引言

飑线是一种带(线)状的中尺度深厚对流系统，是非锋面的或狭窄的活跃雷暴带，其水平尺度通常为几百千米，典型生命史约6～12小时^[1]。镶嵌在飑线中的强雷暴常常引起局地暴雨、冰雹、大风等灾害天气。多年来，利用常规气象、多普勒雷达和卫星资料对飑线的激发机制和所导致的强对流天气特征开展了不少研究^[2-6]。山东也是飑线灾害性天气频繁发生地区，2005年7月12日，受东北低涡横槽转竖的影响，山东省中西部出现了一次以雷雨大风和冰雹为主的飑线过程。自11时(北京时，下同)左右开始至15时，高唐、禹城、齐河、济南、莱芜、博山、沂源等地先后出现了雷雨大风或冰雹。阵风风力都在8级以上，其中沂源站风力最大达到了11级(瞬时最大风速29.2m·s^-1)。莱芜市辛庄镇的冰雹直径达到了25mm，地面积雹最多处达30～40mm。这次过程给受灾地区带来了巨大的经济损失，仅沂源县的直接经济损失就达1.5亿元。

本文以自动站观测资料为主，结合NCEP/NCAR(1°×1°)再分析资料和雷达监测资料，分析了这次较长生命史飑线过程的大尺度天气背景及中小尺度特征，着重讨论满足大尺度物理条件下的地面中尺度物理场变化与飑线的发生发展的关系。

1 天气背景

2005年7月8—11日，东北地区一直维持一个低涡，在该低涡后部，西风带高压脊逐渐加强并向东北方向发展，低涡中心南移且减弱，低涡中心西部有横槽生成。12日08时，低涡中心减弱消失，山东500hPa(图 1a)和700hPa处于西北偏西气流控制之下，850hPa(图 1b)及以下对流层低层，在河北、河南与山东交界处有一气旋式的风向切变线，山东的中西部地区为弱的西南风。14时，山东500和700hPa基本被西北气流控制，850hPa及以下层次为西南风。因此，低涡西部横槽旋转南下，形成东北—西南向的低槽，山东位于槽区。受旋转横槽影响，山东中西部产生强对流天气。本次飑线过程就是在横槽转竖的天气背景下发生的。飑线发生前没有形成低空急流，这和以往一些研究结果不太一致^[7-10]。

分析变温场发现，强对流天气出现前期，章丘探空站12日08时850hPa 24小时变温为+2℃，500和700hPa为负变温(-1℃)，表明对流层低层增温明显，对流层中高层有冷空气扩散侵入。同时，500hPa较强的西北气流与850hPa弱的西南气流形成了较强的垂直风切变。这种低层升温、高层降温的温度场结构和高低空风的垂直切变所造成的温度差动效应有利于强对流天气的雏形。

2 飑线概况

本次飑线过程自西向东影响山东中西部地区，飑线出现当日，泰安(36.10°N、117.06°E)、莱芜(36.15°N、117.39°E)和沂源(36.11°N、118.09°E)等站都出现了气压陡升、风速剧增及气温陡降的不连续变化。以莱芜站为代表分析这次过程中各要素的变化情况。图 2a和2b是2005年7月12日06—20时莱芜站(气)温、(气)压、风及雨量的变化，对比分析飑线过境前后要素的变化情况发现：飑线过境时，气温、气压和风速的变化都超前于强降水，温度在强降水前开始降低，由28.6℃(13时)降到24℃(14时)，15时温度降到最低(18.9℃)；气压在强降水前开始升高，强降水发生时气压涌升到最高(1007.6hPa)，之后气压迅速下降，形成了明显的“雷暴鼻或气压鼻”；风速的增大也超前于强降水，由2m·s^-1(13时)的东南偏南风转为8.6m·s^-1(14时)西北风。这也证明了该飑线的前冲冷流与强降水是有一定间隔的。这与漆梁波等^[11]的研究结果相似。

3 飑线的垂直结构

分析12日08时w, v-w与θ_se沿118°E的垂直剖面图(图略)发现，35.5°～38°N之间有弱上升气流，并且随高度向北倾斜，和330K的高能舌基本重合，上升中心位于750～800hPa之间，中心强度为0.05m·s^-1。700hPa以上层为一致的北风，北风在35°N附近下沉和弱上升气流形成一垂直环流圈。

