冷空气在强对流极端大风中的作用分析

付泽宇 吴扬春 李欢欢 郑秀丽

摘 要：采用常规观测资料、新一代多普勒天气雷达数据、地面加密观测资料和卫星资料，分析了2022年3月26日福建中部地区一次冷空气触发下的强对流大风天气成因与预报难点。结果表明：此次过程受低层切变南压，槽前西南气流的影响，龙岩、漳州、厦门和福州等地均出现暴雨，厦门局地出现冰雹。受地面沿海东北冷空气南下影响，在特殊地形的共同作用下，福州西部局地出现微小尺度的强对流大风天气，其持续时间短、致灾范围小、特定地形效应明显。实地考察此次为自西方向开始出现灾害性旋转大风，影响时间仅持续10 min左右。双偏振雷达监测显示中气旋尺度小于5 km，中气旋中心路径在华石村有强度迅速加强速度减慢过程，有界弱回波区明显，高层强中心倾斜。

关键词：冷空气；中气旋；强对流；大风；双偏振雷达

中图分类号：P458 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–0-03

作为一种气候资源，风既能给人类带来利益，又是一种气象灾害。冷空气与强对流天气都会带来大风天气，对流性灾害大风包括龙卷、飑线/弓状回波引发的长生命史线状强风，中尺度强对流系统引发的下击暴流和台风环流引发的强风等[1]。

在气象预报服务过程中，强对流下的灾害性天气能否及时、准确地预报出来，对制作灾害性大风的精细预报有实际意义。张思涵等[2]研究了高空槽和地面冷锋影响下偏北路径冷空气南下形成的大风过程；王黉[3]

研究川藏高原强对流发现，大雨滴、冰雹快速下落引起的拖曳作用有利于湿下击暴流的产生，结合峡谷地形的狭管效应，引起地面大风；孙正齐[4]通过雷达资料的快速循环分析同化，首次提前30 min成功预报了下击暴流引起的灾害性大风。

利用环境场资料和雷达资料，从形势场、雷达产品、地形等方面分析了福州西部1次冷空气影响下的短时地面大风天气，从流场、物理量场多角度分析了灾害性大风发生的时段，以及在华石村出现并加强的原因，这对灾害性大风的精细化预报具有实际意义，也可为今后的预报和预警提供一定的参考。

1 概况

2022年3月26日福建省有1次自西向东的降水过程，此次强降水过程主要集中在26日13：00～22：00，午后局地强对流开始发展，14：00龙岩永定有暴雨，最大小时雨强达66.4 mm/h。随后雨带东移扩散，至17：00莆田涵江出现57.1 mm/h强降水，厦门出现10级短时大风、局地小冰雹，福州西部最大小时雨强47.6 mm/h。

至20：00漳州、福州中部仍有暴雨，22：00后全省雨势减小。

16：20前后，福清市东张镇东张华石村（119.209，25.691）受到伴有地面大风的强对流天气系统的影响，其西侧是由槽后西南气流推动发展的强对流系统，东侧地面冷空气南下，西南气流受华石村地形的影响，在此地抬升加强，正好与冷空气相遇，自西方向开始出现灾害性旋转大风，东张镇（F1730）16：15观测到6级（11.2 m/s）偏东北大风。其特点为影响时间短，仅持续10 mm左右；范围小；在雷达回波呈现强中气旋。

经统计，此次过程受灾面积约为0.3 km2，产生的大风共造成当地房屋受损50户，其中，不影响居住的有35户，15户35人需要转移，无人员伤亡，7处强电杆、若干处弱电杆和树木倒伏。此次过程受灾范围小，观测站实况资料少，历史个例少，预报难度大。因此，分析该类型强对流的特征对提高强对流天气精细化预报服务水平具有重要意义。

2 天气形势分析

2.1 影响系统

2.1.1 高空影响系统

分析图1可知，福建省位于槽前西南气流，700 hPa切变线在福建省北侧维持。500～700 hPa主要受西南气流影响。低层切变线南侧有急流辐合。700～925 hPa深厚暖平流为大气提供了很大的不稳定能量。当有利的触发条件出现时，易产生强对流天气。

2.1.2 地面影响系统

此次大风天气是在低层切变线南侧的急流辐合和地面倒槽显著发展东伸的天气背景下产生的。低层切变线和地面辐合线交界处动力抬升条件最好，极易产生强对流。由图2可知，冷锋位于福建省中南部，为冷锋前负变压，南部负变压中心位为-3.0 hPa，大的气压梯度是形成大风的基础。福清市东张镇受倒槽影响，导致地面升温（达9～11 ℃）显著，地面锋区还未南压过境该地。从背景场上看，各气象要素分布与配置有利于大风天气发生。从图3卫星云图可以看出，锋面云系26日16：00位于福清西部上空。从地面逐5 min实况可以发现，风力从16：00的5级突增为16：15的6级大风，风廓线图中地面由偏东风（15：48）转为东北风（17：51），且风力加强。

