基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。     

“0321”浙北地区一次雹暴过程的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料,采用WRF V4.1模式对2020年3月21日发生在浙北地区的一次大范围超级单体雹暴过程进行数值模拟,结合常规观测资料、多普勒雷达产品等,分析了雹暴的雷达回波特征和云系的结构演变特征,并初步分析了冰雹形成的云物理机制。结果表明：此次雹暴过程是在高空急流右侧辐散区和低空急流左前侧辐合区相重叠的区域发生发展的,强垂直风切变有利于雹暴的维持和发展。多普勒雷达产品上呈现了雹暴的钩状回波、中气旋、典型的有界弱回波区、强回波悬垂和三体散射等特征。数值模式基本模拟出了雹暴云系的水平演变和垂直结构特征。模拟的过冷云水、冰晶、雪在雹粒子最大时表现为异常增强,在一定程度上有利于雹胚胎和冰雹的增长。     

桂北一次冰雹过程综合分析

利用柳州多普勒天气雷达、常规观测和地面自动站资料,对2008—03—20发生在广西北部的超级单体雹暴的环境条件和回波结构演变特征进行了详细分析。主要结果如下：①即使位势不稳定较低,只要0℃层和-20℃层高度适中、有较强的垂直风切变,并且具备一定的水汽条件和触发机制,就有可能发生雹暴。②VIL值和强回波区高度跃增反映冰雹碰并增长过程,降雹期两者多次跳跃使雹暴长时间维持。③对于矮顶超级单体风暴,VIL密度更能反映降大冰雹的潜势。④双倒“V”字型人流缺口和双有界弱回波区的出现意味着即将降雹,并且降雹时间较长。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一次致灾冰雹的超级单体风暴雷达回波特征分析

利用石河子C波段多普勒天气雷达资料,对2010年6月28日下午发生在准噶尔盆地南缘石河子垦区北部沙漠边缘地带的强冰雹超级单体风暴的雷达回波演变特征进行了详细分析。结果表明,该超级单体风暴前进方向的右侧出现了弓形回波,左前侧和右后侧分别出现了＂V＂字型缺口;沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子垂直剖面呈现出典型的有界弱回波区、回波悬垂和有界弱回波区左侧的强大回波墙,最大回波强度出现在沿回波墙狭长区域的下部,其值达到70dBz;相应的径向速度上出现了中气旋,该中气旋的发展和维持使得超级单体弓形回波发展并维持;强冰雹发生在有界弱回波区、垂直累积液态水含量大值区和中气旋重合的区域内;可用中气旋提前30min预警短时冰雹,其反射率因子垂直剖面上的宽大有界弱回波及其回波悬垂和回波墙下部的强回波中心强度（70dBz）可作为预警大冰雹的预警指标。     

2017年北京北部一次罕见强弓状飑线过程演变和机理

2017年7月7日下午至午夜,河北西北部和北京中北部发生了一次罕见的最大瞬时风力将近12级并伴有大冰雹的强弓状飑线过程,其触发、演变和维持机制等具有较高研究价值。综合多种观测资料和NCEP分析资料,利用“配料法”分析了该次飑线过程的环境条件、触发、演变、风暴结构和弓形回波的形成与维持机制。飑线发生在500 hPa冷涡西南部的前倾槽和低空急流形势下;超过2000 J/kg的对流有效位能（CAPE）、强0—6 km和0—3 km风垂直切变为弓状飑线及其相关超级单体的生成和维持、大冰雹和地面强风的形成提供了有利条件;较低的湿球温度0℃层（~3.8 km）是有利于大冰雹形成的融化层高度;对流层中层高达30℃温度露点差与大的垂直减温率造成环境大气具有强的下沉对流有效位能（DCAPE）,利于弓形回波和地面大风的形成。初始对流形成于西北风和西南偏西风之间的地面辐合线附近。地面大风和冰雹主要分布于低黑体亮温（TBB）和以正闪为主的闪电活跃处。雷达回波显示飑线先由线状对流系统发展成为团状超级单体对流系统,最后演变成弓状飑线。超级单体阶段和飑线阶段都有明显的回波悬垂、弱回波区、中气旋（飑线成熟后期为中涡旋）、强后侧入流及其伴随的入流缺口等;对流层中层急流和大的温度露点差是形成强下沉气流并发展出弓状特征的主要原因;大的对流有效位能和下沉对流有效位能以及强风垂直切变是飑线维持的原因。      

一次致灾超级单体雹暴过程数值模拟和发展机制分析

利用高分辨率中尺度数值模式WRF,模拟了2019年3月21日发生在浙江省的一次大范围致灾超级单体雹暴过程,结合多普勒雷达探测产品,分析了风暴的雷达回波结构、流场结构、各类水成物等特征及其演变,并探究冰雹形成的物理机制.结果表明:此次雹暴过程是在高空急流轴右侧和低层切变线相重叠的区域发生和发展的,强垂直风切变有利于雹暴的...     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

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。      

一次长生命史超级单体降雹演化机制及双偏振雷达回波分析

2019年3月21日一次长生命史超级单体导致浙江省中部多个县(市)降雹,为了研究超级单体得以长时间维持的环境背景及其云物理特征,利用常规资料以及宁波S波段双偏振雷达数据,结合粒子相态识别算法,对此次过程的演变进行了分析.结果表明:高空槽前、850 hPa切变线附近和地面冷锋为超级单体提供了合适的环流背景;风暴传播区域对...     

