引言

飑线是线状或准线状的中尺度对流系统(MCS)，它可以造成强降雨、灾害性大风、冰雹，有时候还会形成龙卷。一条飑线的定义为“一连串活跃的雷暴，或连续或断开，由于雷暴的存在造成区域性的连续降水(Glickman，2000)”。通常在雷达上飑线位于一条对流雨带的前缘，长度大约几百千米，宽大约几十千米，后面跟随有一大片的层状云降水。在对流区域接近地面常常有一个明显的冷池，且冷池的前缘有阵风锋(丁一汇等，1982；俞小鼎等，2006)。强烈的上升气流出现在冷池的前面而对流区域有下沉气流，在层状云区域则是中等强度的上升和下沉气流(孙继松等，2014)。当阵风锋过境时，地面气压、气温和风等出现异常变化，这个区域易于出现灾害性天气(漆梁波和陈永林，2004；俞小鼎等，2006；农孟松等，2014)。强的地面大风部分与在阵风锋前部的低气压和风暴冷池所在地的高压之间的强地面气压梯度相关(陈涛等，2013；盛杰等，2019)。飑线常常生成于中等到强的不稳定和低空垂直风切变的环境中(郑媛媛等，2014；张建军等，2016；王丹妮等，2020；雷蕾等，2021)。飑线强度能否维持取决于冷池斜压形成的水平涡度和垂直风切变反向旋转造成的水平涡度(Rotunno et al，1988；刘莲等，2015；孙晓蕾等，2020)。在不同的环境条件下，飑线常常显示不同的特点(Meng and Zhang, 2012)。目前对MCS的预报，尤其是飑线预报仍然非常困难，原因在于其为发展迅速、移动快和强烈的灾害性天气。若是对飑线的时空分布、形态和组织环境有较好的理解，则可以对预报员的短时效预报做出有效的帮助。

在美国，飑线常常造成严重的灾害性天气，而且详细记录了分布情况。飑线在中国也常常造成灾害性天气，比如2009年6月在河南出现的一条飑线，形成了29.1 m·s^-1的大风，并造成了27人死亡，近年来中国雷暴大风及飑线大风极端性愈发明显，2019—2022年中国中东部发生多次极端对流大风天气，2022年辽宁沈阳甚至出现超过39 m·s^-1的极端对流大风。前人对东北地区强对流大风和龙卷做了大量研究(杨珊珊等，2016；杨磊和郑永光，2023；袁潮等，2021; 2022;2023；白华等，2023)，然而对辽宁地区的飑线气候统计特征，及其与中国东部其他地区的异同点等研究较少。辽宁省位于中国东北地区的南部，南邻渤海及黄海，东西为山地和丘陵，中部为辽河平原，常受不同性质系统影响，气象灾害发生频繁。近几年辽宁地区受飑线过程影响次数较多，带来的短时大风、短时强降水和冰雹对人民群众的生命财产危害极大。

针对选取的2015—2020年5—9月影响辽宁地区的飑线过程，对飑线形成、消亡的时空分布特征、飑线的几种不同结构特征、形成飑线环境特征条件等进行分析，可以对预报员的短时效预报做出有效的帮助。及时、准确、有效的气象灾害预警信息，对于各级政府及部门组织防灾减灾，从而最大程度减轻灾害损失及人员伤亡具有十分重要的意义。

1 资料和方法 1.1 基于雷达数据的飑线识别

本文采取人工识别方法，制定辽宁地区的飑线识别标准，选取一段连续或准连续的40 dBz以上的回波带，长度至少100 km，持续时间超过1 h，选取辽宁及其周边地区10部雷达(沈阳、大连、丹东、营口、朝阳、赤峰、通辽、秦皇岛、烟台、白山)的组合反射率拼图产品(本研究采取人工识别飑线的方式，严格把关识别标准，对于有地物杂波或反射率异常的个例全部进行了剔除；2018年后引入雷达拼图质量控制算法，以减少人工识别飑线的难度)。如此定义并识别出2015—2020年5—9月共36次飑线过程，并总结了飑线的形成时间、消散时间、持续时间、最大长度、走向、移动速度、强度、形成方式和组织形式等。

