飑线是排列成带状的多单体风暴(雷暴群), 通常是由若干个雷暴单体组成的中尺度强对流天气系统, 由于飑线的有组织性和不断有新对流单体的合并, 导致飑线雷暴系统强度变强和持续时间变长, 造成强对流灾害天气加重, 常形成暴雨、狂风和冰雹等严重灾害性天气, 因此长期以来对飑线及其造成雹暴天气的分析研究一直备受国内外气象学者的关注(Weisman et al, 2004; 庄薇等, 2010; Takemi, 2006; 吴海英等, 2013; 梁建宇等, 2012; 王秀明等, 2012; 陈涛等, 2013; 徐小红等, 2012; 廖晓农等, 2008; 刘勇, 2005; 金龙等, 2013)。

早在20世纪Fujita(1955, 1978)针对飑线的天气学特征进行研究, 发现环境垂直风切变是飑线发展演变的关键因子, 进一步研究表明一个大而强的对流单体或者飑线的一部分发展演变为弓形的由对流单体构成的带状时, 会产生下击暴流且最强的地面风出现在顶点处; 张沛源(1983)讨论了飑线雹暴形成发展阶段和稳定维持阶段的垂直流场特征, 指出在飑线雹暴不同发展阶段雹暴单体的流场有着明显的差别; Bluestein et al(1985, 1987)采用观测资料分析对流组织与环境条件的关系, 发现飑线的环境垂直风切变与飑线正交, 因此以上研究表明环境条件尤其环境垂直风切变对飑线发展和典型中尺度特征形成起到关键作用。近些年来, 随着探测手段和预报方法不断改进, 越来越多学者更加重视飑线演变规律及形成机制的研究, 取得的研究成果对飑线及其产生的强对流灾害天气准确预警预报起到积极作用, 郑媛媛等(2014)研究东北冷涡对江淮飑线生成的影响认为, 温压结构不对称、大气斜压性强时易产生雷雨大风、冰雹等强对流天气, 风垂直切变强和500~400 hPa西风急流与强对流天气的发生区域紧密相关; 伍志芳等(2014)指出冰雹、雷雨大风和短时强降水天气由飑线及飑线内超级单体风暴造成的, 产生于低层暖平流和中层冷槽共同作用的环境条件下, 风切变矢量随高度顺时针变化有利于飑线和飑线内超级单体的形成和发展; 陈明轩等(2012)认为低层环境垂直风切变和冷池相互作用是飑线过程维持发展和传播的关键机制, 而孙建华等(2014)进行水汽含量对飑线组织结构和强度影响的数值试验后表明环境场中不同的水汽含量和垂直分布, 会影响下沉气流和冷池的强度, 从而影响对流的组织形态、维持时间和强度, 路亚奇等(2016)进一步分析认为700 hPa与500 hPa温差、0~6 km垂直风切变等物理量指标对冰雹等对强对流天气潜势预报具有很好参考作用; 张建军等(2016)则认为飑线发展过程中会出现的动量、热量和水汽的再分配过程, 造成系统内垂直环流结构和扰动温湿场分布发生变化, 从而影响系统内部深对流的组织化过程和飑线强度的发展; 马中元等(2014)探讨了一次强飑线及飑前中小尺度系统特征, 认为飑线是由若干个倾斜深厚对流单体所组成, 具有紧密排列的回波带结构, 云图上表现为中尺度对流系统(Mesoscale Convective System, MCS)结构特征, 李哲等(2016)则认为在有利的环境条件下雷暴大风出现在飑线的强回波带、弓形回波前沿和线风暴之间断裂带上。

以上多数都是针对北方和平原地区飑线和雹暴形成成因及特征进行的研究, 地处低纬高原地区的云南强对流灾害天气形成地域差异大, 张腾飞等(2006, 2013)曾对夏季高层辐散和低层辐合、秋季副热带偏东风辐合流场下形成的强对流风暴系统进行过研究, 而南支槽是云南春季强对流灾害天气的主要系统, 形成飑线往往带来冰雹大风、短时强降水等强烈天气, 但南支槽飑线生成发展快, 预报预防难度大, 且以往研究相对较少, 因此利用自动站、FY-2E卫星、地闪及1°×1° NCEP再分析气象资料对南支槽影响下云南2014年4月5日和2016年4月19日春季两次飑线雹暴过程进行分析, 重点探讨低纬高原地区南支槽飑线演变中尺度特征及其影响因子。

