造成临桂极端大风的超级风暴单体观测分析

2019年3月21日21:13 (北京时),广西桂林市临桂区国家气象观测站录到60.3 m·s-1极端大风,打破了广西气象站建站以来的历史极值。综合利用多种观测资料对临桂极端大风的发展演变和成因进行详细分析,结果表明:(1)地面锋前暖区对流在移近临桂站时地面冷空气的适时入侵促进其发展成超级单体风暴,其产生的下击暴流击中临桂测站造成极端大风。(2)雷达回波表明该超级单体具有明显的钩状回波、中层径向辐合、近地面强辐散及反射率因子核心下降等雷达特征;风暴垂直方向流场结构表现为上面是反气旋性旋转或辐合、中间为径向速度辐合、底下为气旋性旋转。(3)中层径向辐合加强导致中气旋旋转性加大、直径减小、厚度增加,近地面层的强中气旋对下击暴流有加强作用。(4)环境条件分析表明临桂上空具有极好的产生雷暴大风的环境条件和发展成超级单体风暴的潜势。(5)极端雨强与极端大风相伴出现,表明降水拖曳作用是极端大风产生原因之一;在地形作用下冷空气大风对极端大风形成有叠加效应。     

柳州盛夏一次下击暴流特征分析

2021年8月3日柳州市出现一次伴有短时强降水和下击暴流的强雷暴大风天气过程。利用观测资料以及柳州自动站分钟级数据、雷达、风廓线等资料，对此次过程中下击暴流的成因进行分析。结果表明：①此次过程是在大陆高压与热带辐合带间中低层为一致东北气流的背景下，弱垂直风切变与强不稳定能量、深厚干空气源、近地面的干绝热递减等有利环境条件下，由地面中尺度辐合线抬升触发的。②下击暴流初始回波具有脉冲风暴特征，之后发展成多单体风暴；下击暴流发生前有反射率核心下降，低层入流及中层径向辐合增强等特征，其垂直结构表现为低层辐散、中层辐合、中高层辐合旋转。③地面大风出现前风廓线雷达风场有明显高空动量下传和低层风速减小，大风出现在低层风速开始增强时刻，早于低层风速最强时。④下击暴流的产生与降水粒子的拖曳作用和负浮力有关；地形作用使得强对流回波沿地形运动，且下坡地形与峡谷效应对极端大风的形成有叠加作用。     

淮安一次强风雹天气超级单体风暴观测分析北大核心

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、多普勒天气雷达和双线偏振雷达以及自动站分钟级数据,通过诊断分析和风场反演,对2021年4月30日17—19时淮安地区发生的极端风雹天气的两个超级单体结构特征、维持机制和极端大风进行原因分析。结果表明:在500~700 hPa偏北急流背景下,地面强辐合中心和辐合区促使对流单体增强为超级单体风暴。淮安基准站的极端大风由超级单体A产生的下击暴流事件引发,表现为明显的风暴质心高度、最强回波高度和中气旋底高的下降,近地面层辐散风场等特征。产生强降雹的超级单体B最大反射率因子高度、风暴质心高度以及中气旋最强切变高度均达到湿球温度-20℃层高度以上。极端大风产生的原因包括强冰雹和大降水粒子下落过程中的重力拖曳和融化蒸发冷却,以及负浮力和低层强中气旋产生的垂直扰动气压梯度力。     

