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squall linebiaoxian飑线由雷暴单体或雷暴群体组成的狭窄的强对流天气带。在天气图上是一种范围不大、生命史较短、气压和风的不连续线。破坏性最强大的中尺度强风暴天气系统之一。对海军舰船、飞机和陆上设施有严重威胁。 飑线常发生在低层与中尺度能量锋结合的中尺度气流辐合线上，能量锋是总温度等值线即能量密集的地区。长度一般为数十到数百千米，宽度从数百米到数千米，垂直范围一般为3千米；生命史4～18小时，其中强对流天气仅数十分钟到一二小时。飑线的出现非常突然。过境时风向突变，风速急增，可超过40米／秒，气压猛升，气温骤降；沿飑线可出现雷暴、暴雨、冰雹及龙卷风等激烈的天气现象。飑线后都有雷暴高压，有时还出现中尺度低压等飑线系统。飑线按形成背景可分为三类：①锋前飑线。常见于气旋暖区及锋前，尤以冷锋前100～500千米处最多。当强冷锋逼近暖湿不稳定空气时，易在暖区产生强对流，发展成飑线。天气现象较冷锋激烈得多，移速比冷锋快2～3倍，并表现出午前生成，午后最强烈，傍晚以后消散的日变化特征。②台风飑线。北半球主要出现在台风外缘右前方(南半球在左前方)的螺旋雨带。③气团飑线。与锋面等天气系统无关，出现在同一气团中的飑线。在热带地区飑线是大陆和海洋常见的一种天气系统。其结构和活动特点与中纬度的飑线有一定差别。在北太平洋和中国，飑线多出现在春夏季节。飑线生命史通常经历生成、发展、强盛、衰亡四个阶段生命史。在每个阶段，因起主要作用的物理过程不一样，飑线的流场和温压场都不相同。天气预报实践中，根据可能形成飑线的天气形势，结合气象雷达和其他探测手段，对飑线进行监测和预报。
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& &飑线(英语:Squall line)，有时亦称线飑。是指带状的雷暴群所构成的风向、风速突变的一种中至的强对流天气，通常伴随或先于冷锋出现。其破坏性很强大。飑线的产生多是由于冷空气行进至暖湿地区时造成了上冷下暖的格局，使对流层上下热力结构不同，产生高强度的强对流天气。飑线上的雷暴通常是由若干个组成的，因此可以产生剧烈的天气变化。在20世纪早期，飑线通常被用作冷锋的代名词。飑线过境时的典型现象为风向突变、快速增加、气压骤然上升以及气温急剧变化，全盛阶段平均风力在10级以上，超过12级。同时也可能伴有雷暴、暴雨、冰雹、强力的直线风、龙卷风和海龙卷风。飑线通常具有典型的弓状特征，并伴随强力的直线风。龙卷风则可能在中尺度存在时沿着波形线状回波存在。在夏季时弓形回波可能会发展为超强对流风暴，并以极高的速度通过大范围区域。雨盾状遮蔽部的后方边缘通常伴随着发展成熟的飑线，并存在尾流低压，有时甚至伴随热暴流。飑线的水平范围很小，长度通常只有150~300公里，宽度仅半公里到几十公里，高度也只有3公里左右。其维持时间一般为4~10个小时。&基本信息
飑线 (biāoxiàn)squall line定义:飑线是由许多雷暴单体(其中包括若干超级单体)侧向排列而形成的云带，其水平尺度长、宽均约几十至上百公里，持续时间几小时至十几小时。"飑线"出现时通常伴有、大风(或龙卷风)、等，能量大，较强。
飑线是一种。发生时，通常伴有雷暴、大风、冰雹等过程，能量大，破坏力强，并且预报难度很大。
1.含义:有许多雷暴单体(其中包括若干超级单体)侧向排列而形成的云带。2.水平尺度:长约几十至几百公里，宽约几十公里至二百公里。3.生命史:几小时至十几小时。4.天气现象:、大风、、龙卷。