2014年4月5日强对流雹暴天气过程发生在08:00(北京时, 下同)—20:00, 全省发生地闪6 086次, 从10 km×10 km面积上地闪频数分布[图 1(a), 该图及文中涉及的地图是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2016)2882号的中国地图和云南省标准地图服务网站下载的审图号为云S(2017)042号的云南地图制作, 底图无修改]看出, 地闪主要分布在滇中及以东以南地区, 最大地闪密度出现在玉溪市与峨山县交界(102.15°E, 24.35°N), 为0.4次·km^-2; 从08:00—20:00地面瞬时大于等于12 m·s^-1的最大风速分布[图 1(b)]来看, 全省56县站出现瞬时最大风速大于等于12 m·s^-1, 占全省站点的45%, 也主要分布在滇中及以东以南地区, 与主要雷暴区对应, 最大风速出现在13:00玉溪市峨山县, 为西偏南风29.0 m·s^-1; 相应自西向东先后在滇中及以南的勐海、普洱、墨江、易门、江川、屏边等县(市)局部发生冰雹灾害, 冰雹最大直径达18 mm, 且局地伴随短时强降水, 如13:00—14:00晋宁和墨江降水分别为11.0 mm和15.6 mm、15:00—16:00红河降水12.5 mm、19:00—20:00河口降水31.6 mm。

图 1(Figure 1)

图 1 2014年4月5日08:00—20:00(a, b)、2016年4月19日11:00—23:00(c, d)地闪密度(a, c, 单位: ×10-2次·km-2)和瞬时最大风速(b, d, 单位: m·s-1) Figure 1 The lightning spatial distribution (a, c, unit: ×10-2 times·km-2) and instantaneous maximum wind (b, d, unit: m·s-1) from 08:00 to 20:00 on 5 April 2014 (a, b) and from 11:00 to 23:00 on 19 April 2016 (c, d)

从2016年4月19日11:00—23:00强对流雹暴天气过程发生时段10 km×10 km面积上地闪频数分布[图 1(c)]看出, 地闪异常激烈, 全省发生地闪12 773次, 分布在25°N以南大部地区, 其中地闪频发出现在玉溪地区, 呈东西带状, 密度均超过0.6次·km^-2, 最大地闪密度在玉溪市与江川县交界(102.65°E, 24.25°N), 达1.2次·km^-2; 从11:00—23:00地面瞬时最大风速大于等地12 m·s^-1分布[图 1(d)]上看, 全省瞬时最大风速大于等于12 m·s^-1有86县站, 占69 %, 分布在除我省北部和南部边缘以外的大部地区, 与主要雷暴区也有较好对应关系, 但范围更广, 最大风速带在玉溪地区和红河地区北部, 其中19:16玉溪地区峨山县西北风达38.1 m·s^-1, 19:58红河地区建水县西南风达39.4 m·s^-1; 通过对比分析发现, 自西向东先后在盈江、潞西、施甸、腾冲、西盟、孟连、澜沧、红塔区、峨山等县(市)大风区和雷暴频发区局部出现强对流冰雹和短时强降水天气, 最大冰雹直径9 mm, 如梁河14:00—15:00降水12.2 mm、安宁19:00—20:00降水16.1 mm、玉溪19:00—20:00降水10.4 mm和屏边22:00—23:00降水22.8 mm。

从两次雹暴天气过程飑线过境降雹代表站气象要素变化(表 1)更清楚看到, 2014年4月5日玉溪地区江川县7个乡镇局地发生雷暴、冰雹、大风等强对流天气, 13:31江川县地面瞬时偏西风达18.7 m·s^-1, 13:00—14:00偏南风突转为偏西风, 气温突降10.2 K、相对湿度猛增47 %, 并出现7.2 mm短时降水; 2016年4月19日玉溪地区峨山县6个乡镇局地也出现雷暴、冰雹、大风等强对流天气, 19:16峨山县西北风高达38.1 m·s^-1, 19:00—20:00偏西风突增后转偏东风, 气温突降8.6 K、相对湿度猛增36 %, 并伴随19.6 mm的短时强降水。