2019年广西临桂微下击暴流和广东湛江龙卷现场灾情调查对比分析

2019年3月21日21:13广西桂林市临桂区国家气象观测站测得60.3 m·s^-1的瞬时极大风速,2019年4月13日14:11广东湛江市徐闻县下属和安镇镇政府自动气象站测得50.7 m·s^-1的瞬时极大风速,两地均出现比较明显的风灾。通过分析监控视频、无人机航拍资料、现场勘察和走访目击者,获得如下结论:21:09—21:14临桂国家气象观测站及周边区域的风灾过程是一次EF2级微下击暴流,时间尺度大于6 min,空间尺度约为1.6 km×2.0 km,属于α小尺度(400~4000 m)微下击暴流,其中包含7个β小尺度(40~400 m)微下击暴流;灾害现场呈现出受灾区域的纵横比小、灾情不连续和树木倒向有明显辐散的特征。14:09—14:15广东湛江徐闻的风灾过程是一次EF3级的强龙卷,持续时间约为7 min,龙卷路径长约为3.2km,宽约为30~280 m,监控视频显示在龙卷发生地附近出现了持续时间极短的旋转性大风。相对于临桂微下击暴流,龙卷灾害现场具有风灾破坏带纵横比大、灾情连续和多处树木倒向呈现辐合的特征。     

两类不同风灾个例的灾情调查与观测对比分析

利用灾情调查、常规观测和雷达资料对比分析2018年6月8日佛山南海龙卷和2016年8月18日湛江雷州微下击暴流两次强风天气过程。结果表明:南海龙卷强度为F1级和EF1级,雷州微下击暴流强度为F2级和EF2级,且导致风灾的气流具有多尺度性以及时空尺度小的特征。两次过程均发生在低层辐合、高层辐散和中低层急流汇合有利的环流背景,但龙卷发生在台风环流内部,而微下击暴流发生在台风外围。环境参数表现为弱的条件不稳定、对流抑制能量小和抬升凝结高度低,但龙卷过程的0—1 km风垂直切变较强。导致风灾的风暴单体均伴有中气旋,但形成龙卷的微超级单体具有明显的钩状回波特征,低层存在中等强度中气旋,中气旋尺度较微下击暴流过程的小得多,底高较低,龙卷出现前中气旋底高降低,直径缩小。形成微下击暴流的为一椭圆形的β中尺度风暴单体,低层存在强中气旋,中气旋为辐散性气旋,底高较高,直径逐渐增大,垂直剖面图上存在中层径向速度辐合、强反射率因子核心下降特征。     

桂林市2019年“3.21”极端大风与“4.24”致灾冰雹过程特征对比分析

利用常规、非常规观测及NCEP再分析资料,对比分析广西壮族自治区桂林市中γ系统造成的极端大风和中β 系统造成的致灾冰雹过程。(1)高低空急流耦合为强对流天气提供有利背景条件,锋面及辐合线为触发系统。大风过程锋面、冰雹过程高空槽动力作用更强。(2) 均具有强的上干冷下暖湿不稳定层结、强下沉动能、CAPE及中低层垂直风切变,大风过程中层干层更显著,冰雹过程CAPE更大。(3) 冷池出流与环境风垂直切变维持平衡使上升速度区呈垂直状态,利于飑线发展。变压风与冷池共同影响使风暴发展并向变压低中心移动,大风过程冷池前沿与变压低中心在广西临桂迭加,表明强风暴造成的下击暴流与低层中气旋迭加导致极端大风。(4) 大风、冰雹均由镶嵌在飑线系统中的超级单体风暴造成,超级单体强回波中心达65 dBZ,具有弱回波区、三体散射。大风过程强风暴借助冷锋热力边界的斜压性形成低层中气旋,低层钩状回波更明显,并有明显的MARC及强回波核心下降特征;冰雹过程强回波质心高,VIL达55~65 kg/m2,并有跃升现象。(5) 均有中等强度中气旋。大风过程中气旋比冰雹过程低,半径明显减小。大风过程中气旋与龙卷涡旋特征同时出现,对极端大风有预警作用。      

