一次超级单体风暴的雷达回波特征分析

利用兰州CINRAD／CC雷达对2008年7月18日甘肃省定西市境内的降雹过程连续观测,对探测到的资料进行分析,总结出此次降雹过程的反射率因子、径向速度、RCS垂直剖面、垂直累积液态含水量等产品的主要特征,初步探讨了使用多普勒雷达监测冰雹的方法,找出了超级单体风暴呈现出的钩状弓状回波、有界弱回波区、回波墙、悬挂回波、明显的人流缺口、存在中气旋等典型的回波特征,归纳出VIL剧烈变化、ET与冰雹过程的一致对应关系、明显的三体散射特征等一些对冰雹的临近预报有指导意义的信息,为使用天气雷达探测此类灾害性天气提供了参考。     

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。     

2011.4.17超级单体风暴的物理量和雷达资料诊断分析

利用常规观测资料及新一代多普勒雷达资料对2011年4月17日发生在广东的强冰雹和雷雨大风过程进行详细分析,找出强冰雹和雷雨大风发生发展的天气特征.     

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。     

一次超级单体风暴的多普勒雷达回波特征

利用滨州CINRAD／SC雷达产品资料,对2008年6月25日发生在鲁北沿海地区的超级单体风暴过程进行了分析。结果表明,超级单体右前方的低层反射率因子呈现明显的“钩状”结构,弱回波区上方存在强大的回波悬垂,低层存在中尺度辐合现象,中层呈现气旋性旋转结构,风暴顶为强烈辐散。风暴成熟阶段反射率因子维持在60dBz以上,最强达70dBz,相应的垂直累积液态水含量维持在60kg·m^-2以上,最大值达到78kg·m^-2。风暴内部强烈的旋转上升气流使得风暴维持较长时间,造成了严重的风雹灾害。     

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。     

“090723”强降水超级单体风暴特征及强风原因分析

利用石家庄新乐多普勒天气雷达（SA）资料、濮阳多普勒天气雷达（SB）资料、常规观测资料和地面加密观测资料,对2009年7月23日邢台一次强降水超级单体风暴的环境条件和回波结构演变特征进行了详细分析。结果表明,此次强降水超级单体风暴是在中到强的热力不稳定（对流有效位能CAPE值为1701J.kg-1）和中低层强风切变（地...     

四川盆地一次中反气旋超级单体的雷达回波特征研究

利用成都多普勒天气雷达、风廓线雷达以及加密自动站资料,详细分析了超级单体的形成演变,以及中反气旋的形成原因,得到以下结论：中反气旋超级单体形成于高空冷涡西部的偏北气流下,中高层伴有强的冷平流,对流不稳定能量达到5 〖KG-*5〗029.7 J·kg-1,500~850 hPa温差达到29℃,500~925 hPa风切变矢量差约为16 m·s-1,探空整体呈现上干冷、下暖湿的喇叭口形状,低层逆温的存在利于能量的累积;地面偏西风在龙泉山脉的强迫抬升下触发雷暴,雷暴中下沉气流产生冷出流,在北侧不断触发新单体,雷暴与新生单体合并发展为超级单体。中反气旋超级单体风暴伴随低层强辐合、中反气旋、后侧入流、后侧入流缺口、涡旋偶等回波特征;S1超级单体风暴内中反气旋的形成由低层和中层两个部分合并形成。对于低层中反气旋,雷暴单体合并时产生小涡旋,干冷空气侵入与暖湿上升气流造成斜压涡度,使辐合产生旋转,在强辐合作用下雷暴强烈发展,强的上升运动使垂直涡度拉伸,旋转增强。中层中反气旋,3~4 km高度内水平涡度约为1.2×10-2 s-1,利于水平涡管的形成,在强的上升气流与下沉气流作用下产生涡旋偶,中高层风随高度逆时针旋转利于反气旋的发展。     

豫西深秋一次典型超级单体风暴的多普勒雷达分析

利用三门峡市多普勒天气雷达资料,分析了2009年10月4日发生在河南渑池县的一次产生冰雹的超级单体风暴的回波结构及演变特征,结果表明:超级单体是在上冷下暖的大尺度环流背景和不稳定层结下产生的;其演变过程经历了生成、发展、成熟、消亡四个阶段;局地生成的弱回波若发展较快,速度场中又有逆风区与之配合,则容易发展成超级单体风暴,应引起高度重视;发展阶段回波强度加速增大,诸如底层钩状回波、有界弱回波区、中气旋等超级单体的典型结构特征开始出现,是发布预警的关键时段,大约可以提前15-30 min;成熟阶段最重要的特征是持续存在的中气旋。超级单体风暴其初始回波出现在4 km左右的中空,具有向上向下迅速发展的特点;最强回波强度大,顶高伸展高;当最强回波底到达地面时意味着冰雹、降水的开始,因而可以通过分析最强回波顶高的演变趋势来确定降雹强弱和时间;VIL可用来判断对流风暴强度,持续高的VIL值可能与超级单体风暴有关。     