图 3是14时三要素沿118°E的垂直剖面图，可以看出，低层850hPa以下有一支较强的偏南气流在飑线前部倾斜上升，偏南风随高度有风速切变，在36°～38°N之间形成了强盛的上升气流，中心位于地面37°N附近对流层300～500hPa之间，中心值为0.75m·s^-1，高能舌较前一时刻伸展高度增强。因此，上升气流携带低层高湿能的空气输向对流层。飑线前部，部分上升气流在450～500hPa之间向南辐散，在32°N附近倾斜下沉，构成一垂直环流圈。分析12日08时, (36°N、117°E)格点的纬向风垂直变化(图 3b)发现，200hPa(约12km)处有44.1m·s^-1的强西风，这样强的纬向风垂直切变有利于动量下传和扰动发展，飑线后部的垂直环流也反映了这一点，从图 3a可以发现自250hPa到地面为一致的倾斜下沉气流，将高层动量传到对流层低层，并且在上升运动中心下部，距离地面上升区北部约100km处，自900hPa至地面形成0.1m·s^-1下沉运动中心区，下沉气流在40°～41°N之间激发出新的弱上升气流，和下沉运动形成一弱的闭合环流圈。

根据地面报告显示，辛庄镇(莱芜东14km左右)在13时30分和14时16分之间出现了冰雹和雷雨大风等灾害性天气，极大风速22.4m·s^-1。它的形成可以解释为在飑线后部的降水区中，由于湿绝热下沉运动的发展、质点的蒸发冷却和融化，边界层出现剧烈降温(图2a)，从而产生了一个相对冷的空气堆，冷堆中的空气在垂直方向气压梯度及风暴中下沉气流的驱动下冲向地面，向南的冷出流快速嵌入暖入流的下部，导致两者之间的密度锋区抬升并加速了入流，触发和加强上升气流。这样具有较高动量的空气下沉至地面向外辐散，及冷暖流之间密度锋区的抬升，使得上升气流及飑线后部地面辐散区中的风场大大加强，从而导致地面强风和冰雹的形成。

4 飑线的传播特征 4.1 雷达资料分析

利用济南齐河多普勒雷达(经纬度为36.81°N、116.78°E，海拔高度72.9m，探测范围230km)探测资料，分析中尺度系统发生演变的活动规律。从组合反射率(CR)因子演变可知，12日08—09时，对流云团不断地从河北南部移入山东，在移动过程中伴有对流云团的生消。10时13分，在雷达站西偏北80km处有新的短对流云带A产生，150km处有一片对流回波B。到11时02分，回波A发展加强并基本呈东西向，回波B生消发展得很快，演变成一强对流风暴。11时32分，回波B的南面有新生回波生成。12时02分，A、B两回波连在一起(图 4a，见彩页)，回波B减弱，回波A继续加强并且其西端出现弯曲的强中心，回波中心强度达68dBz，弓状回波开始发展。同时，在回波A和回波B南面新生回波的后部形成明显的出流边界，出流边界的后侧不断有对流回波产生。12时32分(图 4b，见彩页)，B回波继续减弱，新生的对流单体和A回波形成一半圆弧形的不连续强回波带。13时21分(图 4c，见彩页)，弧形回波带连成一片，其南部即东西向的回波移动缓慢，回波带的北部迅速转为南北向，后侧出现入流槽口，成为典型的弓状回波，最大回波强度达70dBz。13时57分，弓状回波北部逐渐减弱，回波强度降低，中心强度达63dBz。14时03分至14时21分，弓状回波演变成逗点云系。此后，逗点云系的头部回波强度逐渐减弱，整个回波带呈东北—西南向(图 4d，见彩页)，并向山东东南方向移动。

4.2 飑线的传播

飑线发展过程中，地面流场上始终有一条明显的β中尺度的地面辐合线随之东南向移动，是飑线在边界层的表现。11时(图略)东北—西南向弱辐合线(A)位于聊城到河北与河南交界处，12时(图略)演变成近似东西向，长度约150km，与雷达站西侧东西向强回波带相对应，此时在淄川—临淄—莱州湾沿岸生成另一条地面辐合线(B)，对应着雷达站东侧南北向的回波带，地面上有雷阵雨天气出现。13时(图 5a)A辐合线东西向继续加强东延到肥城南部，东西长度约220km，B辐合线在青州、寿光附近断开，北段(C)主要在莱州湾附近，南端(D)位于淄川南部到莱芜，呈东北西南向。A、D辐合线之间(莱芜—泰安)有一气旋性弯曲。从散度场来看，地面辐合中心略超前于地面辐合线，说明系统未来继续加强，辐合中心位于菏泽北部，强度为-8.7×10^-5s^-1。14时(图 5b)A、D辐合线合并成一弧形的辐合线(邹平—新泰—东平)，地面气流在莱芜、沂源、新泰之间(13时气旋性弯曲东侧)汇合。研究散度场发现，地面辐合中心位于东平东部，强度为-2.19×10^-4s^-1，较前一时刻增强了1个量级，并略滞后地面辐合带。值得注意的是13和14时的辐合中心和地面强天气区并不重合，辐合中心位于飑线的尾部。此后，降水拖曳和雷暴小高压形成的出流边界推动弧形辐合线继续东移，15时(图略)地面辐合线断裂，一段位于蒙阴的东侧(E)，一段位于平邑—邹县—济宁一带(F)，辐合强度较前一时刻减弱，中心值为-1.0×10^-4s^-1。16时(图略)F辐合线南移过程中西段减弱消失，东段和E合并，造成莒南、临沂、苍山一带的雷雨大风。之后，辐合线继续减弱向东南方向移动，造成鲁东南和鲁南南部的一般性雷雨天气。