表 1(Table 1)

表 1 飑线影响降雹站温湿风气象要素变化 Table 1 The variation of meteorological factor of hail shooting stations with squall line influencing 日期 站点 极大风速 /(m·s-1) 时间 温度变化 /K 相对湿度变化 /% 小时降水量 /mm 风向变化 时间段 2014-04-05 江川 18.7 13:31 -10.2 47 7.2 东南风转偏西风 13:00—14:00 2016-04-19 峨山 38.1 19:16 -8.6 36 19.6 偏西风转偏东风 19:00—20:00

表 1 飑线影响降雹站温湿风气象要素变化 Table 1 The variation of meteorological factor of hail shooting stations with squall line influencing

因此, 2014年4月5日和2016年4月19日南支槽飑线自西向东影响云南, 发生强对流雹暴天气过程, 且飑线经过处风向急转、风速剧增、气温骤降、相对湿度剧增, 导致强烈雷暴及局地冰雹、大风等强对流灾害天气发生, 说明飑线雹暴系统过境会引起强下沉气流及强的水平风速、湿度和温度切变。

2014年4月5日08:00 700 hPa [图 2(a)]南支槽位于93°E附近, 槽前大于等于12 m·s^-1西偏南急流主要在云南南部地区, 最大风速在14 m·s^-1左右, 在500 hPa环流场[图 2(b)]上南支槽位于96°E附近, 超前于700 hPa, 槽前大于等于12 m·s^-1西偏南急流控制云南大部地区, 大部地区风速大于等于18 m·s^-1, 最大风速大于22 m·s^-1, 500 hPa上的风速大于700 hPa, 形成高低层间强的垂直风切变。分析2016年4月19日08:00 700 hPa[图 2(c)]和500 hPa[图 2(d)]发现, 两层南支槽几乎同位相, 都位于92°E—93°E附近, 但急流强度和范围强过前一次过程, 这也是此次雹暴天气过程更强的原因, 500 hPa槽前大于等于12 m·s^-1偏西急流几乎控制整个云南, 大部地区风速大于等于20 m·s^-1, 最大风速达30 m·s^-1左右, 700 hPa槽前大于等于12 m· s^-1偏西急流控制除北部和南部边缘外的云南大部地区, 大部地区风速达18 m·s^-1, 最大风速超过27 m·s^-1左右, 同样500 hPa高度上风速明显大于700 hPa, 两层间也存在垂直风切变。分析500 hPa环流形势还发现, 两次过程北方青藏高原都有低槽活动, 其中2014年4月5日08:00低槽已经东移到四川西部到云南西北边缘, 2016年4月19日08:00低槽位于西藏东部, 随着低槽东南移引导北方冷空气入侵云南, 这可能也是后一次过程雹暴偏晚一点发生的原因。

图 2(Figure 2)

图 2 2014年4月5日(a, b)和2016年4月19日(c, d)08:00 700 hPa(a, c)和500 hPa(b, d)环流形势(等值线, 单位: dagpm) 阴影区表示风速大于等于12 m·s-1, 由浅到深间隔2 m·s-1, 箭头表示水平风方向 Figure 2 The 700 hPa (a, c) and 500 hPa (b, d) circulation pattern (contour, unit: dagpm) at 08:00 on 5 April 2014 (a, b) and on 19 April 2016 (c, d).The shaded area are wind velocity≥12 m·s-1 and the interval is 2 m·s-1 from the low to the deep shadow, arrows mark the horizontal direction of the wind

可见, 南支槽前偏西急流对强对流雹暴的形成起到重要作用, 其强弱是导致两次雹暴天气过程强度和影响范围存在差异的原因之一, 雹暴天气出现在500 hPa与700 hPa两层南支槽前的偏西风急流的耦合区内, 南支槽前高低空急流为强对流雹暴的形成提供水汽条件的同时, 相互耦合导致强垂直风切变形成和高空急流右侧的辐散上升运动叠加在低空急流左侧的辐合上升运动上, 加强上升运动为强对流雹暴提供动量条件(丁一汇, 1991), 同时500 hPa青藏高原低槽东南移引导北方冷空气入侵, 为强对流雹暴的形成提供对流不稳定条件, 而500 hPa南支槽超前于700 hPa会形成随高度向前方倾斜的前倾槽, 导致中层槽后干冷空气叠置于低层槽前暖湿空气之上, 进一步加强对流不稳定条件。

