盛夏海风辐合线对青岛对流性天气影响分析

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摘 要：青岛地区受海陆地形影响，海风辐合线是触发夏季对流性降水的重要影响因子。该文以2008年8月12-14日连续三天出现的对流性天气为例，综合运用气象观测、雷达和卫星云图等多种资料，分析不同环流形势下海风辐合线触发的对流性降水特征。研究表明：单一的海风辐合线一般不产生对流天气，但与中低空系统叠加易使局地辐合加强，触发对流天气；冷锋南压与海风辐合线交汇处易产生较强对流天气，若冷槽发展深厚则转为大尺度系统过境过程，易出现强对流天气。

关键词：海风辐合线 强对流 多普勒雷达 卫星云图

中图分类号：P49 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0166-02

山东半岛三面临海，最先出现辐合的是地势较高的地方，而这些地方也是海风较强处。夏季海风形成的近地面辐合线常常深入到内陆，在离海岸30～50 km的位置上东西摆动，造成辐合加强，降水增多；同时这一带也是鲁东丘陵区所在，处在夏季风和海风的迎风坡上，受地形抬升作用降水增大。青岛位于山东半岛南岸，东侧为崂山湾，南面直接濒临黄海，西面有胶州湾，处于三面环海的位置，受海风辐合线影响很大。该文选取了在不同的环流形势下，青岛地区出现的由海风辐合线触发的对流性降水天气个例，结合天气形势和多种探测资料综合分析，为今后预报这类海风辐合线触发的对流性降水提供一些参考，以期对沿海地区对流天气预报的准确率提高有所帮助。

1 海陆风环流研究现状

海陆风环流是世界沿海地区最突出的中尺度特征之一，白天随着海风势力的不断增强，使得在近海岸的陆区一般出现一条平行海岸线的狭窄辐合区或辐合线，这种由海面向陆地推进的海风辐合线，具有类似锋面的温度场和流场特征，并伴有一定的天气。国际上随着测风气球观测技术的发展，海陆风的观测研究才真正开始。Jeffreys[1]奠定了海陆风定量理论研究的基础，Estoque应用海陆风模式， 模拟海岸线的变化对海风锋的作用。国内研究是从20世纪50年代开始，王彦等[2]利用天津多普勒天气雷达观测资料和中尺度数值模式，对比分析海风锋触发雷暴天气的发生、发展演变特征。庄子善等[3]利用近海海温资料和气象站资料，对比分析了日照地区沿海海陆风的气候特征及对当地天气的影响。山义昌等[4]研究法相当海陆风锋与其他天气系统叠加，会使系统加强，天气剧烈，是夏季沿海岸强对流天气多发的重要原因。若干学者应用数值模拟方式揭示海风辐合线能够触发强对流天气。

海风（偏南风）与偏北陆风在海岸线附近交绥而形成海风辐合线，这是一个中尺度触发系统。夏季海面上海风活跃且处于弱气压场时，由于海陆气象要素日变化的差异，边界层偏南海风与近地面层弱偏北陆风交绥而形成中尺度锋区，多形成和徘徊于海岸线附近。单一海风锋一般不产生对流天气，原因可能是由于水平范围小，垂直厚度较低，辐合能量也较小的缘故，这留待以后做进一步的研究。但如果具备有利天气形势配置，海风辐合线在白天可向内陆推进和发展，触发造成强对流天气。本文以2008年8月12-14日连续三天出现海风辐合线触发的对流性降水为例进行说明。

2 天气形势分析

从高空形势来看，500hPa中高纬度环流（图略）为两槽一脊型，中纬度地区环流相对平直；12日08时（北京时，下同）河套西部形成切断低压，山东处于西太平洋副热带高压北部，584线控制下，500、700、850 hPa在半岛地区均有弱切变线。13日08时，500 hPa副高逐渐增强西伸北抬，588线北侧伸至32°N，切断低压东移略有加深移至河套地区，半岛处在弱脊后部控制下，中低层弱切变线依然维持。14日08时副高明显减弱东撤，在副高东退过程中，700 hPa、850 hPa有弱冷空气南下，14日20时，山东半岛有闭合低涡形成。

从地面形势（图略）来看，8月12-14日青岛地区均为弱气压场，利于海陆风环流发展。12日青岛处在海上低压北部，上午海风缓慢向内陆推进与偏北陆风在青岛崂山沿线相遇产生海风辐合线，南风环流形势利于对流发展，实况表明13-14时出现短时强降水。13日上午青岛地区从沿岸逐渐由偏北风转为偏南风，与偏北陆风相遇在青岛崂山一带产生弱的风切变，即海风辐合线，稳定少动造成14-15时的短时强降水。14日青岛位于蒙古高压南部，上午北部地区自西北向东南陆续转为偏北风，并有弱的风切变伴随，这表明自西北方向下来一股冷空气开始影响北部地区。11时沿岸站点开始转为南风，与偏北陆风形成风切变，海风辐合线形成发展，强降水发生在16-19时，主要为系统降水。

3 多种探测资料对比分析

3.1 大气层结稳定度指数分析

对流能否发生、发展，首先取决于大气层结的稳定状况。大气层结稳定度是由大气温度和湿度在铅直方向上的分布状况所决定的，它是判断对流能否发生、发展的最重要的因子。

判断大气层结稳定度的指标，有以下几种：

（1）TT指数。

TT=T850+Td850-2T500=2（T850-T500）-D850 ，其中D850= T850- Td850

T850和T500是850和500 hPa温度，Td850是850 hPa的露点温度。TT一般是探空曲线的拐点。当暖湿空气在对流中层的冷空气下面时，TT的值较大，可能会有剧烈的对流活动。

