侯淑梅，郭俊建，郭慶利，史茜，朱曉清

(1.山東省氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南250031；2.山東省氣象臺(tái)，山東 濟(jì)南 250031)

引言

強(qiáng)對(duì)流天氣因其空間尺度小、生命史短、突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn)，預(yù)報(bào)難度較大。對(duì)于強(qiáng)強(qiáng)迫天氣過程，一般不容易漏報(bào)，但強(qiáng)對(duì)流的落區(qū)、強(qiáng)度、發(fā)生時(shí)間等精細(xì)化的預(yù)報(bào)仍然還有很大的誤差[1-4]。對(duì)于弱強(qiáng)迫過程，空?qǐng)?bào)和漏報(bào)的概率較大[5-6]。數(shù)值預(yù)報(bào)對(duì)暖區(qū)或冷渦東南象限對(duì)流性降水及弱天氣背景下強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)能力有限，導(dǎo)致局地短時(shí)強(qiáng)降水漏報(bào)[7-8]。北方地區(qū)的暖區(qū)暴雨在短期時(shí)效的預(yù)報(bào)仍然很困難，重點(diǎn)應(yīng)該加強(qiáng)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警，當(dāng)東部沿海出現(xiàn)強(qiáng)降雨時(shí)，要分析其演變及對(duì)上、下游地區(qū)的影響[1]。

對(duì)流風(fēng)暴的移動(dòng)向量是平流和傳播的合成[9-10]。平流是指中尺度對(duì)流系統(tǒng)中任何單體一旦形成基本上沿著風(fēng)暴承載層的平均風(fēng)方向移動(dòng)，而傳播是指中尺度對(duì)流系統(tǒng)的某一側(cè)不斷有新的對(duì)流單體生成導(dǎo)致的回波移動(dòng)。影響對(duì)流風(fēng)暴傳播運(yùn)動(dòng)的因素比較復(fù)雜，有時(shí)受低空急流的速度和方向影響[9]，有時(shí)與雷暴下沉氣流形成的冷池與低層環(huán)境風(fēng)廓線結(jié)構(gòu)之間的配置關(guān)系密切，預(yù)報(bào)預(yù)警的難度很大。近幾年來，由于突發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)人類生產(chǎn)、生活的影響巨大[11-12]，雷暴的傳播運(yùn)動(dòng)受到很多學(xué)者的關(guān)注和重視。侯淑梅等[13]普查了山東省后向發(fā)展雷暴并建立了概念模型，當(dāng)雷暴的下游方向有斜壓特征的水汽輻合中心時(shí)，有利于新雷暴的生成[14]。地形強(qiáng)迫和低層風(fēng)輻合有利于中尺度對(duì)流系統(tǒng)(MCS)長(zhǎng)時(shí)間“列車效應(yīng)”的維持和MCS的發(fā)展[15]。一定強(qiáng)度的冷池出流、 邊界層前期的暖濕空氣和對(duì)流不穩(wěn)定能量的積累，是冷池出流觸發(fā)雷暴新生和演變的必要條件[16]。陣風(fēng)鋒和地面輻合線相配合，在輻合區(qū)不斷產(chǎn)生新的對(duì)流單體，造成對(duì)流風(fēng)暴沿著輻合區(qū)傳播[1]。大多數(shù)對(duì)流風(fēng)暴的傳播速度由風(fēng)暴產(chǎn)生的冷池移動(dòng)速度控制，從而影響整個(gè)風(fēng)暴系統(tǒng)的移動(dòng)速度[17-18]。颮線的前向傳播會(huì)使其移動(dòng)速度明顯大于引導(dǎo)氣流，高能高濕區(qū)相對(duì)于颮線的位置不同，導(dǎo)致颮線的傳播方向不同[3]。一次造成重慶局地強(qiáng)降水的帶狀風(fēng)暴在偏南氣流引導(dǎo)下緩慢向北移動(dòng)，地面冷池西側(cè)出流陣風(fēng)鋒與原邊界層中尺度鋒區(qū)上升氣流疊加，造成對(duì)流帶的向西向北傳播[6]。另一次造成天津的突發(fā)暴雨過程，降水云團(tuán)的移動(dòng)方向與傳播方向均向東，該“前向傳播”機(jī)制導(dǎo)致降水區(qū)域快速東移[19]。2017年“5·7”廣州特大暴雨過程中，對(duì)流單體移動(dòng)非常緩慢是造成花都強(qiáng)降水的主要原因，黃埔強(qiáng)降水則是由后向傳播為特征的“列車效應(yīng)”造成[20]。引導(dǎo)氣流不強(qiáng)、低空急流較弱使得對(duì)流單體移動(dòng)緩慢，降水集中在一個(gè)較小的區(qū)域?qū)е聵O端強(qiáng)降水的發(fā)生[21]。以上研究成果表明，對(duì)流風(fēng)暴的傳播運(yùn)動(dòng)受到多種氣象條件的影響，導(dǎo)致其移動(dòng)和演變趨勢(shì)非常復(fù)雜，因此預(yù)報(bào)難度很大。