环境水平风方向和风速的垂直切变大小与形成的风暴强弱密切相关, 垂直风切变增强往往会导致风暴的进一步加强和发展(俞小鼎等, 2006)。沿两次强对流雹暴过程的冰雹和大风区中心区(24.5°N)作水平风垂直剖面[图 3(a), (b)], 经过500 hPa与850 hPa水平风矢量差的合成再除以两层高度差计算得到垂直风切变, 并制作垂直风切变水平分布[图 3(c), (d)]。

图 3(Figure 3)

图 3 2014年4月5日(a, c)、2016年4月19日(b, d)08:00沿24.5 °N的水平风垂直剖面(a, b, 等值线, 箭头表示水平风方向, 单位: m·s-1)和500 hPa与850 hPa垂直风切变(c, d, 单位: ×10-3 s-1) Figure 3 The horizontal wind vertical section on 24.5 °N (a, b, contour, arrows mark the horizontal direction of the wind, unit: m·s-1) and vertical wind shear between 500 hPa and 850 hPa (c, d, unit: ×10-3 s-1) at 08:00 on 5 April 2014 (a, c) and on 19 April 2016 (b, d)

从雹暴天气发生前水平风垂直剖面上可以看出, 2014年4月5日08:00[图 3(a)]在云南雹暴发生区域(100°E—105°E)750 hPa以下低层盛行偏南风, 之后风向随高度顺转到600 hPa附近的偏西风, 再逐渐逆转到高层200 hPa附近的西南风, 表明低层存在暖平流、高层存在冷平流, 且200 hPa以下风速均随高度增加, 由850 hPa附近风速小于2 m·s^-1逐渐增加到200 hPa附近最大达62 m·s^-1, 且低层800~650 hPa之间等风速线相对密集, 风速由4 m·s^-1增加到大于等于20 m·s^-1, 而从400~200 hPa等风速线更加密集, 风速迅速由22 m·s^-1增加到最大62 m·s^-1, 表明此次雹暴过程高层和低层均存在较大垂直风切变且高层较强。2016年4月19日08:00 [图 3(b)]在云南雹暴发生区域(98°E—105°E)750 hPa以下盛行西南风随高度顺转到700 hPa以上一致的偏西风, 表明低层存在暖平流, 同时低层800~750 hPa等风速线相当密集, 风速由800 hPa附近4 m·s^-1到750 hPa迅速增大到大于等于18 m·s^-1, 且在650~350 hPa之间风速保持24~30 m·s^-1, 表明雹暴区上空为深厚的强偏西风急流带控制且低层存在较强的垂直风切变。

进一步分析两次雹暴过程850~500 hPa之间垂直风切变分布发现, 2014年4月5日08:00 [图 3(c)]除滇西北边缘外云南区域内垂直风切变大于等于3×10^-3 s^-1, 滇中以南地区达4×10^-3~5×10^-3 s^-1, 之后的雷暴、冰雹、大风、短时强降水等强雹暴天气正是在这些区域发生; 2016年4月19日08:00 [图 3(d)]云南区域内垂直风切变更大, 除滇西北和滇东北边缘外云南垂直风切变大于等于5×10^-3 s^-1, 也与发生的强雹暴区对应, 最强垂直风切变出现在南支槽前缘滇西地区达6×10^-3 s^-1, 这也是导致此次雹暴过程较强的原因。

因此, 垂直风切变的强弱影响雹暴的组织和发展, 风向随高度顺转或者先顺转再逆转, 低层存在暖平流或者低层存在暖平流高层存在冷平流, 利于产生对流不稳定而导致强对流雹暴天气发生, 且风速随高度增大, 形成高空深厚强急流带和强垂直风切变, 一方面动量下传作用会导致产生地面大风, 另一方面导致中高层强斜压性加大和对流上升运动增强, 进而促使强对流雹暴增强, 尤其中低层间强垂直风切变更加影响雹暴的组织和发展, 可对雷暴、大风、冰雹等强对流天气有较好预示性, 强对流雹暴天气与中低层垂直风切变强弱有较好对应关系, 发生在垂直风切变大于等于3×10^-3 s^-1的区域, 其越大雹暴系统发展越强, 这也是后一次雹暴过程更强和影响范围更广的原因之一。

