浅谈海风锋

海风锋，多为盛夏沿海地区的产物。烈日暴晒之下，陆地的增温快于海洋，形成热低气压；而海洋的温度增长缓慢，是相对较冷的地区，气压也比陆地更高。由是，在水平气压梯度力的驱使下，风便从瀚海吹向热土；湿冷空气突入干热气团的前线，便是海风锋。海陆的热力性质差异是华东沿海海风锋形成的常见原因之一。广义来说，海风与陆地风的任何辐合，都可以被称作海风锋，或者海陆辐合线。

海风锋是边界层辐合线的一种，在遇到合适的条件时，它能够在沿海地区触发对流单体，甚至能驱使激发的对流单体组织化，使其顺着锋面的方向移动。盛夏时节，对流有效位能往往可以达到3000J/kg甚至更高，但是由于地面干热、湿度较小，亦或近地面有一小逆温层、阻碍对流云团发展，故即使有很高的对流有效位能（CAPE），有很多时候都爆不了对流。而海风锋便能较好地解决上述这两个问题：首先，海风锋锋后是海洋性气团，湿度较大，随着海风锋的推进，其途径之地的低空往往由干区变成湿区，有利于对流云团的新生发展；其次，海风锋能够提供明显的上升运动，锋面附近的正涡度往往能上探到离地3~5km，最大垂直涡度可达80~100×10-5/s，有助于积云突破自由对流高度（LFC），利用到对流层中层充沛的CAPE，通过浮力做功获取能量。

下图展示了2007.6.15日本仙台机场附近海风锋，当时近岸有一个低压系统，其东北侧的东北风与陆面的北风形成海风锋/海陆辐合线。

锋面东侧是T<294K的海洋湿冷气团，西侧是暖干的陆地气流。海风锋是一种非常浅薄的锋面，其厚度往往不会很大，本案例中海风锋差不多仅有300m厚；锋面也对应辐合线的位置，一般地面辐合线前10km、后20km均为抬升区，在该抬升区作用下易触发雷暴。

研究显示，海风锋锋面附近有着较为强烈的抬升(Richardson number<0.5概率较高，对应湍流强烈)；需要注意的是这项研究RHI似乎仅扫了较低的层面，其他研究揭示，海风锋面附近的抬升区厚度实际上远不止600m。但是据我观察，华东沿海的海风锋对流似乎更倾向于爆在锋后，而不是抬升较为强烈的锋前或者锋面上，具体或许和城市下垫面以及局地小地形有一些关联。

海风锋对流也有一些特点：

[1]激发时间：午后~傍晚

盛夏时节，气温自日出以来不断攀升，在13~16时差不多达到一天中的顶峰，离海岸线越近，一般到达一天中最高温的时刻越早，以我所在的浙江省为例，宁波沿海一带盛夏时13-14点可能就到达一天中温度最高的时刻，再过一段时间往往有东风侵入，对应海风锋上岸、西进，高温消弭。此时，对流活动也开始初生；再经过1-2小时，若大气环境整体有利于对流（高CAPE，且不是太干），则初生对流往往发展成高大成熟的对流单体，或者组织化形成多单体雷暴等。在19时以后，由于太阳高度下降，陆地降温开始、与西进的海风锋后气团之间的温差与气压梯度缩小，海风锋西进往往停滞并走向消亡，锋面上方的正涡度区域也往往减弱，对流环境总体转差，已有的雷暴也将逐渐崩溃、消亡（也有例外）。

[2]移动速度往往比较缓慢，生命史可以较长

盛夏时节，长三角往往位于副高控制区甚至接近副高核心，中低空盛行较弱的下沉气流，1000hpa~300hpa缺乏明显的引导气流，所以激发的海风锋对流往往移速缓慢。有些对流单体（尤其是新生的）会一起随着海风锋缓缓西进，另一些则向高空微弱引导气流的下游移动，常见的方向一般为东北。此外，在海岸山地的环境中，海风锋对流单体时常原地卡滞，这可能是因为对流单体进入环山地形、难以移动，也可能是山地的山谷风环流和海风锋环流形成准静态平衡。海风锋移速较慢，所以与内陆热雷雨单体相比，其影响的地区往往会经历时间更长的强雷电、强降水，单小时雨量可达80mm甚至120mm以上，强降水若叠加城市下垫面或者山地，均可能导致一系列灾害。