對(duì)流風(fēng)暴的發(fā)展會(huì)影響局地環(huán)境條件，進(jìn)而反作用于風(fēng)暴的傳播運(yùn)動(dòng)。降雹過程強(qiáng)烈地改變了雹暴周圍的溫、壓、濕、風(fēng)等氣象要素的分布，這些被改變的要素與周邊環(huán)境要素之間相互作用形成更小尺度的局地環(huán)境在很大程度上決定了風(fēng)暴單體的發(fā)展和移動(dòng)路徑[22]。孤立超級(jí)單體不易與其他對(duì)流系統(tǒng)合并，故生命史較長(zhǎng)，當(dāng)與其他對(duì)流系統(tǒng)合并或轉(zhuǎn)為非超級(jí)單體階段時(shí)，超級(jí)單體就會(huì)減弱[23]。颮線強(qiáng)單體出流邊界對(duì)其南側(cè)的強(qiáng)單體有明顯的加強(qiáng)作用，并使得單體的路徑發(fā)生向右的偏移[24]。颮線與其前側(cè)減弱的超級(jí)單體合并后，形成一個(gè)新的中尺度對(duì)流系統(tǒng)，移動(dòng)方向轉(zhuǎn)向[25]。超級(jí)單體與颮線不同部分的合并往往會(huì)導(dǎo)致不同的演變結(jié)果[26]。垂直風(fēng)切變矢量隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，相對(duì)風(fēng)暴螺旋度為負(fù)值，有利于超級(jí)單體分裂后左移風(fēng)暴發(fā)展；垂直風(fēng)切變矢量隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，相對(duì)風(fēng)暴螺旋度為正值，有利于超級(jí)單體向承載層平均風(fēng)的右側(cè)移動(dòng)[27-28]。右移的氣旋性風(fēng)暴雖然在風(fēng)切變矢量隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的環(huán)境中受到抑制，但有利的地面環(huán)境條件抵消了風(fēng)暴受抑制的程度，使得氣旋式風(fēng)暴能夠持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間[29]。

山東是海洋大省，海上重大活動(dòng)較多。2018年上海合作組織青島峰會(huì)在黃海之濱青島舉行，2019年中國(guó)人民解放軍海軍成立70周年海上閱兵活動(dòng)在黃海海域舉行，2019年我國(guó)首次海上衛(wèi)星發(fā)射在黃海海域發(fā)射成功。對(duì)于室外作業(yè)以及重大活動(dòng)，突發(fā)的短時(shí)雷陣雨，由于其局地性強(qiáng)，影響時(shí)間短，預(yù)報(bào)難度較大。2016年9月4日下午杭州一場(chǎng)突發(fā)的短時(shí)陣雨對(duì)“杭州G20峰會(huì)”相關(guān)活動(dòng)的準(zhǔn)備工作造成了極大的影響[30]。前文所述的研究成果大多關(guān)注的是颮線、超級(jí)單體等強(qiáng)風(fēng)暴的移動(dòng)和演變，對(duì)于普通對(duì)流風(fēng)暴移動(dòng)和演變的研究較少。

2019年我國(guó)首次海上衛(wèi)星發(fā)射籌備期間，每天需要重點(diǎn)關(guān)注山東半島的天氣。6月1日下午，在濰坊新生的對(duì)流風(fēng)暴稱其為濰坊風(fēng)暴，濰坊風(fēng)暴在東移過程中逐漸增強(qiáng)，傍晚經(jīng)過煙臺(tái)南部的海陽(yáng)市然后進(jìn)入黃海中部減弱。在魯西北形成的對(duì)流風(fēng)暴稱其為聊城風(fēng)暴，聊城風(fēng)暴向東移動(dòng)，從渤海進(jìn)入煙臺(tái)北部，然后轉(zhuǎn)為東南方向移動(dòng)再次從海陽(yáng)市進(jìn)入黃海。那么，濰坊風(fēng)暴進(jìn)入山東半島后為什么會(huì)加強(qiáng)？聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)北部后，為什么會(huì)轉(zhuǎn)為東南方向移動(dòng)再次從海陽(yáng)入海？本文從濰坊風(fēng)暴和聊城風(fēng)暴移動(dòng)路徑的環(huán)境條件入手，分析影響兩個(gè)風(fēng)暴移動(dòng)和演變的環(huán)境條件，增強(qiáng)對(duì)雷暴移動(dòng)方向及其演變趨勢(shì)的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)預(yù)警能力。

1 資料

本文所用資料為：空間分辨率為0.25°×0.25°、時(shí)間分辨率為1 h的ERA5再分析資料(ECMWF第五代全球大氣再分析資料，https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/home)，山東省加密自動(dòng)氣象觀測(cè)站逐小時(shí)資料，常規(guī)探測(cè)資料，多普勒天氣雷達(dá)資料，葵花8號(hào)衛(wèi)星資料。

