颮線組織化過程對環(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽的響應(yīng)

張建軍王詠青鐘瑋1湖南省氣候中心，長沙410118南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院太平洋臺風(fēng)研究中心，南京100443解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，南京111014南京大學(xué)中尺度災(zāi)害性天氣教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京10093

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颮線組織化過程對環(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽的響應(yīng)

張建軍1, 2王詠青2鐘瑋3, 4
1湖南省氣候中心，長沙410118
2南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院太平洋臺風(fēng)研究中心，南京210044
3解放軍理工大學(xué)氣象海洋學(xué)院，南京211101
4南京大學(xué)中尺度災(zāi)害性天氣教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210093

摘 要利用ARPS模式對颮線發(fā)生發(fā)展過程進(jìn)行二維理想數(shù)值試驗(yàn)，討論了低層環(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽條件變化時(shí)，颮線內(nèi)部物理因子配置變化及其與系統(tǒng)強(qiáng)度演變的聯(lián)系。研究表明，颮線發(fā)展過程中出現(xiàn)的動(dòng)量、熱量和水汽的再分配過程，造成系統(tǒng)內(nèi)垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)溫濕場分布發(fā)生變化，從而影響系統(tǒng)內(nèi)部深對流的組織化過程和颮線強(qiáng)度的發(fā)展。基于低層環(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽兩個(gè)要素的敏感性試驗(yàn)研究表明，低層環(huán)境垂直風(fēng)切變增大（減?。r(shí)，颮線移速減慢（加快），冷池前沿激發(fā)的新對流與中高層的垂直運(yùn)動(dòng)相互貫通（分離），颮線系統(tǒng)強(qiáng)度隨之增強(qiáng)（減弱）。此外，當(dāng)?shù)蛯铀黾樱p少）時(shí)，會導(dǎo)致輸送到中層的水汽增加（減少），中層凝結(jié)潛熱釋放增多（減少），該層垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)（減弱）；同時(shí)，颮線系統(tǒng)區(qū)域環(huán)境釋放的對流有效位能（CAPE）增大（減小），新生對流的強(qiáng)度增強(qiáng)（減弱）。低層水汽條件通過水汽輸送和能量釋放，改變冷池前沿新對流與中高層垂直環(huán)流的組織化結(jié)構(gòu)，從而影響颮線強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞颮線 數(shù)值模擬 冷池 環(huán)境垂直風(fēng)切變 水汽1

張建軍, 王詠青, 鐘瑋. 2016. 颮線組織化過程對環(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽的響應(yīng) [J]. 大氣科學(xué), 40 (4): 689–702. Zhang Jianjun, Wang Yongqing, Zhong Wei. 2016. Impact of vertical wind shear and moisture on the organization of squall lines [J]. Chinese Journal of Atmospheric Sciences (in Chinese), 40 (4): 689–702, doi:10.3878/j.issn.1006-9895.1505.14337.

1 引言

颮線是有組織的雷暴群帶狀排列形成的中尺度對流系統(tǒng)，往往伴隨有局地暴雨、短時(shí)大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)災(zāi)害性的強(qiáng)對流天氣，維持時(shí)間有時(shí)能夠達(dá)到或超過十幾小時(shí)。對于這類有較長生命史的災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，探討其在不同環(huán)境條件下的發(fā)展變化過程對防災(zāi)減災(zāi)具有重要作用。

早在20世紀(jì)50年代，Newton（1950）指出水平風(fēng)速存在垂直切變的條件下，低層輻合高層輻散的配置有利于雷暴的維持和發(fā)展。后續(xù)研究表明垂直于颮線的環(huán)境垂直風(fēng)切變是颮線發(fā)展演變的關(guān)鍵因子（Fujita, 1955）。統(tǒng)計(jì)資料也顯示大多數(shù)颮線的環(huán)境垂直風(fēng)切變與颮線正交（Bluestein and Jain, 1985; Bluestein et al., 1987; Wyss and Emanuel, 1988）。近三十年來，颮線的強(qiáng)對流運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是冷池與低層（0～2.5 km）環(huán)境垂直風(fēng)切變相互作用的結(jié)果更是得到了廣泛認(rèn)可（Thorpe et al., 1982; Rotunno et al., 1988；Weisman and Rotunno, 2004; Takemi, 2006, 2007, 2014; Coniglio et al., 2012；陳明軒和王迎春，2012）。其中Rotunno et al. (1988) 提出的理論被稱之為RKW理論，RKW理論認(rèn)為低層環(huán)境垂直風(fēng)切變與近地面冷池強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)，颮線強(qiáng)度最強(qiáng)，兩者相差較大時(shí)則颮線減弱。

除了低層環(huán)境垂直風(fēng)切變對颮線的發(fā)展維持至關(guān)重要外，其他環(huán)境因子的作用也不容忽視。Takemi（2006）指出在較濕的環(huán)境下，更強(qiáng)的切變更有利于強(qiáng)對流的發(fā)展，且保持環(huán)境中水汽總量一致，低層更濕的環(huán)境所生成的颮線強(qiáng)度會更強(qiáng)。Takemi（2007）還指出在對流不穩(wěn)定層中，靜力穩(wěn)定度在決定颮線強(qiáng)度方面起著重要作用；在相同靜力穩(wěn)定度環(huán)境下，對流有效位能（CAPE）及可降水量能有效的表示颮線強(qiáng)度。Parker（2008）通過不斷減小近地面層的溫度使得颮線所處環(huán)境的溫度要素不斷發(fā)生變化，并探討了這種條件下颮線的發(fā)展變化過程。

