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.     

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。     

一次强降水超级单体风暴多普勒天气雷达特征

利用盐城多普勒天气雷达和地面自动站等资料,对2006年8月6日下午发生在江苏盐城中北部地区的一次由强降水（high precipitation,HP）超级单体产生的大暴雨和龙卷过程进行详细分析。风暴回波演变的形态可分为＂条状—肾形—弓状＂3个阶段：在条状回波阶段,产生龙卷伴随强降水,中气旋在变粗的中段前侧生成,其内有一个垂直涡度约为8×10^-2s^-1的龙卷式涡旋特征（tor-nadic vortex signature,TVS）,高层悬挂回波下有低小的有界弱回波区（bounded weak echo region,BWER）,位于BWER之上高层17 km风暴顶为强烈辐散,辐散值约为1.2×10^-2s^-1;在肾状回波阶段,产生短时大暴雨,低层前侧有包含一个中气旋V字型入流缺口,其后是粗胖的高反射率因子钩状回波区,速度图上中气旋位于中尺度辐合线之中;在弓状回波阶段,产生短时暴雨,风暴减弱后与另外回波合并前侧又有中气旋生成,其后低层右后侧为较大的高反射率因子回波区。在上述3个阶段,该风暴具有HP超级单体风暴共同特征：中气旋、阵风锋位于前侧,强降水包裹着中气旋,沿着预先存在的东南风速辐合线移动。HP超级单体产生的主要天气背景是副热带高压边缘形势,一个东移的高空槽、强烈的热力不稳定和较大的垂直风切变。盐城中北部地区午后地面风场上形成的,与东南海风有关的一条南北向湿热边界层辐合线,对HP超级单体沿着此辐合线发展并维持长生命史有重要作用。     

长生命史飑线在强、弱对流降水过程中的异同点分析

利用常规气象资料、自动站资料、NCEP再分析资料和多普勒雷达资料,对发生在我国中纬度地区不同对流环境下两次长生命史飑线过程的物理机制和中尺度特征进行了分析。结果表明:(1)飑线在近地面层有较强的水汽辐合,但强对流降水过程中的飑线湿层深厚,水汽辐合的层次更为深广、强度更强,存在较低的抬升凝结高度。(2)高层强冷平流与低层暖平流的叠加是飑线的共同特征之一;不同之处在于弱对流降水过程中飑线不稳定层结的建立更多地依靠高层冷平流的作用,有更高的温度直减率,具有弱降水超级单体的一些特征;强对流降水过程中飑线低层暖平流的加强也是造成大气不稳定的重要原因,θse在中层呈现出湿中性层结特征,存在更大的热力不稳定度,是典型的强降水超级单体特性。(3)长生命史飑线的发展离不开强环境风垂直风切变;强对流降水过程中垂直风切变主要是风速随高度变化而产生的,弱对流降水过程中垂直风切变主要表现为风向随高度的变化。(4)飑线沿着出流边界和引导气流方向移动。(5)飑线在雷达回波上的共同点:都出现典型弓形回波,减弱的标志亦是阵风锋逐渐远离回波主体,弓形回波逐渐断裂,强回波后侧的层状云回波面积开始增大;不同点在于弓形回波的演变方式不同,弱对流降水过程中的弓形回波有超级单体风暴的典型结构,而强对流降水过程中弓形回波的形成是由强降水超级单体的发展而来,单体结构明显不同于经典超级单体中非降水或弱降水超级单体。(6)速度场上低层存在着径向速度的大值区,中低层有辐合,并伴有中气旋存在,中层存在明显的MARC(Mid-Altitude Radial Convergence)。1km高度以下的径向速度大值区、MARC和中气旋对地面灾害性大风有提前预警作用。     

一次强对流风暴的新一代天气雷达特征分析

利用兰州皋兰山的CINRAD/CC多普勒天气雷达资料,对2005年5月30日15～19时发生在甘肃中部地区的一次强对流风暴进行了分析。引起此次强对流风暴的中尺度天气系统是飑线,飑线尾部位于甘肃中部的强雷暴区在15时生成,沿东南方向移动,在16时15分至17时03分多单体风暴加强合并为超级单体风暴,并呈现出人字型回波、带状回波特征。此次超级单体南边出现2条明显的出流边界,一条位于钩状回波的西南,一条位于钩状回波的东南。超级单体左前方的低层反射率因子呈现明显的倒“V”字型结构,最大的回波强度出现在有界弱回波区之上,其值>70 dBZ,相应径向速度图呈现出成熟的中气旋特征,期间垂直液态水含量持续偏高,最大垂直累积液态水含量>70 kg/m2,回波顶高达17～18 km,该风暴具有强烈超级单体风暴的典型特征。     

