鄂西南冬末一次罕见的强冰雹过程分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达和风廓线雷达资料,对一次罕见的鄂西南冬季强冰雹（直径1～3 cm）天气过程进行了分析,结果表明:强冰雹产生在上干冷、下暖湿,低空辐合、高空辐散的环流背景下,地面中尺度辐合和“喇叭口”的有利地形,给冷锋前暖区对流性天气提供了触发机制;地面冷锋南下伴随的垂直风切变增强有利于已经生成的对流风暴的维持和加强。强冰雹分别由孤立的超级单体和超级单体复合体（多单体结构中含有占支配地位的超级单体）产生。比较而言,孤立的超级单体发展更为高大,持续时间更长。风暴具有中气旋、高悬的强回波、低层入流、弱回波区与回波悬垂、中层径向辐合、风暴顶强辐散等超级单体风暴的典型特征;垂直累积液态含水量及其密度分别较长时间维持在35 kg·m^-2和4 g·m^-3以上的冬季高值;新一代天气雷达冰雹探测算法输出的冰雹指数产品预测到高概率的强冰雹。此次过程出现在冬末,虽然对流出现之后呈现出典型的风暴结构,可以提前10～30 min做出强冰雹的临近预警,但对于对流出现之前的提前数小时的强冰雹短时潜势预报而言,常用做判断强降雹潜势的探空特征（包括对流有效位能...     

一次长生命史超级单体风暴的雷达观测特征和维持机制

2016年6月14日一个长生命史的超级单体风暴在山东产生了大范围的冰雹和雷暴大风天气。利用常规观测资料、中尺度自动站资料、多普勒天气雷达资料和风廓线雷达资料对其天气背景、雷达观测特征进行分析,对其维持机制进行探讨。结果表明:在华北冷涡的背景下,在较强的深层垂直风切变和中等强度对流有效位能环境条件下,地面中尺度辐合中心触发生成强对流风暴;维持阶段风暴右前方低层一直存在暖湿气流的入流槽口,垂直结构呈现出经典超级单体的结构特征,中气旋发展深厚且强盛,最大垂直涡度在1.0×10~(-2)s~(-1)以上,每次单体强中心高度的跃升和快速下降均伴有一次地面大冰雹事件的发生;发展和维持阶段地面冷池边界扩张与低层垂直风切变大小相当,达到平衡状态,在风暴前方形成较强的辐合上升运动,大于150m~2·s~(-2)的风暴相对螺旋度环境,风暴沿地面中尺度辐合线移动,这些都是超级单体风暴维持较长生命史的有利条件。     

低层暖平流强迫下两次大冰雹超级单体风暴结构特征分析

2020年3月21日和5月4日在低层暖平流强迫背景下湖南怀化出现两次罕见的6 cm大冰雹。基于常规气象资料和多普勒天气雷达资料,对这两次大冰雹过程的超级单体风暴的强度结构、动力场结构进行分析。结果表明：(1)两次过程均发生在低层暖平流强迫背景下,中等强度对流有效位能、大的深层垂直风切变和高的能量螺旋度,有利于风暴组织性发展与维持,地面辐合线是主要触发因子。(2) 6 cm冰雹均发生在超级单体风暴强烈发展初期,由无中气旋特征的“类超级单体”造成,出现钩状回波、旁瓣回波以及三体散射和回波悬垂等特征。(3)风暴强烈发展阶段垂直动力场均表现出低层辐合、中层气旋性旋转和反气旋旋转并存的双涡管式旋转、高层辐散特征。(4)大冰雹降落前风暴最大反射率因子和单体垂直累积液态水含量均达到67 dBz和69 kg·m^-2。强中心高度和最强切变高度的下降均反映出冰雹的降落。     