一次下击暴流风暴的成因和结构特征分析

2017年7月28日四川省东北部出现了一次罕见的湿下击暴流大风天气过程。本文利用地面自动站、雷达、卫星等观测资料以及FNL数据、视频资料,对下击暴流风暴的成因和结构特征进行研究分析。研究表明:此过程发生前,对流层中低层的环境温度及其直减率均达到同期历史极端值,有利于雷暴大风类型中尺度对流风暴的形成;此次下击暴流,主要由阵风锋与地面中尺度辐合线相交后触发,阵风锋水平涡度不断输入对流系统内,产生正的相对风暴螺旋度,利于对流风暴持续发展到较高高度,为下击暴流的产生提供条件;下击暴流发生前的对流风暴,在视频截图和反射率因子剖面图上均表现为悬垂倾斜结构,倾斜方向与对流层中层平均风向较一致;对流风暴中层的气旋性涡旋结构特征可作为下击暴流的预警指标之一。     

江苏典型下击暴流风暴结构特征统计分析

为了研究江苏地区下击暴流的结构特征,利用常规天气资料、雷达探测资料、自动气象站观测资料和ERA5再分析资料等,选取2007—2018年江苏地区19个典型下击暴流过程进行统计分析。结果表明:江苏下击暴流的分布呈北多南少,以湿下击暴流为主,7月是下击暴流的高发月份,孤立风暴型下击暴流具有弱的天气尺度强迫和上干下湿的结构,风暴移速较慢,飑线镶嵌型下击暴流具有很强的天气尺度强迫特征,风暴移速较快。下击暴流影响期间地面温度变化剧烈,温度降低伴随有明显风速增大过程。统计显示,产生下击暴流风暴的环境温度平均垂直递减率为6.8℃/km,能够保证负浮力的维持,干冷空气被中层辐合气流夹卷进入风暴内进一步加强了下沉气流,使得下击暴流得以维持和加强。下击暴流的初生阶段,强反射率因子核心和中层径向辐合出现在下击暴流发生前20—30 min,成熟阶段,强反射率因子核心高度有明显降低,低层呈辐散结构。      

基于多普勒天气雷达资料的“6.1”监利极端大风成因分析

2015年6月1日湖北省监利县发生一次由下击暴流带来的极端大风天气过程(简称"6.1"监利大风),受其影响,"东方之星"客轮在长江侧翻失事。应用常规观测资料以及加密自动站资料、探空资料、多普勒雷达产品与NCEP再分析资料,分析了"6.1"监利大风过程的环流背景与影响系统,基于雷达资料,重点探讨了其形成原因。结果表明:(1)较强的低层垂直风切变、较低的对流凝结高度等是其发生的有利条件,地面中尺度涡旋、冷锋的发展为其提供了触发机制;(2)"6.1"监利大风由线性多单体风暴造成,其在强盛阶段伴随有超级单体,并连续多个体扫出现中气旋;(3)风暴单体在发展成超级单体后,中气旋旋转速度逐渐增强、底部高度不断降低很可能是龙卷大风产生的先兆;(4)导致"东方之星"失事的下击暴流带来的极端大风(以下简称极端大风)发生前和期间均伴随低仰角速度大值区发展,而极端大风发生时风暴单体的中气旋特征已减弱,此外,极端大风产生前连续5个体扫强反射率因子核出现持续下降;(5)雷达径向速度产品、风暴属性表产品、中气旋属性表产品对"6.1"监利大风临近预警具有重要参考价值,风暴演变趋势、中气旋属性表、低仰角速度大值区在极端大风产生前均呈现出具有一定指示意义的特征。     

云顶亮温在一次区域性暴雨中的分析与应用

利用高、低空常规气象观测资料、卫星云图和多普勒雷达资料,分析了2006年6月12日发生在太原机场的一次强对流风暴过程,结果表明：高空气旋性冷槽的迅速东移和地面冷锋过境是本次强对流风暴发生的天气尺度系统背景,机场发生的地面大风是由下击暴流引起的,近地面强辐散引起阵风锋发生在弓形回波中低辐合层对应的下方;雷暴单体回波剖面随时间的演变发现确有反射率因子核心重心下降并接地的现象,并据此证实有两次下击暴流过程.第一次出现在16时前后距本场西北90 km处,第二次出现在18时04分,第二轮下击暴流直接造成本场的地面大风.下击暴流发生的过程始终伴随着中低层长时间的辐合和反射率因子核心的重心下降接地过程.     