目前对飑线有多种定义，选取适合辽宁地区的飑线识别标准是本研究的关键问题。Meng and Zhang(2012)使用的标准类似于Parker and Johnson(2000)标准：(1)一段连续或准连续的40 dBz以上的回波带长度至少100 km，持续时间超过3 h；(2)40 dBz的区域有线状或准线状形态，而且有明显的前缘。

由于辽宁地区纬度较高，能量和水汽条件相较长江中下游及华南地区差(樊李苗和俞小鼎，2013；崔胜权等，2015)，故导致辽宁地区飑线维持时间很少能达到上述标准。结合辽宁实际情况将持续时间超过3 h适当缩短到超过1 h(俞小鼎等，2020)。同时本标准要求大于40 dBz的雷达回波更为连续，这个附加的要求使得样本的识别更加客观且聚焦于强飑线上。如此定义飑线过程的雷达特征如表 1所示。

1.2 触发飑线过程的环境特征条件

从探空和环流场两方面入手，总结归类辽宁地区触发飑线过程的环境特征条件。其中探空选择ERA5高时空分辨率再分析资料进行处理分析(空间分辨率为0.25°×0.25°，时间分辨率为1 h)。一方面，分析距离飑线最近的探空站对流有效位能(CAPE)、下沉对流有效位能(DCAPE)、850 hPa与500 hPa温差(ΔT_850-500)、大气整层可降水量(PW)、0~3 km和0~6 km垂直风切变等物理量；另一方面，分析使用高空观测实况，分析触发飑线过程的各类天气特征，如低槽前部、冷涡前部、冷涡后部和其他(副热带高压外围、切变扰动)等。

2 辽宁地区飑线时空分布特征

基于雷达回波飑线标准，从2015—2020年5—9月的资料中共识别出36次满足定义的飑线过程，按照1°×1°的空间分辨率将辽宁分为24个区域，统计出在各区域形成飑线的次数(图 1)。辽宁西北部及赤峰市区至敖汉旗一带是辽宁地区的飑线形成频率最大的区域，其次为渤海西部到渤海海峡海面，频率最小的区域为河北东部唐山、秦皇岛的沿山一线。

根据飑线中心点移动的轨迹绘制飑线路径图(图 2), 从图中可以看出飑线的路径分为偏北路径(40°N以北形成，移动方向由北向南)和偏南路径(40°N以南形成，移动方向由南向北)。一个明显的特征是绝大多数飑线形成于山脉与平原的交界处，且下山飑线大多数很快趋于消亡；但有一部分下山飑线在高组织化程度的情况下冲入辽河平原后，往往可以维持较长的时间，并保持较快的移动速度。另外，生成在渤海西部到渤海海峡海面的飑线可以维持较长的时间，这种现象与下垫面的摩擦和水汽条件关联明显。从飑线移动方向可以看出，渤海西部到渤海海峡海面形成的飑线多向东北方向移动，由渤海移动至黄海北部，最远可移动至东港进入陆地；河北东部唐山、秦皇岛沿山一线形成的飑线向东南方向移动，从河北东部进入渤海湾；受到地形及不同环流形势下的引导气流影响，辽宁西北部及赤峰市区至敖汉旗一线形成的飑线走向比较复杂，可以分为三类：第一类直接向东南方向移动进入渤海湾；第二类向东南方向移动至辽东半岛的长白山余脉西侧，在山前趋于消亡; 第三类向偏东方向移动，沿辽河平原向东北方向移动，与第二类类似，移动至长白山余脉西侧，在山前趋于消亡。

从飑线月分布特征可以看出(图 3)，绝大多数的飑线过程出现在6—8月，占总数的75%，且以6月和8月居多，均为10次，5月出现的最少(3次)。根据杨珊珊等(2016)的研究，夏季西太平洋副热带高压的两次季节性北跳，季风不断带来暖湿气流，水汽充足，在冷涡背景下易产生不稳定层结，容易形成飑线。Meng et al(2013)的研究也表明中国东部74%的飑线出现在夏季，本文统计结果与其相近。