基于X波段双偏振相控阵雷达的超级单体风暴观测分析

为了研究X波段双偏振相控阵雷达对超级单体风暴的探测能力,利用X波段双偏振相控阵雷达和S波段双偏振天气雷达资料,分析了一次发生在华南地区的超级单体风暴在成熟阶段的精细结构观测特征,结果表明：X波段双偏振相控阵雷达较高的时空分辨率有利于精细监测超级单体快速演变过程,但同时受衰减影响明显,超级单体核心区后侧出现明显的“V”型缺口;超级单体的低层观测到CC谷和ZDR弧,中层观测到ZDR环和CC环,高层高ZH区对应较小的ZDR和CC,这些都是超级单体发展旺盛的重要特征;垂直方向上观测到ZDR柱,ZDR柱与上升气流密切相关。降雹前ZDR柱迅速增加,冰雹降落后ZDR柱高度迅速降低。冰雹降落到地面后会部分融化,导致含水量显著增加,因此在近地层出现KDP大值区,冰雹与降水的混合相态则使得CC降低,这对冰雹的临近预警和识别冰雹在地面的降落位置具有很好的指示意义。研究结果可为X波段双偏振相控阵雷达在强对流天气监测预警中的应用提供参考。     

一次强对流系列风暴个例的多普勒天气雷达资料分析

讨论了新一代（多普勒）天气雷达对2002年5月14日19:00至21:00影响湖南常德地区的3个对流风暴的探测情况，其中两个为超级单体，一个为飑线。观测到了与超级单体相联系的中气旋和龙卷式涡旋特征（TVS）。上述强对流系统产生了地面大风、大冰雹和龙卷等强烈天气，与雷达的探测相吻合。特别值得一提的是在中国首次探测到了三体散射（TBSS）和龙卷式涡旋特征（TVS）这两个分别指示大冰雹和龙卷的雷达回波特征，并得到了地面报告的印证。     

强降雹超级单体风暴湍流结构的双偏振回波特征分析

对流风暴通过湍流实现动量的传输,因此深入认识强对流风暴湍流结构的回波特征具有重要意义。本文关注5 m·s^-1以上的速度谱宽,对比分析了两次具有不同中气旋强度的强降雹超级单体风暴的湍流强度,揭示了气流结构和湍流增强的关系。结果表明：(1)强降雹超级单体在强上升气流区可存在中等或以上强度的湍流,阵风锋触发的超级单体在入流路径上也出现中等强度的谱宽,指示了较强湍流存在的可能。(2)超级单体内部湍流较强的地方在速度大切变区,通常速度切变强度较大的区域具有较强湍流,具有中等强度中气旋的超级单体最大谱宽约10 m·s^-1,差分反射率因子Z_DR在1 dB之内,回波强度超过35 dBZ,差分相移率K_DP较大;具有强中气旋的超级单体强湍流区主要位于Z_DR柱上部正负速度交会处,在中气旋附近谱宽高达16.5 m·s^-1,靠近强回波核心一侧含有较多过冷水,相关系数(Correla‐tion Coefficient,CC)在0.96左右,K_DP较大,另一侧回波...     

一次长生命史超级单体风暴的雷达观测特征

利用地面观测资料、探空资料以及石家庄多普勒天气雷达和饶阳双偏振雷达资料等,对2018年6月13日影响河北中南地区的一个长生命史超级单体风暴的环流背景、雷达观测特征等进行了分析。结果表明:(1)此超级单体发生在涡后横槽转竖的环流背景下。(2)风暴生命史长204 min,其中超级单体维持时间长达138 min,其间雷达最大反射率因子基本上维持在65 dBz以上。(3)中气旋深厚并强烈发展是超级单体发展和维持的重要动力机制。中气旋底高最低可达风暴底部,顶高变化幅度较小,低质心中气旋和高质心中气旋的形成和发展都可能引起地面降雹,降雹期间对应超级单体短暂减弱。(4)超级单体维持期间一直伴有气旋、反气旋涡旋对特征。超级单体的钩状回波特征明显,表现为典型的回波墙-弱回波区-悬挂回波的垂直结构;低层辐合、高层辐散,高空辐散大于低层辐合,有利于超级单体内部强烈的旋转上升运动;有明显的三体散射和旁瓣回波,三体散射最长超过60 km,持续时间长达150 min。(5)双偏振雷达探测的超级单体反射率因子≥55 dBz,对应位置差分反射率-0.5~0.5 dB,差分传播相移率仅1.5~2.0°/km,相关系数在0.75~0.92之间,表明超级单体内同时存在液滴和较大冰雹。     