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。     

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。     

海南一次微型超级单体引发的EF1级龙卷天气过程分析

利用常规高空地面资料、海南省区域加密观测资料、NCEP再分析资料、海口多普勒雷达、风云2G高分辨可见光云图和欧洲中心预报场等资料,对2019年2月18日发生在海口三江镇的一次EF1级龙卷天气进行分析,并对欧洲中心18日08时预报场进行检验.结果表明:1)副热带高压较弱、500 hPa槽前、低层切变线南侧、高低空辐合辐散为此次龙卷的发生提供有利的天气背景;良好的不稳定条件、较强的低层垂直风切变与较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供较高的环境条件;2)对流带发展前期呈辐合速度带,东移加强中变粗变短,逐渐发展为气旋式旋转的辐合速度对,最后发展为微型超级单体,强盛高度仅3 km,回波顶高5 km;风廓线产品在近地面风速增强、风向转向,0—1 km垂直风切变加大,对龙卷的预警有一定作用;3)南支槽前西风汇入海风,与近地面背景风相对,补充加强边界层切变线上的次级环流,伴随增强的边界层垂直风切变造成水平涡度管对垂直涡度的正输送,直至在海南岛北部形成具有若干中β尺度涡旋的边界层切变线,是龙卷的主要发展机制;4)欧洲中心(ECMWF)较准确把握了此次过程的环流形势与发展时间,但预报的对流强势区域偏移对能否预判此次龙卷的作用很小.     

多单体强风暴影响下的一次强降水超级单体演变特征分析

利用天津多普勒天气雷达资料、常规探测资料、地面自动站资料、ERA5再分析资料和VDRAS数据等,对2017年6月19日发生在冀东地区由多单体强风暴引领下的一次罕见的强降水超级单体风暴进行分析,重点探讨了超级单体风暴的演变特征和维持机制。结果表明,海风锋和多单体强风暴的阵风锋及其所围成的低层“舌”状高温、高湿区为超级单体风暴形成提供了较好的动力和热力条件,当对流单体移入“舌”区之后,快速发展为超级单体并一直沿着多单体强风暴的出流边界向东南方向移动。缓慢减弱的多单体强风暴所提供的相对“稳定”的阵风锋不仅为超级单体发展和维持提供了长时间的动力条件,而且还为其移动提供了引导作用,这对于强对流天气短时临近预警有很好的指示意义。在超级单体形成之初,受多单体强风暴冷池出流影响,近地面偏南风转为较强的偏东风,中尺度环境配置发生了明显改变,0～6 km垂直风切变增大到27 m·s^-1且0～3 km垂直风切变增大到17～19 m·s^-1是中气旋形成的主要原因;其次,辐合线上较强的垂直涡度平流也有利于中气旋形成和维持。此次超级单体中气旋始于低层,通过VDRAS数据得到的0～3 km低层垂直风切变始终维持在20 m·s^-1左右,斜压涡生作用明显,为超级单体的发展和维持提供了较大的、长时间的水平涡度输入。超级单体形成和发展成熟阶段,风暴相对螺旋度（SRH）在140～171 m²·s^-2,大部分时段在150 m²·s^-2以上,而在超级单体形成之前和接近消散阶段,SRH明显小于150m²·s^-2,表明SRH对于超级单体发生发展有较为明确的指示意义。此次过程冷池出流先于超级单体形成,使得入流区辐合抬升加强,有利于超级单体的发展和维持,另外超级单体中不断有单体从母暴中分裂并减弱东移,一定程度上削弱了超级单体的强烈发展,使得下沉出流不至于过强而造成阵风锋快速远离,冷池始终维持一定的强度,同时多单体强风暴的阵风锋又给超级单体提供了稳定的0～3 km的垂直风切变(始终维持在20 m·s^-1左右),造成了超级单体前端的风切变和冷池强度保持了长时间的平衡,最终使超级单体长时间维持“稳定态”。综上所述,中尺度环境提供的适当垂直风切变等与风暴发展保持平衡是超级单体长时间维持自组织状态的主要原因。     

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。

     