飑线前天气较好，多为偏南风，且在发展到成熟阶段的飑线前方常伴有中尺度低压。飑线后天气变坏，风向急转为偏北、偏西风，风力大增，飑线之后一般有扁长的高压带和一明显的冷中心，在后方有时还伴有一个中尺度低压，由于它尾随在雷暴高压之后，故称之为"尾流低压"。飑线沿线到后部高压区内，有暴雨、、龙卷等天气。
飑线是排列成带状的。一种范围较小、生命史较短、气压和风的不连续线。其宽度由不及一千米至几千米，最宽至几十千米，长度一般由几十千米至几百千米，维持时间由几小时至十几小时。飑线出现非常突然。飑线过境时，风向突变，气压涌升、气温急降，同时，狂风、雨雹交加，能造成严重的灾害。北半球温带地区，飑线前多偏南风，线后转偏西或偏北风，飑线后的一般为每秒十几米，强时可超过40米/秒。飑线前天气较好，降水区多在飑线后。飑线两侧温差可达10℃以上。飑线多出现在高空槽后和冷涡的南或西南方;有时出现在高空槽前、副热带高压西北边缘的低空西南暖湿气流里;少数飑线产生于台风前部的倒槽或东风波里。从相应的地面形势看，大部分飑线与活动有关，主要发生在地面冷锋前100~500千米的暖区内。飑线产生于强烈不稳定的气流中，与也有一定的联系，多发生于急流区或风的铅直切变较大的区域。
&飑线与冷锋的区别
飑线处于雷暴云下沉冷空气的前缘，空间结构和冷锋酷似，都是冷暖空气的分界面，过境时都伴有风向急转，风力猛增，气温下降，气压上升，加之它又常出现在冷锋附近，因此，容易把它与冷锋混淆。尽管飑线与冷锋有不少相似之处，但也有很大差异，故又常将飑线称为"伪冷锋"或"假冷锋"。二者的主要区别在于:1.是两种不同性质气团的分界面，是大尺度系统，而飑线则是在同一气团内部形成和传播的中尺度系统;2.飑线附近的天气现象比冷锋天气剧烈得多，气象要素的变率也比冷锋附近的大得多;3.飑线的移速一般比冷锋要快，有时甚至比冷锋快2~3倍;4.飑线强度有明显的日变化，而冷锋没有。
具有不同特征的两个气团相互碰撞是飑线产生的必要条件。最常见的情况是冷气团碰撞，但也有的时候是干空气与碰撞。无论在哪种情况下，高空中都会有风切变。相邻的两股风方向和速度都不同时，就会产生风切变。他可以是上升的空气离开云顶。
飑线虽属中尺度天气系统，但其形成和发展与一定的大尺度有关。主要发生在地面前100~500公里的暖区内。飑线产生于强烈位势不稳定的层结中(见)。这种不稳定层结，多数是由中层或高层叠加在低层之上所致。飑线与高空急流也有一定的联系，多发生于急流区或风的铅直切变较大的区域。
&飑线的移动
飑线的移动方向和移动速度不仅和高空气流有关，还随发展阶段不同而异。
在形成阶段，移动方向基本上和高空气流方向一致,移动速度较慢,一般为30~40公里/小时;
在发展旺盛阶段，移动方向多偏于500百帕或700百帕等压面上的气流方向的右侧，移速加快,一般达40~80公里/小时,快者可达80~120公里/小时;
在减弱阶段，移动速度又相应减慢,一般为30~40公里/小时，移动方向又和高空气流方向一致。飑线上单体的移动方向，有时和飑线一致，有时偏向飑线移动方向的左侧，但交角小于60°。
飑线上强的强降水所形成的强大的下沉辐散气流，在其行进方向上最猛烈。它促使地面切变线超越于飑线之前。这支下沉冷气流在低层和西南暖湿气流辐合而引起的抬升，使原飑线的前方形成新的飑线。这时原飑线减弱，新飑线发展加强，以这种新陈代谢的方式不断向前传播，就形成了飑线的"跳跃"现象。
&飑线结构模式
&中纬度飑线
中纬度地区的飑线常发生在春夏之交，多出现在地面冷锋前或波的暖区及后西北气流里的短波槽下方。飑线的低层前部有强流入气流，而后部有强流出气流。在飑线前，约 200hPa的高层为出流区。从低层进入雷暴云体的湿空气，向着逆切变气流方向倾斜上升，然后流出云体，并与云体周围的干下沉气流形成一个后倾的图。在雷暴云体后部，从中空卷入的环境空气，形成湿气流向顺切变气流方向倾斜下沉，到达低层流出区。
