Effects of the Underlying Surface on the Intensity of Linear Storms in the Bohai Strait
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摘要: 利用常规观测资料、雷达资料和ERA5再分析数据，结合2021年渤海海峡两类不同演变特征的强对流个例，分析了下垫面对线性风暴强度的影响。结果表明：增强、减弱过程均发生在弱天气尺度系统影响下，低层均伴有暖温脊，有利于位势不稳定层结的建立。夜间弱天气系统影响时，下垫面温度不均带来的热力环流和动力强迫起主要作用，白天海面温度差异引起的下垫面作用是次要的。一般情况下，夜间线性风暴东移至渤海海峡时，受渤海海峡冷水区上空的辐散气流影响减弱。当下垫面温度不均引起的近海层上升运动与环境辐合上下同位相叠加时，风暴增强。这种情况下，渤海海峡附近有暖水区上升、冷水区下沉的近海层相对浅薄的中尺度次级环流，环境辐合多有周围其他风暴的下沉出流与环境风辐合抬升形成。此外，环境偏东气流及0-1km较强垂直风切变有利于线性风暴移动方向上升运动的维持；海陆风与海岸线曲率也对沿海对流有影响。Abstract: Using observational data, radar data, and ERA5 reanalysis data, this study analyzed the impact of the underlying surface on the intensity of linear storms in the Bohai Strait through the analysis of two severe convective events with distinct evolutionary characteristics in 2021. The results show that both storm strengthening and weakening occurred under weak synoptic forcing, with low-level warm temperature ridge supporting potential instability stratification. Nocturnal thermal circulation and dynamic forcing dominated storm modulation through surface thermal heterogeneity, while daytime sea surface temperature (SST) gradients played secondary roles. Eastward-moving nocturnal linear storms typically weakened over the Bohai Strait cold-water region due to divergent flows. Storm enhancement occurred when ascent in the near-surface layer (induced by surface thermal contrasts) vertically aligned with environmental convergence. In this case, a relatively shallow mesoscale secondary circulation developed near the Bohai Strait, characterized by ascending motion in warm water areas and descending motion in cold water regions within the near-surface layer. Environmental convergence was often caused by outflows of other surrounding storms lifted by environmental wind convergence. Additionally, environmental easterly airflow and strong vertical wind shear at 0-1 km were conducive to maintaining the ascending motion of linear storm movement; sea breeze and coastline curvature also affected coastal convection.
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图 1 四次过程不同时间雷达组合反射率（单位：dBZ）
a1、b1为14:00、15:00，a2、b2为5:00、6：30，a3、b3为5：00、6：30，a4、b4为02：00、05：30。
图 2 2021年6月7日08时（a1）、7月10日20时（b1）、7月8日20时（c1）、8月5日20时（d1）高空形势（深蓝线为500 hPa高度、红线为850 hPa温度、风羽为500 hPa风场，a1绿色方框为渤海海峡位置）和对应过程地面形势（a2为当日14时，b2为次日05时，c2为次日05时，d2为次日02时，蓝线为海平面气压，风羽为10 m风场）
图 3 2021年6月7日（a）、7月10日（b）、7月8日（c）、8月5日（d）08：00—次日08：00，37.5~38.5 °N范围平均对流有效位能Hovmoller图（黑线为120.5 °E、绿线为122 °E，其中120.5~122 °E为渤海海峡区域，单位：J·kg-1）
图 4 2021年6月7日13时（a）、7月11日04时（b）、7月9日04时（c）、8月6日01时（d）u、v风分量的合成风(黑色箭头，单位：m·s-1）、垂直速度（黑色虚线，单位：Pa·s-1）、散度（红色虚线，单位：10-5·s-1）和温度平流（填色，单位：K·s-1）沿38.2 °N垂直剖面
图 5 2021年6月7日15时（a）、7月11日07时（b）、7月9日06时（c）、8月6日03时（d）组合反射率（单位：dBZ）叠加高通滤波后的10 m风场（黑色箭头，红框为反气旋辐散区，蓝圈为风速低值区，单位：m·s-1）
图 6 2021年6月7日12时（a1、a2）、7月11日04时（b1、b2，b2黑色方框为风速辐散区）、7月9日04时（c1、c2）、8月6日02时（d1、d2）海表温度（填色，单位：℃）、2 m气温（黑色实线，单位：℃）和高通滤波后的10 m风场（黑色箭头，单位：m·s-1）
图 7 2021年7月9日02时（a1）、06时（b1）, 8月6日02时（a2）、04时（b2）高通滤波后的垂直速度（填色，单位：10-1Pa·s-1）叠加u、v风分量的合成风（上，黑色箭头，单位：m·s-1）和海表温度梯度（下，单位：℃·（100 km）-1）沿38.2 °N纬向剖面
图 8 2021年7月11日5:00（a1）、6:00（b1）和7：00（c1）组合反射率（单位：dBZ，蓝色虚线为38.2 °N）以及相应时刻高通滤波后的垂直速度（填色，单位：10-1 Pa·s-1）叠加u、v风分量的合成风（上）（箭头，单位：m·s-1）和海表温度梯度（下，单位：℃·（100 km）-1）沿38.2 °N的经向剖面
图 9 2021年6月7日12:00（a1）、13:00（b1）、14:00（c1）、15：00（d1）海平面气压拉普拉斯（填色，单位：10-5 Pa·m-2）和高通 滤波后的10 m风场（箭头，单位：m·s-1）、对应时刻的组合反射率（a2～d2,单位：dBZ,蓝色虚线为38.3 °N）以及 对应时刻高通滤波后的垂直速度（填色，单位：10-1 Pa·s-1）叠加u、v风分量的合成风（上）（箭头，单位：m·s-1） 和海表温度梯度（下，单位：℃·（100 km）-1）沿38.3 °N的纬向剖面（a3～d3）
图 12 对流风暴演变特征概念模型(a.夜间减弱；b.夜间增强；c.白天增强，填色为温度，单位：℃；云下蓝色箭头向上表示发展，向下表示减弱，上下表示变化不大；橙色细箭头为下垫面分布不均造成的次级环流，黑色箭头表示上升下沉运动强度)
表 1 四次过程对流回波时空变化特征和700 hPa的Q矢量散度最小值（单位：10-15 hPa-1·s-3）
过程 初始回波 渤海海峡西部 渤海海峡 Q矢量散度 位置 时间 时间 类型 时间 强度变化 “6.7” 渤海中部 11：00前 12:00 线性风暴 12：00—16：00 持续增强 -2.96 “7.10” 京津冀 02：00前 5:00 飑线 05：00—08：00 先减弱后增强 -1.88 “7.8” 渤海西部 03：00前 5:00 弓形回波 05：00—08：00 明显减弱 -1.06 “8.5” 渤海中西部 01：00前 0.08 线性风暴 02：00—06：00 明显减弱 -0.80 
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