一次强飑线内强降水超级单体风暴的单多普勒雷达分析

文中利用位于福建建阳新一代S波段多普勒天气雷达资料和探空、地面观测资料,对2003年4月12日07—09时发生在建阳附近的一次强降水超级单体风暴进行了分析。天气分析显示,风暴发生于地面冷锋北侧、低层高湿、中等对流不稳定(1601 J/kg)和强风切变(0—5 km,22 m/s)环境,总理查逊数为16,同典型的强降水超级单体生成环境相当接近。雷达回波分析揭示,风暴发生在一强飑线系统的前沿,初期为一普通单体,随后逐渐发展成为弓状并发生分裂,分裂后风暴移动方向左侧单体逐渐减弱,而右侧的单体发展成为超级单体,持续时间约为1 h。在强降水超级单体成熟期,其移动前侧的低层反射率因子出现明显的钩状回波,中层反射率则显示在宽广的反射率高值区(>60 dBz)内存在有界弱回波区,强度大于40 dBz。沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子也呈现典型的回波悬垂和有界弱回波区。相应的中低层径向速度场显示在钩状回波附近的强降水区中存在一个强烈的中气旋,其起源于中层3.5—5 km,随后向上、下发展,最大旋转速度达到24 m/s,持续时间达1 h。由GBVTD方法分析,中气旋成熟时(08：33 UTC)轴对称环流结构显示,轴对称切向风分布在中层接近兰金涡旋模型,最大轴对称切线风位于高度4—5 km,离气旋中心约3 km,强度约20 m/s。4 km高度以下为气旋式辐合,气旋中心为上升运动。至4—7 km以旋转为主,在最大切向风半径以内为外流,以外为内流,相应的在最大风速半径处伴随较强的辐合和上升运动,7 km以上则为辐散对应的出流。此结构同经典超级单体内的中气旋结构相当一致。此外,风暴结构同Moller（1994）提出的中纬度强降水超级单体风暴的特征非常相似,但演变过程却明显不同,是由普通单体形成弓状回波,弓状回波分裂后沿移动方向右侧的单体发展成为强降水超级单体。     

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...     

甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用十堰多普勒天气雷达资料和高空地面观测资料对2013年5月23日凌晨发生在十堰地区的强超级单体风暴过程进行了详细的分析。干暖盖、强垂直风切变、高空辐散、低空辐合特征为超级单体的形成提供了良好的环境场; 喇叭口地形、地形抬高冷池出流和雷暴出流与低层暖湿气流产生的扰动是超级单体爆发性增强的关键原因; 多普勒天气雷达观测表现为典型钩状回波、低层有界弱回波区和“穹隆”、中气旋、回波墙等超级单体特征; 4D-VAR风场反演结果表明超级单体内, 上升气流从前端低层进入, 然后倾斜上升, 至高层后随高空风向外流出, 下沉气流从云后中低层流出, 这是成熟的超级单体所具有的典型流场结构; 中层干冷气流夹卷使得雷暴群整体更有组织性并具有更长的生命史, 有利于强灾害性天气的产生。

     

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25 m·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。统计结果表明:产生致灾大风的超级单体60 dBZ以上强回波深厚, 平均厚度为5.5 km, 中层径向辐合特征显著, 最大中层径向辐合超过29 m·s-1;中气旋强度中等, 平均旋转速度为18.4 m·s-1, 可向上伸展至对流层中上层(7 km高度);超级单体反射率因子核下降、中气旋核下降、29 m·s-1以上中层径向辐合以及垂直积分液态水含量减小是预警直线型大风的重要指标;下击暴流导致的明显且对称的低仰角辐散速度对仅在4次事件中出现, 超级单体风暴由于其移动性, 不易出现对称的下击暴流。     