以往的理想數(shù)值試驗(yàn)及個(gè)例分析，研究了環(huán)境垂直風(fēng)切變、水汽等環(huán)境要素在特定配置條件下，颮線觸發(fā)和組織化的物理過程，并通過冷池強(qiáng)度與環(huán)境垂直風(fēng)切變的比值（簡稱為冷切比）來解釋颮線發(fā)展變化的原因，并未從颮線內(nèi)部環(huán)流結(jié)構(gòu)的變化出發(fā)來探討颮線強(qiáng)度變化的機(jī)理。實(shí)際上在颮線發(fā)展演變過程中，系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)了動(dòng)量、熱量和水汽的輸送、集中等再分配過程，并依此對颮線組織化程度產(chǎn)生影響。本文通過理想數(shù)值試驗(yàn)，研究適宜環(huán)境配置條件下，颮線觸發(fā)和發(fā)展階段系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)量、熱量和水汽的再分配過程，及其對颮線系統(tǒng)強(qiáng)度變化的影響，并在此基礎(chǔ)上討論當(dāng)?shù)蛯迎h(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽等環(huán)境要素場發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部各物理因子的響應(yīng)過程及其對颮線系統(tǒng)強(qiáng)度變化的影響。文章第二部分基于RKW理論最優(yōu)環(huán)境條件配置模擬了颮線的發(fā)生發(fā)展過程，深入分析了系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)量、熱量和水汽的再分配過程及其與颮線系統(tǒng)強(qiáng)度變化之間的聯(lián)系；第三、四部分則分別介紹颮線發(fā)展過程中其強(qiáng)度對低層環(huán)境垂直風(fēng)切變和低層水汽的響應(yīng)結(jié)果，并通過分析颮線的內(nèi)部環(huán)流結(jié)構(gòu)探討了颮線強(qiáng)度變化的原因；最后對本文進(jìn)行了歸納總結(jié)。

2 颮線觸發(fā)及發(fā)展過程的數(shù)值試驗(yàn)

觀測研究表明，颮線具有明顯的準(zhǔn)二維特征，即沿颮線方向上各個(gè)風(fēng)暴單體的發(fā)展演變特征比較相似（Thorpe et al., 1982; Fovell and Ogura, 1988; Houze et al., 1989; Parker, 1998; Parker and Johnson, 2004），因此本文采用Xue et al.（2000）開發(fā)的非靜力風(fēng)暴尺度高級區(qū)域預(yù)報(bào)系統(tǒng)（ARPS）模式（5.3.4版本），設(shè)計(jì)了二維理想數(shù)值試驗(yàn)，再現(xiàn)颮線的觸發(fā)和發(fā)展過程，以及颮線發(fā)展過程中系統(tǒng)內(nèi)部物理量再分配的物理圖像。

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

假定理想二維剖面為x–z平面，水平（x）方向區(qū)域?yàn)?60 km，分辨率為600 m；垂直（z）高度為18 km，為盡可能節(jié)省計(jì)算時(shí)間并模擬出精細(xì)的颮線低層垂直結(jié)構(gòu)，垂直方向上進(jìn)行了網(wǎng)格拉伸，即在z=3 km以下格距固定為100 m，3～15 km高度上則采用雙曲正切函數(shù)拉伸，最大格距為574 m，15 km以上格距都為574 m。這樣的分辨率已足以模擬出颮線的結(jié)構(gòu)及其組織化過程（Weisman and Rotunno, 2004）。模式頂層及底層為剛性邊界，水平方向上為開放邊界。為了減小模式頂層向下反射的影響，14 km高度以上開啟了瑞利阻尼選項(xiàng)（Takemi, 2006）。

試驗(yàn)中溫濕背景場參考了Weisman and Klemp （1982）所設(shè)計(jì)的理想探空曲線（圖1），其計(jì)算公式如下：

其中，對流層頂高度 ztr=12 km，對流層頂處的溫度Ttr=213 K，對流層頂處的位溫θtr=343 K；θ0表示地面位溫，恒定為300 K；g為重力加速度；cp為干空氣比定壓熱容；q(z)為基態(tài)位溫；r為相對濕度?；旌蠈拥母叨仍O(shè)置為1.2 km，在混合層中相對濕度最大值為0.95，依據(jù)RKW理想試驗(yàn)的最優(yōu)配置，我們將對照試驗(yàn)的最底層比濕設(shè)置為 qv=14 g kg?1，垂直切變在垂直方向上的范圍為0～2.5 km，水平風(fēng)速自地面至 2.5 km高度的變化值（Us）為17 m s?1，即地面風(fēng)速為?17 m s?1，線性增強(qiáng)至2.5 km處，以上風(fēng)速都為0 m s?1。

對照試驗(yàn)初始對流啟動(dòng)采用的是熱泡激發(fā)方案，即給定一個(gè)中心位于模式底層x=90 km處（將此處設(shè)為零點(diǎn)），水平半徑為 10 km，垂直半徑為2.5 km的熱泡，初始擾動(dòng)位溫在中心點(diǎn)處設(shè)定為2 K，并按余弦函數(shù)向半徑范圍內(nèi)遞減，范圍以外則都為零。模擬采用了冰微物理過程（Lin et al., 1983）。此外，試驗(yàn)沒有考慮鋒、急流等颮線環(huán)境，也忽略了科氏力的影響。模式資料每 10分鐘輸出一次。

2.2 颮線觸發(fā)試驗(yàn)結(jié)果

理論研究（Thorpe et al., 1982; Rotunno et al., 1988）和敏感性試驗(yàn)（圖略）均表明：對照試驗(yàn)的這種環(huán)境配置條件，能夠使得對流觸發(fā)過程所能達(dá)到的最旺盛階段維持時(shí)間最長，強(qiáng)度最大。圖2給出了系統(tǒng)觸發(fā)過程不同發(fā)展階段的內(nèi)部環(huán)流結(jié)構(gòu)、擾動(dòng)位溫和擾動(dòng)比濕的垂直剖面圖。積分1.5 h時(shí)（圖 2a），颮線處于初步形成階段，在熱泡的中心點(diǎn)（x=0 km）處存在伸展高度接近6 km的垂直上升運(yùn)動(dòng)帶，對流層高層（8 km）處出現(xiàn)了以x=0 km為中心向正負(fù)兩個(gè)方向的輻散氣流；由于上升氣流不斷地將低層水汽輸送到中層，使得上升帶中擾動(dòng)比濕為正值，同時(shí)凝結(jié)作用產(chǎn)生的大量潛熱也使得上升帶3～5 km高度上出現(xiàn)明顯的擾動(dòng)增溫；上升氣流左側(cè)存在的明顯下沉運(yùn)動(dòng)，一方面使得凝結(jié)的水汽下落形成降水，另一方面將高層較為干冷的空氣向下輸送，并在低層環(huán)境風(fēng)影響下向水平負(fù)方向擴(kuò)散，造成熱泡中心左側(cè)大片2 km高度以下的區(qū)域出現(xiàn)了負(fù)的擾動(dòng)比濕，同時(shí)1 km以下出現(xiàn)大面積擾動(dòng)降溫，說明對流啟動(dòng)后，在降水和干冷空氣下傳堆積的影響下，冷池開始形成。

