2007年8月8日我国华南沿岸一次热带气旋前 飑线的观测研究外文翻译资料

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2007年8月8日我国华南沿岸一次热带气旋前

飑线的观测研究

ZHENG Teng-fei (郑腾飞), HUANG Jian (黄 健), WAN Qi-lin (万齐林), LIU Xian-tiong (刘显通), YU Xin (于 鑫)

（1.广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室，CMA，广州 510080，中国；2.广东省气象台/广东省区域数值天气预报重点实验室，CMA，广州 510080，中国）

摘要：2007年8月8日，在我国华南地区珠江三角洲以西至湛江之间，即热带气旋帕布的前部发生了一次飑线过程。本文对飑线的发展、结构和环境条件进行了研究，特别关注了这次飑线与热带气旋帕布可能存在的联系。本文采用了地面观测资料、多普勒雷达资料和风廓线雷达资料。下面是我们研究分析得出的六个主要结论：（1）该飑线是由单个对流单体逐渐发展而来的，陆风可能是飑线形成的原因。（2）飑线的路径和强度受环境条件的改变而变化。本次飑线沿海岸线传播，且与周围的陆地和海洋区域相比，它的强度在海岸线的陆地一侧较强。（3）在该飑线中可以看到热带飑线的典型特征，包括冷池强度、垂直结构以及发展阶段和成熟阶段的尾流层状降水。（4）该飑线的环境条件与热带飑线在深层潮湿空气和低对流冷凝水平方面的环境条件类似。它们在对流层低层对流不稳定能量和垂直风切变方面也类似于中纬度飑线。（5）帕布周围的强风扮演了两种角色。一方面，它通过抑制浅层对流和增加太阳辐射使大气更加不稳定。另一方面，它增强了海陆热对比度，因此加强海风和由此产生的水汽输送。下沉温度反演阻止了低层弱对流的发生，为强对流的发展累积了对流不稳定能量。

关键词：飑线；热带气旋；陆风；环境条件

1 引言

华南沿海地区平均每年有6个以上的热带气旋登陆，是世界上受热带气旋影响最频繁的地区，也是受热带气旋前飑线危害的地区之一（Li et al.）。根据结果显示，近四分之一在华南登陆或接近华南的热带气旋发展成强突变、高强度的热带气旋前飑线（Markowski and Richardson）。在台风到来前，在狭窄的范围内发生灾害性大风和强降水；它们的破坏力 不仅影响了农业、工业、电力、通信、城市建设、航空和交通等各行业，而且危害了人们的生命和财产安全（Lin）。

热带气旋前飑线是一个有组织的中尺度天气系统，它通常发生在热带气旋中心前方约300-500公里处，并以与气旋相同的速度移动；其持续时间为3-9小时（Ding et al.）。热带气旋前飑线是一个线性分布的对流单体，其水平结构呈线性或锯齿状延伸数百公里。Chen等总结了国内外的研究成果，指出岛屿引起的压力或气旋接近陆地时地形效应引起热带气旋发生巨大变化而引起的地形辐合可能是形成热带气旋前飑线的主要原因。然而，由于观测条件的限制，对生成条件、组织结构和环境大气条件的研究也很少（He et al.；Huang et al.；Zhong et al.）。Raghavan和Dutta分析了孟加拉湾的雷达回波特征和热带气旋前飑线的路径（Raghavan；Dutta）。Chen等研究台风“麦莎”螺旋云带前热带气旋前飑线的回波特征和组织模式。Meng等根据2007-2009年的雷达观测和探测资料，对中国沿海地区热带气旋前飑线的整体特征进行了统计分析，并与中纬度飑线和亚热带飑线进行了比较，得到结论热带气旋前飑线的持续时间和水平尺度小于典型的中尺度飑线。

目前，热带气旋前飑线的发展和维持的演变过程、组织结构和环境条件没有像中纬度和热带飑线那样得到足够的了解。2007年8月8日，当热带风暴帕布从东向西接近中国南方沿海地区时，广东西部发生了一次大范围且持续时间长的热带气旋前飑线过程。根据多普勒雷达，高空探测和风廓线的观测资料，对这次热带气旋前飑线的发生条件，演变过程和组织结构进行了仔细分析，并与中纬度和热带飑线进行了比较。本文为了深化对热带气旋前飑线的发展和维持机制的认识，为提高当前的预报水平奠定基础。

2 观测站和观测资料

本文研究采用阳江气象站，茂名博河气象站和深圳石岩风廓线雷达站的观测资料，它们的地理位置和地形如图1所示。此外，采用每小时MTSAT可见光卫星云图和每6小时NCAR/NCEP FNL 1°times;1°再分析资料。

阳江气象站位于粤西中部（21.87°N，111.97°E），主要观测仪器包括多普勒天气雷达（CINRAD/SA）和L波段雷达探测系统。该站使用国内新型GTS1电子无线电探空仪测量大气温度和湿度剖面分布。由于GTS1电子无线电探空仪配备了维萨拉TPU传感器，因此它的响应速度快，精度高（Rouml;ttger and Larsen）。

