2022年6月19日广东佛山龙卷的双极化相控阵雷达特征

利用X波段双极化相控阵雷达等多源观测资料,分析了2022年6月19日早晨广东佛山超级单体龙卷的环境条件和对流风暴的结构及演变特征。龙卷母体风暴是在强西南季风天气背景下的一条东北-西南向飑线南端发展起来的。环境条件具备较大对流有效位能、低抬升凝结高度和强垂直风切变等有利于超级单体龙卷发生发展的热力和动力条件;低空风暴相对螺旋度、超级单体复合指数和强龙卷指数的显著增强对超级单体龙卷的发生有较好指示意义。具有高时空分辨率的佛山南海X波段双极化相控阵雷达探测到了龙卷母体微型超级单体的发展过程和龙卷涡旋的演变特征：对流单体在前侧低层入流的加强下逐渐形成钩状回波和反射率弱回波空洞;中气旋首先在2.5km附近高度形成后向低层伸展,随着后侧下沉气流的加强,低层涡旋旋转增强,当低层中气旋旋转速度超过22m·s-1(强中气旋)且直径紧缩至1.5km以内时,龙卷即将触地,龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)出现是龙卷触地的主要特征,龙卷发生在反射率弱回波空洞、TVS和TDS附近。     

苏北地区超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用江苏3个探空站、5部CINRAD/SA型多普勒天气雷达、地面常规与加密自动站等观测资料,分析2005—2009年苏北地区72个超级单体风暴发生的环境条件和多普勒天气雷达回波特征。探空和地面资料分析表明,苏北地区超级单体风暴可以产生在差别相当大的环境条件下:强降水超级单体通常产生在对流有效位能较高和垂直风切变中等的环境下,经典超级单体更多地产生在对流有效位能较高和垂直风切变较强环境下;产生大冰雹和(或)雷暴大风的超级单体,无论是经典还是强降水型超级单体,其环境特征均为0℃层、-20℃等温线高度较低,850—500 hPa温差较大,低层露点不高;产生龙卷特别是F2级以上强龙卷超级单体环境特征常常表现为低层(0—1 km)垂直风切变大、850—500 hPa温差相对较小、抬升凝结高度低、低层露点高,这类超级单体在产生龙卷的同时也常常伴有短时强降水甚至极端短时强降水。多普勒天气雷达资料分析表明,苏北地区超级单体具有持久的中气旋、回波墙和有界弱回波区或弱回波区结构,可以产生大冰雹、龙卷、短时强降水和下击暴流等强对流天气;超级单体的类型主要有经典超级单体、强降水超级单体以及强降水超级单体组成的复合风暴。经典超级单体一般为孤立风暴,中气旋多数情况下位于其右后侧(相对于风暴移动方向),低层有明显的钩状回波和入流缺口,入流缺口之上存在宽大的有界弱回波区,其上有强反射率因子组成的风暴核,最强的反射率因子可达75 dBz;强降水超级单体前侧有入流缺口和旁边粗胖的凸起部分与中气旋相伴,与经典超级单体的钩状回波在形态上区别明显,同样存在有界弱回波区或弱回波区,中气旋环流中有明显的降水回波;强降水超级单体组成的复合风暴内中气旋一般位于其前侧,主要结构与强降水超级单体相似,生命史较长。超级单体结构属性分析表明,绝大多数情况下,苏北地区超级单体风暴的最大反射率因子为55—76 dBz,基于单体的垂直累积液态水含量(VIL)为35—90 kg/m~2,垂直累积液态水含量超过60 kg/m~2时风暴有可能产生大冰雹,特别是在4—6月,冰雹直径随着垂直累积液态水含量的增大而增大,因此,垂直累积液态水含量季节性高值可以用来辨别产生大冰雹的超级单体;绝大多数情况下,中气旋旋转速度大于15 m/s,直径在3—10 km,持续时间超过40 min;中气旋的底越低,直径越小,产生龙卷的可能性越大。     