2021年黑龙江两次超级单体龙卷过程多尺度特征

2021年6月1日和6月9日黑龙江省哈尔滨尚志市及阿城区和齐齐哈尔梅里斯区分别发生双龙卷事件。利用常规气象观测、多普勒天气雷达等资料对比分析二者的多尺度特征。结果表明：两次龙卷均发生在东北冷涡的东南象限,高空急流出口区左侧,中低层偏南气流有利于暖湿气流输送和垂直运动发展。6月1日和6月9日分别以短时强降水和雷暴大风天气为主,6月1日水汽条件、垂直运动、0~1 km高度垂直风切变和抬升凝结高度更有利于产生强龙卷,且中尺度气旋维持时间更长。干线与地面辐合线为中尺度触发机制。雷暴冷池出流与中尺度暖锋形成的伪冷锋有利于龙卷的发展和维持。龙卷出现在地面伪冷锋与干线交界处的湿区一侧,冷池前沿,龙卷母云为超级单体。暖湿气流产生的入流缺口是钩状回波发展的前兆,中等到高强度的中尺度气旋在3 km高度产生并发展,5~10 min后触地,当钩状回波与中尺度气旋同时出现时龙卷产生。     

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...     

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 ne㎡ar 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 addition, the calculated bulk Richardson number was only 16, suggesting favorable environmental conditions for supercell development. The documented storm was located at the leading edge of a squall line. It was initiated from a single cell at 0732 UTC. It evolved into a bow shape gradually, and then split into two separate storms along the storm motion direction through the apex of the bow echo. The left-moving storm dissipated rapidly,but the right-moving storm strengthened and evolved into an HP supercell, lasting for more than 1 h. The radar reflectivity of the HP supercell during its mature stage showed a typical low-level hook echo at the front flank of the storm with its maximum reflectivity beyond 70 dBZ. Above the hook echo, an elevated maximum reflectivity core accompanied by a bounded weak-echo region (BWER) and a down-shear echo overhanging aloft were clearly identified. The elevated BWER, marked by 40-50-dBZ reflectivity values, was surrounded by values of 60-70 dBZ. A well-defined mesocyclone lasted about 1 h and was collocated with the low-level WER and middle-level BWER. The radar-estimated time-height profiles of mesocyclone rotational velocity and diameter indicated that this mesocyclone formed initially at middle level, then deepened and strengthened rapidly with the vertical depth deeper than 8 km and rotational velocity stronger than 24 m s-1 at the mature stage, and later decayed rapidly. The GBVTD (ground-based velocity track display)-derived primary circulation showed that the maximum tangential wind of the mesocyclone appeared at middle level (3-5 km) with a value of about 20 m s-1. The mean radial wind field was characterized with a low-level inflow below 4 km, and accompanied by stronger updraft near the mesocyclone center. Between 4 and 7km, the tangential wind profile resembled a Rankine combined vortex with the radius of maximum wind (RMW) at 3 km, and there was outflow/inflow inside/outside of the RMW. Correspondingly, the vertical velocity indicated a stronger updraft at the RMW and a weak downdraft inside the RMW. Above 7 km, the outflow strengthened and extended outside the RMW. In summary, the reflectivity structures of the storm and the accompanying mesocyclone were similar to those midlatitude HP supercells proposed in Miller's paper in 1994. However, the evolution of the HP supercell, including its three stages: ordinary storm, bow echo, and storm splitting, was quite different from those documented before.     

华东地区冷季两次高架对流个例分析

利用多普勒天气雷达资料和常规观测资料以及区域自动站气象资料,分析了2019年8月16日山东省特大冰雹和雷雨大风强对流天气过程。结果表明：（1）此次强对流天气过程是在东北冷涡背景下由地面β中尺度辐合线、γ中尺度涡旋触发产生的。（2）中低层较大的温度垂直递减率、近地面层的逆温层、上干冷下暖湿、适宜的湿球温度0℃层和-20℃层高度是雷暴大风和大冰雹出现的典型特征。（3）β中尺度辐合线触发的对流单体不断发展、合并,形成单体之间排列较为松散的飑线,而γ中尺度涡旋附近个别单体发展成超级单体风暴。（4）诸城强冰雹的超级单体风暴具有有界弱回波区、三体散射、旁瓣回波、中气旋等特征。另外,风暴强度达到鼎盛后迅速减弱、强中心高度快速下降、风暴低层左后方出现强反射率因子区、风暴低层右前侧气旋性旋转强度加强、深厚持久的中气旋、风的垂直切变强,均是造成日照极端雷暴大风的影响因子。