2 天氣實(shí)況及影響系統(tǒng)分析

6月1日早晨05時(shí)(北京時(shí)間，下同)，位于魯西北的聊城開始出現(xiàn)對(duì)流風(fēng)暴，稱其為聊城風(fēng)暴。聊城風(fēng)暴逐漸向北移動(dòng)，造成魯西北地區(qū)先后出現(xiàn)雷陣雨。11時(shí)以后聊城風(fēng)暴強(qiáng)度逐漸減弱并繼續(xù)向東北方向移動(dòng)。中午12:12，聊城風(fēng)暴位于濱州到東營(yíng)一帶，其東南方向在濰坊西部的臨朐和昌樂一帶開始出現(xiàn)多個(gè)新的對(duì)流單體。該單體群迅速發(fā)展，12:36其強(qiáng)回波中心已達(dá)到50 dBZ，稱該單體群為濰坊風(fēng)暴(圖1a)。濰坊風(fēng)暴在強(qiáng)度增強(qiáng)的同時(shí)，范圍擴(kuò)大，并逐漸向偏東方向移動(dòng)，進(jìn)入青島和煙臺(tái)后，最強(qiáng)的單體強(qiáng)度已超過60 dBZ(圖1b、c)。16時(shí)濰坊風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)南部的海陽(yáng)市，之后強(qiáng)度逐漸減弱，17時(shí)(圖1d)進(jìn)入黃海后逐漸消失。由圖1b—d還可以看到，由東營(yíng)市進(jìn)入渤海的聊城風(fēng)暴強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，17:42進(jìn)入煙臺(tái)西部的萊州時(shí)，其強(qiáng)回波中心已達(dá)65 dBZ。之后聊城風(fēng)暴轉(zhuǎn)向東南方向移動(dòng)(圖1e)，范圍有所擴(kuò)大，20:30(圖1f)從海陽(yáng)市進(jìn)入黃海，之后逐漸減弱消失。聊城風(fēng)暴和濰坊風(fēng)暴所到之處不僅產(chǎn)生雷陣雨，還產(chǎn)生了7級(jí)以上雷暴大風(fēng)。

6月1日08時(shí)500 hPa(圖2a)山東省上游地區(qū)高空槽呈階梯狀，北段槽位于內(nèi)蒙古中部到山西省北部，中段槽位于山西省中部到河南省西部。影響山東的主要是中段槽，溫度槽與高度槽同位相，說明高空槽未來不會(huì)明顯加強(qiáng)。槽后從寧夏到山西一帶西北風(fēng)風(fēng)速為18～22 m·s-1，相對(duì)濕度為10%，說明槽后的干侵入是非常明顯的。14時(shí)(圖2b)，中段高空槽的南部移速大于北部，從而分裂為兩段：北段東移到河北省東部到山東省西部，同時(shí)-16 ℃冷溫度槽也移到魯西北；南段槽則移到魯東南到黃海中部。魯南和魯西北處于槽后西北氣流控制之下，濰坊以東地區(qū)處于槽前偏西氣流控制，風(fēng)速為16～18 m·s-1，干冷平流顯著。

08時(shí)700 hPa(圖2c)在內(nèi)蒙古中部到河北省北部是一個(gè)2 ℃的冷中心，冷中心的西部有階梯槽，南段槽超前于北段槽，位于晉、冀、豫三省交界處。14時(shí)(圖2d)階梯槽東移，北段槽位于天津到渤海灣，南段槽位于冀、魯、豫三省交界處，山東省處于槽前西南氣流控制之下。而此時(shí)2 ℃冷中心由京津一帶向東南方向經(jīng)渤海伸到萊州灣地區(qū)，濰坊處于冷溫度槽控制之下，在該站附近形成西南風(fēng)與南風(fēng)的緯向切變線，相對(duì)濕度最大值達(dá)到90%，與濰坊風(fēng)暴相對(duì)應(yīng)。

08時(shí)850 hPa(圖2e)高空槽位于河北省南部到河南省中北部，處于18 ℃的暖中心內(nèi)，山東省西部處于槽前西南氣流控制，濰坊以東地區(qū)處于黃海短波槽后的西北氣流控制。14時(shí)(圖2f)，黃海短波槽消失，濰坊以東地區(qū)也轉(zhuǎn)為西南風(fēng)控制，但風(fēng)速小于中西部，風(fēng)速輻合區(qū)正處于濰坊地區(qū)，且16 ℃暖溫度脊從河南省北部向東伸向?yàn)H坊南部。

圖2 2019年6月1日08時(shí)(a、c、e)和14時(shí)(b、d、f)500 hPa(a、b)、700 hPa(c、d)、850 hPa(e、f)高空?qǐng)D(：高度場(chǎng)，單位：dagpm；：溫度場(chǎng)，單位：℃；：槽線；色階為相對(duì)濕度，單位：%；●表示濰坊風(fēng)暴初生地，■表示濰坊風(fēng)暴增強(qiáng)地，▲表示濰坊風(fēng)暴入海地)Fig.2 Synoptic chart at 500 hPa (a/b), 700 hPa (c/d), and 850 hPa (e/f) at 08:00 BST (a/c/e) and 14:00 BST(b/d/f) 1 June 2019 ( for geopotential height, units: dagpm; for temperature, units: ℃; for trough line; color scale for relative humidity, units: %;●for initiation site of the Weifang storm,■for strengthening site of the Weifang storm,▲for site of the Weifang storm moving to the sea)

由以上分析發(fā)現(xiàn)，500 hPa中緯度短波槽東移，在山東上空形成西北、偏西氣流攜帶干冷空氣入侵，850 hPa處于槽前西南暖濕氣流控制，在山東形成下暖濕上干冷的不穩(wěn)定大氣層結(jié)。受500 hPa和700 hPa短波槽影響，在魯西北一帶形成聊城風(fēng)暴。由高空?qǐng)D(圖略)可見，08時(shí)700 hPa以下濰坊以東地區(qū)處于槽后西北氣流控制，濰坊正處于兩個(gè)短波槽之間的弱脊控制之下，直到11時(shí)濰坊以東地區(qū)轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，但風(fēng)速較小。14時(shí)，濰坊以東地區(qū)500 hPa環(huán)流平直，850 hPa為弱西南風(fēng)控制，沒有明顯的風(fēng)場(chǎng)輻合和冷暖交綏，且低層相對(duì)濕度較小，不利于出現(xiàn)降水。5月30日20時(shí)起報(bào)的數(shù)值模式，歐洲中心細(xì)網(wǎng)格數(shù)值模式預(yù)報(bào)濰坊有1 mm以下的對(duì)流降水，但山東半島沒有預(yù)報(bào)降水。GRAPES-MESO和華東WRF等中尺度數(shù)值模式雖然預(yù)報(bào)了山東半島有降水，但有的空?qǐng)?bào)范圍較大，有的落區(qū)與實(shí)況有差異。由圖1可知，山東半島之所以產(chǎn)生雷陣雨，與濰坊風(fēng)暴東移過程中強(qiáng)度增強(qiáng)以及聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后轉(zhuǎn)向有關(guān)。因此，本文將重點(diǎn)分析濰坊風(fēng)暴的抬升觸發(fā)機(jī)制、東移過程中強(qiáng)度增強(qiáng)的原因、聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后移動(dòng)方向轉(zhuǎn)向的原因。

