一次强单体雹暴结构和成雹机制的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料、L-波段雷达探空资料,分析了2010年6月15日发生在大连地区的强雹暴过程的环流形势和垂直气流结构;并利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变,着重分析了冰雹云的成雹机制。结果表明,模式较成功地模拟出了雹云回波的强度和发展高度,并模拟出了回波墙、弱回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成,冰雹的增大主要依赖于与云滴、雨滴的撞冻过程,即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大;冰雹与霰粒和雪花的碰并过程比较强,而与冰晶的碰并增长量很小。     

北京一次强单体雹暴的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了1996年6月29日发生在北京东北部京冀交界地区的一次强单体雹暴过程,并结合多普勒雷达探测资料,分析了风暴的流场结构、雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变.模式模拟出了超级单体风暴云的一些典型特征,如悬垂回波、弱回波区、回波墙等.同时,模拟分析了冰雹形成的微物理过程,结果表明,本个例模拟雹云中,冰雹粒子主要由冻滴(CNfh)和霰(CNgh)转化形成,但冻滴对冰雹形成的贡献比霰大得多,冰雹含水量中心的发展演变与冻滴含水量中心的发展演变相一致,冰雹主要是通过撞冻过冷水过程(CLch、CLrh)而进一步长大的.     

新生单体在中空发展成降雹单体的一次过程分析

根据2002年8月5日新疆昭苏盆地的雷达回波资料，对该雹云初始雷达回波的出现及演变过程的主要特征进行分析。     

一次致雹超级单体结构特征分析

利用常规观测资料、多普勒雷达资料,对发生在徐州地区的一次冰雹天气的环流背景、降雹超级单体结构特征进行了分析。结果表明,此次强对流发生在前倾槽背景下,500 hPa高空槽东移过程中其后部冷空气南下,叠置在低层槽前西南暖湿急流之上,促进了大气层结不稳定发展。产生冰雹的对流风暴具有明显的超级单体结构特征,风暴中伴有旋转强烈的中气旋,持续时间约30 min,且最大切变高度都在0℃层高度以上。进一步分析发现,中气旋旋转速度中心和切变值中心均位于中高层,风暴中的旋转趋于向上发展,旋转强度在中高层有明显的跃升,且冰雹出现前后,位于风暴内中高层的旋转经历了尺度减小、旋转加剧的变化,风暴中的旋转导致风暴呈现出有界弱回波区和强回波悬垂结构特征。此外,尽管此次冰雹过程的垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid,下文简称VIL)值较小,但可以看到VIL值在冰雹发生前后有明显的跃增现象,这一现象对判断小冰雹的发生有一定的指示意义。     

一次超级单体强雹暴发展演变过程的观测分析

利用FY－2D／E卫星和TITAN雷达观测,对2011年4月17日广东一次超级单体强雹暴发展演变过程进行了综合分析。由卫星云图和地面监测实况资料,可分析出云体初生、发展、成熟至消亡的整个生命史,从初生到消亡移动距离达到了600km以上,维持了10h以上,造成广东境内6个区县发生了降雹;云体在成熟期一直保持着一个孤立的椭圆形云团向东南方向不断移动,云体覆盖面积很大,长度达300km以上,宽度达100km以上,云体局部最低亮温达一75℃以下,为典型的超级单体强雹暴。从雷达回波演变图上看到,10～14时成熟期的回波一直保持“弓形”,且“弓形”回波在整个过程中断裂过两次;雷达回波组合反射率图上出现“V”型缺口;整个成熟期出现了典型的有界弱回波区（穹窿）和其上的强大回波悬垂,以及有界弱回波区左侧回波墙;速度场上,东风和西风辐合是造成穹窿结构维持的原因,呈现了典型的超级单体特征。通过TITAN计算得到冰雹指数及风暴属性显示．该超级单体具有降强冰雹的潜势,其中降雹概率POH在10：10—14：10一直维持100％,这对超级单体风暴降雹的短时临近预报及人工防雹作业有重要的指示意义。     