从飑线日变化来看(图 4)，形成飑线(大于40 dBz) 的回波大部分出现在11—18时(北京时，下同)，其中12—15时为相对高频时间段。飑线主要形成于12—21时，14—17时为出现飑线的集中时段，总共出现14次飑线过程。这主要是午后太阳辐射导致地表快速升温、配合冷槽或冷涡等天气系统以及大气的条件不稳定层结，有利于对流系统旺盛发展，Meng et al(2013)、杨珊珊等(2016)的研究也表明午后到傍晚最容易形成飑线。绝大部分飑线在23时前消亡，仅有较少飑线可以延续到午夜甚至凌晨(7次)，最晚消散的时间为05—06时。

飑线的雷达特征(图 5)为：最大长度介于114~273 km，平均187 km；平均最大反射率为65 dBz，其中38.9%介于50~55 dBz；生命史介于1.5~ 9.0 h，平均3.2 h; 移动速度多集中在40~60 km·h^-1，平均移动速度59.4 km·h^-1(16.5 m·s^-1)，最大移动速度95 km·h^-1(26.4 m·s^-1)。

3 辽宁地区飑线的结构特征 3.1 辽宁地区飑线形成结构特征

根据Bluestein and Jain(1985)的研究分析，飑线的形成方式可以分为断线型(BL)、后部生成型(BB)、碎块型(BA)和层云嵌入型(EA)。结果表明辽宁地区飑线可能从初始回波经历不同的方式形成(表 2，图 6b)：12次(33.3%)飑线为断线型，7次(19.4%)为后部生成型，13次(36.1%)为碎块型，4次(11.1%)为层云嵌入型。其中断线型、后部生成型与Meng and Zhang(2012)的结论较为一致。

由不同飑线形成方式月分布可以看出(表 2)，层云嵌入型的飑线主要形成于8—9月，且出现频率较低，这与Meng et al(2013)的结论有所不同：可能与辽宁处于中高纬地区，能量和湿度条件相对长江中下游以南地区有明显差异有关；8—9月辽宁在副热带高压并未明显南退，同时冷空气活动增多的情况下，有利于飑线以这种形成方式出现。断线型主要形成于6月及9月，且基本都出现在冷涡前部和低槽前部的环流形势下，这主要与东北冷涡的活跃及冷锋过境等相关。后部生成型与碎块型主要出现在6—8月，这与辽宁地区的能量与湿度条件相关。

辽宁地区飑线过程大都伴随雷暴大风天气，部分伴有冰雹天气，雷暴大风最大风速可达到39.1 m·s^-1。辽宁地区飑线过程有移动迅速、飑线形态走向与移动路径近乎垂直等特点，导致强反射率不能长时间影响同一地点，出现短时强降水的次数较少。图 7a~7d为2019年6月29日一次断线型飑线过程，红框内是从断线到形成飑线的过程。图 7e~7h为2021年5月28日一次碎块型飑线过程，红框内是从碎块到形成飑线的过程，这次过程造成沈阳地区大范围雷暴大风天气，最大风速达到24.4 m·s^-1。图 7i~7l为2019年6月2日一次后部生成型飑线过程，红框内是两个单体风暴向后扩建形成飑线的过程。图 7m~7p显示的是2020年5月16—17日一次层云嵌入型飑线过程，红框内显示的是在层状云中的弱多单体风暴逐渐形成飑线的过程。

3.2 辽宁地区飑线组织、消亡特征分析

Parker and Johnson(2000)研究指出飑线的组织形式可分为三种：层状云超前型(LS)、层状云尾随型(TS)、平行层状云型(PS)。从辽宁地区飑线的研究结果来看(图 6a)，主要的组织方式是TS(75%)，共出现27个层状云尾随型飑线; 而PS及LS分别出现了7次和2次。不同组织形式的飑线的占比结果与Meng et al(2013)中国东部的飑线结论基本一致。