3 不穩(wěn)定的大氣層結(jié)

由圖1可知，濰坊風(fēng)暴的初生地點(diǎn)在臨朐附近，因此用臨朐站12時(shí)的氣溫30 ℃、露點(diǎn)11 ℃對(duì)濟(jì)南探空進(jìn)行訂正(圖3a)，訂正后CAPE為804 J·kg-1，LI為-4.4 ℃，CIN為0 J·kg-1。這說明臨朐上空的大氣具有不穩(wěn)定能量，且沒有抬升抑制能量，具備出現(xiàn)對(duì)流的可能性。同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，700 hPa以下空氣較干，相對(duì)濕度小于50%，700～300 hPa之間大部分高度相對(duì)濕度達(dá)80%，且抬升凝結(jié)高度較高，為738 hPa。上述特征表明，需要有足夠的抬升力，使氣塊達(dá)到738 hPa以上才可能發(fā)生對(duì)流天氣。

由飽合假相當(dāng)位溫和假相當(dāng)位溫的垂直分布曲線(圖3b)可知，630 hPa以下為潛在條件不穩(wěn)定氣層[31]，而且850 hPa與500 hPa的溫差全省均大于29 ℃(圖略)，臨朐站上空為31 ℃。因此，一旦邊界層有合適的抬升條件，臨朐站上空具備出現(xiàn)對(duì)流天氣的可能。

圖3 2019年6月1日08時(shí)濟(jì)南探空站訂正后的t-lnp圖(a)和位溫垂直分布圖(b)Fig.3 Revised t-lnp diagram (a) and vertical profile of potential temperature (b) at Jinan Station at 08:00 BST 1 June 2019

4 濰坊風(fēng)暴的抬升觸發(fā)機(jī)制

由地面區(qū)域自動(dòng)氣象站氣溫的演變過程發(fā)現(xiàn)，由于1日早晨魯西北地區(qū)一直有雷陣雨，因此上午10時(shí)在德州附近形成一個(gè)氣溫低于20 ℃的冷池并形成向外輻散的氣流(圖4a，標(biāo)“C”處為冷池，棕實(shí)線為輻合線)。該輻散氣流與其東南側(cè)的偏南風(fēng)在東營(yíng)南部到淄博北部一帶形成輻合線。11時(shí)輻合線東移到濰坊，此時(shí)在濰坊的東部有一個(gè)30 ℃的暖中心(圖4b，標(biāo)“W”處為暖中心)，與魯西北的冷池之間形成準(zhǔn)南北向的鋒區(qū)。冷池東側(cè)輻散氣流在輻合線北側(cè)形成冷平流，與輻合線南側(cè)的西南氣流形成的暖平流在輻合線上交綏，臨朐(濰坊風(fēng)暴初生地，標(biāo)五角星處)處于輻合線南側(cè)暖中心的邊緣。12時(shí)(圖4c)輻合線繼續(xù)東移南壓，臨朐正處于輻合線上。此時(shí)臨朐以南的偏南風(fēng)風(fēng)速增大，臨朐正處于輻合線上冷暖平流和風(fēng)向輻合最強(qiáng)處，12:18觸發(fā)產(chǎn)生雷暴單體。

圖4 2019年6月1日10時(shí)(a、d)、11時(shí)(b、e)、12時(shí)(c、f)2 m氣溫(a—c，單位：℃)、2 m露點(diǎn)(d—f，單位：℃)與10 m風(fēng)合成圖(：臨朐，即濰坊風(fēng)暴初生地；C ：冷池；W：暖中心；：干線；：輻合線)Fig.4 Composite of air temperature (a/b/c, units: ℃) at 2 m, dew point (d/e/f, units: ℃) at 2 m， and wind at 10 m at 10:00 BST (a/d), 11:00 BST (b/e), and 12:00 BST (c/f) 1 June 2019 ( for Linqu, namely initiation site of the Weifang storm; C for cold pool; W for warm center; for dry line; for convergence line)

由地面區(qū)域自動(dòng)氣象站露點(diǎn)的演變過程發(fā)現(xiàn)，與圖4a地面冷池相對(duì)應(yīng)的是16 ℃的濕中心，與魯中山區(qū)10 ℃的干中心之間形成一條干線(圖4d，黑虛線為干線)，干線與輻合線部分重合。11時(shí)(圖4e)干線南壓與輻合線基本重合，12時(shí)(圖4f)干線與輻合線完全重合。以上分析表明，魯西北對(duì)流降水形成的地面冷池東移南壓，與其前方的偏南風(fēng)暖濕氣流之間形成輻合線和鋒區(qū)，輻合線南側(cè)南風(fēng)風(fēng)速增大，輻合線與干線重合時(shí)，觸發(fā)產(chǎn)生新的雷暴單體，形成濰坊風(fēng)暴。