颮線進(jìn)一步發(fā)展后系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變化（圖2b）：首先由于近地面位溫以及比濕的擾動(dòng)降幅增大，冷池強(qiáng)度增強(qiáng)，地面冷池前沿移動(dòng)至x=6 km處，且其后部水平風(fēng)速明顯減弱，表明冷池增強(qiáng)后干冷空氣質(zhì)量堆積產(chǎn)生的外流逐步削弱了近地面層基本環(huán)境氣流的影響；其次雖然冷池前沿的右移使得地面強(qiáng)迫上升的啟動(dòng)位置隨之右移，但對流層中層上升運(yùn)動(dòng)和潛熱釋放的大值中心與地面冷池前沿的水平位置相差不大，因此對流層中層上升運(yùn)動(dòng)區(qū)的局地增溫，以及高空輻散外流的抽氣和通風(fēng)效應(yīng)，與地面冷池強(qiáng)迫垂直貫通，有利于垂直環(huán)流的進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)這種垂直方向貫通的傾斜對流使得颮線系統(tǒng)上升運(yùn)動(dòng)和下沉運(yùn)動(dòng)分離，也有利于颮線系統(tǒng)的組織化和其后部降水增強(qiáng)。在颮線維持階段（圖 2c、2d），由于累積降水的不斷增加使得冷池強(qiáng)度進(jìn)一步加強(qiáng)，在冷空氣堆質(zhì)量輻散的強(qiáng)大作用下，2 km高度以下擾動(dòng)位溫負(fù)值覆蓋區(qū)域水平風(fēng)速開始出現(xiàn)逆基本氣流的分布特征，因此地面冷池前沿及其引起的地面強(qiáng)迫上升的起始位置開始快速向右推進(jìn)。在此影響下，系統(tǒng)的環(huán)流結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的傾斜狀態(tài)，對流層中層上升運(yùn)動(dòng)以及凝結(jié)和高空輻散造成擾動(dòng)增溫的大值中心均明顯落后于低層，這種垂直分布導(dǎo)致中高層凝結(jié)和輻散引起的對流運(yùn)動(dòng)與地面冷池造成的強(qiáng)迫抬升難以形成有效的連通。到積分6.0～6.5 h時(shí)（圖2e、2f），這一現(xiàn)象尤其明顯，因此圖2e、2f中雖然地面降溫、地面上升速度和中高層擾動(dòng)增溫相比前一階段（圖2c、2d）在量值上均增大，系統(tǒng)強(qiáng)度卻開始減弱。

以上分析表明，颮線的發(fā)展伴隨著系統(tǒng)內(nèi)部垂直環(huán)流以及冷池強(qiáng)度的變化，冷池發(fā)展到一定強(qiáng)度后，不僅對颮線內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，還能夠通過與環(huán)境垂直風(fēng)切變等環(huán)境因素共同作用，對颮線的組織化和維持具有重要影響（RKW理論）。為了定量描述颮線不同階段冷池的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)和演變過程，本文對颮線發(fā)展過程中的冷池強(qiáng)度進(jìn)行定量計(jì)算。RKW理論給出的單點(diǎn)冷池強(qiáng)度（C）定義公式為

其中，H為冷池的高度，B則表示浮力，具體定義如下：

由圖2分析可知，冷池的形成和發(fā)展均出現(xiàn)在地面上升運(yùn)動(dòng)后部的大片區(qū)域中，在垂直方向上也存在伸展，單點(diǎn)強(qiáng)度很難準(zhǔn)確描述冷池的發(fā)展過程，需要對其垂直高度和水平覆蓋范圍進(jìn)行界定。

圖1 三種比濕條件下的Skew-T圖。其中綠色點(diǎn)線、黑色實(shí)線、紅色虛線分別為12 g kg?1、14 g kg?1、16 g kg?1條件下的露點(diǎn)曲線，紅色實(shí)線為溫度曲線Fig. 1 Diagram of Skew-T under three specific humidity used in the numerical simulations. The green dotted line (qv= 12 g kg?1), black solid line (qv= 14 g kg?1), and red dashed line (qv= 16g kg?1) are dew point curves, the red solid line is temperature curve

v在實(shí)際計(jì)算中，冷池的垂直高度H邊界取擾動(dòng)位溫自底層向上遞增至?1 K時(shí)的高度（Takemi, 2006）；考慮到冷池的快速水平擴(kuò)散及其對颮線系統(tǒng)的影響，采用Takemi（2007）和Parker（2008）的方法，選取地面冷池前沿線至其后部20 km范圍作為冷池強(qiáng)度計(jì)算的水平區(qū)域。綜上討論，本文在計(jì)算過程中，取界定區(qū)域內(nèi)冷池強(qiáng)度的平均值作為系統(tǒng)的冷池強(qiáng)度。需要說明的是，本文設(shè)定的冷池前沿線為擾動(dòng)位溫梯度最大值處。

圖2 對照試驗(yàn)不同發(fā)展階段的垂直剖面圖。陰影為擾動(dòng)位溫（單位：K），紅色等值線為擾動(dòng)比濕（間隔：1.0 g kg?1，未繪制零線），箭頭表示風(fēng)場（單位：m s?1）。橫坐標(biāo)為水平距離，零點(diǎn)為熱泡中心點(diǎn)，縱坐標(biāo)為垂直距離Fig. 2 Vertical cross sections of control simulation in different stages of development. Color scales represent perturbation potential temperature (units: K), red contours represent perturbation specific humidity (interval: 1.0 g kg?1; zero line not plotted), and arrows represent wind field (units: m s?1). The x-axis is horizontal distance, the point of zero represent the center of thermal bubble, and the vertical axis is vertical distance