分析两次过程中层500 hPa(图 4)温度发现, 2014年4月5日08:00 [图 4(a)]从青藏高原东部、四川西部到我省西部形成南—北向冷区, 冷中心在滇西北香格里拉和怒江一带, 最低温度达258 K, 说明冷空气经过西藏东部和四川西部从滇西北南下影响云南, 此时飑线形成前期对流积状云团开始在滇西发展, 14:00 [图 4(b)]冷区范围东扩, 控制整个云南, 这也是北方低槽东移引导北方冷空气东移的结果, 对应弓形飑线的发展强盛阶段, 在滇中产生大风、强烈雷暴和局地冰雹天气; 2016年4月19日08:00 [图 4(c)]冷区从西藏东南部伸向云南西部, 呈西北—东南向分布, 这与北方低槽还在西藏东部有关, 冷空气是经过西藏东南部从滇西北东南移影响云南的, 冷中心在滇西北怒江地区, 最低温度为263 K, 14:00 [图 4(d)]随着西藏东南部低槽东南移, 引导冷区南移, 冷中心到滇西德宏和保山地区, 随后形成飑线前期的逗点云系多单体风暴影响滇西, 产生强烈雷暴大风天气并在德宏州的盈江、潞西和保山的腾冲、施甸等局部地区发生灾害性冰雹天气, 20:00(图略)冷区继续东南移到我省中部及以南地区, 滇中到滇西南温度低于265 K, 最低保持263 K, 与飑线发展影响造成滇中及以南的雹暴区域一致, 可见中层冷空气影响飑线的形成和发展。

图 4(Figure 4)

图 4 2014年4月5日08:00 (a)、14:00 (b)和2016年4月19日08:00 (c)、14:00 (d) 500 hPa温度(单位: K) Figure 4 The 500 hPa temperature at 08:00 (a) and 14:00 (b) on 5 April 2014, and at 08:00 (c) and 14:00 (d) on 19 April 2016. Unit: K

分析低层850 hPa(图 5)温度发现, 2014年4月5日08:00(图略)和2016年4月19日08:00(图略)温度场分布非常相似, 除滇东北和滇西北外, 我省大部受南方暖平流影响为温度暖脊控制, 温度分别在286 K和290 K以上, 滇西到滇西南为暖平流前缘, 因此滇西中层为北方冷空气入侵而低层为南方暖气团控制形成上冷下暖的大气层结强烈不稳定, 导致滇西强对流云团首先发展; 14:00 [图 5(a), (b)]低层暖平流加强和地面加热的作用, 云南基本都是294 K以上暖区控制, 范围扩大和强度加强, 最高温度分别达297 K和301 K, 具有较高的能量条件, 且上冷下暖的大气层结强烈不稳定加剧。进一步分析850 hPa与500 hPa温差T_(850-500)分布发现, 两次过程08:00温差都具有西高东低的特征, 除滇东北外云南T_(850-500)分别为26~29 K和24~27 K, 其中前一次过程滇西到滇西南边缘达27~29 K, 较强的不稳定导致对流云团首先在滇西生成发展起来, 14:00 [图 5(c), (d)]云南大部T_(850-500)分别达32~38 K和29~36 K, 两层温度差加大, 从而使大气层结不稳定度加大, 导致飑线强烈发展和强对流雹暴天气产生。

图 5(Figure 5)

图 5 2014年4月5日(a, c)和2016年4月19日(b, d)14:00 850 hPa温度(a, b)和T(850-500)(c, d)(单位: K) Figure 5 The 850 hPa temperature (a, b) and T(850-500) (c, d) at 14:00 on 5 April 2014 (a, c) and 19 April 2016 (b, d). Unit: K

