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度较高,利于风暴的发展与维持以及冰雹粒子的湿增长。

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500 hPa东北冷涡异常强盛,850 hPa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0~6 km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(Z DR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、Z DR、相关系数(CC)的中位数分别为48.7 dBz、0.89 dB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71.5 m·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5 min,雷达探测到龙卷碎片特征,Z DR和CC分别最低至-0.1 dB和0.81;龙卷发生前约11 min,探测到风暴低层的Z DR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22 min、5 min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。

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 m^(2)·s^(-2),大部分时段在150 m^(2)·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150 m^(2)·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。

一次长生命史超级单体风暴双偏振参量结构及演变特征

利用石家庄新乐S波段双偏振多普勒天气雷达探测资料和常规气象观测资料,以及区域自动气象站观测资料,对2020年6月25日造成河北中部大冰雹的长生命史超级单体风暴双偏振参量结构演变特征进行了分析。结果表明:超级单体风暴产生在强热力不稳定和强的垂直风切变环境下。冰雹增长过程中超级单体风暴低层强回波中心大冰雹与强降水共存,反射率因子超过65 dBz,对应较小的差分反射率因子(Z DR)和相关系数(CC),超级单体风暴左侧前后强回波区为弱降雨和少量融化的小冰雹,反射率因子在50~55 dBz,Z DR、CC和差分传播相移率(K DP)较大。超级单体风暴中层的Z DR柱、CC低值区、K DP柱位于有界弱回波区左右两侧,左侧CC低值区位于强回波中心,由于存在混合相态且结构差异较大,CC更小;右侧K DP柱更强,位于有界弱回波区内。高层狭窄的Z DR柱位于强回波中心右侧边缘,CC低值区位于强回波中心。在中高层有界弱回波区和强回波中心区域存在强的上升气流。在大冰雹下落过程中,Z DR洞扩展到最低仰角且宽度加大,这可作为大冰雹即将落地的判据。低层Z DR弧加强表明低层旋转加强。虽然强回波中心对应的CC低值区、Z DR柱高度迅速下降且强度明显减弱,但一直存在,表明较强上升气流一直存在,因此超级单体能够长时间维持。

强冰雹和强降水超级单体风暴双偏振特征差异性

利用青岛双偏振多普勒天气雷达资料和常规观测资料以及区域气象观测站资料,对2019年8月16日发生在山东诸城的一次强冰雹超级单体风暴和2020年8月3日发生在山东高密的一次强降水超级单体风暴双偏振特征差异性进行分析。结果表明:(1)风暴低层上升气流区一侧都存在明显的Z_(DR)弧,强上升气流区周围都分布有Z_(DR)环、深厚的Z_(DR)柱和K_(DP)柱。(2)主要差异包括诸城强冰雹超级单体风暴的强度明显较强,强中心高度明显较高,中气旋旋转强度和风暴顶辐散强度明显较强,但Z_(DR)柱与K_(DP)柱高度较低,Z_(DR)柱与K_(DP)柱宽度明显较窄,强的中气旋旋转强度和风暴顶辐散强度有利于强回波核的悬垂及冰雹增长;高密强风暴更加宽阔、深厚的上升气流将浓度较高的液态或小的湿冰粒子带至较高高度,Z_(DR)柱与K_(DP)柱高度较高。(3)湿度垂直分布和风场垂直廓线对风暴强度与天气实况起到关键作用。诸城强风暴产生在较干的湿度垂直分布和西北气流环境条件下,以强冰雹为主;高密强风暴产生在较湿的湿度垂直分布及西南气流环境条件下,以高强度降雨为主。

广东省中部一次强降水超级单体的双偏振雷达观测分析

为揭示广东省强降水超级单体风暴的偏振特征及其动力结构,利用广州市双偏振雷达数据及常规气象观测资料,对2020年6月7日造成广东省中部一次特大暴雨过程的强降水超级单体风暴进行分析研究,结果表明:(1)此次强降水过程中切变线南侧西南低空急流提供了充足的水汽供应和不稳定能量,中层多波动短波槽带来的干冷空气增大层结不稳定,地面辐合线有利于触发对流的发生发展。强降水前超低空偏南气流加强并向高层传播,随低空急流的形成和扩展,降水强度明显增强。(2)过程期间佛山市和清远市不断有回波生成发展并在东移过程中合并增强,发展为强降水超级单体。在超级单体的低层,相关系数小值区可用于指示低层上升气流的位置与有界弱回波区和钩状回波位置,而中气旋形成前的差分反射率(ZDR)环、相关系数(CC)环则指示中层上升气流的位置,以及涡旋发展成中气旋的潜势。强反射率因子值差异不大时,差分相移率(KDP)值越大,说明降水越强。

