一次超级单体风暴雷达产品特征及气流环境结构分析

2011年5月1日黔西南部分地区遭受了不同程度的灾害性天气,通过兴义多普勒天气雷达观测表明是超级单体风暴所致。利用兴义多普勒天气雷达探测资料及自动站观测资料对这次典型超级单体的基本产品及导出产品进行了分析。结果表明:风暴表现为单体自身发展型,基本属于右移风暴,风暴从发展到消亡的各个阶段其强度、最大强中心高度、垂直累积液态水含量、顶高、中气旋等产品均有不同的演变特征,风暴成熟阶段表现为典型的超级单体特征,有界弱回波区(BW-ER)及弱回波区(WER)明显,回波强中心高度及顶高上升明显,垂直流场表现为低层气旋性辐合,高层气流辐散。     

贺州市一次致灾冰雹天气过程诊断分析

利用常规地面、高空观测资料和梧州S波段新一代天气雷达探测产品资料,对2012年4月12日夜间发生在贺州市的一次致灾冰雹天气过程的成因及雷达回波特征进行诊断分析,结果表明:在高空槽、低层切变线和地面冷空气共同影响的中小尺度天气环流背景下,配合高空干冷、低层暖湿的不稳定大气层结是这一次降雹天气过程产生的主要原因。此次降雹天气过程在多普勒雷达回波图上呈现出典型的超级单体风暴特征。     

双线偏振多普勒雷达对一次降雹超级单体发展减弱阶段的演变分析

2015年4月28日,在高空冷涡的天气背景下,一个伴有较长生命史中气旋的超级单体在上海南汇双线偏振多普勒雷达观测范围内经历了发展减弱阶段,并产生了冰雹、雷雨大风、短时强降水等灾害性天气。利用常规天气观测、南汇双线偏振多普勒雷达、双雷达反演风场等资料分析发现,超级单体在发展成熟阶段呈现出回波悬垂、低层入流缺口、中气旋以及三体散射等经典特征,以及表示雷暴处于发展加强阶段的差分反射率因子柱。差分反射率因子柱通常意味着雷暴中上升气流的加强,同时说明大量的水滴可以被强上升气流托举到0℃层以上,形成过冷水滴,从而有利于冰雹的形成。超级单体经过的区域0～6 km垂直风切变达到了22～26 m·s~(-1),强垂直风切变环境有利于水平涡度发展,南汇雷达观测范围内中气旋维持了100 min左右,有利于雷暴的发展维持。此外,基于模糊逻辑法对此次降雹强对流天气过程开展了相态识别,结果表明,模糊逻辑法对此次强对流天气过程中的冰雹、降水等不同性质的降水能够进行有效的识别,有助于对雷暴降水相态本质的认识。     

浙中一次强对流天气动力热力场和雷达回波特征分析

利用NCEP再分析资料、常规气象观测和区域自动站观测资料、闪电及多普勒雷达天气资料,对2013年5月29日浙中局地强对流天气过程的环境场、触发机制和雷达回波特征进行了分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的;高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大;在热力不稳定能量增长储存条件下,冷空气、地面辐合线与中低层切变线是强对流天气的重要触发机制,地面辐合线对强对流天气还具有组织作用;沿等熵面移动的较大位涡有利于超级单体风暴的发生和发展;初夏0 ℃层高度偏高,但在满足强烈位势不稳定、中等风垂直切变以及低层充足水汽条件下仍可以导致局地小冰雹的产生;地面大风过程是低空暖湿气流入流在快要进入上升气流区时受到上升气流区的抽吸作用而加速导致生成的;多个回波强核被中气旋组织在一起,形成超级单体风暴造成了局地强风雹天气。     

