引言

由于雷暴大风、短时强降水、冰雹甚至龙卷等灾害性天气常出现于飑线中，国内外气象学者对飑线的研究在不断持续和深入，并且随着数值模式和计算机的发展，在飑线特征统计及形成机理、飑线内部结构等多个方向展开。对于飑线，众多学者如Chen and Chou(1993)、Geerts(1998)、Parker and Johnson(2000)在研究时进行了各种定义。在天气学上，朱乾根等(1992)指出，飑线是指范围小、生命史短、气压和风发生突变的狭窄强对流天气带。它来临时会出现风向突变、风力急增、气压猛升、气温骤降等强天气现象。Meng et al(2012)的定义：(1)一个连续的或者准连续的40 dBz反射率带延伸至少100 km，持续3 h以上；(2)线性或者准线性对流区有一个明显的边界；(3)镶嵌有40 dBz区域的35 dBz区域是严格连续的。飑线形成时间为雷达反射率40 dBz区域连成线状时，反之为消散时间。

在飑线的特征统计方面，杨珊珊等(2016)统计了6年冷涡背景下的河北17个飑线特征，其中EA型形成方式占58.8%。冯晋勤等(2017)在2002—2013年春季26次强对流天气过程中，针对春季西南急流暖湿强迫背景下形成的12例，统计静力稳定度、水汽、抬升和垂直风切变条件及相应物理量要素，建立了此类强对流天气流型的识别方法。姚晨等(2012)对比江淮地区两个飑线过程，分析其不同特征及大气斜压性和高低空急流的耦合等天气系统在飑线发展中的作用。唐明晖等(2017)分析两次台风外围飑线指出，与西风带飑线相比其雷暴高压弱，存在冷池以及明显的温度梯度和气压梯度。孟智勇等(2002)研究了华南飑线，发现其冷池与中纬度飑线的冷池相比弱很多，这与两者热力条件不同有关。在飑线的天气背景分析方面，丁一汇等(1982)选取了18个飑线个例，将中国飑线发生的大尺度背景场总结为槽后型、槽前型、高压后部型和倒槽型四种，河北有50%的个例发生在槽后。Meng et al(2013)对中国东部96个飑线统计表明，飑线多发生在西风浅槽前，形成方式以断线型和离散型最多。物理量的分析表明，湿斜压性强和垂直风切变大为强对流运动提供有利环境。张宁等(2017)研究豫北一次飑线过程，指出冷空气侵入高空槽前与低层发展的暖湿气流在对流潜势区叠加建立不稳定层结，随后由东移高空槽和发展的地形辐合线触发本次对流活动。李英等(2010)对登陆台风Rananim(0414)环流内中尺度辐合线与台风环流相互作用的诊断表明，中纬度冷空气自对流层中低层侵入台风环流, 与台风偏东风暖湿气流相遇，激发了中尺度辐合线在其西北象限的生成。中尺度辐合线从台风低层获得动能和垂直涡度而发展，而其发展又为台风环流提供动能和高层正涡度，减缓了台风衰减。在飑线的形成机理方面，Weisman(1993)给出了飑线发展的概念模型：垂直风切变和冷池是影响飑线维持时间和强度的主要因子，两者的相互作用激发了垂直运动和后侧入流，进而形成了弓形回波。俞小鼎等(2006)分析飑线中的涡度演变，指出垂直风切变产生水平涡度，其在随着低层入流逐渐转变为上升气流的过程中被扭曲为垂直涡度，随后垂直涡度在上升气流中被拉伸加强，形成中层中气旋。如果探测到中等强度(16 m·s^-1)以上的中气旋，其底部到地面的距离小于1 km者，龙卷生成的概率可达40%以上。Stoelinga et al(2003)指出对于由高空冷锋产生的飑线，冷池对其维持不是必要的条件。在飑线的其他研究方面也取得一定进展，如高梦竹等(2017)探讨了特殊地形杭州湾对飑线的影响，曹治强等(2008)初步分析了2007年7月皖苏北部飑线中的龙卷风。