热带飑线，多发生在台风前沿和东风扰动里。在它的前方，各层相对气流都是流入的;在后方，高层和低层流出，800--500hPa层流入。从飓线前方低层流入的，通过飑线在高空以云砧形式从后方流出。从前方中层进入飑线的被输送至低层后，又从系统后部流出。飑线常有向不稳定区移动的趋势，但其中的移动，一般与环境大气的对流层中层风向一致。
&飑线生命史
飑线分布通过大量气象雷达探测发现，飑线从形成到消失，经历了三个发展阶段:
开始为多块孤立的对流单体组成的比较离散的回波带，回波单体明亮，轮廓清晰，有明显的块状结构，水平尺度一般为10~20公里。随着对流单体的发展和,尺度增大,对流单体顶高由7~8公里发展到11~12公里,回波强度通常达40~50dBz，逐步形成带状，雷阵雨天气开始，速加大。
回波单体和群体显著发展，整个带的长度和宽度同时增加，在带上出现扰动。有时出现与地面相对应的涡旋状、波动状和"人"字形等回波特征。在这些扰动中心附近，发展成结构密实的强超级单体或强单体群。此时它们的水平尺度常为几十公里,顶高猛增到14~18公里甚至更高,回波强度增至50~60dBz，甚至可达70dBz。雷暴带前沿的回波强度梯度很大。此时地面风速一般可超过25米/秒,每小时雨量可达40~60毫米，严重时可出现和龙卷。
随着能量的释放,飑线逐渐减弱,回波带的宽度加大，结构逐渐松散，顶高下降，回波强度减弱，降水强度迅速减少，风速也趋于减弱。
利用常规天气观测资料、气象观测资料、卫星云图以及观测资料，对日发生在陕西省境内的飑线过程进行了探讨和分析，结果表明:地面到500 hPa各层影响系统的前倾结构，使前倾结构控制区内地区的不稳定度迅速加强，加之蒙古冷涡旋转分裂冷空气触发形成中β尺度对流系统(MβCSs)，为飑线形成提供了前期动力和热力条件;地面流场和能量场的分析明显反映出了飑线在地面后部，风向、风速辐合区前部。雷达产品分析表明飑线回波具有线状分布和发展快的特点，而且最大与径向速度的最大值在飑线发生的时段内长时间相伴。当飑线回波上的单体进入"逆风区"时，发展更旺盛，不仅造成了灾害性的大风和，还造成了影响范围内的短时强降水。
&飑线灾害资料
& & & &日21时32分，重庆东方轮船公司所属“东方之星”号客轮由南京开往重庆，当航行至湖北省荆州市监利县长江大马洲水道时翻沉，造成442人死亡。& & & &“东方之星”轮航行至长江中游大马洲水道时突遇飑线天气系统，该系统伴有下击暴流、短时强降雨等局地性、突发性强对流天气。受下击暴流袭击，风雨强度陡增，瞬时极大风力达12－13级，1小时降雨量达94.4毫米。船长虽采取了稳船抗风措施，但在强风暴雨作用下，船舶持续后退，船舶处于失控状态，船艏向右下风偏转，风舷角和风压倾侧力矩逐步增大，船舶最大风压倾侧力矩达到该客轮极限抗风能力的2倍以上，船舶倾斜进水并在一分多钟内倾覆。
&2009年6月
日傍晚，一场罕见的袭击了山西、河南、山东、安徽、江苏等地，造成了22人死亡，农业直接经济损失高达十几亿元。河南省商丘全市发生强对流天气，其中永城市最大风力达到11级，为永城市有气象记录以来的最大风力，永城市受灾最严重。这次飑线共导致22人死亡，多为树木房屋倒塌压砸所致，这是一种名为"飑线"的天气现象。该天气现象发生时，通常伴有、大风、等过程，能量大，破坏力强，并且预报难度大。日晚10:30左右 安徽省合肥市发生强对流天气，10分钟降水超过5CM 伴随雷暴，风速达到18m/s 最高已经超过25m/s日晚至21时27分，14日下午安徽省宿州市雷雨大风共造成7人死亡(其中灵璧6人)，118人受伤。江苏通州市雷雨大风导致1人死亡