2016年6月海南一次龙卷过程分析

利用19612015年陕西省70个气象观测站的逐日降水资料,采用线性倾向估计、趋势分析及Mann Kendall等方法,分析了陕西省不同等级降水量、降水日数及降水强度的气候变化特征。结果表明：无论是降水量、降水日数,还是降水强度,均呈现出南多北少的分布特征,且随着降水级别的逐级增加,地区分布差异逐渐增大;整体上降水量和降水日数呈现出减少趋势,其中降水日数的下降趋势均非常显著,全省年均降水日数的气候倾向率达到了-3.83天·10a-1,通过了0.01的显著性检验,降水强度的增加趋势通过了0.05的显著性检验,每10 a全省年均降水强度增加0.15 mm·d-1;陕西降水量及降水日数的减少主要体现在春秋两季小雨及中雨的减少上,小雨降水强度在夏、秋两季的气候倾向率分别为0.05和0.04 mm·d-1·10a-1,其上升趋势分别通过了0.01和0.1的显著性检验,这是年均降水强度上升的主要原因;陕西年均降水量及降水日数自1984年出现了突变性下降,而降水强度的突变则出现在2004年,之后一直呈现持续的上升趋势。     

基于雷达资料四维变分同化和三维云模式对一次超级单体风暴发展维持热动力机制的模拟分析

利用三维云尺度数值模式和雷达资料快速更新循环四维变分同化(4DVar)技术,对京津冀地区一次强降水超级单体风暴发展演变的热动力机制进行了数值模拟和结果分析,并结合雷达、加密探空和自动站资料,揭示了快速变化的近风暴大气环境及风暴自身的热动力三维特征对超级单体形成、发展和演变的影响.雷达回波观测分析表明,这是一次由多单体合...     

我国两级阶梯地势的冰雹天气环境物理量特征

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。

     

一次台风前部龙卷的多普勒天气雷达分析

通过分析2004年8月25日发生在浙江省宁波市的一次台风前部龙卷发生发展的环境特征, 发现该龙卷发生在台风前部风切变区里, 尽管当时涡度、散度等物理量对于深对流发展不是非常有利, 但下湿中干、强的垂直风切变及地形条件等还是有利于局地弱龙卷的产生; 在宁波新一代天气雷达产品上表现为强的钩状回波, 速度场上有相邻的正负速度中心及强的组合切变值等。通过多个反射率产品、剖面产品等综合分析了该风暴的三维结构, 初步了解此类弱龙卷的发生机理, 为以后的预报提供一些经验。     

2016年北京地区一次雷暴大风的观测研究

2021年7月31日16-22时冀豫交界区出现了由多个超级单体风暴造成的强对流天气过程, 其中生命史最长的两个超级单体风暴(以下分别简称邯郸超级单体和濮阳超级单体)先后影响河北南部和河南北部, 导致5次极端下击暴流事件。本文利用常规观测资料、区域自动站观测资料及多普勒天气雷达资料, 并基于超级单体致灾下击暴流雷达回波预警指标, 分析了上述5次极端下击暴流导致的冀豫交界区雷暴大风的雷达预警效果。结果表明: (1)5次极端下击暴流事件中, 超级单体强回波伸展高度、中层径向辐合、低仰角径向速度大值区等雷达回波特征量化值均满足致灾下击暴流超级单体雷达回波预警指标, 平均每次极端下击暴流前会出现12个与雷暴大风相关的回波特征, 且最极端下击暴流出现前与雷暴大风相关的回波特征均最为显著或其特征量增至最强, 其中与对流风暴下沉气流和地面大风直接相关的特征可提前10~37 min预警极端下击暴流。(2)两个超级单体风暴导致的首次极端下击暴流前均出现了反射率因子核、中气旋核和中气旋底高下降的特征, 对极端下击暴流能提前19 min和22 min预警。(3)邯郸超级单体为典型的孤立超级单体风暴, 濮阳超级单体为镶嵌在多单体中的超级单体风暴, 前者比后者的回波结构清晰, 更易判识, 相关回波特征或特征量对其产生的下击暴流预警效果也更好。(4)超级单体风暴维持期间可导致多次极端下击暴流, 其出现后(特别是在减弱阶段)仍需持续关注相关回波特征变化。