2.2 热动力条件分析

2.2.1 动力条件

—对数压力图。分析20：00探空资料，从不同高度的风速来看，近地面受偏东风影响，大小为4 m/s，700 hPa高度上风速为18 m/s，500 hPa高度上风速为28 m/s，中低层垂直风切变较大，达14～16 m/s。有利于近地层大风的形成与发展。

2.2.2 热力条件

K指数越大，层结越不稳定，当k＞35 ℃时有可能发生强对流天气。由图4可知，26日福州站K指数从28.8 ℃（08：00）增至35.9 ℃（20：00），沙氏指數由正值到-0.1，A指数由-6 ℃（08：00）上升至20 ℃（20：00），积累了较高潜能，为强对流天气发生提供了有利的不稳定能量。此外，925～850 hPa之间出现了明显逆温，温度差达4 ℃（图4b圆圈）。

2.2.3 水汽条件

20：00（图4b）福州站上空湿度显著增大，湿度层增厚，中低层近乎饱和，高低层呈现“上干下湿”的结构，有利于强对流发生。

3 雷达回波演变特征

从福州（长乐）新一代天气雷达资料分析可知，14：57泉州德化、永春雷达回波向东北方向移动合并，永泰雷达回波向偏东风向移动；15：42三块强回波在永泰东部、莆田北部合并加强，继续东移，进入福清境内，16：05回波强度高达63 dBz，16：10出现强对流超级单体特征，之后强回波核快速下降。

灾害性大风发生时，出现有界弱回波区、低层入流缺口等超级单体的典型特征，风暴中出现中气旋，单体发展成超级单体[5]。有界弱回波区明显，高层强中心倾斜，从16：10沿黄线的反射率因子剖面显示低层回波穹隆。

如果出现中气旋，风暴前进方向中气旋的右侧可能会出现严重灾害性大风。从多普勒速度看，对流超级单体进入福清后，进一步发展加强。从雷达速度中识别出强中气旋，中气旋最强时段为16：05～16：16，反射率因子在钩状顶端出现明显的有界弱回波区，16：16旋转速度为35 m/s，且在16：10、16：16自动识别出龙卷涡旋特征TVS，并有中层径向辐合，仰角0.5°、1.5°、2.4°、3.3°的多普勒速度气旋旋转相对深厚，3.3°仍较明显。根据目前的雷达观测数据不排除有出现龙卷的可能，需要更多气象观测数据和实况调查资料予以综合分析判断和验证。中气旋龙卷有中层径向辐合，说明有大风径向速度的测量，大大提高了雷暴大风事件临近预警的准确性，使得龙卷预警的形成成为可能。

4 地形条件

分析福清市华石村地形与地面风场发现，地面沿海冷空气自海上侵入暖性倒槽，冷空气形成的地面风沿公路进入华石村，加之地形抬升辐合进一步促进对流发展。东侧有冷空气入侵，西侧西南气流受地形影响，遇到山脉转东南风并抬升加强，结合冷空气下来的东北大风，进一步辐合抬升，在华石村形成一个涡旋，因此，有地面龙卷的特征。风力从下往上有所增大，在华石村以东的东张镇出现11.2 m/s的极大风。

5 结论

此次强对流天气系统在莆田北部快速发展，向东移入福清，并在短时间内迅速发展成为强对流超级单體，在华石村附近的山谷地形作用下，形成灾害性对流大风，分析此次过程具有以下4个特点。

（1）低层切变线南侧的急流辐合和地面倒槽显著发展东伸，高低层呈“上干下湿”的结构，有利于大风发生；出现强对流超级单体特征，有界弱回波区明显，有明显的强中气旋，是强对流高级单体下包含有强中气旋引起的灾害性大风，不排除可能发生龙卷风。

（2）沿海地面冷空气南下，带来东北大风，冷暖气流交汇容易触发强对流天气。

（3）地形使气流发生气旋性旋转，且地形抬升辐合进一步促进对流天气的发展。

（4）在以后的预报业务过程中应注意，在西南暖气流的控制下，沿海东北冷空气下来，在局地特殊地形的影响下，容易触发强对流天气。

参考文献

[1] 马中元，叶小峰，张瑛，等.江西三类致灾大风天气活动与回波特征分析[J].气象，2011，37（9）：1108-1117.

[2] 张思涵，董疆南，高万泉，等.保定市一次大风天气过程诊断分析[J].甘肃科技，2021，37（5）：56-58，138.

[3] 王黉，李英，文永仁.川藏高原一次混合型强对流天气的观测特征[J].应用气象学报，2021，32（5）：567-579.

[4] 孙正齐.中国对流性灾害大风的数值模拟和形成机理研究[D].南京：南京大学，2019.

[5] 朱君鉴，刁秀广，曲军，等.4.28临沂强对流灾害性大风多普勒天气雷达产品分析[J].气象，2008，34（12）：21-26，129.