传播运动在对流风暴合并过程中的作用

　　摘要 2012年8月18日下午，山东省境内飑线在形成过程中发生多次合并，强度增强，造成章丘和宁阳分别出现9级和10级雷暴大风。基于多普勒天气雷达反演风场和地面加密自动气象站资料，分析了传播运动在对流风暴合并过程中的作用。结果表明：1)地面冷池前沿阵风锋强度大，垂直厚度达2 km。受其影响，飑线向东移动的同时向东传播(前向传播)，北段逐渐演变为弓形回波。2)弓形回波与单体E分别具有独立的垂直环流，均为前向传播，但位于上游的弓形回波传播速度快，二者最终合并，垂直环流合二为一。3)弓形回波与单体E合并过程中，水平风速与上升运动明显增大，气压降低，尺度减小，最终形成强烈旋转上升的小尺度低气压柱，造成章丘大风。4)飑线尾部水汽充沛，阵风锋辐合造成飑线前侧的暖湿空气抬升，不断产生新的对流单体并逐渐合并增强，导致飑线向西南方向传播(后向传播)。5)位于下游的对流单体传播方向与平流方向相反，在3 km高度产生云桥，最终与上游单体整层合并。飑线尾部对流风暴多次合并，强度持续增强，造成宁阳大风。

　　关键词传播运动;合并;阵风锋;飑线;风场反演

　　暴雨、冰雹、龙卷等强对流天气中往往会出现对流风暴之间的合并现象。甄长忠(1981)早在20世纪80年代就发现产生冰雹的超级单体是由多块小单体在一个主要单体上合并而成的。王昂生和赵小宁(1983)根据华北地区的大量观测资料，指出云体合并是出现雹云跃增的重要因素之一，合并可以形成更强的冰雹云。之后陆续有研究表明，合并过程不仅能够使得云体的尺度和强度发生变化，影响降水效率并引起地面强降水(杨金锡等，1993;张腾飞等，2006;李改琴等，2007;孙晶等，2007，徐八林等，2010)，而且在冰雹、雷电等灾害性天气过程中起着重要作用(王昂生等，1980a，1980b;许爱华等，2004;付丹红和郭学良，2007;曹治强等，2008)。康兆萍和林永辉(2017)研究华南一次飑线的对流模态变异机理时，发现位于广西来宾附近的零散对流单体逐渐发展合并为一个对流单体，位于来宾西北部的对流单体不断发展，呈现后向传播特征，在该单体的后部不断有新的对流单体产生，逐渐演变为线状多单体风暴，最终与来宾附近的对流单体合并组织为一个明显的西北—东南向的线状对流带。之后，这个线状对流带又与其东北侧再次发展的对流风暴合并，形成弓形回波。在观测事实分析的基础上，对流云合并的机制也得到了深入的研究(Simpson et al.，1980;Pozo et al.，2006a，2006b;Lee et al.，2006a，2006b)，云的發展阶段、强度、距离等均会影响对流云的合并(黄美元等，1987)。云下层显著的水平气压梯度力(Orville et al.，1980)、扰动气压(Takahashi et al.，2001)以及相邻对流间的相互作用(黄美元等，1987;黄勇等，2012;黄勇和覃丹宇，2013)都是促使合并的原因。云合并的初始位置不同，产生合并的机制也不同(李艳伟等，2009)。

　　2012年8月18日下午，河北省境内的对流风暴移入山东后呈后向传播特征，其尾部不断产生新的单体，单体之间合并增强，最终形成一条东北-西南向的飑线，在山东省中西部带来区域性7～8级雷暴大风，部分区域自动站监测到9级以上大风。飑线发展过程中，飑线尾部对流单体与单体之间不断发生合并，强度增强，造成宁阳境内出现26.5 m·s-1(10级)的大风。飑线东移过程中，其头部逐渐演变为弓形回波，弓形回波与对流单体合并时，在章丘境内产生22.4 m·s-1(9级)的大风(侯淑梅等，2018a)。利用多普勒天气雷达风场反演资料和地面加密自动站资料，以宁阳和章丘为例，就此次飑线发展过程中，对流单体与单体之间以及飑线与对流单体之间合并的机理进行分析研究，加强对流风暴合并机理的认识和理解，提高对灾害性天气的预报预警能力。

　　1 资料和方法

　　1.1 资料

　　使用的资料有济南齐河(116°46′51″E、36°48′10″N;0.073 km)CINRAD/SA和滨州(118°00′00″E、37°22′12″N;0.07 km)CINRAD/SC雷达数据，地面逐10 min加密自动站资料及常规探空资料。

　　1.2 雷达风场反演方法

　　济南齐河和滨州两部雷达相距125.5 km，有效反演区域定义为两个雷达探测的径向速度夹角在45°～135°所围的范围，主要反演区域如图1的区域Ⅰ和区域Ⅱ所示。双多普勒雷达风场反演方法用直接合成法对双雷达数据进行风场反演(王俊等，2007，2011)。单多普勒雷达风场反演算法是中国气象科学研究院提供的基于4DVAR同化技术反演的多普勒雷达风场(牟容等，2007;吕博等，2009)。对于这两种反演方法及其在科研和业务中的实用性，已有很多学者在文献中论述，此处不再赘述。

　　表1是这两种反演方法对2012年8月18日20时(北京时，下同)章丘的反演风与章丘探空站的实测风。可见，两种方法对于各特性层的风向反演均较好，均反演出章丘站上空受西南风控制，风向误差小于10°，与实测风基本吻合。对于风速的反演，两种方法反演的风速，均比实测风速小，双雷达反演的风速与实况误差小于单雷达反演的风速。可见，两种方法对当天的风向均能做出较好的反演，风速虽然比实测风小，但不影响对小尺度环流定性的分析，定量分析可能会低于实际情况。

　　由图1可见，章丘位于双雷达的有效反演区域内，宁阳处于双雷达的有效反演区域外。由于双雷达反演风速的精度优于单雷达，所以对于造成章丘大风的弓形回波与单体合并，采用双雷达反演风场，而对于造成宁阳大风的单体之间合并，则采用齐河单雷达反演风场。

　　2 大气环境条件

　　2012年8月18日08时500 hPa副高较强，588 dagpm线呈带状，控制着鲁南、河南省和湖北省以南地区，从内蒙古东北部、内蒙古中部、河套地区到四川省为高空槽区，山东省受槽前西南气流控制(图2a)。700 hPa与850 hPa中支槽比500 hPa略偏东(图略)，850 hPa河北省东部、辽宁省西部和山东省受18 ℃的暖温度脊控制。下午，高空槽东移。受其影响，在河北、山东境内产生对流风暴，并发展成飑线。地面加密区域自动站数据表明，18时在鲁中的北部和鲁中到鲁西南地区分别有一条纬向和经向辐合线(图2b)，飑线主体位于经向辐合线附近。19时辐合线东移，章丘和宁阳均处于地面辐合线上。

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