為更具體的說明颮線強(qiáng)度與冷池強(qiáng)度之間的聯(lián)系，圖3給出了積分9 h內(nèi)5 km高度上的垂直運(yùn)動(dòng)、地面降溫以及冷切比。由于Us始終為17 m s?1，因此冷切比與冷池強(qiáng)度等價(jià)。由圖分析可知，積分初始0.7 h內(nèi)，整個(gè)模擬區(qū)域在5 km高度上垂直速度均小于4 m s?1，說明此時(shí)對流強(qiáng)度較弱，地面擾動(dòng)位溫大于?1 K，冷池強(qiáng)度基本為零。積分0.7 h后，垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)并開始出現(xiàn)超過4 m s?1的上升運(yùn)動(dòng)大值中心，其位置基本位于x=0 km處，且大值中心在時(shí)間—空間的二維平面上呈現(xiàn)連續(xù)分布的狀態(tài)，說明該區(qū)域開始出現(xiàn)強(qiáng)度較強(qiáng)且伸展高度較高的深厚對流，并且這類深厚對流在該區(qū)域能夠穩(wěn)定地激發(fā)和維持，組織化的颮線系統(tǒng)開始形成；同時(shí)地面也出現(xiàn)小于?1 K的擾動(dòng)位溫，冷池前沿的位置與系統(tǒng)上升運(yùn)動(dòng)大值中心位置一致，計(jì)算得到冷池強(qiáng)度在半小時(shí)內(nèi)快速增強(qiáng)，冷切比達(dá)到0.65左右后穩(wěn)定持續(xù)至2.5 h。隨后，冷池強(qiáng)度進(jìn)入了近2個(gè)小時(shí)的持續(xù)快速增長期，到積分4.5 h時(shí)冷切比超過 1.5，此時(shí)上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)不僅在時(shí)間和強(qiáng)度上保持連續(xù)發(fā)展的態(tài)勢，水平范圍也明顯擴(kuò)大；地面擾動(dòng)位溫減小進(jìn)一步加劇，冷池前沿線開始出現(xiàn)較為明顯的向前移動(dòng)，5 km高度上升運(yùn)動(dòng)中心稍落后于冷池前沿，但兩者水平距離較小。隨后到積分6 h時(shí)間段內(nèi)，雖然冷切比仍呈現(xiàn)較為平緩的增大趨勢，但是上升運(yùn)動(dòng)大值中心的分布呈現(xiàn)強(qiáng)度減弱，結(jié)構(gòu)不連續(xù)的特征，說明颮線強(qiáng)度開始減弱。同時(shí)冷池前沿隨時(shí)間快速向x正方向推進(jìn)，且逐漸遠(yuǎn)離上升運(yùn)動(dòng)中心；到積分6 h后，冷切比維持在 2.2左右，地面出現(xiàn)超過?13 K的降溫中心，但5 km高度上的上升運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)零散，強(qiáng)度迅速減弱直至消失。Weisman和Rotunno（2004）指出當(dāng)冷切比介于1.0～1.5時(shí)，最適宜颮線的發(fā)展，從上述分析來看本文結(jié)果與其一致。

由此可見，在RKW理論最優(yōu)配置條件下，颮線系統(tǒng)經(jīng)歷了從對流啟動(dòng)到深對流組織化，最后減弱消散的演變過程。在這一過程中，冷池強(qiáng)度的變化與颮線強(qiáng)度有很好的對應(yīng)關(guān)系，這與RKW理論結(jié)果一致，與此同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部位溫、比濕以及風(fēng)場發(fā)生了顯著的變化，即動(dòng)量、熱量以及水汽出現(xiàn)區(qū)域性的再分配，與之相對應(yīng)的則是系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)流結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并依此對颮線的組織化程度產(chǎn)生影響。接下來，我們將在颮線發(fā)展過程中改變低層環(huán)境垂直風(fēng)切變或水汽，探討這種情形下系統(tǒng)內(nèi)部各物理因子的響應(yīng)過程及其對颮線系統(tǒng)強(qiáng)度變化的影響。

3 低層環(huán)境垂直風(fēng)切變的變化對颮線強(qiáng)度的影響

從對照試驗(yàn)可以看出，對流發(fā)展及其伴隨的降水過程會使得冷池強(qiáng)度持續(xù)增強(qiáng)，與此同時(shí)，整體環(huán)境風(fēng)的垂直切變變化卻并不明顯，即冷切比不斷增大。因此，依據(jù)RKW理論及Weisman and Rotunno （2004）結(jié)果，冷切比介于1～1.5時(shí)颮線強(qiáng)度最強(qiáng)，隨著冷切比的持續(xù)增加，颮線強(qiáng)度開始減弱。而環(huán)境垂直風(fēng)切變是影響冷切比的關(guān)鍵因子，因此本節(jié)將低層環(huán)境垂直風(fēng)切變作為敏感性因子，探討在切變改變的條件下颮線強(qiáng)度如何變化，并從颮線系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)流結(jié)構(gòu)出發(fā)解釋這一強(qiáng)度變化原因。

對照試驗(yàn)結(jié)果表明2.5～4.5 h這一階段是颮線發(fā)展最強(qiáng)盛的階段，隨后垂直運(yùn)動(dòng)減弱，因此我們選取了對照試驗(yàn)積分3 h這一積分時(shí)刻的颮線狀態(tài)作為敏感性試驗(yàn)的初始對流，之后颮線所處環(huán)境相較對照試驗(yàn)發(fā)生變化（指垂直風(fēng)切變或水汽），其他配置則與對照試驗(yàn)相同。環(huán)境垂直風(fēng)切變只考慮低層切變一種類型（0～2.5 km），但設(shè)計(jì)了三種不同大小的Us值，即14 m s?1，17 m s?1，20 m s?1。各試驗(yàn)命名見表1。

