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。     

一次秋季冰雹过程的环境场和双偏振雷达特征分析

针对2021年9月20日浙江中部出现的一次冰雹天气过程，利用常规气象观测资料和NCEP GDAS/FNL 0.25°×0.25°再分析资料分析了环流背景、不稳定性和触发条件，通过金华S波段双偏振雷达对冰雹云的演变及其结构特征展开分析。结果表明:（1）降雹发生在西太平洋副热带高压东退、高空槽和低层低涡东移的环流背景下，大气呈现“上干冷、下暖湿”的对流性不稳定层结，近地面中尺度辐合线提供了辐合抬升条件，是一次准正压类强对流天气。（2）超级单体风暴具备典型的冰雹云特征，回波强度超过55 dBZ、异常大的垂直累积液态水含量、三体散射长钉、风暴顶辐散等均对冰雹天气预警有较好的指示意义。（3）超级单体成熟阶段基本反射率因子≥55 dBZ区域的差分反射率因子ZDR为负（极值达-2.12 dB）、差分相移率KDP出现“空洞”现象、相关系数CC低于0.9指示出现了大的干冰雹。（4）ZDR柱（>1 dB）伸展的高度与上升气流存在正相关，ZDR柱伸展到-20 ℃层以上有利于雹胚的生成以及冰雹增长，可作为判别对流风暴能否降雹的指标之一，ZDR柱演变规律在短临预报以及冰雹识别方面具有较好的应用潜力。     

甘南高原一次超级单体强冰雹天气过程分析

利用CINRAD/CC新一代天气雷达资料、MICAPS常规气象观测资料、NCEP再分析资料和自动站加密降水量资料，对2020年5月6日午后出现在甘南高原东部地区的一次局地大冰雹天气过程进行诊断分析。结果表明：午后增温引起的不稳定层结、高原地形的动力抬升作用和有利于对流发展的高低空环流形势配置，是触发这次强对流天气的主要原因。在雹云发展演变中，雷达探测到回波中心强度持续≥55 dBZ、钩状回波、弱回波区、悬垂回波和中气旋等典型的雹云特征，对甘南高原大冰雹天气临近预报具有较好的指示意义。此次冰雹过程和超级单体紧密相连，雹体形成并降落在中气旋周围的强回波区域中，主要呈现钩状回波特征。     

江苏"4·30"强风雹成因及双偏振雷达特征分析

利用高分辨率再分析资料、双偏振雷达观测数据,揭示了江苏"4·30"强风雹成因及其雷达特征。结果表明,此过程发生在高空异常深厚的东北冷涡背景下,中层西北急流和地面暖低压均显著偏强,造成远超过经验性指标值的垂直风切变,利于风暴的增强及组织化发展。对流风暴的影响可分为30日午后到傍晚局地对流单体和傍晚到上半夜飑线两个不同阶段:第一阶段局地对流性强,能量积聚大,沿淮和淮北西部地区多局地性雷暴大风,并散发不同尺寸的冰雹;第二阶段在地面强冷空气大风及中高层干冷空气动量下传的影响下,飑线系统及其前缘阵风锋移动快速。飑线上弓形回波前端的强下沉辐散出流,叠加环境风的影响,导致江苏东南部地区区域性的极端灾害大风天气。雷达回波既可清晰显示冰雹云的一般回波特点,如反射率因子回波强,粒子均一性差等;也可反映不同尺寸冰雹回波的差异性,如回波强度越强,最大反射率因子高度越高,单体回波倾斜、弱回波区特征结构越清晰,三体散射特征越明显的风暴单体产生的冰雹尺寸越大;在没有大水滴包裹时,CC值随冰雹尺寸的增大而减小,且伸展高度增高等。综合分析雷达回波多个参量,如风暴单体和阵风锋的移速、风暴单体特征高度的下降速度、Z_DR大值高度降低等指标,对对流灾害性大风量级的监测与预警有重要指示意义。     

不同初边界场对一次超级单体过程模拟影响的研究

使用不同初边界场驱动WRFv4.3模拟了2021年8月9日北京地区发生的一次超级单体过程，检验了大尺度初边界值场对中小尺度模拟的差异，并分析了其机理。结果表明，FNL、 GDAS和ERA-5三种再分析资料的时空温压场结构在东亚地区存在差异，导致了WRF模拟的要素场出现差异。和站点观测资料相比，FNL资料分辨率较低，对影响系统的描述较差，模拟的超级单体过程衰减过快；ERA-5资料误差较小，尤其在对流层低层850 hPa与观测偏差在三种再分析资料中最小，低层水汽辐合模拟偏差减小，较好地再现了超级单体范围。结果也表明，模式初始时刻越接近超级单体发生时刻，模拟的拟合程度越高，表明对于移速快的天气系统，初边界场的更新要和天气系统移动速度相匹配，这和系统内部存在的重力波活动有关；大尺度初边界的质量对天气过程的模拟非常重要，而天气系统本身的中小尺度特性决定了中尺度模式模拟的成功与否。     