[3]对流形式主要为单体雷暴、多单体雷暴

与江淮气旋暖区、冷锋锋区相比，海风锋对流环境急流弱、垂直风切变较小，故较少形成组织化的强飑线或者超级单体雷暴，也极少带来龙卷风；另外，由于中层缺乏干冷平流侵入，大气暖湿层相对深厚，缺乏下沉对流有效位能（DCAPE），故海风锋对流单体的雷暴冷池也相对偏弱，很少带来11级及以上的极端大风。盛夏时节湿球温度零度层（WBZ）也处于较高的位置，所以也较少制造大冰雹。但是，如果配合其他中大尺度天气系统，比如高空槽、飑线过境，海风锋可能会成为制造灾害性天气的推手。海风风向与飑线引导风向配合可以制造正涡度，因此海风锋与飑线的交锋或会导致小型涡旋的形成。这类小型涡旋可以是α尺度，但一般是中γ尺度，宽度仅为数公里，在两种风提供的涡度加持和其他环境形势的作用下，这类小涡旋可以爆发增强，导致更为猛烈的降水与大风，雷达上一般可见对流云团爆发性增强、回波质心猛烈发展及沉降，以及强阵风锋或下击暴流的出现，极端情况下，甚至可以产生龙卷。由于我国的海域在陆地的东侧和南侧，因此海风一般以东风或南风为主，配合较强的低空急流可以提供较大的风暴相对螺旋度（SRH），因此也可能助长沿海地区超级单体雷暴的发生。需要注意的是，海风锋受小地形影响很大，且风速往往不会太强，亦不会过于深入内陆，与槽前更大尺度的地面低压系统比，其提供的东南风分量微乎其微，且仅限沿海地区，因此个人认为海风锋在龙卷形势的分析中的重要性相对很小。

[4]视觉感受过瘾

盛夏时节，沿海地区每天都能受到海风影响，大气污染物和气溶胶较少；同时，副高控制区内大气整层湿度[尤其是低空湿度]与梅雨时节相比要小一些，湿空气带来的云雾对于视线的干扰也相对较小。蓝天白云是长三角夏季的常态。在高能见度的环境下，海风锋对流的云团结构可以一览无余，若对流抵近往往还能看到其诡谲的云底和舞动的雨幕，雨幕涌来时视觉压迫感极强。

PS：海风区气溶胶含量大于锋前，且以锋面附近为最多，因此锋过境后可能大气通透度会有所下降。

海风锋对流案例回顾和简要分析

首先来看一下当天的探空，选取沿海的58362宝山站。这是一个炎热而普通的夏日，由于离日出仅过去2小时，58362放飞气球时（一般是2315z放气球）地面尚不至于太干。虽然SBCAPE看着有1600J/kg，但由于SBCAPE是基于地面T/Td的计算，并无法反映0~1km整层大气的状况——换句话说，近地面的快速加热营造了“虚假”的高CAPE。MLCAPE（mixed layer CAPE）就能较好地纠正这一点，我们可以看到MLCAPE才461J/kg，整层大气相对还算稳定。下图的各类层结应该也是基于混合层来计算，我们看到LCL750m，是一个相对较低的值。但是LFC高达2131m，不是非常有利于对流。

海风一方面可以对近地面空气进行加湿（ps：被加湿层的厚度可能会比海风锋厚度更大，涉及到边界层混合），利于降低LFC，另一方面海风锋附近的抬升又能促使新生积云蓬勃发展，使其突破LFC以利用正浮力/CAPE做功，最终让积云演化成对流单体或进一步合并甚至组织化。12z探空（一般是1115z放气球，海风锋恰好在这一天的09~10z扫过上海市区）就对对流非常友好了：低空湿度得到了较好的改善，不至于很干；LFC降到了1154m，生长的积云非常容易就能突破；同时MLCAPE大且分布相对均匀，EL达到了15751m，且整层大气风切很小，可降水量达64mm左右，一切都在提示如果有良好的激发，雷暴，而且是拥有高强度降水的雷暴将会迅猛发展。细心的朋友会发现这一天海风的厚度其实挺大，连925hpa/749m处都有3.4m/s的东风。