表1 各試驗(yàn)命名。其中，第一個(gè)字符L表示低層切變，第二個(gè)字符L、M、H分別表示低層比濕較低（qv=12 g kg?1）、適中（qv=14 g kg?1）、較高（qv=16g kg?1）Table 1 Details of the experiments, in which the first character L represents the low level shear, the second characters L, M, and H represent the lower (qv=12 g kg?1), moderate (qv=14 g kg?1), and higher (qv=16 g kg?1) specific humidity, respectively

3.1 颮線強(qiáng)度對低層環(huán)境垂直風(fēng)切變的響應(yīng)

圖3 對照試驗(yàn)z=5 km高度上垂直速度、地面擾動(dòng)位溫的時(shí)空分布以及冷池強(qiáng)度隨時(shí)間變化。左圖中，暖色陰影表示垂直速度（只給出速度大于4 m s?1的值），冷色陰影為地面擾動(dòng)位溫分布（只給出小于?1 K的值），黑色實(shí)線表示冷池前沿線位置。右圖中，紅色實(shí)線表示冷池強(qiáng)度隨時(shí)間變化Fig. 3 Depiction of the control simulation: (left) temporal–spatial diagram for vertical velocity (warm colors; values less than ?4 m s?1not plotted) at 5 km and the surface perturbation potential temperature (cold colors; values greater than ?1 K not plotted), in which the black solid line represents the leading edge of the surface cold pool; (right) the strength of the cold pool

圖4 低層切變條件下各試驗(yàn)的（a）最大垂直速度（wmax）的時(shí)間（3～7 h）平均以及（b）3～7 h時(shí)間內(nèi)大于1 m s?1的垂直速度所覆蓋區(qū)域（w-area）的平均值隨高度的分布Fig. 4 Temporally averaged (3–7 h) vertical profiles of the (a) maximum updraft speed (wmax) and (b) fractional area of the updraft speed (w-area) more than 1 m s?1

颮線強(qiáng)度用最大垂直速度以及超過1 m s?1的垂直速度所覆蓋區(qū)域來表示（Takemi, 2014）。圖4給出了最大垂直速度和垂直上升運(yùn)動(dòng)所覆蓋區(qū)域在3～7 h內(nèi)時(shí)間平均（時(shí)間t包含了對照試驗(yàn)的前3小時(shí)積分時(shí)間）的垂直分布。總的來看，最大垂直速度在1 km高度以上開始顯著增大，而在9 km以上則明顯減小，峰值集中在5～8 km。在混合層比濕相同的情況下，Us值愈大則峰值愈大，如LM-20試驗(yàn)的峰值明顯大于 LM-17試驗(yàn)，LM-17試驗(yàn)又明顯大于LM-14試驗(yàn)。說明增大低層環(huán)境垂直風(fēng)切變有利于颮線強(qiáng)度增強(qiáng)，反之亦然。各試驗(yàn)的垂直上升運(yùn)動(dòng)所覆蓋區(qū)域在中低層無明顯差異，高層卻明顯不同。值得注意的是，各試驗(yàn)高層垂直上升運(yùn)動(dòng)覆蓋區(qū)域的大小順序與其中層最大垂直速度的大小順序相同，即用這兩種方式表示颮線的強(qiáng)度具有一致性。

為了反應(yīng)颮線強(qiáng)度的變化趨勢，計(jì)算了各小時(shí)內(nèi)最大垂直速度均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差（圖5）。同樣在水汽適中的條件下，增大低層環(huán)境垂直風(fēng)切變（LM-20）所對應(yīng)的各時(shí)間段的均值較對照試驗(yàn)或減小低層環(huán)境垂直風(fēng)切變（LM-14）更大，這與上述的結(jié)論是一致的。另外，從均值隨時(shí)間的變化來看，LM-17試驗(yàn)與LM-20試驗(yàn)的均值先增強(qiáng)后減弱，而LM-14試驗(yàn)則單調(diào)遞減。即減小低層環(huán)境垂直風(fēng)切變會明顯減弱颮線的強(qiáng)度。

圖5 低層切變條件下不同試驗(yàn)各小時(shí)內(nèi)最大垂直速度均值（不同記號表示不同時(shí)間段內(nèi)的均值）及其標(biāo)準(zhǔn)偏差（虛線）。橫坐標(biāo)為各個(gè)試驗(yàn)名稱（C表示對照試驗(yàn)），縱坐標(biāo)則為最大垂直速度均值大?。▎挝唬簃 s?1）Fig. 5 The means (symbols) and standard deviations (dashed lines) of the maximum updraft speed during integrating 2–3 h (filled circle), 3–4 h (asterisks), 4–5 h (circles), 5–6 h (squares), and 6–7 h (triangles) for all experiments. The x-axis is the name of experiments (the character C represents the control experiment). The vertical axis is the mean of maximum vertical