一次长生命史超级单体降雹天气诊断分析

利用常规气象观测数据、ERA5 0.25°×0.25°逐小时再分析资料、怀化站SA波段多普勒雷达资料对2021年3月30日怀化市一次长生命史超级单体降雹天气过程进行分析。结果表明：(1)强对流在贵州东北部地面辐合线附近触发,低层维持良好的水汽输送,强垂直风切变使风暴高度组织化,也是超级单体进入怀化市后仍能维持高强度降雹原因之一;(2)雷达产品表现为回波中心强度强,有钩状回波、三体散射和旁瓣回波特征,具有悬垂结构,有中等强度的中气旋特征,VIL值在55 kg/m²以上并且VIL密度连续4小时维持在4.66～7.7 g/m³之间,有利于大冰雹的产生;(3)中层湿度、DCAPE值预报偏大是造成此次预报出现偏差且雷暴大风空报的重要原因。     

一次弓状降雹回波区流场的反演

通过对一次典型弓状降雹回波区的流场进行反及特点分析,发现用矩不变量法反演出的回波区流场结构,与藤田关于弓状回波的概念模式非常吻合,利用该方法估测出的流场,散度场、涡度场所表现出的信息,与降雹实况是一致的,该研究可为中小尺度强天气的监测,提供高时空分辨率的流场资料。     

石河子地区一次雹暴分析

利用石河子地区148团数字化雷达资料及有关的天气资料和雹谱资料等,对1995年6月14日石河子地区的一次雹暴天气过程进行了综合分析,结果对认识该地区雹暴的形成、演变、降雹特点,对指导防雹减灾有参考意义。     

华北地区一次长生命史超级单体雹暴特征观测

对2020 年6 月25 日河北南部从保定涞源到沧州东光的超级单体雹暴环境条件、雷达观测及风场反演特征进行了分析。结果表明：①本次超级单体雹暴是在水平对流卷上触发起来并经过不断加强形成的。②超级单体雹暴长时间处于中等到强的基本顺时针旋转环境风的垂直风切变环境中、中气旋维持时间超过3 h以及较强冷池作用,是本次超级单体雹暴维持长生命史的可能原因。③对流单体VIL持续7 h基本维持在55～80 kg·m-2区间,与单体移动路径上降雹时段一致,超过4 h持续出现三体散射长钉或旁瓣回波特征,与本次过程中灾情调查和气象站观测到的大冰雹时间段基本一致,对大冰雹有较好指示意义。④超级单体雹暴出现钩状回波（低层）、回波悬垂“穹隆”结构、风暴顶辐散、ZDR柱和KDP柱等特征。“穹隆”顶部为65 dBz以上反射率因子,该处风场以垂直上升为主,水平风分量较弱,呈现出“穴道〖CD*2〗零域”结构,利于大冰雹增长。超级单体垂直速度随高度增大,利于中气旋形成和维持。     

贵州一次强冰雹过程降雹单体的特征分析

利用遵义CINRAD-CD天气雷达回波资料及其生成产品,结合灾情实况对2005年贵州中西部一次强冰雹过程进行了诊断分析。分析表明这次过程具有超级单体风暴的降雹特征,其中持续15min以上的弱回波区、长丁状回波、＞50dBz的回波主体形成钩状回波、主体回波具有前侧或后侧V形槽口中1个以上特征就可以发布降大雹的预警。2个体扫以上连续出现深厚的中气旋特征,即可判定对流风暴是超级单体风暴,因此利用风暴相对速度图能快速分析风暴单体是否是超级单体;HI产品对冰雹的预警具有指示作用,但算法参数值的本地化还需要做相关工作。     

雷达识别渭北地区冰雹云技术研究

通过对陕西渭北地区各雷达站观测的回波资料和地面降雹资料分析,得出了适合识别渭北地区冰雹云的7个指标。实际应用结果表明,识别效果良好,并可以做到提前识别,为防雹作业赢得非常宝贵的时间。     