根据Bluestein and Jain(1985)、Meng et al(2013)的研究结果将2015—2020年辽宁地区飑线的消亡方式分成了三种类型(图 8)：第一种为反转断线型(RBL)，辽宁地区共出现20次(55.6%)，图 9g~9i为2020年5月16—17日以RBL消亡的一次飑线过程。第二种为收缩线型(SL)，仅有3次(8.3%)，图 9d~9f为2019年6月3日以SL消亡的一次飑线过程。第三种为颠倒破碎面型(RBA)，有13次(36.1%)，图 9a~9c为2021年5月28日以RBA消亡的一次飑线过程。

4 触发飑线过程的环境特征条件 4.1 环流形势分析

为了探讨辽宁地区飑线形成的环境有利条件，选取1 h时间分辨率、0.25°×0.25°空间分辨率的ERA5分析场对36次飑线的天气特征进行了分析。总结出4种环流形势(图 10)，包括冷涡前部型、低槽前部型、冷涡后部型和其他型(副热带高压、台风)。

冷涡前部型最多，共19次，特点是在东北地区中北部存在冷涡，辽宁地区位于冷涡东南象限，低空配合切变和南到西南急流影响该地区，冷涡前部充沛的水汽、动力抬升为飑线的形成提供有利条件。

其次为低槽前部型，共9次。特点为河北东部或内蒙古东部南部纬向气流中的一个低压槽，辽宁地区位于其前部，低压槽带来的中层冷空气侵入促使层结不稳定性增强，同时锋面抬升作用提供抬升触发条件，使辽宁地区存在飑线形成的有利条件。如果在其东南部有副热带高压，副热带高压西北部边缘的南到西南气流提供的充足水汽的情况下，飑线的强度及持续时间往往会得到增强。

辽宁地区特有的飑线形成的环流形势为冷涡后部型，共6次。特点为在东北地区中东部存在冷涡，辽宁地区位于冷涡西南象限，高空为西北气流，有较强的冷平流，低空配合暖脊和南或西南急流。在此形势下，辽宁地区由于出现了更加明显的上干冷下暖湿的不稳定大气层结结构，为飑线的形成提供了有利条件，但因为缺少抬升触发条件，大部分情况下未形成飑线，如果一些中小尺度抬升触发条件出现(如海风锋、山谷风、地面辐合线等)，则可以触发对流，在适合的物理量场条件下，形成飑线。

4.2 物理量参数分析

为了探讨辽宁地区发生飑线的有利环境条件，参考前人研究(曲晓波等，2010；刘瑞翔等，2015；公衍铎等，2019)，共选取水汽、动力、不稳定条件、垂直风切变、能量及特殊层高度等14个物理量，进一步分析各个飑线过程的物理量特征(图 11)。

4.2.1 辽宁地区飑线过程物理量参数特征

选取飑线出现前距离飑线最强位置处各点的资料，计算出各个过程的多种物理量，具体包括850 hPa比湿(q₈₅₀)、850 hPa相对湿度(RH₈₅₀)、500 hPa相对湿度(RH₅₀₀)、大气整层可降水量(PW)、850 hPa垂直速度(w₈₅₀)、850 hPa散度(div₈₅₀)、K指数、ΔT_850-500、0~6 km垂直风切变(SHR_{0~6 km})、0~3 km垂直风切变(SHR_{0~3 km})、0~1 km垂直风切变(SHR_{0~1 km})、CAPE、DCAPE及抬升凝结高度(LCL)等14个物理量进行分析，结果见图 11。

水汽对飑线组织结构和强度有重要影响(孙建华等，2014)，在水汽类各物理量指标中，q₈₅₀分布范围主要集中在8~12 g·kg^-1，RH₈₅₀在60%~85%，PW在30~45 mm，以上三个指标体现了飑线过程对中低层水汽含量和低层大气饱和程度的要求；RH₅₀₀集中在19%~65%，而中位数在37%左右。虽然一些过程中可能存在中低层大气饱和程度均较好，但从中位数情况分析，飑线过程对于中层的干侵入也有需求，中层干侵入有利于干空气从风暴后侧卷入对流云体并在云体后侧下沉，并在蒸发冷却等作用下加大气流密度使下沉速度增大形成对流大风天气。