目前尚未看到针对江淮飑线系统性的特征分析。从1999年合肥多普勒雷达运行开始，高时空分辨率的探测可以监测到飑线的发生、发展、成熟和消散，为系统性研究江淮飑线提供了数据支撑。本文将统计2000年以来的江淮飑线，并对其时空分布、移动特征、形成、消散方式以及飑线和天气背景的关系等方面进行详细分析，以提高对江淮飑线的短临预报能力。为了重点分析风灾最为严重的飑线，本文在统计飑线个例时，在天气学和Meng et al(2012)的定义之外，要求在雷达反射率图上有弓形回波特征。

1 数据和方法

飑线是一种线状对流系统，在其成熟阶段气温骤降、气压涌升、风向急变、风速剧增、阵雨达到最大强度，或出现其他激烈天气，有尾流低压(陆汉城和杨国祥，2004)。根据飑线的天气学特征来统计江淮飑线的样本个例。首先根据危险天气报选出雷暴大风个例共79个，然后根据江淮地区除高山站外的87个站点逐3 h的地面观测资料(由于2005年以前无逐小时资料，为保持资料一致性，故使用时间间隔为3 h的资料)，从以上79个个例中选出气压、温度、风和降水的变化符合飑线特征的样本。值得注意的是，由于21世纪初测站选址较为稀疏且分布不均，难以呈现飑线的水平分布特征，故选取受飑线影响的代表站，研究其气象要素的时间变化特征。为了滤去日变化和大尺度信息，定义了变压和变温的异常指数：

$ a{\rm{d}}{P_{ki}} = {\rm{d}}{P_{ki}} - \overline {{\rm{d}}{P_i}} $

(1)

$ a{\rm{d}}{T_{ki}} = {\rm{d}}{T_{ki}} - {\overline {{\rm{d}}T} _i} $

(2)

式中，adP_ki和adT_ki分别为站点k在i时次的变压异常指数(单位：hPa)和变温异常指数(单位：K)，表示该站点与同时段其他站点相比所表现出的变压和变温异常；dP_ki和dT_ki分别为站点k在i时次的3 h变压和变温；$ \overline {{\rm{d}}{P_i}} $和$ {\overline {{\rm{d}}T} _i} $分别为i时次江淮地区87个站点变压和变温的平均值。根据陆汉城和杨国祥(2004)对飑线的统计分析，选取有一个以上代表站出现adP≥2 hPa，adT≤-5 K并伴随10 mm·(3 h)^-1以上降水的个例为备选飑线。为了确定该备选飑线是线状的中尺度对流系统，对比了合肥多普勒天气雷达每6 min一次降水回波，要求有一个连续的或者准连续的40 dBz反射率带通过代表站，该反射率带须延伸100~300 km，并维持3 h以上。由此确定了35个飑线个例。

进一步合成分析了35个飑线个例变压异常指数和变温异常指数的时间序列(图 1)。以飑线过境时刻为0 h，大部分个例都是在0 h出现2~4 hPa的异常正变压和5~14 K的异常负变温，说明有雷暴高压和地面冷池与飑线同时存在。另有8个样本正变压和负变温峰值出现在飑线过境前3 h(即-3 h)，这可能是由系统倾斜导致的。此外，大多数个例在-6~-3 h显示出明显的正变温，最大的可达8 K，这与飑线前部的暖区相对应。以上特征表明，选出的35个飑线样本符合飑线的定义，将用于后文的统计分析。

飑线的移动速度以雷达上飑线回波的整体移动来统计。根据飑线形成12 h内的探空资料的高度场、低层风场和温度场进行天气形势分型。从阜阳、安庆、南京、徐州、杭州、南昌探空站中选择离飑线300 km内的探空站埃玛图进行物理量分析。最后诊断分析飑线特征与天气背景之间的关系。