2019年4月13日广东徐闻强龙卷天气分析

利用常规高空地面观测、广东省区域加密自动站、湛江多普勒雷达以及FY-4A高分辨可见光云图等资料对2019年4月13日广东省湛江市徐闻县EF3级强龙卷过程进行分析。结果表明:强龙卷发生在低纬地区海岸带附近,路径长约16 km,历经"三次陆上、两次海上"的复杂过程,持续约36 min。产生龙卷超级单体的中尺度对流系统出现在地面暖低压槽前、中低层显著西南气流和偏南急流汇合处;环境条件表现为强的垂直风切变、低的抬升凝结高度、大的风暴相对螺旋度和能量螺旋度,地面存在触发对流的中尺度辐合线和小尺度涡旋。龙卷罕见地经过徐闻县和安镇政府自动站,该站受到龙卷涡旋不同部位影响,风向随时间呈顺转—逆转—顺转的变化特征,并测到15级强风;气压和气温陡降,平均气压、平均气温最大降幅分别为2.6 hPa·(5 min)^-1、1.7℃·(5 min)^-1。龙卷发生在一个主要伴随正地闪、高质心的超级单体风暴中,钩状回波和回波悬垂特征明显,并伴有低层强中气旋和龙卷涡旋特征;中气旋强度和顶高呈反位相变化,3次(2次)强度峰值(谷值)和3次(2次)顶高谷值(峰值)正好与龙卷3次(2次)陆上(入海)活动时间对应,龙卷在陆地上(海面上)时,中气旋较强(较弱)、顶高较低(较高)。龙卷出现在钩状回波顶端、β中尺度对流系统上风侧TBB梯度最大处、水汽羽之下和中气旋底高低于500 m期间。     

产生致灾大风的超级单体回波特征

基于中国东部平原地区31部S波段多普勒天气雷达数据和实况记录,筛选出2002-2020年56次由超级单体风暴导致的25m·s-1以上的直线型大风事件,分析超级单体风暴多普勒天气雷达回波特征与其导致的直线型大风间关系,获得产生直线型致灾大风的超级单体的量化结构特征,为超级单体产生的大风的主客观监测预警提供参考.统计结果表...     

两类不同风灾个例超级单体特征对比分析

采用分钟级加密自动气象站观测资料,盐城、淮安和岳阳、荆州雷达探测数据,以及欧洲中期天气预报中心（ECMWF）高分辨率的ERA-Interim全球再分析数据,对比分析了2016年6月23日江苏阜宁龙卷灾害和2015年6月1日湖北监利下击暴流大风灾害的环境特征与超级单体的结构特征。结果表明:（1）两次强对流大风灾害发生在相似的低空环流背景下:风灾发生在低空急流出口区左侧的暖区内、850 hPa低涡中心东侧6—7个经距的位置;环境大气的对流有效位能大于2000 J/kg。但是风灾的类型不同,江苏阜宁大风灾害主要由超级单体龙卷造成,监利“东方之星”沉船事故主要是超级单体触发的下击暴流造成。短时强降水中心与风灾中心的相对位置不同:阜宁龙卷移动方向的左侧伴随着最强短时降水;湖北监利沉船事件发生期间,风灾中心与短时强降水中心基本重合。鉴于不同性质的对流大风位置与超级单体母体的中心位置对应关系上存在差异,通过比较地面观测的瞬时大风与瞬时强降水中心的相对位置将有助于区分强对流大风的性质。（2）环境风垂直切变强度对对流风暴结构、发展、维持有重要影响:阜宁龙卷发生时,其上空0—6 km风垂直切变达4×10-3 s-1,超级单体有明显的向前倾斜结构,形成有界弱回波区;而监利强对流沉船位置0—6 km风垂直切变只有2.3×10-3 s-1左右,风暴单体中的上升气流近乎于垂直。阜宁超级单体中气旋,首先出现在0—1.5 km风垂直切变和0—3 km风暴相对螺旋度带状大值区,在向抬升凝结高度更低的环境移动过程中,其底部不断下降,形成龙卷;而在监利沉船区,中低层风切变和风暴相对螺旋度相对要弱得多,对应风暴单体中的中气旋强度、持续性较弱,中气旋底部高度维持在1.6 km左右。（3）环境湿度垂直结构特征不同可能是风暴单体形成不同类型灾害大风的重要环境因子。监利下击暴流造成的风灾发生时,在地面气温迅速下降过程中,气压变化呈现快速跳升又快速下降的“尖锥”形,气压峰值比降水峰值提前4 min出现。它与对流层中高层环境大气中较为深厚的干空气卷入对流风暴中造成水物质强烈蒸发、冷却过程有关。而阜宁风灾过程中,环境大气中层仅存在非常浅薄的干层,加之低层较为深厚的饱和大气环境,对应的地面冷池效应相对较弱。      