一次雷暴单体相互作用与中气旋的演变过程分析

2013年8月1日,上海位于副热带高压边缘弱垂直风切变的不稳定层结下,午后开始,不断有雷暴新生。在此次强雷暴过程中,生成了三个中气旋;特别是在第二个中气旋生成过程中,雷暴合并后呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋等超级单体的雷达回波特征,还具有标志大冰雹的三体散射长钉特征回波。本文通过分析常规天气观测、双多普勒天气雷达、自动气象站和风廓线雷达等资料发现,前两个中气旋的生成机制为:(1)前期雷暴出流的交汇形成了气旋性环流,加强了低层水平辐合,阵风锋类似锋面的作用促使低层的暖湿空气抬升;(2)在弱垂直风切变的天气背景下,由出流阵风锋导致环境垂直风切变有所增大,改变了雷暴发展的环境,形成了经典中气旋生成的有利环境。此外,超级单体中气旋(第二个)形成过程中,雷暴的合并使得上升运动加强,对流不断发展,增强了雷暴内的旋转程度,从而有利于中气旋的形成。在第三个中气旋形成过程中,由于雷暴中的弱出流被相邻雷暴爆发的下沉气流抬升,在中低层形成出流和人流间的旋转,因而被雷达探测为中气旋。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

三次非超级单体龙卷风暴多普勒雷达特征对比分析

利用济南和烟台多普勒天气雷达资料,结合环境物理量和天气实况,对发生在山东境内的3次非超级单体龙卷风暴进行了分析。结果表明,三次龙卷过程发生在利于雷暴产生的环境形势下。低层湿度大,低层明显的垂直风切变和有利的地形是三次非超级单体龙卷发生的有利条件。三次龙卷都发生在风暴单体发展阶段,风暴顶高和强中心高度在1个体扫时间内迅速增高。上升气流的加强和复杂的地形是诱发小尺度强切变的主因。风暴单体的迅速发展,需要强的上升气流配合,上升气流将水平方向的旋转切变抬升为垂直方向,在复杂地形作用下可产生局部小尺度涡旋运动,诱发小尺度范围的强切变,从而导致龙卷发生。     

三次非超级单体龙卷风暴多普勒雷达特征对比分析北大核心CSCD

利用济南和烟台多普勒天气雷达资料,结合环境物理量和天气实况,对发生在山东境内的3次非超级单体龙卷风暴进行了分析。结果表明,三次龙卷过程发生在利于雷暴产生的环境形势下。低层湿度大,低层明显的垂直风切变和有利的地形是三次非超级单体龙卷发生的有利条件。三次龙卷都发生在风暴单体发展阶段,风暴顶高和强中心高度在1个体扫时间内迅速增高。上升气流的加强和复杂的地形是诱发小尺度强切变的主因。风暴单体的迅速发展,需要强的上升气流配合,上升气流将水平方向的旋转切变抬升为垂直方向,在复杂地形作用下可产生局部小尺度涡旋运动,诱发小尺度范围的强切变,从而导致龙卷发生。     

伊犁一次区域性暴雨分析

利用伊宁新一代天气雷达资料,结合高空和地面观测资料,分析了2010年7月19日伊犁地区一次局地暴雨天气过程。结果表明：此次强对流天气过程的主要影响系统为500 hPa中亚低槽、200hpa高空急流、低层风速辐合和地面雷暴高压。较强的层结不稳定和低层垂直风切变有利于对流的产生;云图和雷达资料分析表明,此次局地暴雨是由中尺度强对流云团产生,具有典型的对流单体形成、发展成回波短带合并形成带状回波,该带状回波最后演变成一个尺度较大的弓形回波。     

2017年秋季河北一次飑线引发的雷暴大风过程分析

利用常规地面高空观测资料、地面自动站资料、NCEP 1°×1°再分析资料、卫星云图、多普勒天气雷达资料等,对2017年秋季发生在河北省中部的一次由飑线引发的雷暴大风天气进行分析。结果表明：本次雷暴大风过程发生在高空冷涡底部,槽后冷空气与低层暖平流叠加配合地面冷锋的有利天气背景下,由飑线回波直接造成。环境条件中水汽和热力达到了中国华北地区产生强雷暴大风的平均值,大气温度直减率和垂直风切变比夏季更适宜,但能量不如夏季充足。飑线的强度、形态与夏季产生雷暴大风的雷达回波特征无异,但依据低层径向速度大值区预警秋季飑线大风需提高阈值。秋季飑线过程中地面同样伴随风场辐合、雷暴高压等中尺度系统,冷池密度流作用有利于地面大风产生。     