因此, 500 hPa低槽东南移引导北方冷空气南下, 入侵云南形成冷区叠加在低层850 hPa南方暖平流和地面辐射强烈加热共同作用下的暖脊(暖区)上, 形成中层冷空气入侵和低层暖脊控制的上冷下暖大气强烈不稳定, 是飑线发展和强对流雹暴发生的重要条件, 尤其中层冷空气影响飑线的形成和发展, 雹暴天气主要发生在T_(850-500)≥27 K的强烈不稳定区域内, 当T_(850-500)≥29 K时雹暴天气更强烈, 且与中层冷空气移动路径和范围密切相关。

2014年4月5日08:00 [图 6(a)]南支槽云系影响滇西德宏、保山和临沧地区, 其上有型式不规范、中低云组成对流积状云区, 临沧西部对流云相当黑体亮度温度(Black Body Temperature, TBB)最低达237 K, 伴有雷暴天气, 1 h发生地闪41次; 12:00(图略)南支槽云系快速东移到楚雄和普洱, 由于上冷下暖的强烈不稳定和强烈垂直风切变导致局部对流云团发展快, TBB达231 K, 雷暴活动增加, 1 h发生地闪291次; 13:00 [图 6(b)]飑线东移到楚雄东部、昆明南部、玉溪和普洱, 由于后侧中层冷平流的侵入和高空急流的作用发展形成逗点状对流云系, TBB达230 K, 滇中一带的大风、局地冰雹和短时强降水等强对流强雹暴天气开始; 14:00—15:00 [图 6(c), (d)]继续东移到曲靖、红河北部和普洱东部, 不断加强, TBB最低达226 K, 逐渐形成长约250 km结构密实、不均匀、对流强盛、向下风方凸起的弓形飑线, 雷暴天气强盛, 1 h发生地闪1 156次, 沿途产生大风且风向突转、相对湿度突增和温度突降现象, 并在普洱市翠云区、墨江、玉溪市易门、江川等县区局部降冰雹和局地产生短时强降水; 17:00—19:00 [图 6(e), (f)]飑线东移经过曲靖和红河宽度增大且扩散分裂减弱, 逐渐失去飑线特征, TBB上升, 雷暴天气减弱, 1 h发生地闪次数减少到491次, 开始以产生短时强降水为主, 河口19:00—20:00降水达31.6 mm。

图 6(Figure 6)

图 6 2014年4月5日对流积状云-逗点状云系-飑线演变卫星云图和前1 h地闪叠加(单位: K) 红色“+”和蓝色“-”分别表示正、负地闪 Figure 6 Satellite picture stacked with lightning before 1 h during evolvement from convective cumulonimbus, comma cloud to squall line on 5 April 2014. Unit: K. Red "+" and blue "-" represent positive and negative CG lightning, respectively

2016年4月19日14:30南支槽前生成的对流单体已东移进入滇西德宏州, TBB达216 K, 1 h发生228次地闪, 15:30 [图 7(a)]快速东移经过保山和德宏, 具有逗点状云系特征, 产生强烈雷暴和局地大风天气, 1 h发生430次地闪, 德宏州的盈江、潞西和保山的腾冲、施甸发生灾害性冰雹灾害, 并在梁河14:00—15:00出现12.2mm短时强降水; 16:30—18:30 [图 7(b)~(d)]逗点云系南段的对流云团不断生成和合并, 形成中段向前凸起由多个对流单体云团组成的弓形飑线, 飑线逐渐扩大, TBB逐渐下降至211 K, 具有不均匀结构, 说明飑线上各对流单体发展不一致且移速不一致, 容易产生大风冰雹等强对流灾害天气, 地闪逐渐增加, 1 h地闪发生次数分别为293, 491和1 024次, 东南移过大理南部和临沧到达楚雄南部、普洱和玉溪西部, 造成普洱市的西盟、澜沧、孟连等局部发生冰雹大风灾害; 19:30 [图 7(e)]在玉溪地区境内飑线中段的弓形部位雹暴云团合并发展强盛, TBB达205 K, 1 h发生3 843次地闪, 雷暴天气达最强盛阶段, 沿途也发生风向突转、相对湿度突增和温度突降现象, 红塔区、峨山等局部地区出现冰雹大风天气, 同时安宁19:00—20:00降水16.1 mm、玉溪19:00—20:00降水10.4mm等局部地区发生短时强降水; 20:30—23:30 [图 7(f)~(i)]逐渐失去飑线特征, 对流云团之间相互弥合以及对流与高层云砧的相互融合, 先后演变出两个MCC, TBB保持在较低值201~205 K之间, 但地闪逐渐减少, 地闪由1 h发生1 334次减少到1 h发生411次, 影响文山州和红河州主要产生短时强降水, 如屏边22:00—23:00降水达22.8 mm。