&2009年8月
日16时50分开始，受飑线系统影响，辽宁多地出现雷雨大风天气。虽然气象部门及时发布了，提醒市民和有关部门注意即将到来的雷雨、大风，但仍有3人遇难，10余人被砸伤，另外锦州市通讯、网络等在此次飑线过程中暂时中断。27日下午，辽宁中西部出现雷雨大风天气，由于水汽条件不足，雨量不算大，但风力却非常强劲。其中沈阳最大，达到了9.5米/秒，相当于风力的5级。而个别地点的瞬时风力，甚至达到了8级。大风吹倒的大树、广告牌等造成了多人伤亡。在沈阳市南三经街上，一棵碗口粗细的树被刮断(来源:辽沈晚报)据《》报道，27日15时45分，到乡里买东西的沈阳市新民市周坨子乡大坨子村村民刘静贤夫妻骑着摩托车被雷电击中的枯树砸倒，再也没能回来。据一位目击者称，当时风力很强，倒下的枯树砸刚好中了经过的红色摩托车，树干轧在两人的胸口处，人当时就不行了，两截枯树加起来能有20米长。随后，民政部门的殡葬车辆将夫妻俩的遗体送往殡仪馆。折断的枯树砸倒一对骑摩托的夫妇(来源:辽沈晚报)16时许，附近一处工地外面，一名26岁的小伙子被砸倒，送到抢救无效死亡。据120急救人员介绍，他们赶到事发地点时，小伙子已经停止了心跳。当时是一块约6平方米大的广告牌先砸倒电线杆，再砸向这个小伙子。据当地媒体报道，小伙子刚上班仅1个多月，事情发生在他下班回家的路上。由于仍在试用期内，小伙子的公司还没有给其缴纳保险。由于此次雷雨天气时值晚高峰，大风刮落的物体还砸伤10余位来不及躲避的市民，其中一名伤势较重女士仍在抢救中。此前，锦州市也遭遇强对流天气。15时左右锦州市上空突然乌云密布，片刻间天就阴暗下来，几分钟后倾盆大雨从天而降，昼如黑夜。乌云、狂风、骤雨，突变的天气让市民措手不及。同时造成通讯、网络等暂时中断。锦州市也遭遇强对流天气(来源:辽宁日报)沈阳中心气象台首席预报员蒋大凯接受本网采访时表示，此次强对流天气过程从27日午后14时左右开始形成，到20时左右结束，从雷达图像分析看是飑线。此次强对流天气影响范围大，辽宁除辽宁南部、丹东和大连之外都有影响，通常当地一般在6月份时发生飑线的几率较多，但8月下旬辽宁出现这么大范围飑线活动还是比较少见的。气象专家解释说，冷暖气流交汇时，存在着一条狭窄的风向切变带，过境时将带来极强烈的。闪电、、雷雨、大风都是强对流天气的产物，但27日雷电、冰雹都没什么作为，只有大风显示了威力。这是因为局部地区风力的大小受地形地貌的影响较大，城市里高层建筑物林立，极易造成局部地区风力比周围地区更为强劲。大风卷起楼顶的石棉瓦和木板，砸伤3名路人(来源:辽沈晚报)经过一场雷阵雨过后，沈阳28日最高气温将只有22℃，较前一日最高气温下降了7℃。尤其是清晨和夜晚，降温更加明显，最低气温将降至10℃。从29日至31日，辽宁各地气温才缓慢回升。
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台风“麦莎”的动力学特征与台风强度对台前飑线发展过程影响的研究
【摘要】：本文利用中尺度WRF模式对2005年台风“麦莎”(Matsa)进行了精细的数值模拟。通过与实况资料的对比验证,此次模拟结果很好的再现了台风“麦莎”从登陆前最大强度时刻到登陆后一直北上进入山东半岛的过程。根据台风登陆前后下垫面的不同,分别推导出两组大气运动方程组,利用模式输出资料,研究台风登陆前的正压波动结构的特征及登陆后摩擦对正压波动特征的影响。