基于多普勒天气雷达观测的湖南超级单体风暴特征

运用三部S波段多普勒天气雷达资料对湖南10次强对流事件中的22个超级单体进行详细分析,结果表明：湖南超级单体有的是孤立风暴发展而成,有的是多单体风暴发展而成,有的是中尺度对流系统内的风暴发展而成;超级单体中包含有低顶超级单体和微型超级单体;超级单体维持时间多数超过1 h,最短时间为24 min;超级单体风暴过程最大反射率因子强度均超过63 dBZ,54.5%的超级单体风暴最大反射率因子强度在70 dBZ以上;超级单体风暴中气旋最大旋转速度为24 m·s^-1,最大垂直涡度为5.3×10^-2s^-1;超级单体低层强度回波特征主要表现为钩状回波、入流缺口、风暴主体向着低层入流方向伸出的一个突出物,垂直结构特征表现为有界弱回波或弱回波区;超级单体产生的主要强对流天气有冰雹、大风、龙卷及暴雨,其中产生冰雹、大风的几率最大。对发展成为超级单体的风暴主要生成时间及源地、风暴的多发性和重复性以及环境风与超级单体不同阶段移向移速的关系的探讨,对超级单体的预报有极好的指示作用。     

2012年4月广东左移和飑线内超级单体的环境条件和结构对比分析

2012年4月开汛后广东省接连出现强对流天气,尤其是冰雹日数更是超过历史同期平均。本文利用常规天气观测资料和雷达、自动站等非常规资料对广东首次观测到的风暴分裂中左移超级单体风暴和飑线内超级单体风暴引发的两次强对流天气过程进行了对比分析。结果表明:"4·10"冰雹和雷雨大风天气是由局地强烈加热产生的"热雷暴"发展成超级单体风暴造成的;"4·12"冰雹、雷雨大风和短时强降水天气由飑线及飑线内超级单体风暴造成的,其产生于切变线、较强冷空气南下过程中的低层暖平流和中层冷槽共同作用的环境条件下,较强的平流过程使垂直风切变明显增大;两次过程中0℃层高度都低于4月当地0℃层高度平均值。风切变矢量随高度的变化决定了左移和右移风暴的发展趋势,"4.10"风切变矢量随高度逆时针变化,使风暴分裂后左移风暴得以发展成超级单体;"4·12"风切变矢量随高度顺时针变化,有利于有组织风暴即飑线和飑线内超级单体的形成和发展,超级单体向承载层平均风的右侧运动。左移超级单体回波具有中反气旋、弱回波区和旁瓣回波及强回波中心位于其移动方向左侧等特点;飑线内超级单体的中气旋、弱回波区和强回波中心位于回波移动方向右侧,三体散射长钉长度和中层辐合厚度都很大,后侧下击暴流产生了31.1 m·s~(-1)地面强风。     

一次多单体风暴的传播特征及其预警研究

利用多普勒雷达和4DVAR反演的0.5—5.0 km中低层风场资料及地面、高空、区域自动气象站等观测资料,对2016年6月8日秦皇岛地区一次致灾性强对流天气过程中风暴的生成和发展进行了综合分析,并探讨了多单体风暴的短临预警。结果表明:上干冷、下暖湿的层结条件有利于强对流天气的发生,地面辐合线和露点锋是秦皇岛地区此次强对流天气的触发机制,区域自动气象站风场和温度的突变对风暴单体的出流阵风锋具有指示作用。当风暴加强为超级单体并与阵风锋接近时,在超级单体的中低层(0.5—5.0 km),出流与入流形成的辐合上升运动位于回波强度为15—30 d Bz的边缘区域,而低层较强回波区域多为下沉气流,上升和下沉运动的分离确保了超级单体可以维持长时间的发展,出现传播运动;出流阵风锋远离成熟风暴单体后侧,在其后侧约15.0—20.0 km处触发生成新的对流单体,导致对流系统的后向传播运动。通过传播运动矢量方向的估算可以提前预判风暴单体的发展区域,预警时效可以提前30 min,垂直累积液态水含量密度持续大于4 g·m-3对2—5 cm大冰雹的预报具有重要指示作用。     