     

Analysis of Three Supercell Storms with Doppler Weather Radar Data

Three supercell storms on 24 June 2004 (0624), 28 June 2003 (0628), and 27 September 2002 (0927) induced different damages in Shandong Province. Storm 0927 was inferior in size and intensity to storms 0628 and 0624. The structure and evolvement of the three storms were analyzed in detail based on the WSR-98D radar data in combination with weather charts. The results show that mesoscale surface convergence triggered release of instable energy, which resulted in severe convection. During the development stage, storms 0927, 0628, and 0624 displayed multi-cell propagation, single-cell evolution, and multi-cell mergence, respectively. The storm tracks were similar: they were all right-moving supercell storms, i.e., moving at an angle of 30°–70° to the right of the mean wind and at a speed of about 45%-70% of the mean wind speed. In the mature stage, the maximum reflectivity appeared at the low level in storm 0927, mid level in storm 0628, and mid-upper level in storm 0624. These storms possessed almost all typical features of supercell storms: weak echo region (WER), bounded weak echo region (BWER), and mesocyclone. An organized mesocyclone formed at the middle height of an updraft, deepened gradually downward and upward, and became a typical mid-level mesocyclone with strong updrafts. The vertical structures of airflows in the three storms were similar, i.e., significant convergence at low level, nearly pure rotation at mid level, and divergent rotation at upper level. However, signatures of mid-level horizontal airflows in the three storms were different: at mid level, there was a single vortex in storm 0628, but a double-vortex flow pattern was seen in storms 0927 and 0624. The horizontal structure of the double-vortex flow was hard to be blown away by the environmental airflow, and thus the storms could persist for a longer period of time than the single vortex storm.     

一次强冰雹超级单体风暴双偏振参量特征分析

利用济南S波段双偏振多普勒天气雷达资料、章丘探空和地面常规气象观测资料及灾情调查,对2021年7月9日发生在济南章丘的一次特大冰雹超级单体风暴双偏振和微物理结构特征进行了分析。结果表明:冷涡天气背景下,强的垂直风切变和强的对流有效位能,利于超级单体的形成与维持。阵风锋是风暴触发机制,也是风暴长时间维持机制。初始风暴由阵风锋触发,经过合并发展产生超级单体。成熟阶段,风暴西侧与阵风锋交汇区域不断激发新生单体,并与主体合并,风暴长时间维持。风暴顶强辐散是中气旋长时间维持和风暴顶高度较高的关键因子之一。特大冰雹阶段风暴底层右后有明显的入流缺口,其前侧有差分反射率(Z_DR)弧,表现为少量大的液态粒子或小的湿冰粒子,入流缺口左侧强反射率因子区对应小的Z_DR和小的相关系数,为冰雹降落区。垂直结构上,强上升气流区一侧存在深厚的有界弱回波区,0℃层高度之下分布有Z_DR环,有界弱回波区内及上方存在Z_DR柱,且高度较高,含有少许偏大的液态或融化的小的冰相粒子。较高的Z_DR柱表明风暴内上升气流强盛且高...     

两次强冰雹超级单体风暴双偏振特征对比

利用S波段双偏振天气雷达资料、探空和地面常规气象观测资料及灾情调查, 对2020年6月25日河北省蠡县和2021年7月9日山东省章丘的两次特大冰雹超级单体风暴双偏振特征进行对比。结果表明:两次超级单体风暴均发生在西北气流形势下, 章丘风暴具有较强的对流有效位能、较大的湿度和较高的湿球0℃层高度。蠡县风暴强度明显大于章丘风暴, 但差分反射率柱和比差分相移柱高度明显低于章丘风暴。蠡县风暴弱回波区上方存在深厚的强度超过65 dBZ强回波悬垂, 即悬垂的冰粒子循环增长产生较大的冰雹粒子, 大的冰雹粒子进入下降通道后, 再次产生明显增长且更加不规则, 导致更强的水平极化反射率因子和更小的相关系数。湿度的垂直分布是风暴发展强度的关键环境因素之一。蠡县超级单体风暴的产生环境非常干, 章丘超级单体风暴的产生环境相对较湿。     