台风登陆前,对推导出的柱坐标系下(不考虑地形和摩擦)的正压浅水方程组进行数值差分计算,求得特征波动解,计算得到相角速度和增长率。分析它在最大强度时刻的正压特征波动结构和稳定性,结果表明：台风“麦莎"内部包含有沿逆时针方向传播的重力惯性外波和涡旋Rossby波,两种波动的结构和稳定性存在显著性差异。前者主要存在于台风外围,增长率随波长的减小而增加,台风外围的波动相速度为48.9～68.5m/s；后者主要位于距离台风中心200km内,表现为3波最不稳定,半径100km处相速度约为5m/s。此外,重力惯性外波的扰动风场与高度场基本相垂直,扰动散涡比值大于3倍,甚至达到103倍,运动以辐合、辐散为主；涡旋Rossby波的扰动风场基本平行于高度场,扰动散涡比值为10-1～10-2,涡旋运动是其主要运动,与内螺旋雨带沿着切向圆周方向的传播具有密切关系。对比实际情况下,在据台风中心半径200km范围内,1波、2波、3波的非对称风场基本沿着非对称位势高度场运动,表现出了明显的涡旋运动特征。与之前分析的正压波动特征一致。2波非对称的雷达回波规则的围绕台风中心,以定常角速度进行气旋式旋转,平均切向速度为27m/s。为同高度层的最大切向风速的1/2。2波非对称的雷达回波从距离台风中心半径50km处向外传播到半径200km处,径向传播速度约为6.9m/s。
台风登陆后,选取台风“麦莎"登陆浙江过程中的主体位于陆地上的6日15时的模式输出资料,根据推导出的柱坐标系下含有粘性摩擦项的正压方程组,利用数值差分方法对该正压方程组求特征波解,计算得到相角速度和增长率。从结果可以看出重力惯性外波在粘性摩擦的影响下,最不稳定波的波数为45左右,波动在摩擦的影响下衰减,波动沿逆时针传播,在半径1000km处,1波波速为47.43m/s,在半径r800km的范围内,径向风分量扰动加大,辐合辐散运动增强；而摩擦影响下的涡旋Rossby波,2波最不稳定,波动增长率减小,在半径r=200km处波动相速度为4.282m/s-29.172m/s,扰动涡度大值区范围减小,涡旋Rossby波的波动区域沿着径向向台风中心收缩。分析包含所有波动时,考虑摩擦后,最不稳定波数在45左右且波动衰减,1波波速在r=1000km处(外螺旋雨带)为26.374m/s；在半径r=200km(内螺旋雨带)为5.275m/s,考虑径向基本气流后,最不稳定波的波数保持不变,半径r=1000km处的波速增加为30.324m/s, r=200km(内螺旋雨带)处波速为6.065m/s,摩擦使得径向风分量扰动明显增大,辐合辐散运动加强。
同时利用模式输出资料研究了发生在螺旋雨带前沿的一次台前飑线的发展过程及其成熟时期的三维结构特征。这次台前飑线在母体台风和副高之间的湿区生成。台风为这次台前飑线过程提供了有利的条件,包括强的低空急流输送充沛的水汽,强的不稳定环境产生大的对流有效位能以及强的地表辐合,使得初始的离散的对流单体组织发展形成台前飑线。成熟时期的台前飑线虽然比中纬度和热带飑线的变压强度小,但是具有更强的低层暖湿空气入流,中层的入流范围也更加宽广。利用位涡反演方法,设计了一种构造台风初始涡旋的新方案。并利用这种方案设计敏感性试验。敏感性试验结果表明：台风强度越强,其台前飑线的回波强度越强,移动速度更快,生命史也更长。强台风使得低空垂直风切变更大,有利于台前飑线的生成和发展,在台前飑线发展成熟后,低空垂直风切变强度减小,不利于台前飑线的维持,加之低空水汽输送的减少,使其逐渐趋向衰亡。
【关键词】：
【学位授予单位】：南京信息工程大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2013【分类号】：P444【目录】：