3.2 颮線強(qiáng)度對環(huán)境垂直風(fēng)切變的響應(yīng)分析

圖6、圖7分別為減?。↙M-14）和增加（LM-20）低層環(huán)境垂直風(fēng)切變試驗(yàn)不同發(fā)展時(shí)刻的擾動(dòng)位溫、擾動(dòng)比濕、風(fēng)場的垂直剖面圖。減小低層切變后，無論是對流高度還是擾動(dòng)比濕大小（負(fù)值區(qū)，可大致反應(yīng)降水強(qiáng)度）相較對照試驗(yàn)（圖 2）都明顯減弱，這與3.1節(jié)中結(jié)論一致。從移動(dòng)速度來看，t=1 h時(shí)對照試驗(yàn)的冷池前沿位于x=12 km附近，而LM-14試驗(yàn)已達(dá)到x=18 km處，即環(huán)境垂直風(fēng)切變的減小使得颮線移動(dòng)速度加快。從圖8a中LM-14，LM-17，LM-20三個(gè)試驗(yàn)的低層平均水平速度（水平方向上為冷池前沿線至其后側(cè)20 km，垂直方向?yàn)?～1 km共10層的水平速度平均）也可以看出，環(huán)境垂直風(fēng)切變愈大，平均水平風(fēng)速愈小。Wakimoto（1982）以及Mueller and Carbon（1987）的觀測分析表明對于大多數(shù)對流風(fēng)暴來說其傳播速度由風(fēng)暴產(chǎn)生的冷池的移動(dòng)速度決定，因?yàn)樾碌娘L(fēng)暴單體極易被冷池前沿的陣風(fēng)鋒觸發(fā)從而維持整個(gè)風(fēng)暴系統(tǒng)例如颮線的發(fā)展維持。在圖 6a中上升運(yùn)動(dòng)存在兩個(gè)中心，一個(gè)位于冷池前沿（x=18 km），一個(gè)位于x=12 km處。即在開始階段，颮線移速的加快使得冷池前沿陣風(fēng)鋒觸發(fā)的對流與中層凝結(jié)潛熱釋放激發(fā)的上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)分離，t=5.0 h時(shí)這種分離不再明顯，而隨著颮線的發(fā)展，這一分離再次顯現(xiàn)（圖6c、6d），且在t=6.5 h時(shí)出現(xiàn)明顯分離。增加低層切變后（圖7），颮線移速減小，上升運(yùn)動(dòng)并沒有出現(xiàn)如對照試驗(yàn)所出現(xiàn)的不連續(xù)現(xiàn)象，且無論是從擾動(dòng)比濕（負(fù)值區(qū)）還是對流高度來看，都較對照試驗(yàn)明顯增強(qiáng)。依據(jù)第二部分中冷池的計(jì)算公式，給出了這三組試驗(yàn)的冷切比隨時(shí)間的變化曲線（圖 8b），可以發(fā)現(xiàn)低層切變越小，冷切比越大，即在切變發(fā)生改變的情況下，RKW理論定量的解釋了颮線強(qiáng)度變化的原因。而通過分析環(huán)流結(jié)構(gòu)的變化，則具體的展現(xiàn)了颮線強(qiáng)度變化的內(nèi)部機(jī)理。

以上分析表明，颮線前側(cè)濕空氣被抬升至中高層，形成颮線系統(tǒng)的上升氣流，濕空氣抬升凝結(jié)釋放潛熱使得氣流進(jìn)一步上升，濕空氣凝結(jié)形成雨滴降至地面，降水同時(shí)拖拽空氣下沉；雨水的蒸發(fā)使得近地面溫度降低，形成中尺度高壓區(qū)域。這兩者共同作用下在冷池區(qū)域形成輻散氣流，向x正方向的輻散氣流（陣風(fēng)鋒）與入流形成輻合從而觸發(fā)新的對流產(chǎn)生，并使得颮線向前推進(jìn)。低層環(huán)境垂直風(fēng)切變的減小使得輻合中心向右側(cè)推進(jìn)速度加快，從而使得冷池前沿陣風(fēng)鋒觸發(fā)的新的對流與中層凝結(jié)潛熱釋放激發(fā)的上升運(yùn)動(dòng)分離，颮線強(qiáng)度減弱，反之亦然。

圖6 同圖2，但為LM-14試驗(yàn)Fig. 6 As in Fig. 2, but for experiment LM-14

4 低層水汽變化對颮線強(qiáng)度的影響

Meng et al.（2013）通過統(tǒng)計(jì)中國東部的颮線發(fā)現(xiàn)，在同樣的不穩(wěn)定條件下不同程度的比濕影響著颮線的發(fā)生程度，即比濕的大小會影響颮線的發(fā)生發(fā)展。因此本章將低層比濕作為敏感性因子，探討在比濕改變的條件下颮線強(qiáng)度如何變化，并從颮線系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)流結(jié)構(gòu)出發(fā)解釋這一強(qiáng)度變化原因。

與垂直風(fēng)切變的敏感性試驗(yàn)類似，在這組敏感性試驗(yàn)中將敏感性因子改為低層比濕，而垂直風(fēng)切變則與對照試驗(yàn)一致。試驗(yàn)設(shè)計(jì)了三種不同的混合層比濕：12 g kg?1、14 g kg?1、16 g kg?1，代表低層的水汽含量較低（L）、適中（M）、及較高（H）。不同的混合層比濕對應(yīng)的環(huán)境CAPE也不相同，分別為1144 J kg?1、2219 J kg?1、3500 J kg?1。就颮線的發(fā)展演變來看，CAPE的變化范圍很大，一般而言，CAPE在1000 J kg?1左右時(shí)，對形成一般的颮線系統(tǒng)比較有利，而當(dāng)其超過2200 J kg?1時(shí)，則有可能形成較強(qiáng)的颮線系統(tǒng)（Bluestein et al., 1987；Parker and Johnson, 2000；Weckwerth, 2000）。各試驗(yàn)命名見表1。

4.1 颮線強(qiáng)度對低層水汽的響應(yīng)

圖4也可反應(yīng)颮線強(qiáng)度對低層水汽的響應(yīng)。從圖中可以看出，在Us相同的情況下，低層比濕愈大則峰值愈大，如LH-17試驗(yàn)的峰值明顯大于LM-17試驗(yàn)，而LM-17試驗(yàn)又明顯大于LL-17試驗(yàn)。圖4b所呈現(xiàn)的圖像反應(yīng)出了同樣的結(jié)果。從颮線強(qiáng)度的變化趨勢圖（圖 5）也同樣可以看出，隨著低層比濕的增加，各時(shí)間段的均值會隨之增大。因此以得出這樣的結(jié)論：低層水汽供應(yīng)越充分，越有利于颮線強(qiáng)度的增強(qiáng)。孫建華等（2014）對實(shí)際個(gè)例的水汽敏感性試驗(yàn)也印證了這一結(jié)論。