5 對(duì)流風(fēng)暴的移動(dòng)

造成G20峰會(huì)籌備期間局地雷陣雨的對(duì)流風(fēng)暴發(fā)展高度局限在700 hPa以下，因此其移動(dòng)主要受850 hPa引導(dǎo)氣流主導(dǎo)[30]。本例中濰坊風(fēng)暴從其生成直到入海，其回波頂高一般在7～9 km，由其垂直剖面圖(圖略)可見，40 dBZ以上回波的頂高均在7 km以下。聊城風(fēng)暴從渤海進(jìn)入煙臺(tái)后，其40 dBZ以上回波的頂高也在7 km以下。因此采用700 hPa和500 hPa的平均風(fēng)作為濰坊風(fēng)暴和聊城風(fēng)暴的引導(dǎo)氣流。

5.1 平流

由圖5可見，12時(shí)(圖5a)從濰坊風(fēng)暴初生地到入海地的引導(dǎo)氣流為西南西風(fēng)，風(fēng)速為10～14 m·s-1。結(jié)合圖1可知，此時(shí)濰坊風(fēng)暴移動(dòng)方向?yàn)闁|偏北，傳播方向?yàn)槟系侥掀珫|。之后引導(dǎo)氣流強(qiáng)度增大，15時(shí)(圖5b，此時(shí)正是濰坊風(fēng)暴增強(qiáng)時(shí)間)，從增強(qiáng)地到入海地的引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，風(fēng)速為12 m·s-1。直到18時(shí)(圖5c)濰坊風(fēng)暴進(jìn)入黃海，引導(dǎo)氣流一直保持著12 m·s-1的偏西風(fēng)，與濰坊風(fēng)暴的移動(dòng)方向基本一致。

由圖1 可知，聊城風(fēng)暴從東營(yíng)進(jìn)入渤海后移動(dòng)方向基本保持偏東方向，18時(shí)進(jìn)入煙臺(tái)西部后轉(zhuǎn)為向東南方向移動(dòng)。由圖5b可見，聊城風(fēng)暴在渤海時(shí)受到的引導(dǎo)氣流為西南風(fēng)，而18時(shí)進(jìn)入煙臺(tái)西部后，隨著高空槽逐漸東移，聊城風(fēng)暴逐漸轉(zhuǎn)入500 hPa高空槽后，因此引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)為14～16 m·s-1的西西北風(fēng)(圖5c)。直到21時(shí)聊城風(fēng)暴進(jìn)入黃海，引導(dǎo)氣流仍然保持著12 m·s-1的西西北風(fēng)。這說明能夠使聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后轉(zhuǎn)向東南方向移動(dòng)與引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)向有關(guān)，但其移動(dòng)方向與引導(dǎo)氣流不完全一致，表明其移動(dòng)是平流和傳播共同造成的。

綜上可見，濰坊風(fēng)暴自初生到增強(qiáng)階段，其移動(dòng)受平流和傳播共同作用，從增強(qiáng)地到入海地期間，受到偏西風(fēng)的引導(dǎo)向東移動(dòng)，其移動(dòng)主要是平流運(yùn)動(dòng)造成的。由圖5也可以看出，雷暴的初生地、增強(qiáng)地和入海地的緯度基本相同，進(jìn)一步驗(yàn)證了雷暴在偏西風(fēng)的引導(dǎo)下向東移動(dòng)的事實(shí)。由于高空槽東移，聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后處于槽后，引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)為西偏北，因此聊城風(fēng)暴轉(zhuǎn)向東南方向移動(dòng)與引導(dǎo)氣流轉(zhuǎn)向有關(guān)。

圖5 2019年6月1日12時(shí)(a)、15時(shí)(b)、18時(shí)(c)和21時(shí)(d)引導(dǎo)氣流(單位：m·s-1)(圖中符號(hào)標(biāo)識(shí)含義同圖2)Fig.5 Steering flow (units: m·s-1) at 12:00 BST (a), 15:00 BST (b), 18:00 BST (c), and 21:00 BST (d) 1 June 2019 (symbol meanings are the same as those inFig.2)

5.2 傳播

對(duì)于對(duì)流風(fēng)暴而言，其移動(dòng)過程中是不斷伴隨著新雷暴單體的初生和老單體的消亡的。因此雷暴在臨朐一帶初生以后，在向東移動(dòng)的過程中能否增強(qiáng)并移到山東半島，進(jìn)而進(jìn)入黃海，是與雷暴移動(dòng)路徑上的環(huán)境條件密不可分的。