地面流场变化表明，当飑线发展并向前传播时，旧辐合线的移动、分裂或合并，触发新辐合线的生成，而且分析地面散度场发现，飑线传播过程中散度场呈现一系列正负相间的结构特征，从而表现出一定的波动特征^[12]，这种波动特征在飑线经过站点及其附近站点地面1小时变压扰动场(图略)上表现最为明显，与文献[13]中提到的飑线传播过程中伴随有重力惯性波发展相似。

4.3 地面中尺度特征

分析地面气压场发现，12日11时以前，聊城附近开始有倒槽发展，禹城北侧和泰安附近有雷暴小高压生成，中心强度为1007.5hPa。12时，倒槽南移并发展加强，在泰安附近雷暴小高压阻挡下，倒槽分叉成两部分，其主体从菏泽延伸到济南的长清；另一部分位于济宁到博山一带，禹城附近雷暴小高压南移到高唐南部，中心强度为1006.5hPa，其后部尾随着一强度为1005hPa的中尺度低压。13时(图 6a)，地面倒槽合并加强，从鲁西南到莱芜为狭长低压带，低压带在泰安东南部有气旋性凹陷，其顶端位于博山、章丘附近，中心位于梁山和汶上之间，强度为1003.5hPa。泰安和高唐的雷暴高压合并，中心东移到济南长清的东部，强度为1007.7hPa，其后部紧随着强度为1004.5hPa的中尺度低压，雷暴高压和前后低压间的气压差达3.2～4.2hPa，较前一时刻增强。14时雷暴高压南移过程中由近似圆形变为东西向椭圆形(图 6b)，中心位于肥城附近，中心值为1007.9hPa，强度较上一时刻加强0.2hPa，莱芜附近为东伸高压坝(13时低压带气旋性凹陷附近)，高压坝顶端对着沂源方向，高、低压间的气压差达2.7～4.4hPa，低压带在高压坝作用下断开。15时高压前的低压带减弱，低压中心强度为1004hPa，高压中心位于新泰附近，数值为1007.5hPa，高低压之间的水平气压梯度较前一时刻减弱。16时，低压带减弱为地面倒槽，位于临沂东南部，雷暴高压南移过程中分裂形成两个中心。

分析地面1小时间隔的自动站观测雨量发现，11时，地面降水主要分布在鲁西地区，以雷雨或阵雨为主，量级一般低于5mm，且降水区分布在地面气压的高值区。12时雨强增强，中心强度达22mm·h^-1，落后于高压中心约37km左右。13时地面降水范围扩大，降水中心移到长清附近，为17mm·h^-1，滞后地面中尺度高压中心约56km。14时降水范围继续扩大且强度达到最强，中心位于泰安附近，强度达40.5mm·h^-1，此时降水中心略超前于气压中心，且位于中尺度高压的东部靠近高压坝的方向。根据地面降水和地面气压场的配置情况来看，飑线的前冲冷流与强降水是有一定间隔的，再次验证了第一部分的分析结果。15时，降水范围继续东移，中心位于沂源附近，雨强为22mm·h^-1。16时，降水强度减弱，为一般性的雷阵雨，降水区分布在地面气压的高值区。

5 结论

(1) 本次飑线过程是在横槽旋转南下的天气背景下发生的。高低层的变温及温度的差动效应有利于强对流天气的产生。

(2) 飑线的垂直运动表明，飑线前部对应着一支强盛的上升气流，飑线后部是下沉气流，下沉气流将高层高动量的空气携带到低层，下沉至地面向外辐散，使得飑线后部地面辐散区中的风场大大加强。

(3) 飑线发展并向前传播时，旧辐合线的移动、分裂或合并，触发新辐合线的生成。地面辐合带的走向和摆动与回波带位置基本一致，在辐合带合并，辐合强度不断增强和范围不断扩大之后，天气也就愈激烈。飑线传播过程中散度场和1小时变压场呈现重力波性质的波动特征。

(4) 飑线发展时期，地面辐合中心超前于地面辐合线，相反，地面辐合中心落后于地面辐合线，地面辐合线前部常伴有扰动气压小于-1hPa的中低压。强天气处在扰动辐合中心后部，而辐合中心则位于扰动低压带后，中高压主要出现在辐散中心前，有时还可以看到中高压后部的尾随低压。中尺度高、低压的发生发展与散度场和天气密切相关，有时由高、低压也能较好地反映出强天气的先兆。