博河观测站位于茂名市电白县（21°27′37Prime;N, 111°19′24Prime;E），距阳江观测站近80公里。使用的主要仪器包括LQ-7边界层风廓线雷达（日本住友），Radiometrics MP-3000A微波辐射计（美国）和维萨拉MAWS301自动气象站（美国）（sun et al.）。微波辐射计是一种可探测大气温度和温度剖面分布的基于地面的无源遥感仪器；它可以在各种天气条件下连续、高时间分辨率的温度和水蒸气检测，并且在飑线和其他复杂的中尺度和中小尺度对流系统的观测研究中非常有用（Ruffieux et al.；Knupp et al.）。

深圳石岩风廓线雷达站位于深圳国家气候观测台石岩探测基地，采用萨维拉LAP-3000边界层风廓线雷达进行三维风廓线观测。这种风廓线雷达在世界上很受欢迎，其具体的参数为：观测频率为1357.5 MHz，扫描光束5，观测高度2-5千米，风速公差1 m/s以下，风向公差10°或更小（Kadygrov）。

图1 站点的地理位置

3 热带气旋前飑线的生成和演变特征

3.1热带气旋前飑线的生成

2007年8月8日14:00左右，当热带风暴帕布由西向东移动接近汕头附近海域时，在珠江三角洲以西至湛江发生了一次强烈的飑线天气过程。根据8月8日14:00和20:00的地面天气形势图，发现飑线系统发生在帕布外围低压的控制区内，在外围环流的影响下形成、发展和维持（图2a和图2b）。

图2 香港天文台分析的1400 LST（a）和2000 LST（b）的地面天气图;实线为位势高度

热带气旋前飑线在珠江三角洲地区形成。根据MTAST可见光云图（图3）可以看出，由于热带风暴帕布外围下沉环流，该地区的天气以晴朗为主。14:00左右，东莞（珠江口东岸）首先出现孤立的弱对流云团（图3a）；大约一个小时后，弱对流云团继续向南向北扩展形成50times;50 km的强对流云团（图3b），在两个小时后（16时左右）形成西北-东南向150 km(L)times;30 km(W)强对流系统（图3c）。热带气旋前飑线的形成与热带气旋外围云带没有直接关系，这与Raghavan（2003）在孟加拉湾的观测结果一致，但与Chen等观测到的热带气旋前飑线不同。

图3 2007年8月8日MASAT红外云图像；a：14:00，b：15:00，c：16:00；红色圆圈是热带气旋前飑线的初始对流云团；实心圆是台风中心

对于飑线系统的生成过程，Bluestein和Jain（1985）根据雷达回波总结了四种初始组织模型，即断线型（新单体在旧单体之间发展，并合并到连续或准连续性系统），后部扩建型（新的对流单体在原有单体的后部生成，并与线状系统的尾部合并），碎块型（对流带形成于分散的单体）和嵌入层状云区型（对流带形成在更广阔的层状云区域）。这条热带气旋前飑线是由孤立的弱对流云团发展而来的，它与帕布的外围环流一起向南和东南方向移动，并且向北和西北方向不断扩展；因此，这条热带气旋前飑线是通过后部扩建型形成的。

同时，Bluestein和Jain（1985）指出边界层辐合线是后部扩建型飑线初始组织的前提。Chen等，He等和Huang等强调由地形和天气系统引起的低层气流辐合对热带气旋前飑线形成的重要性。然而，这次热带气旋前飑线的形成条件与所提到的研究结果是不同的。根据广东省地面自动站的加密资料，图4是14:00时10米处的散度分布。本文中的飑线首先出现在小尺度云团中；在热带气旋前飑线的形成阶段，珠江三角洲地区被帕布外围的辐合带覆盖，气流辐合明显存在。根据深圳石岩风廓线雷达站（图5）的观测结果，这条热带气旋前飑线是一条西南低空急流，发生在表层2-3 m/s的西-西北风条件下，最大风速为15 m/s，近地面高度约2500 m，其0-3 km低层的风切变是15 m/s。本次飑线从早上06-08:00主要以西和西北风为主，风速约为5 m/s，但是从8:00开始逐渐减弱，一直维持到14:00。这种情况很可能与夜间地表下垫面降温引起的陆风环流有关。从地理条件来看，东莞地区位于珠江口东岸，地形主要以冲积平原为主，西部地区为珠江口水域。在白天，地表下垫面升温较快，而水面升温较慢，这种水面和陆地升温功率的差异有利于维持长时间的局地冷湿陆风循环。