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。     

豫北一次局地雹暴天气的预警特征和触发机制

利用常规气象观测、多普勒雷达、卫星资料和区域自动站观测资料及NCEP再分析资料,对2011年6月11日豫北局地强对流天气的预报预警特征和触发机制进行分析。结果表明：局地强对流天气是在东北冷涡背景下产生的,高低层中尺度影响系统(槽、切变线、大风速轴)交汇处右侧是强对流发生潜势区。局地强对流天气发生前,CAPE较大,0-6 km垂直风切变达到中等偏强,有利于超级单体的形成和发展。高空冷平流南侵、低层暖平流北上,有利于大气对流不稳定度进一步加大。中-β尺度强对流云团在东北冷涡槽底后部形成,其发展演变对局地强对流天气预报预警有参考意义。强对流回波经历了细胞状、带状发展期和块状减弱期。回波带南侧形成的超级单体造成了局地强风雹天气,冰雹发生时伴有“三体散射”现象。冷空气和地面辐合线是强对流天气的主要触发机制;地面辐合线对强对流天气还有提示作用。     

Seasonal Characteristics of Precipitation Occurrences in the Core Area of the Subtropical High

Based on the National Centers for Envioromental Prediction（NCEP）Reanalysis 2 daily data and the Global Precipitation Climatology Project（GPCP）1 Degree Daily（1DD）precipitation data from 1997 to 2006,seasonal characteristics of precipitation occurring in the core area of the subtropical high（STH）were investigated by the frequency analysis method.The results indicate that precipitation occurs in the core area of the STH in each season,which is inconsistent with the common knowledge.In summer,there exists 40%–80%of the precipitation frequency in the STH,against less than 50%in other seasons.Generally,the seasonal mean rain rate inside the STH is about 1–2 mm day -1 in winter and less than 4 mm day -1 in summer,which contributes to about 30%–90%of the local total precipitation.In summer,such a contribution is about 50%–90%,and it is less than 40%in other seasons.Statistically,the occurrence frequency of the updraft within the core area of the STH varies from 25%to 75%in summer and less than 25%in other seasons. The results also reveal that there is about 30%of the STH frequency over the eastern China in summer, and the corresponding precipitation and updraft frequencies are 25%and 15%respectively.This is the so-called unique precipitation pattern in summer in eastern China,i.e.,precipitation is controlled by the core of the STH. Additionally,more than half of the precipitation occurring in the STH is accompanied with updraft at 500 hPa while less than half is with downdraft at 500 hPa.The former may represent deep precipitation whereas the latter may hint shallow precipitation in the core area of the STH.     

甘肃中部一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用兰州CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料及探空资料、自动站及测站150 km范围内的数字高程模型(DEM)资料等,对2004年8月18日发生在甘肃中部的中小尺度冰雹天气过程进行分析。结果表明:这次强对流天气过程主要在高空冷干低层暖湿及地形影响下触发的,属典型的不同平流型降雹过程[1];在多普勒雷达反射率因子图上出现典型的“人”字型、“弓”型回波;在平均径向速度图上出现逆风区、中气旋;在冰雹形成区有低层辐合、高层辐散等特征;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;强回波区与辐合区、逆风区、中气旋、VIL在位置上有很好的对应关系,同时VIL产品对冰雹落区预报有很好的指示作用。     

闽北一次初春强降水的成因分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、新一代天气雷达资料,对2012年3月6日-7日福建省北部地区暴雨成因进行诊断分析。结果表明:此次降水过程在高空西风槽南下带来的冷空气与西南暖湿气流交汇的背景下产生,暴雨区位于低空西南急流北侧、低层切变南侧、地面冷锋附近;强降水落区位于层结不稳定的湿区中,低层辐合、高层辐散有利于对流发展;干冷空气的侵入时高层高值位涡库向北向下伸展,促使中低层气旋涡度发展,从而导致强降水的发生;雷达回波分析表明,低层暖平流、高层冷平流、区域上空辐合形势都有利于对流性降水的产生。     

利用葵花8号(Himawari-8)高时空分辨率的红外亮温资料估计台风莫兰蒂的短时强降水及其演变

为探究高时空分辨率卫星资料在我国登陆台风降水预报中的作用,本文针对2016年14号超强台风莫兰蒂,采用Himawari-8亮温资料通过定量降水估计(quantitative precipitation estimation,QPE)方法估算降水强度,并利用国家气象信息中心全国综合气象信息共享系统(China Integrated Meteorological Information Sharing System,CIMISS)提供的台站降水资料进行质量评估。结果表明:(1)卫星估算与地面实测的降水落区有较好的对应关系,但是卫星高估了弱降水,而低估了强降水(尤其在高海拔地区);(2)卫星估算与地面实测的降水强度并非同位相变化,而是实测降水滞后于卫星估算的降水,该滞后时间在台风登陆后的移动区较长(约2～2. 5 h);(3)整体而言,卫星估算的某时刻降水强度与未来一段时间内(约2～2. 5 h)该地区的实际总降水量有很强相关性,说明Himawari-8卫星估算的降水可在台风降水的预警预报中提供指示作用。