图 7(Figure 7)

图 7 2016年4月19日逗点状云系-飑线-MCC演变卫星云图和前1 h地闪叠加(单位: K) 红色“+”和蓝色“-”分别表示正、负地闪 Figure 7 Satellite picture stacked with lightning before 1 h during evolvement from comma cloud, squall line to MCC on 19 April 2016. Unit: K. Red "+" and blue "-" represent positive and negative CG lightning, respectively

由此可见, 两次南支槽云系不断发展演变成飑线自西向东影响云南约12 h, 首先上冷下暖的强烈不稳定和强烈垂直风切变导致南支槽云系局部对流快速发展形成对流积状云区, 其次由于后侧中层冷平流的侵入和高空急流的动量下传作用进一步促进飑线形成和发展, 其上对流单体发展和移速不一致, 逐渐发展形成逗点状对流云系和弓形飑线, 具有结构密实、不均匀、对流强盛、向下风方凸起等特征, TBB降低和地闪增加, 产生风向突转、相对湿度突增和温度突降现象, 这可能与中尺度湿绝热下沉运动的发展和小尺度的下击暴流有关(李鸿洲等, 1999), 且温度骤降和强下沉气流会造成感热通量增加, 飑线雹暴区风速和温度切变的产生会造成大尺度涡旋能量增大, 可能会导致飑线雹暴系统增强, 这与张新科等(2017)研究结果一致, 从而导致强对流雹暴灾害天气发展且越来越激烈, 最后随着飑线上对流云团之间相互弥合以及对流云团与高层卷云砧的相互融合演变为MCC或扩散分裂减弱, TBB上升和地闪减少, 以产生短时强降水为主。

(1) 南支槽前的高低空偏西急流不仅为强对流雹暴的形成提供水汽条件, 而且相互耦合导致强的垂直风切变和高空急流右侧辐散上升运动叠加在低空急流左侧辐合上升运动上, 促使上升运动加强为强对流雹暴提供动量条件, 雹暴发生在500 hPa和700 hPa两层南支槽前的偏西急流耦合区内, 且南支槽前偏西急流强弱是导致两次雹暴天气过程强度差异的原因之一, 急流越强和范围越大, 雹暴过程越强和影响范围越广。

(2) 高空深厚强急流带以及风向随高度顺转或者先顺转再逆转和风速随高度增大的强垂直风切变一方面通过动量下传作用产生地面大风, 另一方面在产生对流不稳定的同时, 导致中高层强斜压性加大和对流上升运动加强, 促使雹暴发展, 尤其中低层强垂直风切变更影响雹暴的组织和发展, 强对流雹暴发生在中低层垂直风切变大于等于3×10^-3 s^-1区域, 其越大雹暴系统越强, 这也是导致两次雹暴过程强度差异的原因。

(3) 中层500 hPa青藏高原低槽东南移, 引导冷空气南下导致中层冷空气入侵和槽后冷空气叠置于低层850 hPa暖平流和地面辐射加热共同作用下的暖空气上, 形成中层冷空气入侵和低层暖脊控制的上冷下暖大气强烈不稳定, 为强对流雹暴发生发展提供重要的对流不稳定条件, 雹暴均发生在T_(850-500)≥27 K的强烈不稳定区域内, 且与中层冷空气影响区密切相关。

(4) 南支槽云系经过不断发展演变成飑线雹暴自西向东影响我省, 上冷下暖的强烈不稳定和强烈垂直风切变导致局部对流发展形成对流积状云区, 后侧中层冷平流的侵入和高空急流的动量下传作用进一步发展形成逗点状对流云系和弓形飑线, 具有结构密实、不均匀、对流强盛、向下风方凸起等特征, 产生风向、风速、相对湿度和温度突变, 造成感热通量增加和大尺度涡旋能量增大, 导致飑线雹暴系统进一步增强, 产生雷暴、大风、冰雹等强烈对流天气。