在图 11的动力类各物理量指标中，w₈₅₀在-0.22~0.15 Pa·s^-1，div₈₅₀分布范围主要集中在-2.5×10^-5~1.2×10^-5 s^-1。在飑线过程中，有低层辐合与上升运动的需求，以触发形成飑线系统。

K指数和ΔT_850-500分布范围分别在26~34℃和26~28℃。辽宁地区飑线过程需要中低层温度垂直递减率接近干绝热直减率，大气层结处于条件不稳定状态，且有辐合上升运动时，可能出现飑线。

0~6、0~3和0~1 km的垂直风切变分布范围分别集中在11×10^-3~19×10^-3、6×10^-3~13×10^-3、3×10^-3~8×10^-3 s^-1。辽宁地区飑线发生时，从低层到高层的垂直风切变相对较大，由于国内目前对飑线发生时垂直风切变条件的研究较少，没有较好的参考指标，但根据东北冷涡对江淮飑线生成的影响研究(郑媛媛等，2014；于庚康等，2013)，0~3 km垂直风切变超过3×10^-3 s^-1可能发生飑线过程，辽宁地区的飑线过程0~3 km垂直风切变统计结果类似于江淮地区。

CAPE和DCAPE分布范围分别集中在500~1500 J·kg^-1、800~1150 J·kg^-1，辽宁地区飑线过程CAPE与DCAPE呈现“双1000”特征，需要有较大CAPE来提供增强上升运动的能量，使对流系统可以充分发展，同时有较大DCAPE与之对应，加速下沉气流向下的运动速度。LCL分布范围主要集中在400~900 m，云底高度需要维持在一个较适宜的高度: 首先, 云底不能太高否则对流系统将无法很好地维持深对流结构, 从而使对流生命史大大缩短; 其次, 云底高度如果太低则低层没有一定干层对应，在下沉气流没有蒸发层的支持下，则无法形成较强的下沉气流从而无法增强低层及近地面的风速，导致没有较强的冷池持续存在，根据RKW理论只有上升气流两侧水平涡度平衡但没有冷池，无法触发新生对流，飑线结构则无法很好维持(姚建群等，2005；俞小鼎等，2020)。

4.2.2 不同环流形势下飑线过程各物理量参数差异

进一步分析不同环流形势下飑线过程物理量场特征的差异, 从表 3中可以看出：

垂直风切变参数中，冷涡后部型有较强的0~6 km垂直风切变，而冷涡前部型和低槽前部型则有较强的0~3 km及0~1 km垂直风切变。这是由于冷涡后部往往拥有很强的高空西北急流，而冷涡前部和低槽前部则有较强的低空西南急流或者超低空偏南急流，0~3 km垂直风切变是维系强对流发生、发展的必要条件。Weisman et al(1982)统计指出，强垂直风切变有利于风暴的持续发展，可以增强中层干冷空气的吸入，加强风暴中下沉气流和低层冷空气外流，同时风随高度顺转有利于强风暴的产生，这些条件有利于飑线形成及维持。

不稳定条件参数中，冷涡前部型及冷涡后部型的K指数比低槽前部型大，而冷涡后部型的ΔT_850-500则明显高于其他两个环流型，这主要由于东北冷涡的存在使得中层有较强的冷空气侵入，增大了中低层温差，而冷涡后部的强西北气流可以更加明显地增强中低层温差，导致其有更强的大气层结不稳定度。

能量参数中，每个环流型的对流有效位能和下沉对流有效位能都呈“双1000”的特征，不过冷涡后部型的对流有效位能较大，主要由于中层干冷空气侵入导致大气温度直减率增大，从而增大对流有效位能；冷涡后部型及低槽前部型下沉对流有效位能较比冷涡前部型稍大。