圖7 同圖2，但為LM-20試驗(yàn)Fig. 7 As in Fig. 2, but for experiment LM-20

圖8 LM-14（紅線）、LM-17（黑線）、LM-20（藍(lán)線）三個(gè)試驗(yàn)（a）平均水平速度和（b）冷池強(qiáng)度與低層環(huán)境垂直風(fēng)切變的比值（C/Us）隨時(shí)間變化Fig. 8 Time series of (a) average horizontal velocity and (b) the ratio between the strength of cold pool and low-level VWS (C/Us) for experiments LM-14 (red line), LM-17 (black line), and LM-20 (blue line)

4.2 颮線強(qiáng)度對低層水汽的響應(yīng)分析

圖9 同圖2，但為LL-17試驗(yàn)Fig. 9 As in Fig. 2, but for experiment LL-17

圖9、圖10分別為減少（LL-17）和增加（LH-17）低層比濕試驗(yàn)不同發(fā)展時(shí)刻的擾動(dòng)位溫、擾動(dòng)比濕、風(fēng)場的垂直剖面圖。與對照試驗(yàn)（圖2）相比較可以發(fā)現(xiàn)，三者在颮線推進(jìn)速度上存在差異，但并不明顯，即改變低層比濕后，颮線強(qiáng)度變化的原因與改變環(huán)境垂直風(fēng)切變的有所不同。而在垂直上升運(yùn)動(dòng)、擾動(dòng)位溫強(qiáng)度（尤其是正值），擾動(dòng)比濕強(qiáng)度上，三者差異明顯。LL-17試驗(yàn)最弱，LH-17最強(qiáng)，LM-17居中。即低層比濕愈大，颮線強(qiáng)度愈強(qiáng)，這與4.1的結(jié)論一致。從擾動(dòng)比濕（正值）來看，LH-17試驗(yàn)較LL-17試驗(yàn)擾動(dòng)幅度更大，即在低層增加比濕的條件下，輸送到中層的水汽更多，相應(yīng)的凝結(jié)潛熱釋放也更多（從擾動(dòng)位溫正值可看出）；比濕的增加使得颮線降水強(qiáng)度也相應(yīng)增加，這從冷池前沿線后方的擾動(dòng)比濕負(fù)值大小可以看出。降水愈強(qiáng)，說明空氣中的水汽凝結(jié)成液態(tài)水愈多，比濕變化也就越大。減小低層比濕的情況下（圖9），中層釋放的凝結(jié)潛熱相對較少，從而使得颮線發(fā)展后期中層不再出現(xiàn)明顯的上升運(yùn)動(dòng)或上升運(yùn)動(dòng)較弱（圖9c、9d），而增加低層比濕則與此相反；低層比濕的減小使得冷池前沿陣風(fēng)鋒觸發(fā)的對流強(qiáng)度減小，這與CAPE的釋放大小有關(guān)。

為了反映各試驗(yàn)在颮線移至?xí)r環(huán)境CAPE的釋放大小，我們對x=0 km至x=30 km范圍內(nèi)的CAPE進(jìn)行了區(qū)域平均，并給出了其隨時(shí)間的變化曲線（圖11）。從圖中可以看出，所有試驗(yàn)的平均CAPE隨時(shí)間基本呈現(xiàn)出單調(diào)遞減的趨勢，并最終都趨近于零，這是颮線過境后，環(huán)境CAPE釋放的結(jié)果。而在不同的條件下，平均CAPE的初始值及變化曲線存在顯著差異，在低層切變相同的情況下，低層比濕越大，則平均CAPE的變化幅度越大，即CAPE釋放值越大。對比圖中LH-17與LL-17試驗(yàn)的變化曲線可以發(fā)現(xiàn)，前者較后者所釋放的CAPE更大，這決定了各自在冷池前沿新激發(fā)的對流強(qiáng)度LL-17試驗(yàn)要顯著弱于LH-17試驗(yàn)。從圖中還可以看出，低層比濕相同的情況下，切變越大，則平均CAPE從初始值遞減至零所需時(shí)間越長，即颮線移動(dòng)的速度越慢。而在低層切變一致時(shí)，無論低層比濕條件如何，遞減至零所需時(shí)間基本相同。即颮線的移動(dòng)速度主要與低層切變有關(guān)，低層比濕則影響不大。

以上分析表明，在保持低層環(huán)境垂直風(fēng)切變不變的情況下，改變低層比濕條件，颮線的移動(dòng)速度未發(fā)生明顯變化，而輸送至颮線系統(tǒng)中高層的水汽卻存在不同，這使得水汽凝結(jié)釋放潛熱量不同，進(jìn)而使得中高層的垂直上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度出現(xiàn)差異；此外，低層比濕的改變也使得環(huán)境CAPE發(fā)生變化，從而影響新激發(fā)的對流強(qiáng)度。即減?。ㄔ黾樱┑蛯颖葷褚环矫鏁沟美涑厍把氐年囷L(fēng)鋒觸發(fā)的新的對流強(qiáng)度減弱（增強(qiáng)），另一方面輸送到中層的水汽減少（增加），相應(yīng)的凝結(jié)潛熱釋放減小（增大），進(jìn)而使得中層的上升運(yùn)動(dòng)減弱（增強(qiáng)），兩處上升運(yùn)動(dòng)的減小及分離（增強(qiáng)并相互貫通）使得颮線強(qiáng)度減弱（增強(qiáng)）。

圖10 同圖2，但為LH-17試驗(yàn)Fig. 10 As in Fig. 2, but for experiment LH-20

圖11 各試驗(yàn)區(qū)域平均（x=0～30 km）的對流有效位能（CAPE）值隨時(shí)間變化Fig. 11 Time series of regional average (x = 0–30 km) convective available potential energy (CAPE) for all experiments

圖12 環(huán)境參數(shù)影響下颮線內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整及其對颮線強(qiáng)度影響的示意圖Fig. 12 Schematic diagram of squall line internal restructuring and variation in intensity for the effects of environmental parameters