其余形势：这一天，上海也处于副热带高压5880线的边缘，且黄海有一热带低压活动，上海位于低压西南侧，850hpa以西北风为主；同时，浙江东北部一带850hpa有一些微弱东南风分量，由此在上海西部形成了一道弱的辐合线。700hpa浙江西部的西南风和江苏下来的西北风在上海西部碰撞，辐合更为明显；万事俱备，只差激发。（图略，可参考meteologix的ERA5再分析）

我们来从头到尾看一下这波海风锋过程。0925z，已经有一条明显的海风锋向西推进，大部分上海城区都处在锋后，对流条件较好。此时也有零散单体在锋后爆出，但是都较为短命。这是雷雨前的宁静，整个上海宛如一锅85℃的热水，锅底的大量气泡呼之欲出，因受热不均或局地扰动已经有一些小气泡带头冲锋。此时的上海气象迷或许还不知道，他们将迎接一次极为猛烈的短时强降水过程。

时间过去一个小时，18:30。落日的余晖尚很亮眼，但是抬头一瞥，天空中多了很多东西——浓积云似乎无处不在。这锅85℃的开水已经升温到90℃，不少气泡已经离开锅底的束缚、冲出水面了。雷达上，星星点点的单体开始爆出，现在我们暂时还看不清楚它们的分布规律。强雷暴的序章开始。

又过了15分钟，海风锋已经扫过青浦雷达站，并且趋于消亡。在锋后，越来越多的对流单体开始爆发。依稀可见它们似乎是沿着某一条线爆出。我猜测，这一条线正是中低空辐合线，即850hpa or 700hpa辐合线的位置。闪电照亮天空，黑漆漆的不是夜空，而是高大云团的云底。

15分钟后，原本零散的单体大有连成一片/组织化的趋势，但是依然可以看见原本单体的雏形。仔细观察这些单体，你或许会发现这些单体排列的间距大体相等。这是一个非常有趣的现象，有研究认为，海风锋后有间隔大致相等的上升区及下沉区——这是大气的涟漪，开尔文·亥姆霍兹波（Kelvin-Helmholtz billows）的杰作；以上文的仙台机场海风锋为例，一个上升支或下沉支的宽度大概是500m。观看上海的对流单体，间距应该有2~3km。此时，单体沿线已经开始出现猛烈的降水，上海气象迷们也翘首以盼，观看这锅热水到底是沸腾还是FW。

20时到了。这些对流单体不负众望，蓬勃发展成为高大成熟、组织化的对流系统。此刻，上海闵行气象台拉响了暴雨橙色预警：“受较强的降水云团影响，预计未来6小时内本区部分街镇（工业园区）累积降水量将达100毫米以上（1小时降雨量达80毫米以上）。”雷达图中的一星紫波，提示着这波对流的不平凡——在暖湿深厚、WBZ较高的情况下，这点紫波完全是由雨滴所组成（像素点849m above radar level），可见降水之强悍。在19-20时内，上海最大一小时雨强达84.4mm（华漕红卫），共有5站小时雨强超过50mm，可见降水之猛烈。

40~50分钟后，回波到达了巅峰。一块庞大的红波占据了上海西部，下面是猛烈而持久的雷雨，这锅热水彻底沸腾了。闵行区的回波开始压向青浦区，青浦国家站豪雨倾泻，在20-21时降下52.7mm的雨水。雷暴的南边可以见到一条类似阵风锋的弧状回波带，不过速度图显示风力并不大，少了冰雹的助力，雷暴吹出的冷风一般不会非常强劲。华漕红卫站在20:00~20:45依然录得了51.5mm的强降水，105分钟雨量高达135.9mm；七宝站2h雨量也高达126mm。据上海气象迷的记录，1小时雨量最大出现在青浦盈浦街道106.5毫米（20:24～21:24）。本次过程，堪称上海年度强对流过程。

之后，这团雷暴云团在青浦泄尽了所有的能量，两个小时的表演最终落幕。

回顾一下本次过程，当天傍晚上海的对流条件其实不错，海风锋解决了近地面抬升的问题，低空辐合线和充沛的CAPE解决了中低层动力的问题，充足的水汽为短时特大暴雨提供了保障，较弱的整层风力也确保雷暴在某地停留的时间够长。

对于上海这座城市来讲，海风锋是午后的常客，即使在副高压顶、最高气温达到40℃以上、令人窒息的2022夏天，也能在干热环境中创造奇迹，携来海上与天上的清凉，沁入上海市民的心脾。