2 飑线的空间分布特征

在飑线形成期间，选择不同时刻0.5°仰角雷达图上飑线的几何中心点，将其连接成线，绘制飑线路径(图 2)。

在统计的35个飑线中，总体上，发生在长江以北的多，且多向东南移动；长江以南的少，多向西北移动。按流域分，江淮之间出现的飑线较多，有12个，约占34.3%；其次为从淮河以北移到江淮之间和从江淮之间移到江南的飑线；仅在淮河以北和沿江江南活动的飑线少。从下垫面区分，绝大多数飑线出现在平原地区。从移向和天气形势分，飑线向偏东方向移动的最多，有28个；其余的向偏西方向移动。向偏东移动的飑线出现在西风槽附近；向偏西移动的飑线多处于副热带高压边缘，其中发生在2014年7月24日的飑线直接受台风北侧环流的影响，飑线的移动方向与850~500 hPa的平均引导气流方向较一致。特殊例子为2009年6月5日飑线，它发生在西风槽后，低层中尺度环境流场与风暴的相互作用使风暴向暖区一侧传播，此次温度场东北低、西南高，与常年平均不同，飑线向西南方向传播。在4和9月，飑线多发生在32°N以南；而在5—8月，江淮地区从北到南均有可能出现飑线。

3 飑线的时间分布特征 3.1 月变化

统计表明，2000—2017年江淮地区出现35个飑线, 4—9月均可发生(图 3)。其中7月是飑线的高发期，出现14个，占40%，尤其是7月下旬，出现了6个。其次是6月，飑线为7个，占20%；5和8月各5个，接近于平均数，最少的是4和9月，均为2个。根据下文的天气形势统计分析，4、5、9月对流有效位能(CAPE)较小，平均约为630 J·kg^-1，但0~6 km垂直风切变大，平均约为13.7 m·s^-1。8月CAPE较大，约为1980 J·kg^-1，但垂直风切变略小，约为12.5 m·s^-1。6、7月月平均CAPE约为1810 J·kg^-1，不仅具有与8月相当的不稳定大气层结，而且0~6 km垂直风切变平均约为14 m·s^-1，大于其他月份，成为飑线高发月份。

3.2 日变化

由图 4可知，飑线有明显的日变化特征。飑线的形成时间在13—16时的次数达到峰值，为13次，约占37%。在上午、傍晚和前半夜也时有发生。飑线的成熟时间在16—19时的最多，有9个；次之在13—16时，为8个。04时左右，飑线最少。飑线一般在午后到前半夜发展成熟，多在下午至夜间减弱消失。图 4显示，飑线日变化趋势与温度日变化线一致，地面温度越高越有利于飑线的产生。

4 飑线特征 4.1 飑线中尺度特征

由图 5可见，江淮飑线的生命史较短，绝大多数飑线生命史在6 h以内，极少数生命史可超过6 h，如2012年7月4日；以3~4 h的居多，有15个，约占42.9%；生命史长于4 h的飑线多发生在6、7、8月。飑线长度为200~250 km的最多，有10个，占28.6%，次之为150~200 km。最大强度为60~65 dBz的有18个，占51.4%，次之为55~60 dBz。移速为8~16 m·s^-1的飑线较多，约占57.1%。

同一个飑线不同位置最大反射率因子的高度不同，即使针对同一个对流单体其在不同时间高度也是变化的。为了比较飑线最大反射率因子的高度，取雷达第58号风暴跟踪信息产品中在飑线上编号单体的最大反射率因子所在高度的平均值，将其作为飑线雷达回波核高度(图 6)。飑线成熟期，40%的雷达回波核高度为4~6 km，多为5 km左右。飑线引起的地面降温，约51.4%为5~7℃，随着地面降温幅度增大，概率减小。

4.2 飑线的形成、组织与消散方式

根据Bluestein and Jain(1985)提出的中纬度飑线四种形成方式，即断线型(broken line，BL)、后向发展型(back building，BB)、离散区型(broken areal，BA)和镶嵌区型(embedded areal，EA)来区分江淮地区飑线的形成方式可知：BA型形成的飑线最多，有16个，约占45.7%(图 7a)；BL型形成的飑线次多，13个，约占37.1%；BB型和EA型形成的飑线最少，均为3个。

Parker and Johnson(2000)指出飑线的组织方式可分为三种：后部层状云型(trailing stratiform，TS)、平行层状云型(parallel stratiform，PS)和前部层状云型(leading stratiform，LS)。从江淮飑线的统计上看，组织方式为TS型的飑线最多，有22个，约占62.9%(图 7b)。另外两型较少。消散方式为逆向断线型(reversed broken line，RBL)的最多，有16个(图略)。