2010年福建一次早春强降雹超级单体风暴对比分析

利用探空、地面资料以及建阳、龙岩、长乐三部新一代天气雷达资料,对2010年3月5日福建中北部地区5cm强降雹的两个超级单体风暴进行了对比分析。结果表明,干暖盖、强垂直风切变、中高层正涡度区及地面中尺度低压为超级单体的形成提供了良好的环境场。两个超级单体都是由多单体合并后发展起来的,在成熟阶段以右移为主,属长寿命右移风暴:第一个超级单体在发展过程中由于地形作用和新单体的并入经历了3次加强过程,低层出现明显的钩状回波、中高层三体散射特征;第二个超级单体经历了多单体风暴—超级单体风暴—多单体风暴3个阶段,成熟阶段低层呈现出明显的倒"V"形回波特征,中高层有明显向右伸展的云帖。两个超级单体风暴的中气旋都是由中层发展起来,随着中气旋强度不断加强和厚度加大,最强切变中心突降时出现冰雹、大风强对流天气。通过对第一个超级单体中气旋流场分析,发现风暴前、后侧的下沉气流与低层入流形成了明显的辐合旋转作用,下沉的干冷气流进一步推动低层的暖湿入流,形成强烈的上升气流,并在风暴顶形成强辐散,使得风暴长时间维持。第二个超级单体在风暴减弱阶段,风暴右侧出现中气旋分裂,之后减弱、消失。产生强对流天气时,中高层维持高反射率因子,出现三体散射现象、风暴顶强烈辐散以及较大的VIL密度等特征。     

2019年7月3日辽宁开原伴随EF4级强龙卷的超级单体风暴分析

综合利用多普勒雷达、地面自动气象站以及风廓线等观测资料和ERA5再分析资料,对2019年7月3日发生于辽宁开原的超级单体风暴伴随EF4级强龙卷环境条件、多普勒雷达回波特征和形成机理进行详细分析。结果表明:本次过程发生于低层暖湿高层冷干强的热力不稳定环境条件下,在地面干线汇合流场形成地面辐合线附近触发湿对流并发展为伴有龙卷的超级单体风暴。龙卷发生于低层钩状回波附近,多普勒雷达上呈现经典超级单体风暴雷达回波特征,低层强的垂直风切变将水平涡度转化为对流风暴中垂直涡度,强上升运动使得顺流涡度倾斜拉伸,从而龙卷发生前17 min在多普勒雷达2.4°仰角首先出现中气旋结构,随后风暴向南移动过程中,风暴的后侧下沉气流(RFD)将中低层的涡度“压低”致使龙卷接地,因此龙卷发生后1 min在0.5°仰角也出现强中气旋并有类龙卷涡旋特征(TVS),中气旋最强时的旋转速度达到28 m·s^(-1)(强中气旋标准),因此本次龙卷符合“自上而下”I型龙卷特征。由于环境干燥空气夹卷造成水滴强烈蒸发和冷却,使得地面出现了1 h降温达10℃的强冷池,过强的冷池可能在促使龙卷消亡过程中起到关键作用,致使龙卷持续了约30 min后消亡。     

强弱降水超级单体风暴雷达回波特征对比分析

应用天气图、卫星云图资料,重点应用天津新一代天气雷达(CINRAD/SA)产品,对2002年7月15日发生在天津市宁河县的冰雹天气过程和2005年8月16日发生在天津地区的强降水天气过程进行对比分析,重点分析了速度图上中尺度系统的回波特征和反射率图上的图像特征.结果表明:虽然产生这两次强对流天气的影响系统不同,但雷达回波上显示都是超级单体风暴,强降水超级单体风暴产生的是77.5 mm·h-1的暴雨且回波移动方向不会发生改变;弱降水超级单体风暴产生的是直径40 mm的大冰雹且回波移动方向发生了180°的改变.速度图上的特征也不相同,强降水超级单体风暴显示的是"逆风区"特征;弱降水超级单体风暴显示的是中气旋特征.对回波转向原因进行了分析,得出了回波将向核区直径较大、旋转速度较大的中气旋所在方位转向的结论.     