一次中尺度温度和湿度锋区对冰雹回波系统的影响

为了更好地监测预警冰雹和雷暴大风等强天气，使用常规天气图、TBB云图、自动气象站、雷达拼图、雷达PUP产品等资料，对2021年5月10日江西雷暴回波群冰雹天气过程，采用中尺度气象学和雷达气象学等方法进行分析，结果表明：雷暴回波群中超级单体产生大冰雹并伴随雷暴大风天气，没有出现短时强降水；超单往往造成较大冰雹，强单出现较小冰雹；樟树、丰城的对流云系发展成为中尺度对流系统MCS。湿度锋区达到≥40%/100 km和温度锋区达到≥10℃/100 km时，就能够触发产生对流运动而形成新的对流回波；当原有对流回波移到锋区附近时，回波会快速发展加强，强回波面积迅速扩大。风暴跟踪信息STI能较好地指示超级单体和强单体回波的移动方向和移动速度，多条STI指向一致时可信度更高。超单CR在65 dBZ以上，强回波面积较大，VIL在60 kg/m2，V0.5有正负速度对，RCS有冰雹回波特殊结构特征；VCS有正负速度切变；强单CR在60～65 dBZ之间，强回波面积较小，VIL在45～50 kg/m2之间，V0.5不一定有速度切变，RCS冰雹回波特殊结构特征不明显，VCS表现在负值区中出现大值区。     

江西两次强降雹过程的雷达回波特征对比分析

使用常规MICAPS天气图、卫星、雷达拼图和PUP产品等资料，对2020年3月21日武宁和2021年3月30日南昌大冰雹过程进行分析，结果表明：(1)地面冷空气南下，500 hPa干区与850 h Pa湿区形成“上干下湿”不稳定层结，地面温度锋区、3 h变压区和气流辐合区对江西大冰雹天气的产生具有重要意义。(2)云图上为中尺度对流系统MCS，黑体亮温TBB达-71～-58℃，MCS在雷达拼图上对应是超级单体回波。(3)“3·21”发生在飑线回波带超级单体上；“3·30”发生在孤立超级单体上；组合反射率CR≥60 dBZ、有回波核；强回波面积≥800 km²；强回波梯度≤8 km；有“云砧”形成的前伸弱回波。(4)回波顶高ET≥18 km，垂直积分液态水含量VIL≥60 kg/m²，反射率因子垂直剖面(RCS)强回波顶高≥10 km，径向速度垂直剖面(VCS)表现为负速度，中间包裹正速度，形成“前辐散后辐合”的速度场和明显中气旋结构。(5)雷达拼图风暴跟踪信息STI产品能较好地指示超级单体回波的移动方向和速度；回波强度与强回波面积之间关系对识别...     

淮安一次强风雹天气超级单体风暴观测分析北大核心

利用常规观测资料、ERA5再分析资料、多普勒天气雷达和双线偏振雷达以及自动站分钟级数据,通过诊断分析和风场反演,对2021年4月30日17—19时淮安地区发生的极端风雹天气的两个超级单体结构特征、维持机制和极端大风进行原因分析。结果表明:在500~700 hPa偏北急流背景下,地面强辐合中心和辐合区促使对流单体增强为超级单体风暴。淮安基准站的极端大风由超级单体A产生的下击暴流事件引发,表现为明显的风暴质心高度、最强回波高度和中气旋底高的下降,近地面层辐散风场等特征。产生强降雹的超级单体B最大反射率因子高度、风暴质心高度以及中气旋最强切变高度均达到湿球温度-20℃层高度以上。极端大风产生的原因包括强冰雹和大降水粒子下落过程中的重力拖曳和融化蒸发冷却,以及负浮力和低层强中气旋产生的垂直扰动气压梯度力。     

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。     

江西两次雷击事件雷达回波特征分析

为了做好江西雷电监测预警和预报服务工作，使用天气图资料、地面气象要素、雷电数据、江西WebGIS雷达拼图、单部雷达产品等资料，采用天气学、统计学和雷达气象学等分析方法，对2021年3月江西两次雷击事件进行分析，结果表明：（1）两次雷击事件是由超级单体和强单体回波系统影响产生。（2）超级单体回波有四个特征：①具有≥60 dBZ回波强度，并存有≥65 dBZ回波核；②强回波面积≥10×10 km2；③强回波梯度≤8 km；④在强回波移动方向的下风方有云砧形成的“前伸”回波结构；强单体回波的回波强度（没有回波核）、强回波面积、强回波梯度和“前伸”回波结构都弱于超级单体回波。（3）超级单体CR回波强度达到65 dBZ，ET回波顶高达到11～12 km，VIL垂直累积液态水含量达到60 kg/m2；垂直反射率因子RCS向移动方向倾斜、55 dBZ强回波顶高达到8 km、65 dBZ强中心悬挂在6 km高度；垂直径向速度VCS在强回波区存在速度对、-5～19 m·s-1 速度达到弱切变的强度。（4）强单体回波CR强度达到60 dBZ，ET顶高达到9～10 km，VIL垂直累积液态水含量达到50～60 kg/m2；强单体回波垂直反射率因子RCS倾斜角度弱于超级单体，55 dBZ强回波顶高达到8 km，60 dBZ强回波高度伸展到6 km，没有65 dBZ强回波中心；垂直径向速度VCS表现为正速度区分成上下两层。研究结果为江西雷电天气的监测预警和预报服务，减轻雷击灾害提供有指导意义的范例。