苏北一次强降水超级单体风暴过程的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、FY2C卫星和多普勒雷达资料,对2008年7月22日发生在苏北的一次强降水超级单体风暴过程进行诊断分析。天气分析显示,风暴发生于高湿、较低的抬升凝结高度、强对流不稳定(3 445 J/kg)和中到强的垂直风切变(0~6 km,18 m/s)环境,这种大气环境非常有利于强降水超级单体风暴的发生发展。雷达回波分析揭示,该超级单体的演化可归结为"孤立单体—经典强降水超级单体—减弱东移"三个阶段,持续时间超过2 h。强降水超级单体风暴成熟期,呈现出典型的倒"V"型缺口、中低层有界弱回波区和反射率因子大值区由低层向高层往低层入流一侧倾斜的特征,相应的雷达径向速度场显示在倒"V"型缺口附近的强降水区中存在一个成熟的中气旋。湿位涡的诊断结果表明:高层干冷空气侵入触发潜在对流不稳定能量释放,有利于对流运动的发展;中低层大气对流不稳定与条件对称不稳定共存,既有垂直对流,又有倾斜对流发生,同时边界层的偏东风入流向暴雨区提供充沛的水汽,对暴雨的发生发展起增幅作用。     

山东两次强对流天气雷达特征及环境场对比

利用常规地面和高空观测资料、加密自动站资料和多普勒雷达资料,对2016年6月山东两次强对流天气的雷达特征、环境条件等进行了对比分析,结果表明:6月14日强对流天气主要是横槽转竖引导冷空气南下引起,6月30日强对流天气发生在高空槽前、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,地面辐合线是两次过程的触发机制。6月14日垂直风切变和风暴承载层平均风均比30日大很多,致使14日的超级单体风暴持续时间更长、强度更强。风暴相对螺旋度的大小对强对流天气强弱程度有指示意义。两次过程都在地面辐合线附近生成,都具有中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、回波悬垂、风暴顶辐散等雷达特征,不同的是14日具有倒V形缺口、中层径向辐合、冰雹散射和钩状回波等特征,30日具有窄带回波、径向速度大值区等特征。两次过程都出现了弱旋转对应地面都带来小冰雹天气,这在预报业务中值得注意。两次降雹与风暴单体高度及强度、垂直累积液态水含量及密度、中气旋厚度、最大切变和持续时间密切相关。     

“4·11”海南致灾雷暴大风环境场与多普勒雷达回波特征分析

利用海口多普勒雷达、海南省区域加密自动站和常规资料对2016年4月11日凌晨发生在海南岛北部近海和陆地的大范围雷暴大风过程进行天气学分析。结果表明:（1）这次雷暴大风过程发生在500 hPa槽前、低空急流左前侧、低层切变线南侧、高空急流分流区下方和地面静止锋南侧的有利于对流发展的较大范围上升气流区域内;（2）对流风暴移动路径上的大气环境具有中等程度的条件不稳定、对流有效位能CAPE以及上干冷下暖湿的温-湿廓线垂直结构、强的深层垂直风切变,对流风暴形成后最终组织发展产生雷暴大风、大冰雹和短时强降水的多单体带状回波和弓形回波;（3）在多单体带状回波中镶嵌的风暴A和B各自发展成为具有中层径向辐合特征的超级单体,风暴B和C合并形成弓形回波,其中风暴C的中气旋加强成为弓形回波北部的气旋式中尺度涡旋;（4）阵风锋对对流风暴的正反馈作用、对流风暴前侧强劲的暖湿入流与风暴后侧径向风速相当的冷池出流,长时间倾斜依存的自组织结构及其与强的低层环境风垂直切变的相互作用,是多单体风暴和弓形回波长时间维持和加强的主要原因;（5）地面原来存在的β中尺度辐合切变线,对流风暴主体回波沿着海南岛北部近海东移等因素,有利于多单体带状回波和弓形回波的长时间维持。      