一次冰雹天气强对流(雹)云演变及超级单体结构的个例模拟研究

利用WRF中尺度数值模式,模拟了2005年5月31日发生在北京的冰雹强对流过程,成功地再现了冰雹天气发展过程中起重要作用的冷涡底部的小槽、低层暖湿舌、地形辐合线等中尺度系统;模拟的地面降水、强对流(雹)云移动路径与实况基本符合;模拟的一个长生命史强对流(雹)云的演变及单体结构与北京多普勒雷达观测的沿城市中轴线的雹云相似,具有超级单体概念模型给出回波墙-有界弱同波区(穹窿)-悬挂回波结构、对峙的倾斜上升下沉气流、分裂右移发展等特征.基于数值模拟结果,结合雷达观测,重点分析了这块雹云的演变过程,解剖了超级单体三维动力、热力及回波结构.     

"2005.5.30"庆阳特大冰雹新一代天气雷达回波资料分析

通过对2005年5月30日庆阳市区域性冰雹天气西峰新一代天气雷达回波资料的分析,得到了冰雹云在新一代天气雷达强度回波、速度回波和物理量产品中的特征,揭示了这次区域性冰雹是低涡底部切变线造成的,庆阳市区的特大冰雹并不是带状冰雹云系移动到当地产生的,而是飑线移动中在庆阳市区产生超级单体风暴造成的。     

新疆阿克苏地区冰雹时空分布及雷达回波特征

利用"新疆气象灾情直报系统"冰雹灾情数据和阿克苏地区人工防雹作业信息,分析了阿克苏地区9县市2010—2019年冰雹天气的时间变化和空间分布特征,选用阿克苏地区9县市2009—2019年10场冰雹天气过程,应用美国Gibson Ridge Software LLC公司GR2Analyst雷达产品处理软件分析二次产品,得出以下结论:阿克苏地区近10 a平均每年出现冰雹14.5次,冰雹次数呈增多趋势,主要表现为春秋两季增多,5—7月冰雹天气高发,15—20时是冰雹易发时段,18—20时为高发时段,沙雅县和温宿县是阿克苏地区冰雹频发区。统计10个冰雹个例对流单体,1.5°仰角平均最大回波强度为50.7 dBZ、平均回波顶高为9.4 km、平均最大垂直液态水含量为12.8 kg·m^-2。超级单体风暴的雷达回波PPI上有"V"形缺口,垂直结构RHI有弱回波区或有界弱回波区。有界弱回波区或弱回波区面积越大、弱回波区上部回波越强、弱回波区高度越高,则冰雹越强,多单体风暴和单体风暴雷达回波的主要产品值明显小于超级单体。近10 a阿克苏地区人工防雹作业需关注春秋两季冰雹增多趋势,人工防雹作业高峰时段应集中在16—19时,比冰雹高发时段提前1~2 h。     

多个超级单体风暴诱发的EF3级强龙卷特征分析

2021年6月25日内蒙古锡林郭勒盟太仆寺旗发生了历史罕见的EF3级强龙卷,导致6人死亡,大量建筑物等严重损毁。利用常规高空和地面观测、区域自动气象观测站、FY4卫星云图、河北省张北CB型多普勒雷达等观测资料,以及NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料对这次强龙卷过程进行分析。结果表明:此次龙卷发生在前倾槽不稳定层结环境背景下,较强的对流层中低层条件不稳定(850 hPa与500 hPa温度垂直减温率约为7.7℃·km^-1)、低层丰富的水汽、中等强度的对流有效位能和强的0～6 km垂直风切变为超级单体风暴形成提供了有利环境背景。此外,0～1 km风矢量差为8 m·s^-1,抬升凝结高度为1.0 km,为超级单体龙卷的发生提供了相对有利的环境条件。与地面干线伴随的辐合线触发了产生龙卷的母风暴,随后演变为超级单体,其雷达反射率因子呈现典型的钩状回波、低层暖湿气流入流缺口、低层弱回波区和中高层回波悬垂,以及中等强度的中气旋等特征;龙卷的生成和消亡过程中有三个超级单体风暴相继形成,都呈现为孤立的对流风暴形态,龙卷发生在其中一个超级单体钩状回波的顶端,...     