5 結(jié)論與討論

本文利用ARPS模式對颮線發(fā)生發(fā)展過程進(jìn)行了二維理想數(shù)值試驗(yàn)，并從颮線系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)量、熱量、水汽等物理因子配置的變化過程入手，分析了颮線系統(tǒng)組織化對流的形成、發(fā)展和消亡機(jī)制，討論了當(dāng)?shù)蛯迎h(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽等環(huán)境要素場發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部各物理因子的響應(yīng)過程及其對颮線系統(tǒng)強(qiáng)度變化的影響。

研究表明，在深對流演變過程中，颮線系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)動(dòng)量、熱量以及水汽的區(qū)域性再分配，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)環(huán)流結(jié)構(gòu)、冷池強(qiáng)度發(fā)生改變，并依此對颮線的組織化程度產(chǎn)生影響。通過颮線強(qiáng)度對低層環(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽的敏感性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素的變化同樣會使颮線系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)動(dòng)量、熱量、水汽的再分配過程，并依此對颮線強(qiáng)度產(chǎn)生影響。改變低層環(huán)境垂直風(fēng)切變時(shí)，颮線系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)量、熱量以及水汽的再分配使得颮線移速發(fā)生變化，從而影響颮線強(qiáng)度：當(dāng)增大（減?。┑蛯迎h(huán)境垂直風(fēng)切變時(shí)，颮線后側(cè)低層的水平速度減?。ㄔ黾樱?，從而使得颮線移速減慢（加快），新激發(fā)的對流與中高層的垂直運(yùn)動(dòng)相互貫通（分離），颮線強(qiáng)度得以增強(qiáng)（減弱）；改變低層水汽時(shí)，颮線系統(tǒng)內(nèi)部動(dòng)量、熱量以及水汽的再分配則主要影響中高層的垂直運(yùn)動(dòng)以及新觸發(fā)的對流，從而使得颮線強(qiáng)度發(fā)生變化：增加（減少）低層水汽時(shí)，輸送到中高層的水汽增加（減少），水汽凝結(jié)釋放潛熱得以增加（減少），這使得中高層的垂直運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)（減弱）；同時(shí)，增加（減少）低層水汽使得颮線移至?xí)r環(huán)境所釋放的 CAPE增大（減?。涑厍把厮ぐl(fā)的對流增強(qiáng)（減弱）。兩者作用下新激發(fā)的對流與中高層的垂直運(yùn)動(dòng)得以相互貫通（分離），颮線強(qiáng)度增強(qiáng)（減弱）。颮線強(qiáng)度對低層切變及水汽的響應(yīng)可由示意圖圖12來表示。

本文對颮線發(fā)展過程中其強(qiáng)度對低層環(huán)境垂直風(fēng)切變和水汽的響應(yīng)及其原因進(jìn)行了詳細(xì)的研究，但文章涉及的數(shù)值試驗(yàn)皆為兩維結(jié)構(gòu)，這與實(shí)際颮線的三維結(jié)構(gòu)存在差異，因此后續(xù)的研究所有試驗(yàn)將擴(kuò)展到三維。此外，理想試驗(yàn)只代表理想環(huán)境配置條件下颮線的發(fā)展變化過程，下一步，將利用實(shí)際颮線個(gè)例的觀測和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行診斷分析。

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資助項(xiàng)目 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目2013CB430103，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目41275002、41230421，江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目14KJA170005，江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”項(xiàng)目，災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（2014LASW-B08）

Funded by National Key Basic Research and Development Project of China (973 Program) (Grant 2013CB430103), National Natural Science Foundation of China (Grants 41275002 and 41230421), The Natural Science Foundation of the Jiangsu Higher Education Institutions of China (Grant 14KJA170005), “333 High-Level Talent Development Program” in Jiangsu Province, National Key Laboratory of Disaster Weather (Grant 2014LASW-B08)

文章編號1006-9895(2016)04-0689-14 中圖分類號 P446

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

doi:10.3878/j.issn.1006-9895.1505.14337

收稿日期2014-12-12；網(wǎng)絡(luò)預(yù)出版日期 2015-07-07

作者簡介張建軍，男，1989年出生，碩士研究生，主要從事中尺度研究。E-mail: zhangjj_nuist@126.com

通訊作者鐘瑋，E-mail: wzhong_vivian@126.com

Impact of Vertical Wind Shear and Moisture on the Organization of Squall Lines

ZHANG Jianjun1, 2, WANG Yongqing2, and ZHONG Wei3, 4
1 Hunan Climate Center, Changsha 410118
2 Pacific Typhoon Research Center, School of Atmospheric Sciences, Nanjing University of Information Science ＆amp; Technology, Nanjing 210044
3 Institute of Meteorology and Ocean, PLA University of Science and Technology, Nanjing 211101
4 Key Laboratory of Mesoscale Severe Weather (Nanjing University), Ministry of Education, Nanjing 210093

AbstractThe redistribution of physical factors and its impacts on the intensity of squall lines under the influence oflow-level Vertical Wind Shear (VWS) and moisture content are examined through two-dimensional idealized simulations with the ARPS model (the University of Oklahoma’s Advanced Research Prediction System). It shows that the redistribution of momentum, heat and moisture during the evolution of squall lines leads to the change of inner vertical circulation and the configuration of perturbation temperature and humidity, which affects the organization of deep convection and the intensity of the system. The results of sensitivity tests of low-level VWS and moisture content show that increasing (decreasing) the low-level VWS decelerates (accelerates) the propagation of the squall line, and makes the connection (separation) between the mid-level upward current and the new forced updrafts at the front edge of the cold pool, which corresponds to the intensification (weakening) of the squall line. On the other hand, increasing (decreasing) the low-level moisture content results in an increase (decrease) of moisture delivery from the low to middle level, which enhances (weakens) the mid-level latent heating and upward movement. Energy analysis indicates that the low-level moisture change influences the release of Convective Available Potential Energy (CAPE), and the intensity of the new convection. The combined effects of latent heating and CAPE released from low-level moisture change also affect the squall line intensity through exerting an influence on the organization of the upper-level upward currents and the new forced updrafts at the front edge of the cold pool.

KeywordsSquall line, Numerical simulation, Cold pool, Vertical Wind Shear, Moisture