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。     

强龙卷超级单体风暴特征分析与预警研究

利用多普勒雷达资料,对发生在安徽的3次强烈龙卷过程进行了分析.重点研究了导致F2～F3级强龙卷的3次超级单体风暴多普勒雷达回波特征及其与强冰雹超级单体风暴的差异.另外,利用安徽省、市、县气象报表、历年气候评价灾情资料(部分来自民政部门的灾情报告),对1960年至今的龙卷天气的时空分布及变化趋势、产生龙卷的环流形势特征进行了分析,结果表明:(1)龙卷主要出现在淮北东部和江淮之间东部地势平坦地区,7月份出现龙卷的概率最高.(2)超级单体龙卷产生在中等大小的对流有效位能和强垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度较低.(3)3次F2～F3级龙卷在发生前、发生时在多普勒雷达上都探测到强中气旋和龙卷涡旋特征TVS.与非龙卷超级单体风暴相比,导致强龙卷的中气旋底高明显偏低,基本在1 km以下.同时风暴结构也有所不同,造成龙卷天气的超级单体风暴最大反射率因子与风暴质心高度接近,基本在3 km左右,反射率因子在50～60 dBz.造成强冰雹的超级单体风暴在冰雹产生前,风暴最大反射率因子高于风暴质心的高度;当风暴开始降雹时,最大反射率因子高度开始降低,而风暴质心的高度变化不大,高于最大反射率因子高度,基本保持在5km左右,反射率因子在60～70 dBz.     

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。     

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.     

CINRAD/SA中气旋产品与强对流天气

分析了济南新一代天气雷达2002年观测到的14次中气旋产品和滨州新一代天气雷达2001年1次风暴过程的中气旋产品。产生这些中气旋的风暴中有一次超级单体风暴和一次小型超级单体风暴，中气旋在这两次风暴中都维持了较长的时间。风暴产生了冰雹和雷雨大风天气。其余几次中气旋维持时间很短，产生这些中气旋的风暴不一定产生冰雹等强天气，预报时可在中气旋强度的基础上，结合环境条件和雷达的其它产品分析判断。     

新一代天气雷达超级单体风暴中气旋特征分析

超级单体风暴常伴随着冰雹、雷雨大风等强对流天气,最本质的特征是有一持久深厚的几千米尺度的涡旋——中气旋。利用2003--2009年福建龙岩新一代天气雷达观测到的32次超级单体风暴,分析了超级单体风暴中气旋的时空分布、结构特征以及旋转速度大小、中气旋顶和底的高度、伸长厚度以及切变值等特征量。结果表明：90％以上的超级单体中尺度气旋是与冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气相联系的。统计8次有详细灾情的雷雨大风或冰雹天气过程发现,中气旋强度不断加强,中气旋厚度加大,最强切变中心突降时将产生大风或冰雹等强对流天气。     

一次超级单体分裂过程的雷达回波特征分析

2007年7月9日16—20时（北京时）在河北南部非常罕见地观测到了多个超级单体风暴在相近地点连续生成及分裂的过程。利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、地面自动站及常规天气资料,对超级单体分裂过程及环境条件做了分析。表明这次的多个超级单体风暴是在强的对流有效位能和垂直风切变的环境条件下发生的。由于垂直风切变矢量方向随高度逆时针旋转,因此,分裂后左移的反气旋风暴得到加强,发展成为具有深厚中反气旋的左移超级单体风暴,而右移的气旋性风暴受到抑制,与理论研究结果一致。但也有不同之处,沿着地面高湿区内热力边界偏暖一侧移动的气旋性风暴没有受到明显抑制,有利的地面环境条件抵消了气旋性风暴受抑制的程度,使气旋性风暴能够持续更长的时间。该强烈发展的带有明显中反气旋的超级单体风暴具有低层钩状回波和入流缺口、中高层有界弱回波区及位于有界弱回波区之上的高层具有反射率因子核心和强烈风暴顶辐散,与经典的气旋式右移超级单体风暴的回波特征非常类似,除了是反气旋涡旋外,其回波特征与气旋式超级单体近似成镜像。风暴分裂是在单体形成不久的发展初期开始的。分裂先从中高层开始,然后迅速向下延伸。分裂后相对于0—6 km风切变矢量,左侧的单体为反气旋左移风暴,右侧的为气旋性右移风暴。     