5.2.1 輻合條件

濰坊風(fēng)暴的初始雷暴在輻合線的西端生成以后，其東西兩側(cè)不斷有新單體生成。由13時(shí)地面2 m氣溫與輻合線的分布(圖6a)可知，輻合線位于暖中心內(nèi)，由同時(shí)刻露點(diǎn)的分布(圖6d)可知，輻合線南北兩側(cè)較干，其東西兩側(cè)相對(duì)較濕，而新單體是沿著輻合線的方向傳播的，說明雷暴沿著輻合線向著暖濕的方向傳播。15時(shí)濰坊風(fēng)暴形成了一個(gè)新的冷池中心，將原來的暖中心分裂為兩部分，煙臺(tái)北部為一個(gè)暖中心，日照及其以西地區(qū)為一個(gè)暖中心(圖6b)。冷池形成的輻散氣流與來自黃海的偏南風(fēng)在山東半島內(nèi)陸地區(qū)形成東北—西南向的輻合線。由同時(shí)刻露點(diǎn)的分布(圖6e)可知，輻合線北側(cè)較干，南側(cè)較濕。雖然青島附近的氣溫不如煙臺(tái)高，但由于煙臺(tái)空氣較干，因此濰坊風(fēng)暴雖然在14時(shí)沿著輻合線向東傳播的同時(shí)也向北傳播，但15時(shí)以后，便不再向北傳播，主要向東傳播，并在青島境內(nèi)達(dá)到最強(qiáng)。17時(shí)濰坊風(fēng)暴移到煙臺(tái)南部的海陽(yáng)市，此時(shí)海陽(yáng)市被冷池控制(圖6c)，雖然露點(diǎn)高于周邊地區(qū)(圖6f)，但已沒有干線，輻合線移到海上，范圍和強(qiáng)度均減弱，濰坊風(fēng)暴在海陽(yáng)市只產(chǎn)生弱的雷陣雨，入海后減弱消失。

圖6 與圖4相同，時(shí)間分別為13時(shí)(a、d)、15時(shí)(b、e)、17時(shí)(c、f)、18時(shí)(g、j)、19時(shí)(h、k)、20時(shí)(i、l)，2 m氣溫(a—c，g—i)、2 m露點(diǎn)(d—f，j—l)(紅色圈為聊城風(fēng)暴，藍(lán)色圈為濰坊風(fēng)暴)Fig.6 The same asFig.4, but for 13:00 BST (a/d), 15:00 BST (b/e), 17:00 BST (c/f)，18:00 BST (g/j), 19:00 BST (h/k), and 20:00 BST (i/l) (a/b/c/g/h/i for air temperature at 2 m, d/e/f/j/k/l for dew point at 2 m, red circle for the Liaocheng storm, blue circle for the Weifang storm)

聊城風(fēng)暴18時(shí)位于煙臺(tái)西部的萊州市，此時(shí)山東半島北部的氣溫高于南部(圖6g)，但從流場(chǎng)上看，北部為弱輻散，而南部在青島東部即墨附近為輻合，并且南部的露點(diǎn)大于北部(圖6j)，故聊城風(fēng)暴在西西北氣流的引導(dǎo)下，向著水汽輻合的東南方向傳播。19時(shí)聊城風(fēng)暴在地面產(chǎn)生的冷池形成輻散中心(圖6h、k)，其東南方向的輻散氣流與來自黃海的東南氣流形成輻合，誘導(dǎo)聊城風(fēng)暴繼續(xù)向東南方向傳播。20時(shí)(圖6i、l)形勢(shì)與19時(shí)相似，聊城風(fēng)暴繼續(xù)向東南方向傳播，最終經(jīng)海陽(yáng)市入海。

以上分析表明，濰坊風(fēng)暴沿著輻合線向著高溫高濕的方向傳播，強(qiáng)度增強(qiáng)；當(dāng)輻合線上只有高溫，濕度較差時(shí)，傳播停止；當(dāng)輻合減弱，溫度降低時(shí)，濰坊風(fēng)暴強(qiáng)度逐漸減弱，最終消失。聊城風(fēng)暴在西西北氣流的引導(dǎo)下，向著水汽輻合區(qū)傳播，風(fēng)暴水平尺度增長(zhǎng)，由于氣溫較低，輻合較弱，其強(qiáng)度變化不大。

5.2.2 水汽條件

12時(shí)(圖7a)，1 000 hPa輻合線位于東營(yíng)市東部到濰坊市中北部地區(qū)，濰坊風(fēng)暴的初生地正處于輻合線上，該地水汽通量散度為-4×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，觸發(fā)產(chǎn)生濰坊風(fēng)暴的初始對(duì)流單體。同時(shí)刻大氣可降水量的大值中心為32 kg·m-2位于初始對(duì)流單體附近(圖略)。山東半島南部由于海上西南風(fēng)風(fēng)速大于內(nèi)陸，在沿海地區(qū)形成一條帶狀的水汽輻合區(qū)，輻合中心水汽通量散度值為-8×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，位于雷暴增強(qiáng)地的南側(cè)。

14時(shí)(圖7b)，輻合線東移至濰坊和青島之間，其東側(cè)雷暴增強(qiáng)地的水汽輻合增強(qiáng)，水汽通量散度大值中心高達(dá)-14×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，預(yù)示著濰坊風(fēng)暴繼續(xù)東移的過程中強(qiáng)度將有所增強(qiáng)。16時(shí)(圖7c)水汽輻合中心位于雷暴入海地，中心值為-12×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1，濰坊風(fēng)暴經(jīng)此地入海。同時(shí)，在山東半島北部蓬萊形成一個(gè)氣旋式輻合中心，并伴有中心值為-10×10-7g·cm-2·hPa-1·s-1的水汽輻合中心，吸引著位于萊州灣的聊城風(fēng)暴從該地進(jìn)入煙臺(tái)。

圖7 2019年6月1日12時(shí)(a)、14時(shí)(b)、16時(shí)(c)和19時(shí)(d)1 000 hPa水汽通量散度(單位：10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1)(圖中符號(hào)標(biāo)識(shí)含義同圖2)Fig.7 Water vapor flux divergence (units: 10-7 g·cm-2·hPa-1·s-1) at 1 000 hPa at 12:00 BST (a), 14:00 BST (b), 16:00 BST (c), and 19:00 BST (d) 1 June 2019 (symbol meanings are the same as those inFig.2)