台风“艾云尼”（2018）外围两次近距离龙卷的环境条件和雷达特征

2018年6月8日在距台风“艾云尼”中心80 km、160 km的广州市南沙区横沥镇、佛山市南海区大沥镇两地罕见地先后出现了龙卷天气。利用X波段双偏振雷达组网、广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达和区域加密自动站等观测资料对两次近距离台风龙卷过程的环境条件和雷达特征进行了分析。环境条件分析表明,两次龙卷发生地位于低层西南急流和东南急流辐合区,所处环境为弱的对流有效位能（CAPE）、低的抬升凝结高度和强的低层垂直风切变环境中,0~1 km垂直风切变值超过15×10-3 s-1。中小尺度雷达特征分析表明:（1）两地龙卷由台风外围微型超级单体引起,超级单体在发展强盛阶段有钩状回波、入流缺口、中层回波悬垂等典型特征,最强反射率因子55~60 dBz,强度≥50 dBz强回波发展高度在4 km以下,微型超级单体有水平尺度2~3 km的中气旋,由于速度模糊影响,仅在南海龙卷发生前9 min广州S波段雷达能自动识别中气旋。（2）与南沙龙卷相联系的中气旋核心高度低,强度进一步加强紧缩导致龙卷发生;而与南海龙卷相联系的中气旋从中层发展,中气旋加强紧缩下降到更低导致龙卷发生。（3）两地弱龙卷发生时广州和南海双偏振雷达没能捕捉到龙卷碎片（TDS）特征,南海X波段雷达能提前30 min监测到入流急流,提前27 min探测出钩状回波等特征,并通过分析ZDR弧和KDP弧可判断低层强盛的上升气流和强的垂直风切变利于风暴的发展。（4）佛山四部X波段组网雷达反演的1 km水平风场可分析出小尺度涡旋结构,对应钩状回波尾端有强的风向切变,这对龙卷发生地点的判断和风暴的流场结构有较好指示意义。      

基于风廓线雷达的湖北梅雨期暴雨中小尺度特征

针对2016年湖北梅雨期3次(“6·19”、“7·5”和“7·19”)暴雨过程,首先对比了汉口站探空数据与汉口、咸宁两个风廓线雷达站水平风速、风向,发现“6·19”和“7·5”过程汉口风廓线雷达站3 km以下水平风速和探空数据较为接近,而3次过程中咸宁风廓线雷达站8 km以下水平风向、风速和汉口站探空数据基本吻合。在此基础上利用风廓线雷达资料并结合常规、加密自动气象站资料,对3次过程中水平风场、平均垂直速度及其变率、水平风速垂直切变、大气折射率结构常数(C_(n)^(2))等进行分析。结果表明:(1)降水开始前西南风速明显增大,中层干冷空气入侵和地面冷池形成的中尺度偏东气流是“6·19”过程50站出现大于等于17.2 m·s^(-1)大风的主要原因,“7·5”和“7·19”过程西南急流长时间维持及1 km以下的偏东气流则是短时强降水持续时间较长的诱因;(2)梅雨期暴雨期间风廓线雷达观测的水平风速垂直切变、平均垂直速度及其变率随高度变化较小,较强上升运动区域主要集中在4 km高度以下;(3)C_(n)^(2)显示强降水发生前大气水汽含量有一增加过程,且整层水汽含量深厚,C_(n)^(2)大值区的消失对应降水结束。     