目录3-5摘要5-7Abstract7-9第一章 绪论9-21 1.1 螺旋雨带的观测事实10-11 1.2 重力惯性波理论11-13 1.3 涡旋Rossby波理论13-16
1.3.1 涡旋Rossby波的提出13
1.3.2 涡旋Rossby波理论的发展13-14
1.3.3 涡旋Rossby波理论的应用14-16 1.4 个例选择16-17 1.5 拟解决的关键科学问题17-18 1.6 本文研究内容和章节安排18-21第二章 台风“麦莎”的数值模拟研究21-35 2.1 资料、模式和方法21-27
2.1.1 资料21
2.1.2 模式介绍21-24
2.1.3 位涡反演方法介绍24-27 2.2 台风“麦莎”概况27-32 2.3 模式参数设置及模拟结果验证32-35
2.3.1 模式参数设置32
2.3.2 模拟结果验证32-35第三章 台风“麦莎”的正压特征波动结构及其稳定性35-59 3.1 引言35-36 3.2 线性化小扰动正压方程组36-38 3.3 考虑切向基本气流为线性切变(仅有重力惯性波)38-43
3.3.1 常微分方程组的简化及数值差分方法38-39
3.3.2 波动结构特征和稳定性39-43 3.4 考虑水平扰动散度为零(仅有涡旋Rossby波)43-48
3.4.1 常微分方程组简化及数值差分方法43-44
3.4.2 波动结构特征和稳定性44-48 3.5 考虑一般的情况(包含了所有波动)48-52
3.5.1 常微分方程简化与数值差分方法48
3.5.2 波动结构特征和稳定性48-52 3.6 台风“麦莎”的涡旋Rossby波结构特征52-57 3.7 本章小结57-59第四章 台风“麦莎”登陆后粘性摩擦对正压特征波动的影响59-81 4.1 引言59-60 4.2 线性化小扰动正压方程组60-61 4.3 考虑切向基本气流为线性切变(不考虑径向基本气流)61-66
4.3.1 常微分方程组简化及数值差分方法61-63
4.3.2 粘性摩擦对波动结构特征和稳定性的影响63-66 4.4 考虑水平扰动散度为零(不考虑径向基本气流)66-72
4.4.1 常微分方程组简化及数值差分方法66-68
4.4.2 粘性摩擦对波动结构特征和稳定性的影响68-72 4.5 不考虑径向基本气流下的包含了所有波动的情况72-76
4.5.1 常微分方程简化与数值差分方法72-73
4.5.2 粘性摩擦对波动结构特征和稳定性的影响73-76 4.6 同时考虑径向基本气流和切向基本气流下的包含所有波动的情况76-80
4.6.1 常微分方程简化与数值差分方法76
4.6.2 粘性摩擦对波动结构特征和稳定性的影响76-80 4.7 本章小结80-81第五章 台风“麦莎”的强度对台前飑线发展过程影响的研究81-99 5.1 引言81-82 5.2 台风“麦莎”台前飑线系统的数值模拟验证82-83 5.3 台前飑线的生成条件和典型结构特征83-88
5.3.1 台前飑线生成环境条件83-85
5.3.2 成熟飑线的发展过程及其三维结构85-88 5.4 台前飑线影响因子敏感性试验88-98
5.4.1 位涡反演方法和敏感性试验设计88-91
5.4.2 台前飑线影响因子敏感性试验91-98 5.5 本章小结98-99第六章 全文总结与展望99-103 6.1 全文总结99-100 6.2 研究特色与创新点100-101 6.3 研究展望101-103参考文献103-110博士期间发表或接收的文章110-111致谢111-112
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