5 天气背景

参照丁一汇等(1982)和Meng et al(2013)的做法，根据飑线发生时12 h内高、低空环流特征以及天气系统的差异，可将飑线大致分为浅槽、深槽、高压边缘、槽后、冷涡等五种类型，并分别对各种天气型统计了平均的CAPE、对流抑制能(CIN)、沙氏指数(SI)、抬升凝结高度(LCL)和K指数(KI) (各类中典型个例的天气背景等如图 8)。因探空站多与飑线发生地有一定距离，根据探空资料计算的统计结果只能在一定程度上代表飑线发生的天气背景特征。

由表 1和表 2可知，浅槽型飑线最多，有15个，发生在4—9月高空西风浅槽前580~584 dagpm附近。除了5个发生在夜间，一天中多出现在中午前后，天气以强降水和雷暴大风为主。雷达上回波核高度的变化最大，平均为4.8 km。地面降温多为6.5℃。飑线移速同样变化最大，平均为11.8 m·s^-1。天气形势为：西风浅槽缓慢东移，副热带高压维持，安徽上空高空槽前有正涡度平流。850 hPa有低涡或切变线配合，同时伴有西南急流，虽然有时高空冷平流弱，但低层暖平流明显，因而有利于位势不稳定层结的建立。CAPE平均为1350 J·kg^-1，虽然是所有类型中的最小值，但CAPE值变化最大，其中35个个例中CAPE最大值(3520 J·kg^-1)便出现在此型个例中；CIN较小，平均为71.1 J·kg^-1；0~6 km垂直风切变的平均值为11.3 m·s^-1。LCL较低，平均为948 hPa，其中35个个例中LCL最低值(1004 hPa)也出现在浅槽型个例中。湿度条件较好。

深槽型飑线次多，有7个，发生在6月下旬至7月高空深槽前584 dagpm附近。一天中发生在午后较多，天气以短时强降水和雷暴大风为主，其中4个飑线出现了梅雨背景下的龙卷。雷达上回波核高度略高，平均为6.2 km。地面降温明显，平均为9.5℃。飑线移速较快，平均为14.2 m·s^-1。高空有长度超过10个纬距的深槽从西北移来，受强大的西北太平洋副热带高压的阻挡，形势稳定。与浅槽型相比，850 hPa的低涡或切变线两侧的风速更大，常有20 m·s^-1左右的急流出现，暖平流更强，形成明显的位势不稳定层结。CAPE平均为2020 J·kg^-1；CIN平均为70 J·kg^-1；0~6 km垂直风切变的平均值为12.2 m·s^-1；LCL较低，平均为960 hPa。湿度条件非常好。

高压边缘型飑线有7个，其中1个出现在台风北侧倒槽中，多发生在7月下旬到8月副热带高压边缘588 dagpm附近。一天中经常出现在午后，天气以强降水为主。雷达上回波核高度低，平均为3.8 km，其中台风倒槽中飑线回波核高度最低，为1.2 km。地面降温幅度大，为8.1℃。飑线移速慢，平均为9.6 m·s^-1。西北太平洋上高压强大，西部有时伸向陆地控制华东地区，其西脊点在32°N左右，西风槽东移减速并向南延伸，高压的南侧有台风活动。台风对大气环流的维持、低层水汽的输送、低层风场辐合的增强等均有利于飑线的发展和维持。此型飑线的CAPE平均为1520 J·kg^-1；CIN略大，平均为122.5 J·kg^-1；0~6 km垂直风切变最小，平均值为10.7 m·s^-1；LCL低，平均为931 hPa。湿度条件最好，潜热释放对飑线的维持更重要。但当有台风倒槽直接影响并有中纬度冷空气侵入时CAPE却很大，CIN很小；如2014年7月24日出现在台风麦德姆北侧倒槽内的飑线，CAPE达2820 J·kg^-1，CIN仅为2.2 J·kg^-1。