聊城風(fēng)暴16時(shí)進(jìn)入煙臺(tái)西部后，半島南部沿海地區(qū)的水汽輻合逐漸增強(qiáng)。19時(shí)(圖7d)在沿海地區(qū)又形成一條帶狀的輻合區(qū)，是聊城風(fēng)暴向東南方向移動(dòng)過程中不斷有新生單體補(bǔ)充造成水平尺度增大的原因。

綜上所述，輻合線南端水汽輻合區(qū)觸發(fā)產(chǎn)生濰坊風(fēng)暴，該風(fēng)暴前進(jìn)路徑上水汽輻合強(qiáng)度增強(qiáng)，造成該風(fēng)暴東移過程中強(qiáng)度增強(qiáng)，并向著水汽輻合區(qū)移動(dòng)。聊城風(fēng)暴從渤海進(jìn)入煙臺(tái)后，其下游方向有水汽輻合區(qū)，導(dǎo)致該風(fēng)暴周圍不斷有新單體補(bǔ)充，水平尺度增大。

5.2.3 不穩(wěn)定條件

分別用青島站和海陽(yáng)站14時(shí)氣溫和露點(diǎn)訂正青島站1日08時(shí)探空(圖8)，發(fā)現(xiàn)訂正后兩站上空的CAPE分別為344 J·kg-1和675 J·kg-1，而CIN分別為217 J·kg-1和98 J·kg-1。雖然訂正后兩站上空有一定的CAPE，但CIN仍較大，且兩站的抬升凝結(jié)高度分別為925 hPa和886 hPa，說明兩站要產(chǎn)生初始對(duì)流是不容易的。但是通過5.2.1節(jié)和5.2.2節(jié)的分析表明，當(dāng)上游濰坊地區(qū)產(chǎn)生初始對(duì)流后，濰坊風(fēng)暴在引導(dǎo)氣流的引導(dǎo)下向偏東方向移動(dòng)的過程中，濰坊風(fēng)暴自身產(chǎn)生的冷池與來自黃海的偏南風(fēng)之間形成較強(qiáng)的輻合，在青島水汽足夠充分的前提下，雷暴還是向著青島方向傳播并加強(qiáng)的。說明當(dāng)本地具有水汽和不穩(wěn)定條件后，盡管本地的抬升條件達(dá)不到觸發(fā)對(duì)流的條件，但是在上游對(duì)流風(fēng)暴移入本地的過程中，本地不穩(wěn)定的環(huán)境條件有利于風(fēng)暴強(qiáng)度增強(qiáng)或維持，造成本地出現(xiàn)對(duì)流天氣。

圖8 分別用青島站(a)和海陽(yáng)站(b)14時(shí)氣溫和露點(diǎn)訂正后的青島站2019年6月1日08時(shí)t-lnp圖Fig.8 t-lnp diagram at Qingdao Station at 08:00 BST revised by air temperature and dew point at Qingdao Station (a) and Haiyang Station (b) at 14:00 BST 1 June 2019

5.2.4 傳播的先兆

由高分辨率的可見光云圖(圖9a)可見，13:30濰坊風(fēng)暴的下游青島境內(nèi)有很多新生的積云在發(fā)展，這些初生的積云在雷達(dá)上監(jiān)測(cè)不到，但高分辨率的可見光云圖上卻清晰可見。隨著濰坊風(fēng)暴逐漸東移，13:50其強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)(圖9b)，同時(shí)其下游新生的積云強(qiáng)度也在增強(qiáng)，說明其下游的環(huán)境條件有利于對(duì)流風(fēng)暴的發(fā)展，預(yù)示著濰坊風(fēng)暴將繼續(xù)向下游方向傳播。事實(shí)上，15:18(圖1c)濰坊風(fēng)暴移到青島北部地區(qū)，強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。可見，通過高分辨率的可見光云圖，能比雷達(dá)提前探測(cè)到積云的發(fā)展趨勢(shì)，為預(yù)判對(duì)流風(fēng)暴的傳播運(yùn)動(dòng)提供參考。

圖9 2019年6月1日13:30(a)和13:50(b)葵花衛(wèi)星可見光云圖(藍(lán)色圈為濰坊風(fēng)暴，紅色圈為濰坊風(fēng)暴下游新生的積云)Fig.9 Himawari-8 visible cloud imagery at 13:30 BST (a) and 13:50 BST (b) 1 June 2019 (blue circle for the Weifang storm, red circle for newborn cumulus downstream of the Weifang storm)

5.3 對(duì)流風(fēng)暴平流和傳播示意圖

文獻(xiàn)[9，32]的研究表明，對(duì)流風(fēng)暴的移動(dòng)向量是平流和傳播的合成。根據(jù)第2節(jié)和第5.1、5.2節(jié)的分析可知，濰坊風(fēng)暴剛開始生成時(shí)，其移動(dòng)方向?yàn)闁|偏北，傳播方向?yàn)槟系侥掀珫|。東移過程中，經(jīng)過新生、合并，進(jìn)入青島時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)。之后繼續(xù)東移，風(fēng)暴分裂，強(qiáng)度減弱，其移動(dòng)方向與引導(dǎo)氣流相同，傳播運(yùn)動(dòng)不明顯。濰坊風(fēng)暴發(fā)展階段的平流、傳播和移動(dòng)的關(guān)系示意圖見圖10a。