（2）沙氏指数（SI）。

SI=（T- T′）500

将850 hPa上的空气质点沿干绝热线上升到凝结高度后，再沿湿绝热线上升到500 hPa，以500 hPa上的环境温度减去该上升点的温度，所得的差数为沙氏指数。SI负值越大，大气层结越不稳定。

（3）K指数。

K=（T850-T500）+Td850-（T-Td）700

K指数计算式中第一项表示温度直减率，第二项表示低层水汽条件，第三项表示中层饱和程度。因此K指数可以反映大气的层结稳定情况。K指数越大，层结越不稳定。

8月12-14日的大气稳定度指数对比分析可以看出，白天由于边界层非绝热增温，层结会更不稳定。13日TT指数、K指数和高低层的假相当位温差都具有条件不稳定，TT指数由08时的0.9降至20时的-1.5，也标示大气层结不稳定（见表1）。12和14日大气层结条件不稳定，且14日08和20时的大气层结不稳定度均比12日的不稳定度大，这也是导致14日青岛部分地区出现暴雨-大暴雨的原因之一。

3.2 云图特征分析

卫星云图是由气象卫星自上而下观测到的地球上的云层覆盖和地表面特征的图像。利用卫星云图可以识别不同的天气系统，确定它们的位置，估计其强度和发展趋势，为天气分析和天气预报提供依据。在海洋、沙漠、高原等缺少气象观测台站的地区，卫星云图所提供的资料，弥补了常规探测资料的不足，对提高预报准确率起了重要作用。从红外云图来看，12日11时左右在鲁中南一带开始出现块状积云，之后再向东推进过程中受海风辐合线影响积云团迅速发展壮大，形成对流云团，范围加大，对流加强，午后到达青岛中北部，造成较强降水。13日中午对流云团沿着海风辐合线附近原地生消，稳定少动，最终在下午造成青岛地区的较强降水。14日上午山东地区上空云量较多，此时系统降水云团已到达鲁南并继续东移北上，中午前后受海陆风影响青岛沿岸地区有弱对流云团活动，但下午至夜间降水云团则为大尺度对流云团，是系统过程影响，持续时间较长。

3.3 雷达回波特征分析

雷达发射的电磁波遇到海风辐合线后，由于折射而形成平行于海岸线的窄带弱回波，它在雷达不同产品中表现出不同的特征。海陆风虽然只是由海陆温差引起的距海岸线几十公里的中尺度现象，但反过来又影响沿海地区的温度场、湿度场和风场的分布，从而影响沿海地区工农业生产的布局，对沿海地区的工农业生产具有重大意义。

8月12日-14日青岛处在不同的环流形势下，但这三天中低层都有弱的风切变。在这种地面海风辐合线与高空切变垂直迭置、高层辐散低层辐合的不稳定状态下，当伴随中层波动的正涡度平流东传逼近和叠置时，由于中低层系统的相互作用而使不稳定度、海风辐合进一步增强，促使海风辐合线发展北推从而触发产生强对流天气。分析青岛黄岛多普勒雷达反射率因子可以发现，低仰角（0.5°和1.5°）的基本反射率产品上，青岛东南沿海的海风辐合线形成阶段表现为平行于东南海岸线的块状回波，沿着海岸线几乎呈准静止状态（见图1a）；当北方有弱冷锋向青岛移动时，海风辐合线向内陆缓慢推进，在两条锋面之间产生强度高达55dBz的回波，宽度随着天气背景场的变化而变化。低仰角（0.5°和1.5°）的基本速度产品上，海风辐合线几乎呈准静止的零速度窄带回波，这是由于海风辐合线形成后，向内陆推进缓慢的缘故。

8月13日降水回波只是在海风辐合线原地生消，几乎没有移动，中低层切变导致的降水回波也在东移到辐合线附近减弱消失（见图1b）。12和14日海风辐合线在即墨、胶州、胶南、五莲一带生成后，不断有回波在原地生成发展，此后随着高空西风槽东移影响青岛地区，在两者之间的平度、胶州、高密、诸城一带不断有新的回波产生发展，12日新生成的回波与高空切变产生的回波合并发展，15-18时强降水回波一直维持在这一带，回波最高达55dBz左右，之后缓慢东移南下，最终在海风辐合线边界处减弱消失。相较之下，14日海风辐合线先触发对流，之后冷锋过境，转为系统性降水（见图1c）。

4 结语

该文以2008年8月12-14日青岛地区连续三天海风辐合线触发的对流性降水天气为例，利用气象观测、多普勒雷达和卫星云图等多种资料综合分析，得出以下结论：

（1）海风辐合线是一个边界层中尺度触发系统，在垂直结构上比较浅薄。

（2）单一的海风辐合线一般不产生对流天气，但当其与中低空系统叠加易使局地辐合加强，出现对流天气；当同时有弱冷锋南压时，海风辐合线则缓慢向内陆推进，往往在交汇地区产生对流天气。

（3）冷锋南压与海风辐合线交汇处易产生较强对流天气，若后期冷槽发展深厚则转为大尺度系统过境过程，对流不稳定能量积蓄爆发，易出现强对流天气。

参考文献

[1]Jeffreys，H..On the dynamics of wind[J].Quart.J. Roy.Meteor.Soc，1922，48：29-46.

[2]王彦，高守亭，梁钊明.渤海湾海风锋触发雷暴的观测和模拟分析[J].高原气象，2014，33（3）：848-854.

[3]庄子善，郑美琴，王继秀，等.日照沿海海陆风的气候特点及其对天气的影响[J].气象，2005，31（9）：66-70.

[4]山义昌，刘桂才，张秀珍，等.鲁北沿海强对流天气多发的成因及临近预报[J].气象，2003，29（11）：20-24.