槽后型飑线有4个，主要发生在5月高空槽后576 dagpm附近。一天中出现在傍晚的较多，天气多雷暴大风，无明显降水。雷达上回波核高度平均为5.3 km。地面降温平均为7.5℃。飑线移速平均为12.2 m·s^-1。这种天气型在空间上具有前倾结构，850 hPa槽线在500 hPa槽线以西约3个纬距。500 hPa槽后西北气流叠加在850 hPa槽前偏南暖湿气流上，有利于位势不稳定层结的建立和维持。CAPE平均为1400 J·kg^-1；但CIN较大，平均为176 J·kg^-1；0~6 km垂直风切变的平均值为17.9 m·s^-1；LCL较高，平均为890 hPa。湿度条件一般。

冷涡型飑线有2个，均发生在6月，在高空槽后572 dagpm附近。一天中出现在夜里，天气剧烈，有雷暴大风或冰雹，也无明显降水。雷达上有明显阵风锋，回波核高度平均为6 km。地面降温约为6.3℃。飑线移速最快，平均为17.6 m·s^-1。此型与槽后型相似，有前倾结构，850 hPa槽线在500 hPa槽线以西约5个纬距。其明显特征是冷涡位于东北，高空很强的冷平流叠加在低空暖湿区上空，形成明显的位势不稳定层结。CAPE平均为2036 J·kg^-1；0~6 km垂直风切变在所有天气型飑线中是最大的，平均值为27.4 m·s^-1。虽然在所有类型中，此型的CIN是最大的、LCL是最高的、湿度条件是最差的，但低层风场辐合强，上升运动一旦触发对流发生，对流会发展得特别旺盛。

统计显示，这五种天气型飑线CAPE均大于1300 J·kg^-1，850 hPa温度大于20℃，LCL多低于930 hPa，0~6 km垂直风切变均大于10 m·s^-1。说明这五种天气型的温度、气压、风场等为飑线的产生提供了低层高温高湿，层结位势不稳定，有利于上升运动触发和维持强对流的环境。

6 结论与讨论

(1) 2000—2017年35个飑线的时空特征统计显示，江淮飑线主要形成于长江以北的平原地区；飑线的发生有明显的月变化和日变化，约40%的飑线发生在7月，约37%的飑线发生在中午到傍晚。飑线形成于中午到下午，在午后到傍晚成熟，下午至夜间消亡。

(2) 约42.9%的飑线生命史为3~4 h，约28.6%的长度是200~250 km，约51.4%的最大雷达回波强度集中在60~65 dBz，飑线雷达回波核高度多在5 km左右，约51.4%的地面降温为5~7℃。

(3) 江北的飑线多向东南方向移动，江南的飑线多向西北移动；移速较集中于8~16 m·s^-1。

(4) 飑线的主要形成方式为BA型；组织方式以TS型居多；主要消散方式为RBL型。

(5) 江淮飑线多出现在西风槽前。深槽型飑线引起的地面降温幅度最大，约为9.5℃。深槽型和冷涡型飑线的雷达回波核较高，约为6 km，天气也更为剧烈，除了降水和雷暴大风外，还可出现冰雹或龙卷。

(6) CAPE大于1300 J·kg^-1，850 hPa温度大于20℃，LCL低于930 hPa，0~6 km垂直风切变大于10 m·s^-1，即低层高温潮湿、层结位势不稳定、一定的风场切变等有利于出现飑线。

本文统计飑线个例仅35个，而且对2000年以来江淮发生的飑线个例统计难免会有疏漏，因此分析的江淮飑线特征仅有一定的代表意义。探空站多与飑线发生地有一定的距离，根据探空资料计算的统计结果只能在一定程度上代表飑线发生的天气背景特征。飑线是中尺度系统，受观测时空分辨率和数值模拟能力的限制，无法统计分析飑线的细节特征，如冷池、内部流场等。但本文对2000年以来江淮飑线特征的归类分析有助于天气预报员了解其发生发展的环流背景、时空特征、雷达中尺度特征和相伴随的剧烈天气，对于今后研究江淮飑线的形成机理和结构特征具有重要意义，对于飑线的临近预报也具有重要指导价值。