图4 2007年8月8日1400LST近地面散度（单位；10s）

图5 深圳石岩站热带气旋前飑线发生前后水平风场的时间-高度剖面图

3.2 热带气旋前飑线的移动路径

一般认为，热带气旋前飑线的移动路径受热带气旋的外围环流控制，且它的方向几乎与热带气旋一致；热带气旋前飑线的路径是预测热带气旋路径的重要指标。为了研究热带气旋前飑线的移动路径和热带风暴帕布之间的关系，根据帕布的中心定位数据和雷达回波，制作了帕布中心位置和热带气旋前飑线强对流回波带的示意图（图6）。

热带气旋前飑线形成后，热带风暴帕布基本上沿22°N向西移动，其速度和路径基本稳定（图6）；然而，热带气旋前飑线和热带风暴帕布的速度和路径明显不同。14:00之后，热带气旋前飑线从东北向西南方向快速移动，其速度远远超过热带风暴帕布，平均速度为40 km/h。热带气旋前飑线在8月9日0:00到达湛江地区后停止移动，并逐渐减弱消亡，生命演变持续10 h。根据Meng等（2011）的统计结果，我国沿海地区的热带气旋前飑线大约持续4小时，要少于中纬度飑线（6-12 h）和亚热带飑线（11.4 h）的寿命（Parker and Johnaon）。而这次热带气旋前飑线的生命史要长于Meng等人的那些研究，且基本和中纬度飑线相同。

图6 热带风暴（帕布）的路径和热带气旋前飑线强回波雷达的相关位置（实线表示每两小时强回波的位置；虚线和点线表示从8日14:00到9日0:00飑线和帕布的距离和方向）

热带气旋前飑线的移动路径与热带风暴路径基本相交，形成一个约30°的夹角，并且易于沿着海岸线移动。对于飑线的快速移动，根据一些中纬度飑线和热带飑线的观测结果，在环境风场的低层经常有强烈的垂直切变，其切变矢量垂直于飑线的方向（Barnes and Sieckman；Corfidi）。根据热带气旋前飑线的移动路径，它不仅仅受热带气旋外围环流的控制，而且受粤西地区低层风切变的影响。

3.3 近地面要素特征

根据自动气象站的1分钟平均观测数据资料，本节主要分析了热带气旋前飑线经过博河观测站期间气象要素的变化特征。根据图7，由于飑线系统前缘微风的影响，在21:30时风向由西南转向东北，同时风速迅速增加，1分钟平均最大风速和最大瞬时风速分别为17 m/s和23.2 m/s（图7a和图7b），并且伴随着气压增加，气温下降（图7c和图7d）和大约18 mm的降水。

图7 2007年8月8日-9日茂名站观测的气象要素时间序列；a：风速，b：方向，c：气温，d：气压，e：相对湿度，f：降水

冷池是由较温暖空气（或水体）形成的低温区域（或水体），通过环绕在中尺度对流系统中的近地面中形成的冷空气（或水体），主要由于其参与后部的低层冷空气和降水粒子的蒸发和冷却效应。对流活动引起的低层冷池和低层大气环境风切变的相互影响是决定自身组织对流系统维持和发展的关键因素，如飑线（Jorgensen，David et al.）。在过渡期间，热带气旋前飑线的风速是17 m/s，但是温度和气压的变化并不明显，分别仅为2.5 ℃和1.8 hPa。根据Engerer等人分析发生在美国中部的中纬度飑线在过渡期间地表观测要素，发现成熟时期的飑线对流系统伴随着温度平均下降7 ℃，气压平均上升4.5 hPa。Meng等人对我国沿海地区17个热带气旋前飑线在过渡时期气压和温度变化的统计分析，发现气压和温度的变化分别为6 ℃和1.2 hPa。热带气旋前飑线的冷池强度与典型的中纬度飑线相比，在近地面要素中这个变化明显较小。相对于Meng等人的统计结果，温度的变化明显较小，但气压的变化几乎相同。

相对于中纬度中尺度对流系统，该热带气旋前飑线的地表气压和温度的变化是较小的，表明冷池强度比中纬度飑线弱。冷池的强度受各种因素制约，如环境大气中的水汽含量、云底高度等（Cotton et al.）。较弱的气压变化和冷池强度可能与热带气旋较厚的水汽层有关，降低了对流系统的下沉气流强度。

4 雷达回波特征

4.1 水平结构和演变过程

S波段的多普勒天气雷达对中尺度对流天气有很好的探测能力，因此已经广泛运用到飑线和其他类似的中尺度对流系统的结构研究中。根据阳江雷达的组合反射率图（图8），强对流回波在14:25出现在珠江三角洲地区，并逐渐接近雷达（图8a）。孤立的对流单体在16:00发展成弓状强对流系统，在移动方向前沿有多个强度超过50 dBZ的强回波单体，且后部有层状云特征的弱回波带（图8b）。弓状回波在向西南方向快速移动的过程中，强回波单体呈线性排列向西北和东南方向不断发展（图8c）。

图8 阳江CINRAD/SA天气雷达的组合反射率；图8d和图8e中的白色实线表示图9a和图9b所示的横截面的方向

大约在19:30，热带气旋前飑线仍然在发展和加强，且弓状回波

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