鄂西北一次超级单体风暴过程的观测分析

2016年6月7日下午鄂西发生一次伴有超级单体的强对流过程。利用常规地面和高空观测资料以及区域自动站、多普勒天气雷达等资料,对该过程超级单体形成的环境条件及雷达回波特征进行了详细分析。结果表明:(1)上干下湿不稳定层结、较高的对流有效位能与强烈的低空垂直风切变是有利于超级单体产生的环境条件,地面辐合线和鄂西北山区地形对超级单体的触发和增强起到关键作用;(2)宽大有界弱回波区以及位于其上的强悬垂回波,弱回波区前侧强入流与中层径向辐合(MARC)的存在,都表明超级单体具有降雹潜势;(3)大风核(27 m·s-1)持续时间超过2 h、中气旋深厚持久、阵风锋、高空强冷平流下传以及风暴内部下沉气流的共同作用,导致了地面大风;(4)前侧入流槽口斜升气流强而持久且风暴顶辐散长时间维持,造成强降水。     

强台风“山神”外围超级单体引发的龙卷分析

利用雷达、探空、自动站等资料及数值模拟对2012年10月南海强台风“山神”引发龙卷的外围雨带中超级单体的结构特征和环境场特征进行分析,结果表明:⑴ 超级单体既有大陆性超级单体特征(有弱回波区、强的回波悬垂和中气旋等),又有热带对流回波特征(回波质心高度和强的回波高度低);⑵ 当超级单体发展时,云内有较强的倾斜下沉气流,下沉气流向前流出有利于右后侧气流的流入,使得单体进一步发展,同时下沉气流使得云底高度下降,加大发生龙卷的概率;⑶ 龙卷发生前的环境场中层有干冷空气侵入,增加了大气不稳定度,同时低层具备较强的垂直风切变和低的抬升凝结高度的有利条件;⑷ 除地形摩擦辐合抬升有利于垂直涡度增加外,局地的三角洲地形也有利于局地垂直涡度增加,大大增加发生龙卷的概率。      

东北冷涡背景下超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达观测资料以及NECP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2016年8月16日内蒙古东南部地区由于超级单体风暴诱发的强冰雹、雷暴大风等强对流天气进行了分析。结果表明:这次超级单体风暴发生在高空东北冷涡和低层暖式切变线形成的强不稳定层结背景下,低层丰富的水汽、中等强度对流有效位能和大的深层垂直风切变,为强对流天气的发生提供了非常有利的环境条件;地面中尺度辐合线和露点锋两种对流系统耦合并加强是对流风暴的触发机制;雷达回波有钩状回波、弱回波区WER (Weak Echo Region)、回波悬垂、回波墙、中气旋等超级单体风暴特征,其中弱回波区,回波悬垂由反射率因子从低到高向低层入流一侧倾斜且回波强度梯度大;风暴内中层维持较深厚的气旋性辐合,风暴顶则表现出明显的气旋性辐散特征,标志大冰雹的三体散射长钉TBSS(Three-Body Scatter Spike)特征回波,50 dBZ以上的反射率因子核心的高度伸展到-20℃以上,为典型的产生冰雹的回波结构;垂直液态水含量VIL(Vertical Integrated Liquid Water Content)与风暴顶高之比即VIL密度达到5 g·m~(-3),这也是大冰雹的预报指标。     

青藏高原东北部一次罕见强对流天气的中小尺度系统特征分析

2016年8月17-18日青藏高原东北部出现了罕见的大冰雹、短时暴雨、雷暴大风等强对流天气。运用常规观测资料、NCEP再分析资料、葵花静止气象卫星、多普勒天气雷达等观测资料分析了此次强对流过程的大气环境场和中小尺度对流系统的发生发展和对流传播机制。结果表明:西太平洋副热带高压北抬明显,属于低层暖平流强迫型。水汽输送主要来自南海。维持较长时间的弱冷锋是强对流的地面触发机制;对流云团逐渐演变为MCC,对流传播整体具有沿着河谷往层结不稳定区的正向和往低层入流风的反向传播的特征。河谷地形是影响对流移动和传播路径的关键;强对流风暴单体生命史均较长,强降雹单体为类超级单体和普通多单体,强降水回波属于多单体线状对流。降雹单体整体比降水单体发展得更强,变化幅度更大,尤其是垂直累积液态水含量的变化更剧烈。强对流开始前单体垂直累积液态水含量均是先增后降;几处局地雷暴大风是由雷暴云团内弱降水在较厚的环境干层蒸发而显著降温所产生的较大负浮力或由线状对流中强降水拖曳导致的强下沉辐散气流造成,雷达回波具有质心急剧下降或中层径向速度辐合特征。     

甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用兰州CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料及探空资料、自动站及测站150 km范围内的数字高程模型(DEM)资料等,对2004年8月18日发生在甘肃中部的中小尺度冰雹天气过程进行分析。结果表明:这次强对流天气过程主要在高空冷干低层暖湿及地形影响下触发的,属典型的不同平流型降雹过程[1];在多普勒雷达反射率因子图上出现典型的“人”字型、“弓”型回波;在平均径向速度图上出现逆风区、中气旋;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;强回波区与辐合区、逆风区、中气旋、VIL在位置上有很好的对应关系,同时VIL产品对冰雹落区预报有很好的指示作用。     

一次超级单体风暴多普勒天气雷达资料的低层风场反演研究

本文使用二维变分风场反演方法对浙江台州2003年4月12日一次超级单体风暴的多普勒天气雷达探测资料进行低层风场反演研究。二维变分方法以均匀风场反演结果作为初猜场,在目标泛函中加入散度和涡度约束作为正则项来降低不适定性的影响。反演得到的低层水平风场比较好的符合超级单体风暴的组织化的气流结构和强的风切变,通过对散度场垂直积分获得垂直速度,上升气流主要集中在强回波区域,下沉气流一个位于风暴前进的左侧的弱回波区,一个位于钩状回波的内侧。     

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。     

江西三类致灾大风天气活动与回波特征分析

使用常规天气资料、灾情资料、自动气象站、卫星云图和雷达回波等资料,对江西出现的灾害性大风天气进行分析,结果表明：江西致灾大风天气主要有三种类型。（1）与飑线回波带和超级单体等雷达回波系统相伴随的雷雨大风天气,同时还伴随强雷电、强降水、冰雹和龙卷等灾害性天气;（2）与冷锋雷暴回波带和冷空气大风相伴随的混合大风天气,具有雷雨大风天气和冷空气大风天气活动的特征;（3）由雷暴下沉气流触发、中高空动能下传和气压梯度风共同作用产生的无降水致灾大风天气,没有降水、雷电等天气现象伴随。     

一次典型超级单体风暴过程分析

利用赤峰多普勒天气雷达观测资料,对2005年6月19日一次典型超级单体风暴造成的雷雨大风和冰雹天气过程进行分析,揭示出强对流天气雷达回波强度场和多普勒速度场的典型特征,为强对流天气的监测、识别和临近预报、人工消雹提供参考.     

湖北一次飑线过程的观测分析及数值模拟

用武汉新一代多普勒天气雷达(CINRAD)9层体扫模式观测资料、常规和地面加密观测资料、以及NCEP一日4次的1°×1°再分析资料,采用中尺度非静力模式(WRF)对2007年5月31日湖北飑线过程进行观测分析及数值模拟研究。结果表明,雷达回波显示出飑线前方强而窄的回波带、过渡带、后方宽广的次强层状回波区特征;新单体在对流区前沿周期性地产生,成熟单体减弱为后面的弱回波区,在不断的生消交替过程中系统向前传播。数值模拟表明,在飑线前方上空是强而窄的上升气流,后方中层偏上是一支宽广的从前向后(由南向北)斜上升气流,下方是从后向前(由北向南)的斜下沉气流;飑线低空有两支入流:前方偏南气流和后方下沉入流,高空出流一部分向北倾斜上升,另一部分翻转向南。飑线系统内气流沿着湿而高θse值带进入和上升,在干而低θse值区下沉。低层风切变和飑线后部冷丘的作用是造成飑线垂直结构的可能原因。飑线结构的数值模拟与雷达观测结构基本一致,其特征与美国经典飑线概念模型(TS型:拖曳层状)类似。