“2011.7.14”沈阳短时强降水多普勒雷达回波特征

为了更好的预报、预警超级风暴单体引起的短时强降水,利用沈阳棋盘山多普勒雷达、营口多普勒雷达和自动站及地面、高空等气象资料,对2011年7月14日沈阳强降水超级单体风暴进行分析。结果表明：地面辐合线和切变线提前于降水2 h产生,而且地面辐合线和切变线的位置与风暴的生成位置重合。强对流风暴具有超级单体风暴特征,风暴出现弓形回波;速度图上存在“v”型入流缺口,相应速度场上出现中气旋,营口雷达基本反射率最大值达到61 dBz,反射率因子垂直剖面出现弱回波区和回波悬垂。当雷达回波发现中气旋,并预计此中气旋能维持1 h左右或者雷达回波发现弓形回波,沈阳棋盘山雷达基本反射率强度超过45 dBz时,可发布短时暴雨或雷雨大风等强对流气象灾害预警。     

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。     

基于VDRAS资料探究河北中南部一次弓状强飑线的演变和机理

利用常规气象资料、ERA5再分析资料、北京VDRAS资料以及雷达资料,对2021年7月31日发生在河北中南部的一次弓状强飑线过程进行分析。结果表明：（1）此次飑线过程发生在冷涡的背景下,500 hPa涡后的冷空气与850 hPa的暖脊叠加,建立了不稳定层结,在地面辐合线附近触发。（2）雷达回波由分散的对流单体合并加强,强弓形出现时,最大强度值超过55 dBZ,存在径向速度大值区和中层径向辐合等特征,这些都预示地面大风的出现,而回波悬垂预示冰雹出现。（3）雷达反演的风场可以显示飑线的水平和垂直结构,能清楚地指示飑线的出流、入流以及辐合区,对指示飑线不同部位的发展趋势有重要指示意义。（4）地面风场辐合导致雷暴单体触发,雷暴单体在不稳定的大气层结中获得快速发展,发展过程中0～3 km的垂直风切变逐渐增强,低层形成冷池,热力不均匀区域扩大,沿着扰动温度梯度大值区与风场辐合区,新生对流向东向南传播,分散对流单体合并演变为飑线。（5）从飑线发展阶段的热动力结构分析中发现,由倾斜上升气流与下沉气流形成垂直环流,下沉气流增强时,冷池效应增强,低层环境垂直风切变也增强,环境条件的改变是飑线发展的结果,同...     

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。     

一次强降水超级单体的双偏振雷达观测分析

为分析强降水超级单体风暴的偏振特征及其动力和云物理结构,利用厦门海沧双偏振雷达数据及常规观测资料,采用多普勒雷达风场反演和粒子相态识别等技术,对2018年5月7日发生在闽南地区的一次导致特大暴雨的强降水超级单体风暴进行了分析,研究表明:(1)相关系数小值区出现在有界弱回波区和钩状回波之前,可指示低层上升气流的位置。(2)在前侧下沉气流南侧的反射率因子梯度大值区附近,存在一个浅薄的差分反射率因子大值区(差分反射率因子弧),其形态与超级单体的发展程度有关。在本次过程中差分反射率因子弧先于钩状回波和中气旋出现,对超级单体的发展具有较好的指示性。(3)在中层的融化层上,差分反射率因子大值区和相关系数小值区呈环形围绕在上升气流周围。差分反射率因子环和相关系数环对确定中层上升气流的位置具有指示意义。(4)差分反射率因子柱位于有界弱回波区的上方,并位于主上升气流附近,在仅有单部雷达进行观测时,差分反射率因子柱可用于识别主上升气流的位置。(5)差分相位常数柱主要由大量混合相态水凝物造成,其位置与地面雨强中心存在较好的对应关系。