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。     

一次雷暴大风的物理环境场和多普勒雷达回波特征

2009年8月27日15-18时,石家庄地区出现雷暴大风等灾害性强对流天气过程,石家庄地区北部新乐县境内的多普勒雷达探测到了此次天气过程中完整的阵风锋、飑线、中气旋等中尺度天气系统,并对此次雷暴大风的环境场和多普勒雷达产品进行分析。结果表明：低层逆温、中低层垂直风切变较强的不稳定层结为强对流天气的发生发展提供了有利的环境条件。阵风锋对对流风暴发展强度具有反馈作用,当二者逐渐远离时,对流风暴强度减弱甚至消亡;当二者逐渐靠近时,对流风暴发展加强,甚至发展为超级单体对流风暴。多单体对流风暴带状排列构成飑线系统,所经测站出现风速突增、风向急转、气压涌升、气温下降,钩状回波、人字型回波、弓形回波和深厚持久发展的中气旋是本次天气过程中的超级单体对流风暴所具有的典型特征。地面破坏性大风主要由超级单体对流风暴所引发。     

三次超级单体风暴雷达产品特征及气流结构差异性分析

2002年9月27日、2003年6月28日和2004年6月24日山东部分地区遭受了不同程度的灾害性天气,雷达观测分析表明是3次超级单体风暴所致,0927风暴尺度和天气现象次于0628和0624风暴.利用济南多普勒雷达探测资料,结合天气形势,对这3次典型超级单体强度结构、流场结构及其演变过程进行了仔细的分析,结果表明:地面中尺度辐合触发了不稳定能量的释放,引发了强对流天气发生;风暴形成阶段表现为不同的演变特征,0927风暴表现为多单体传播型,0628风暴表现为单体自身发展型,0624风暴表现为群发单体合并型;移动路径相似,都属于右移风暴,偏离风暴承载层平均风右侧30°-70°,移动速度约为风暴承载层平均风速的45%-70%;发展成熟阶段最大强中心高度表现不同,0927风暴位于单体底部,0628风暴位于单体中下层,0624风暴位于单体中层以上,最大反射率因子和垂直积分液态含水量(VIL)表现也有差别,0624风暴最强,0628风暴次之,0927风暴相对较弱.风暴旺盛成熟阶段表现为典型的超级单体特征,有界弱回波区(BWER)和中气旋;风暴旺盛成熟阶段风暴垂直流场结构有相似性,低层气旋性辐合,中层近似于气旋性旋转上升,高层气流辐散;中层水平流场结构存在较大差异,0927和0624.风暴为双涡管式旋转结构,0628风暴为单涡式的气旋旋转结构.     

江门地区一次冰雹过程的分析

利用常规气象资料、新一代天气雷达资料对一次冰雹天气过程中2个强风暴单体的形势背景、强对流发生条件、强风暴单体演变及结构特征进行了分析。结果表明:该次冰雹过程属前汛期强对流天气类型的复合型;强垂直风切变条件下,上干下湿有利于冰雹的产生;对流有效位能(CAPE)、K指数、SI指数能够很好地预示强对流天气的发生;该次过程中强对流风暴表现为由右移超级单体和左移超级单体组合而成的复合体;垂直累积液态含水量(VIL)>65 kg/m2有利于冰雹的产生;S波段雷达出现中气旋特征时应关注冰雹的产生。     

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。     

4.28临沂强对流灾害性大风多普勒天气雷达产品分析

分析了2006年4月28日发生在临沂的罕见灾害性大风的多普勒天气雷达产品.分析发现,雷达回波具有典型的弓状回波特征,在弓状回波前沿,对流单体强烈发展,出现有界弱回波区,低层入流缺口等超级单体的典型特征,风暴中出现中气旋,强降水之后风暴回波顶高、风暴质心高度、风暴的最大反射率因子高度迅速下降,灾害性大风出现在这个时段.实地考察表明,灾害性大风的路径与中气旋最大风速圈南缘移过的路径一致.分析认为,弓状回波后部存在较强后部下沉入流,由于强降水的拖曳作用,将中层中气旋的水平动量带到地面,中气旋右侧动量的方向与弓状回波后部的强下沉入流方向一致,两者叠加,使地面风速加大,造成灾害性大风.     