鲁中地区一次超级单体风暴的雷达观测分析

利用济南、滨州和潍坊多普勒天气雷达及常规观测资料,对2016年6月14日下午到晚间发生在鲁中地区的超级单体回波演变和结构特征进行了分析。结果表明,该超级单体风暴产生在较大的对流有效位能和有利的风垂直切变条件下。其演变分为经典超级单体和强降水超级单体两个阶段。经典超级单体由普通单体迅速演变而来,其特征十分明显。强降水超级单体由经典超级单体风暴与其后侧下沉气流触发的普通单体风暴合并形成。合并过程造成风暴旋转强度增强,并产生类似龙卷的小尺度涡旋,导致了地面大风和大冰雹的出现。     

桂西北一次超级单体风暴过程的分析

本文利用常规观测资料和多普勒天气雷达资料,对2009年4月12日发生在广西西北部的大范围冰雹天气进行分析,得出以下结论：（1）导致冰雹发生的天气系统是高空低涡和低层切变线,冰雹发生前上午百色探空站有中等对流有效位能、上干下湿层结结构、强的深层垂直环境风切变,速度矢图上低层强的顺时针旋转曲率,已经具备强对流潜势发生条件。（2）超级单体右前方的低层反射率因子呈现明显的钩状回波,是超级单体风暴的典型特征之一。反射率因子垂直剖面呈现出典型的有界弱回波区、回波悬垂和回波墙。最大的回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域,其值超过65 dBz。相应的中低层径向速度图呈现一个中等强度的中气旋,旋转速度达到22 m·s-;垂直累积液态水含量和密度分别超过70kg·m~（-2）和5 g·m~（-3）。（3）高空低涡正涡度区、高CAPE值、地面辐合线在右江河谷滞留以及特殊地形作用,是多个对流单体沿相似路径移动的主要原因。     

江苏不同量级降雪过程的对比分析和预报指标研究

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,通过对2008-2018年共11年间发生在江苏省的区域性中雪、区域性大雪、区域性暴雪天气过程的对比分析,发现影响江苏区域性降雪的主要天气系统是500 hPa西风槽、700 hPa西南急流和地面冷空气。决定降雪量级的因素主要是700 hPa西南急流强度和范围,降雪区上空水汽输送强度、水汽辐合强度、水汽辐合厚度也与降雪量级有一定的正相关关系。暴雪时700 hPa水汽通量≥14 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1,且水汽来源更为丰富,均来自于孟加拉湾和南海;大雪和中雪时,700 hPa水汽通量分别≥12 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1和10 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1。暴雪期间,水汽辐合区内水汽通量散度都≤^-1×10^-7g·s^-1·hPa^-1·cm^-2,水汽辐合厚度达200~400 hPa,明显强于大雪和中雪。有利于江苏发生区域降雪过程的温度垂直分布条件为:地面≤2℃、t₉₂₅≤-1℃、t₈₅₀≤-2℃、t₇₀₀≤-1℃、t₅₀₀≤-14℃。随着降雪量级的增大,中低层温度阈值呈降低趋势。中低层逆温是产生区域性大雪及暴雪的必要条件,而中雪发生时不一定都有逆温层结,只要近地层温度条件合适,就能产生降雪。随着降雪量级的增大,逆温层强度明显增强、厚度明显增厚。暴雪、大雪和中雪时逆温强度阈值分别为3~8℃、2~8℃和1~3℃,其逆温层厚度分别为150~200 hPa、100~200 hPa和50~100 hPa。降雪过程中上升运动强中心位于600400 hPa。暴雪时,上升运动区相对大雪和中雪时的更为深厚,基本整层都为上升运动区,垂直运动发展旺盛。暴雪和大雪时上升运动中心值均≤-0.7 Pa·s^-1,中雪时中心值≤-0.3 Pa·s^-1。