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。     

一次强降水超级单体风暴过程分析

概述了2006年6月16日影响大连机场的一次由强降水超级单体导致的“黑昼”天气的天气背景,应用卫星云图分析了雷暴云团的演变过程;利用大连市气象局新一代天气雷达资料,分析了强降水超级单体的雷达回波特征。结果表明:“黑昼”现象出现的主要原因是高空受东北冷涡控制,东北冷涡底部干冷空气与暖湿东南气流汇合,在大连地区上空形成了强降水超级单体。新一代天气雷达图像上强度图的演变与强降水超级单体模式相吻合;剖面图上显示出强降水超级单体的明显结构;存在着中气旋和中等到强的垂直风切变;分析了此次过程中出现冰雹的相关因子。     

一次超级单体引发的秋季特大冰雹和龙卷雷达探测分析

利用烟台S波段双偏振多普勒雷达和荣成CINRAD/SA新一代天气雷达探测数据,结合探空、地面气象观测、ERA5再分析和冰雹、龙卷实地调查等资料,对2021年10月1日在山东半岛东部烟台、威海发生的特大冰雹和龙卷风暴的天气形势、环境参量和雷达探测特征进行分析。主要结果为：与气候平均场相比,造成本次强对流过程的500hPa东北冷涡异常强盛,850hPa自华南到东北地区西部有持续偏南水汽输送;在此异常环流背景下,山东半岛东部具有上干冷下暖湿、强的0～6km垂直风切变和对流有效位能等有利于强冰雹、龙卷发生的环境条件;近地面的风暴前低压、雷暴高压和冷池特征明显。降雹时的风暴呈现典型超级单体特征,低层具有明显的钩状回波和倒“V”字型前侧入流缺口,垂直剖面显示出明显的有界弱回波区、差分反射率柱（ZDR柱）特征;根据大冰雹落点和降雹开始时间等信息,统计对应雹云的反射率因子、ZDR、相关系数（CC）的中位数分别为48.7dBz、0.89dB和0.90;地面出现龙卷和大冰雹时,风暴顶辐散强度最大达到71.5m·s-1。后侧阵风锋对应的出流边界北端的偏北气流与风暴前侧的偏南气流形成强涡旋上升运动,导致EF1级龙卷产生;龙卷发生在钩状回波的顶端,大冰雹多出现在入流缺口的北侧。地面发现龙卷发生前约5min,雷达探测到龙卷碎片特征,ZDR和CC分别最低至-0.1dB和0.81;龙卷发生前约11min,探测到风暴低层的ZDR弧和风暴右后侧的下沉反射率因子核特征;荣成、烟台雷达分别提前22min、5min识别出中气旋和龙卷涡旋,可为龙卷预警提供重要参考。基于观测分析,给出了本次超级单体风暴的低层流场及龙卷、大冰雹落区的示意图。     

肇庆市一次超级单体的多普勒雷达资料分析

利用广州S波段多普勒雷达资料,对2004年7月1日夜间发生在广东省肇庆市的一次强对流天气过程进行分析,发现引起这次强对流的风暴具有超级单体风暴的特征。这个超级单体南边出现两条明显的出流边界,分别位于钩状回波的西南和东南。相应的中低层径向速度图呈现一个弱中尺度气旋,旋转速度达12m·s-1。该超级单体的移动方向在盛行风向的右侧约30°,属于右移风暴。     

超级单体风暴中大冰雹增长机制的模拟研究

为调查超级单体中大冰雹的运行增长机制,使用三维冰雹分档对流云模式结合三维粒子运行增长模式,对一例超级单体风暴进行了数值模拟.实测风暴的结构如中气旋、弱回波区、前悬回波等被很好地模拟再现,显示了模式对超级单体具有良好的模拟能力.雹胚在风暴发展阶段由过冷雨滴冻结产生,主要分布在主上升气流区上部,在主上升气流区西北侧中高层也有相当数量的雹胚粒子,冰雹主要分布在主上升气流区东侧.风暴发展阶段产生的雹胚有7％～8％增长到1 cm以上,1％左右增长到2 cm以上,这些大冰雹绝大多数起源于主上升气流区北侧的高层云区,气旋性进入主上升气流区按照简单的上—下形式增长,少数大冰雹起源于主上升气流区西北侧风暴后部中高层,气旋性地沿着主上升气流区的边缘按照下—上—下形式运动增长,表明了超级单体中大冰雹存在两条增长路径.     

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。