聊城風(fēng)暴在魯西北時(shí)強(qiáng)度較弱，主要是層積混合降水回波，在西南氣流引導(dǎo)下向東北方向移動(dòng)。16時(shí)進(jìn)入渤海后逐漸由分散的積層混合降水回波演變?yōu)橹行膹?qiáng)度為55 dBZ的多單體風(fēng)暴，移動(dòng)方向偏東，傳播方向南到西南。17:42進(jìn)入煙臺(tái)西部時(shí)，中心強(qiáng)度高達(dá)60 dBZ，移動(dòng)方向轉(zhuǎn)為東南，傳播方向初期為南，繼而轉(zhuǎn)為西南，與850 hPa風(fēng)向相反。聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后其平流、傳播和移動(dòng)的關(guān)系示意圖見圖10b。

圖10 濰坊風(fēng)暴發(fā)展階段(a)和聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后(b)平流、傳播和移動(dòng)關(guān)系示意圖(黑色圓點(diǎn)?代表風(fēng)暴位置，藍(lán)色代表平流向量，紅色代表傳播向量，黑色代表移動(dòng)向量，實(shí)線為初始方向，虛線為后來方向)Fig.10 Graphical representation of advection, propagation, and motion of the Weifang storm (a) during its development stage and the Liaocheng storm (b) after entering Yantai (black dot ? for location of storm, blue for motion vector, solid line for initiation direction, dashed line for later direction)

由850 hPa風(fēng)場(chǎng)的演變可見，濰坊風(fēng)暴在東移發(fā)展過程中，其移動(dòng)路徑上850 hPa風(fēng)為西南西—西南風(fēng)2～4 m·s-1，而聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)向東南方向移動(dòng)過程中，其移動(dòng)路徑上850 hPa風(fēng)為西南風(fēng)8～12 m·s-1。CORFIDI et al.[9]的研究表明，β中尺度對(duì)流單體的傳播方向與低空急流的方向相反。本例中聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后路徑上的850 hPa風(fēng)速較大，其傳播方向與850 hPa風(fēng)的方向相反，與CORFIDI et al.[9]的研究結(jié)果相同。5.2節(jié)的分析發(fā)現(xiàn)，濰坊風(fēng)暴的傳播運(yùn)動(dòng)主要與地面冷池和暖濕空氣之間形成的輻合線、干線及水汽輻合區(qū)有關(guān)，其傳播方向與850 hPa風(fēng)的反方向有交角，與CORFIDI et al.[9]的研究結(jié)果不同，是由于850 hPa風(fēng)速太小，不足以影響其傳播運(yùn)動(dòng)。

6 結(jié)論與討論

500 hPa高空槽過境，850 hPa處于槽前西南暖濕氣流控制，在山東形成下暖濕上干冷的不穩(wěn)定大氣層結(jié)。山東半島一帶的對(duì)流降水是濰坊風(fēng)暴向東移動(dòng)過程強(qiáng)度增強(qiáng)、聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后轉(zhuǎn)向造成的。

1)地面輻合線與干線重合觸發(fā)濰坊風(fēng)暴的初始對(duì)流單體。濰坊風(fēng)暴在偏西風(fēng)引導(dǎo)氣流的作用下向偏東方向移向山東半島，沿著輻合線向著高溫、高濕、不穩(wěn)定的大氣層結(jié)和水汽輻合的方向傳播，強(qiáng)度增強(qiáng)。

2)聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后，在西西北引導(dǎo)氣流的作用下轉(zhuǎn)向東南方向移動(dòng)，向著水汽輻合區(qū)傳播，風(fēng)暴水平尺度增長(zhǎng)。

3)聊城風(fēng)暴進(jìn)入煙臺(tái)后其傳播方向與850 hPa風(fēng)的方向相反，濰坊風(fēng)暴發(fā)展階段的傳播運(yùn)動(dòng)與850 hPa風(fēng)的反方向不同，二者之間有交角，是由于850 hPa風(fēng)速太小不足以影響風(fēng)暴的傳播運(yùn)動(dòng)。

4)高分辨率衛(wèi)星云圖積云新生時(shí)間早于雷達(dá)觀測(cè)到的新生單體的時(shí)間，可以提前預(yù)示雷暴的傳播方向。

重大活動(dòng)的氣象保障過程中，對(duì)于天氣條件的要求是根據(jù)活動(dòng)的具體內(nèi)容而不同的。2019年海上衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)是室外作業(yè)，對(duì)于雷電和降水的敏感性較高，因此對(duì)于對(duì)流性降水出現(xiàn)的時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間等內(nèi)容的預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度要求較高，而對(duì)流降水的開始時(shí)間及其平流和傳播運(yùn)動(dòng)又是短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的難點(diǎn)。短時(shí)臨近監(jiān)測(cè)中根據(jù)雷達(dá)和衛(wèi)星的探測(cè)特性結(jié)合使用，同時(shí)分析加密自動(dòng)氣象站的實(shí)時(shí)觀測(cè)信息，綜合判斷對(duì)流初生和對(duì)流風(fēng)暴傳播的可能性。對(duì)于本地動(dòng)力強(qiáng)迫較弱，或者處于天氣系統(tǒng)邊緣時(shí)，要考慮上游對(duì)流風(fēng)暴的平流和傳播運(yùn)動(dòng)。在不穩(wěn)定的大氣層結(jié)前提下，地面輻合線與干線重合，對(duì)流單體容易在輻合線上高溫區(qū)觸發(fā)。