水汽参数中，冷涡前部型850 hPa相对湿度大，而冷涡后部型的500 hPa大气与其他型相比较相对湿度小；从大气整层可降水量来看，冷涡前部型和低槽前部型的均值较大，而且极大值也比冷涡后部型更大一些。

特殊高度层中冷涡后部型的抬升凝结高度较高，这与冷涡后部型的相对湿度小有关。

4.2.3 不同形成方式下飑线过程各物理量参数差异

从不同形成方式下飑线过程物理量场特征的差异可以看出(表 4)：垂直风切变参数中，断线型比其他几个类型有较弱的0~6 km及0~3 km垂直风切变，由于此类飑线是由少数呈线状排列的松散单体不断发展并更新迭代，最终连接起来形成的，故不需很强的垂直风切变，层云嵌入型的0~1 km垂直风切变较强；不稳定条件参数中，所有类型皆要求有比较大的K指数，同时ΔT₈₅₀-500都超过26℃，差异并不明显；能量参数中，所有类型的对流有效位能和下沉对流有效位能都呈“双1000”的特征，后部生成型和层云嵌入型的对流有效位能较大，断线型的下沉对流有效位能相比其他几种类型偏大；水汽参数中，几种形成方式RH₈₅₀、q₈₅₀无明显差异，而层云嵌入型的500 hPa大气与其他型相比更加干燥，从大气整层可降水量来看，后部生成型的整层可降水量均值较大；特殊高度层中后部生成型和层云嵌入型抬升凝结高度相对较低。这是由于后部生成型和层云嵌入型往往发生在冷涡前部或低槽前部的环流形势里，此类环流形势有较强低空西南急流，由渤海上带来充沛的水汽与能量，可以有效增大对流有效位能，降低抬升凝结高度。

5 结论

(1) 2015—2020年5—9月辽宁地区共出现了36次飑线过程。辽宁西北部及赤峰市区至敖汉旗一带是影响辽宁地区飑线形成频率最大的区域，其次为渤海西部到渤海海峡海面，形成频率最小的区域为河北东部唐山、秦皇岛的沿山一线。飑线的路径中83%为偏北路径，17%为偏南路径。

(2) 2015年出现的飑线次数最多，2018年和2020年出现次数较少。绝大多数的飑线过程出现在6—8月，5月出现最少。飑线主要形成于12—21时，而14—17时为出现飑线的集中时段。绝大部分飑线在23时前消亡，仅有较少部分可以延续到午夜甚至凌晨。飑线的长度介于114~273 km，平均最大反射率为65 dBz，平均生命史为3.2 h，平均移动速度为59.4 km·h^-1(16.5 m·s^-1)。

(3) 辽宁地区33.3%的飑线为断线型，19.4%为后部生成型，36.1%为碎块型，11.1%为层云嵌入型。主要组织形式是层状云尾随型(TS)，平行层状云型(PS)及层状云超前型(LS)出现次数较少。55.6% 的飑线以反转断线形式消散，8.3%以收缩线型消散，36.1%以颠倒破碎面型形式消散。

(4) 辽宁地区飑线的环流形势包括冷涡前部型、低槽前部型、冷涡后部型及其他型。从各个物理量的参数分析中，冷涡后部型有较强的0~6 km垂直风切变，而冷涡前部型和低槽前部型则有更强的0~3 km及0~1 km垂直风切变，冷涡前部型及冷涡后部型较比低槽前部型有更大的K指数，而冷涡后部型的ΔT₈₅₀-500则明显高于其他两个环流型，每个环流型的对流有效位能和下沉对流有效位能都呈“双1000”的特征，冷涡后部型的对流有效位能较大，冷涡后部型及低槽前部型下沉对流有效位能较比冷涡前部型稍大，冷涡前部型有较饱和的850 hPa相对湿度，而冷涡后部型的500 hPa大气与其他型相比更加干燥。从大气整层可降水量来看，冷涡前部型和低槽前部型的整层可降水量均值较大，极大值也比冷涡后部型更大一些。特殊高度层中冷涡后部型的抬升凝结高度相对较高。