2013年3月20日广东东莞罕见龙卷冰雹特征及成因分析

利用常规观测、NCEP/NCAR再分析、多普勒天气雷达及自动气象站资料等,对2013年3月20日发生在东莞的一次罕见龙卷、冰雹等致灾性强对流天气过程进行分析。结果表明：1）龙卷过境时的单站气压、温度、风向风速与雷雨大风过境时明显不同,前者具有较典型的龙卷特征。2）华南地区高低空强的风随高度增大的垂直变化、上干下湿的位势不稳定层结以及低层高湿、增温为对流天气发展提供了有利的环境条件,冷空气南压和近地面边界层中小尺度辐合系统为其提供了触发机制。3）中等强度的对流有效位能（CAPE）、强的0-6 km深层垂直风切变以及较强的0-1 km低层垂直风切变为龙卷产生提供了可能性。4）龙卷、冰雹强对流风暴的发展加强与近地面边界层中小尺度辐合系统加强有密切关系。5）同时出现冰雹、大风、龙卷时,最强回波为72 dBz;龙卷出现在超级单体的钩状回波附近,更靠近后侧V形缺口;多时次观测到三体散射（TBSS）回波,与降雹对应;反射率垂直剖面图上可见明显的低层弱回波区、中高层回波悬垂,有界弱回波区（BWER）先于龙卷20多分钟出现。径向速度图上,龙卷出现时超级单体风暴同时具有龙卷涡旋特征（TVS）和中气旋特征。     

一次下击暴流显著弓形回波特征

利用天气图、卫星云图和天津新一代天气雷达资料对2007年7月31日凌晨发生在蓟县的强风过程进行分析。结果表明：此次过程是弓形回波与超级单体在合并过程中产生的下击暴流过程而并非龙卷过程。2007年7月30日夜间至31日凌晨,一条自西南向东北方向移动的弓形回波,先后影响天津地区的6个区县产生雷阵雨短时暴雨天气,最大雨强为37.6 mm.h-1,但6个气象站均未出现飑、冰雹和地面大风。对连续观测的雷达资料分析发现,反射率因子图上,显示一条维持了5 h多的弓形回波在移动过程中与一个预先存在低质心的超级单体在蓟县山区合并,产生了下击暴流;反射率因子图上弱回波缺口出现;同时弓形回波形态发生改变,2.4°仰角以上产生断裂;最大雷达反射率因子为53 dBz。在相对径向速度图上,早期呈现为明显的后侧入流急流,后期有中气旋生成并伴有中低层辐散;高层出现强反气旋特征。风暴发展高度较高,回波顶高超过15 km,随着下击暴流的发生,反射率因子核有一个3 km的急降。     

Single-Doppler Radar Observations of a High Precipitation Supercell Accompanying the 12 April 2003 Severe Squall Line in Fujian Province

In this study,single Doppler radar data were used to examine the structure and evolution of a high precipitation(HP) supercell embedded in a cold front near Jianyang,Fujian Province on 12 April 2003.The synoptic environment was characterized by high humidity at low levels,moderate CAPE(convective available potential energy;1601 J kg~(-1)),moderate wind shear(22 m s~(-1) in 0-5 km),and veering of the horizontal winds with height,similar to those HP supercells previously observed in midlatitudes.In additio...