2018年8月31日广东热带扰动龙卷天气分析

利用现场灾调资料、Micaps资料、地面加密自动站和广州SA雷达资料等，对2018年8月31日广州番禺龙卷天气过程进行分析。结果表明：该次龙卷发生在14:25前后，路径长度约80 m,最大破坏宽度约52 m,破坏等级为EF1级。龙卷发生在季风低压活动天气背景下，中低空西南急流的叠加交汇及低层辐合、高层辐散的配置为龙卷的发生提供了有利的天气尺度条件；较大的对流有效位能、深厚的湿层和极低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了充足的对流不稳定能量和水汽条件；较大的低空垂直风切变、较大的风暴相对螺旋度和较大的能量螺旋度，为超级单体风暴的发生提供了有利的动力条件，地面中尺度辐合线和小尺度涡旋是对流风暴触发的有利中小尺度系统；龙卷产生在微型超级单体风暴中，伴有弱中气旋，龙卷触地前后伴有风暴质心明显下降、中气旋强度增强和直径尺寸明显缩小等特征。     

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。     

珠江三角洲台风龙卷的活动特征及环境条件分析

利用常规观测、自动气象站、多普勒雷达等资料分析珠江三角洲台风龙卷的活动特征及其产生的环境条件。结果表明:台风龙卷发生在6—10月,时间多为10—20时,出现在台风登陆后1.3～21.3 h的时段内;多数龙卷位于台风中心的东北象限,台风中心在广东湛江一广西东南部或北部湾附近时是珠江三角洲龙卷发生的高风险期。高层辐散、低层辐合及中低空强东南急流在珠江口附近叠加是龙卷产生的有利环流背景。强或弱龙卷环境条件的共同特征为低抬升凝结高度、强深层和低层垂直风切变及较大风暴相对螺旋度(SRH),主要差异是强龙卷的深层和低层垂直风切变与SRH更大;相似台风路径下,有/无龙卷环境条件的明显差异在于0～1 km低层垂直风切变和SRH,两值越大出现超级单体或中气旋的可能性越大,龙卷发生概率也就越高。台风龙卷风暴母体属于低质心的微型超级单体风暴;低层有强或中等强度中气旋,有时强中气旋中心伴有龙卷涡旋特征(TVS);龙卷出现在钩状回波顶端或TVS附近。与西风带超级单体龙卷相比,台风龙卷中气旋的尺度更小、垂直伸展高度更低。     

2004年4月29日常德超级单体研究

利用常德和长沙多普勒天气雷达资料和常规资料,对2004年4月29日发生在湖南安乡且产生了10 cm直径降雹和广泛8级大风的超级单体风暴进行了详细分析.该超级单体风暴发生在西南高空急流和西南南低空急流的交汇区域,加强的热力不稳定趋势和较大的垂直风切变条件非常有利于超级单体的产生.超级单体风暴呈现出典型的钩状回波,钩状回波位于该超级单体风暴移动方向的右后侧,从低层一直扩展到将近6 km高度;同时出现了指示存在大冰雹的三体散射回波.此次超级单体风暴成熟阶段中气旋的最大旋转速度为24 m·s-1,属于强中气旋,相应的垂直涡度为1.6×10-2 s-1.反射率因子的垂直剖面显示该超级单体风暴具有一个宽大的有界弱回波区(穹窿),其水平尺度超过10 km,垂直扩展超过4 km.在有界弱回波区之上,是一个强度超过70 dBZ的反射率因子核区,其中心高度为9 km,展现出典型的强烈超级单体雹暴结构.超级单体风暴在演变过程中经历了3次分裂过程.     

河北省廊坊“20200625”强超级单体雷达回波特征分析

摘 要：利用常规观测、北京和天津多普勒天气雷达探测等资料，对2020年6月25日夜间发生在河北省廊坊市一次冰雹、雷暴大风和短时强降水等强对流天气过程进行分析。结果表明：此次超级单体风暴发生的背景条件为高空冷涡前部高空槽叠加地面冷锋系统，高CAPE值、强垂直风切变以及适当的0 ℃和-20 ℃高度等为其发展维持提供了有利的环境条件。超级单体属于右移强风暴，发展演变过程中回波形状不断变化，中气旋特征持续存在，回波垂直结构呈现出回波墙-回波悬垂和有界弱回波区-三体散射和旁瓣回波等典型超级单体雷达回波特征。在本次过程中，55 dBz及以上强回波迅速向高层伸展后迅速下降并配合较低的强回波质心高度，预示地面将出现大冰雹和灾害性大风；VIL最大值达到55 kg?m-2可以作为本地发布冰雹预警的指标，发布冰雹预警时间可以提前12 min；将VIL值升到40 kg?m-2作为地面灾害大风预警指标，发布雷暴大风预警的提前量为24 min。三维空间图像可以直观地展现出超级单体的空间结构。