，对流开始消散；此时，杭州辐合线依旧存在，随后在辐合线上出现了新生对流，并出现了明显降水。16时的流场上(图 6f)，杭州辐合线依然清晰，随着对流发展，16—17时内出现了剧烈天气，金西村出现了10级雷暴大风，一些站点的雨强超过50 mm，外桐坞更是达到了90.2 mm·h^-1的短时强降水。

从多普勒雷达回波、地面风场和自动站雨量分析可以知道，宁波中尺度辐合线是由偏南风和东北风辐合而成，同时受到沿海和喇叭口地形影响，该辐合线从早上开始就一直存在，随后在中午触发了宁波地区的强对流天气；当辐合线减弱消失后，对流也随之减弱消散。当宁波雷暴的地面出流增强了偏东风气流之后，使得偏东风与环境东北风辐合形成了杭州中尺度辐合线，随后在辐合线附近出现了剧烈的对流天气。同时，从衢州北部、东部等地的中尺度辐合线与回波、雨区分布也可以看到，中尺度辐合线基本与对流发生发展相对应，辐合线先于对流形成，对流落在中尺度辐合线附近区域。

为了进一步了解杭州辐合线成因，利用2014年7月26日萧山风廓线资料(图 7)对杭州地区上空风场演变进行分析。由于萧山地理位置与杭州非常接近(图 6c)，因此其风廓线状态可以表征杭州附近上空的风场变化。在风场演变中，14:06—14:30，近地面风场有一个明显的转风过程，从14:12的西南风，经过偏南风、东南风的逆时针转动，到14:30转变成了偏东风。在随后的时间序列演变中可以看到，从地面到800 m左右的边界层内都有转风过程，这是一个由低往上、先近地面后边界层高层逐渐转变的过程。近地面的偏东风随时间逐渐增大，尤其是在14:30之后，偏东风明显加强并维持，这与图 6d、6e和6f中地面流场的表现相一致。结合以上分析可以知道，宁波北部的杭州湾上空由于老雷暴的下沉气流到达地面形成出流，加大了地面的偏东风，导致杭州附近出现了转风过程，加强了与东北风的辐合，形成了中尺度辐合线，从而触发了杭州雷暴的发生发展。

5 结论

2014年7月26日发生在浙江的强对流天气过程带来了短时暴雨、雷雨大风等灾害性天气，利用各种常规资料和非常规资料对其发生发展的成因和触发条件进行了初步分析，得到以下结论：

(1) 此次过程发生在副高边缘，由于高空槽东移过程中带来了弱冷空气的渗透，并有大量不稳定能量积聚，形成了午后“上干冷、下暖湿”这样有利于强对流发生的不稳定层结条件和环境背景场。

(2) 在有利的大尺度环境场和物理量场配合下，当低层925 hPa的中尺度辐合线和对流层中层700 hPa的垂直上升运动区相重合时，中尺度辐合线附近在未来6 h内产生了强对流，这对强对流的发生发展具有一定的预报指示意义。

(3) 宁波中尺度辐合线是由偏南风和东北风辐合而成，同时受到沿海和喇叭口地形影响，该辐合线早就存在，之后触发了宁波地区的强对流天气。杭州中尺度辐合线是由于宁波雷暴的地面出流增强了偏东风气流，从而加强了偏东风与环境东北风的辐合，导致了杭州中尺度辐合线的形成，随后在辐合线附近出现了剧烈的对流天气。