2019年8月16日山东诸城一次罕见强雹暴结构和大雹形成的观测分析

为研究雹暴结构和大冰雹的形成机制,利用潍坊CINRAD/SA新一代天气雷达、青岛S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空、地面气象观测站观测和实地冰雹调查资料,对2019年8月16日发生在山东诸城的一次罕见强雹暴过程的天气背景、风雹灾害、雷达回波演变、雹云结构及大冰雹形成机制进行分析.结果表明,受冷涡天气系统影响,...     

三雷达、双雷达反演降雹超级单体风暴三维风场结构特征研究

为研究降雹超级单体风暴的三维结构特征,利用厦门、龙岩、梅州3部新一代天气雷达（CINRAD/SA）基数据,采用基于动态地球坐标系的双雷达和三雷达三维风场反演技术,分析了2016年4月8日傍晚福建省南部漳州地区出现的一次冰雹过程的回波强度、三维风场及相关物理量分布变化。主要结果为：（1）冰雹云初生、发展阶段,低层水平流场出现气旋性辐合,云体内部形成较强的上升运动。（2）冰雹云强盛阶段,回波顶高度达16 km,其中大于60 dBz的回波高度由5.3 km发展至9 km,最强回波达74.5 dBz,伴随出现最长达25 km的三体散射长钉回波和32.7 km的旁瓣回波。低层水平维持气旋性流场的同时,高层出现反气旋性流场。4-8 km高度内,大于20 m/s的强上升气流持续近37 min。最大垂直速度达51.06 m/s,出现在超级单体悬垂部（约7.5 km高度处）。（3）降雹时段,出现明显的下沉气流。降雹超级单体的三维流场结构表现为：风暴移向前沿低层气旋性气流进入风暴后逐渐倾斜上升,到达风暴顶形成反气旋性气流,并逐渐向下形成下沉气流。（4）系统减弱阶段,出现系统性下沉气流,强回波底及地。双雷达和三雷达能较好地反演降雹超级单体的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹预报能力。     

黑龙江绥棱县一次超级单体强冰雹成因分析

利用常规天气资料、卫星及其反演云参数、雷达等综合观测资料,对2016年6月3日发生在黑龙江省绥棱县一次超级单体风暴进行不同尺度分析,研究降雹成因及降雹特点,并对人工防雹进行分析。研究表明:此次过程是高空冷涡和地面低压共同作用造成的,冷暖空气交汇、上干下湿不稳定层结配置及地面风速的辐合是这次过程的触发机制;冰雹云团在午后迅速发展,水平尺度迅速增长,云顶快速抬升,云高9 km的云团直径增加到90 km,形成明显的卷云砧;分析雷达回波可知,此次超级单体风暴过程出现了中气旋、有界弱回波区及悬垂回波等典型特征,垂直累积液态含水量(VIL)在降雹前出现了跃增,且跃增时间提前10～15 min,对于冰雹短时预报具有一定指示意义。作业时机应选择在单体或多单体的初始阶段就提前作业,作业成功率较大,作业部位可在有界弱回波区(BWER)及悬垂回波区域进行多站点联合作业,可取得较好的防雹效果。     

一次超级单体雹暴观测分析和成雹区识别研究

利用多普勒雷达资料,结合探空和常规资料,对2011 年4 月17 日一次超级单体雹暴的流场和回波结构演变特征进行了详细研究,主要结果:该雹暴是在条件性不稳定和垂直风切变较大的环境条件下产生的右移风暴。雹云初生发展阶段,垂直剖面显示逐渐形成有组织化的斜上升气流促进雹云发展。成熟降雹阶段,雹云内形成一支强的斜上升气流和深厚的中气旋,主上升气流对应雹云的弱回波区。雹云维持典型的弱回波区—悬挂回波—回波墙特征结构。根据雷达径向速度和雹云移速订正得出的“零线”演变发现,随着雹云的发展,“零线”逐渐向悬挂回波靠近,并穿过悬挂回波,“零线”的走向为上翘式,附近“穴道”的汇集力较强,有利于降雹。通过对“零线”位置的判断可分析有利成雹的区域。根据高低空两层强回波的水平错位,利用两高度强中心连线所作剖面能快速准确得出特征剖面,并将0℃ 层以上6 km 高度处降雹潜势达到100%的45 dBZ 的区域识别为成雹区,与降雹实况对比发现识别效果良好。