浙江省春季两次超级单体致雹过程对比分析

利用NCEP再分析资料、浙江省自动站数据及宁波市多普勒雷达监测产品,对2019年3月21日和2020年3月21日发生在浙江省境内的2次超级单体风暴的环境条件、雷达特征进行了对比分析。结果表明:2019风暴产生于高空急流轴右侧和低层切变线相重叠的区域,为“上干下湿”的层结配置;2020风暴发生在高空急流右侧和低空急流左前侧相重叠的区域,表现为“干-湿-干”的配置。两次风暴0~6km的强垂直风切变有利于强对流维持和发展,同时适宜的0℃和-20℃层高度有利于降雹。2019和2020风暴持续时间均超过3.5h,产生了冰電和破坏性大风,雷达图上均呈现出钩状回波、中气旋、“V”形缺口和三体散射现象;距离高度显示器(RHI)图像上表现出典型的高悬强回波、回波悬垂和有界弱回波区。垂直累积液态水含量(VIL)值1~2个体扫后出现快速增大、然后减小的现象可以作为冰電预警的指标之一。

安义一次微型超级单体冰雹回波特征分析

为了提高对微型超级单体冰雹回波的识别能力,使用天气资料、雷达拼图资料和PUP产品等资料,采用天气学、雷达气象学等原理及方法,对2022年3月14日安义微型超级单体冰雹进行回波特征分析,结果表明:1)微型超级单体可以产生冰雹、雷电、强降水、雷暴大风等灾害性天气。2)产生冰雹的大气层结极不稳定,并具备“上冷下暖”“上干下湿”显著特征;在冷锋、低槽、切变线等天气系统配合下,也有可能产生冰雹等强天气。3)冰雹回波强度达60 dBZ左右,有明显的云砧回波与强回波梯度,55 dBZ与60 dBZ强回波顶高达8 km和5 km,垂直积分液态水含量VIL达45~50 kg/m^(2),并伴有正负速度对特征。分析结果为安义早春冰雹天气的监测预警提供了分析依据。

强龙卷超级单体风暴特征分析与预警研究

利用多普勒雷达资料,对发生在安徽的3次强烈龙卷过程进行了分析。重点研究了导致F2~F3级强龙卷的3次超级单体风暴多普勒雷达回波特征及其与强冰雹超级单体风暴的差异。另外,利用安徽省、市、县气象报表、历年气候评价灾情资料（部分来自民政部门的灾情报告）,对1960年至今的龙卷天气的时空分布及变化趋势、产生龙卷的环流形势特征进行了分析,结果表明：（1）龙卷主要出现在淮北东部和江淮之间东部地势平坦地区,7月份出现龙卷的概率最高。（2）超级单体龙卷产生在中等大小的对流有效位能和强垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度较低。（3）3次F2~F3级龙卷在发生前、发生时在多普勒雷达上都探测到强中气旋和龙卷涡旋特征TVS。与非龙卷超级单体风暴相比,导致强龙卷的中气旋底高明显偏低,基本在1 km以下。同时风暴结构也有所不同,造成龙卷天气的超级单体风暴最大反射率因子与风暴质心高度接近,基本在3 km左右,反射率因子在50~60 dBz。造成强冰雹的超级单体风暴在冰雹产生前,风暴最大反射率因子高于风暴质心的高度;当风暴开始降雹时,最大反射率因子高度开始降低,而风暴质心的高度变化不大,高于最大反射率因子高度,基本保持在5km左右,反射率因子在60~70 dBz。

一次典型超级单体风暴的多普勒天气雷达观测分析

文中利用位于安徽合肥的S波段多普勒天气雷达资料 ,对 2 0 0 2年 5月 2 7日 1 4～ 2 0时发生在皖北地区的一次典型的超级单体风暴过程进行了详细的分析。此次超级单体南边出现两条明显的出流边界 ,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 ,这也是超级单体风暴的典型特征之一。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 (穹隆 )、强大的回波悬垂和有界弱回波区左侧的回波墙。最大的回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域 ,其值超过 70dBz。相应的中低层径向速度图呈现一个强烈的中气旋 ,旋转速度达到 2 2m/s。风暴顶为强烈辐散 ,正负速度差值达 6 3m/s。相应的垂直累积液态水含量和密度分别超过 70kg/m2 和 5 g/m3 。因此 ,该风暴具有强烈超级单体风暴的典型特征。该超级单体的移动方向在盛行风向的右侧约 30°。

一次罕见飑前强降雹超级单体风暴特征分析

2009年6月5日,受一个飑线前超级单体雷暴的影响,上海部分地区出现了直径25—30mm的冰雹,随后,飑线尾随该超级单体扫过上海,造成大风、雷电和强降水天气。基于常规天气观测、多普勒天气雷达、风廓线仪和自动气象站等资料分析发现,该超级单体发生在东北冷涡西南侧的高空强冷平流与低空暖平流形成的强不稳定层结背景下,超级单体风暴发生、发展在飑线前的暖区中,经过由"热岛效应"和海陆风锋共同形成的低空辐合线时明显加强发展;该风暴呈现出"指"状、"楔"状、弱回波区(WER)等超级单体雷达反射率特征,"指"状回波处出现了中气旋的径向速度特征,具有标志大冰雹的三体散射长钉(TBSS)特征回波,通过三体散射长钉多普勒速度发现了大冰雹的下降区和增长区。分析还表明:东北冷涡西南侧横槽南摆导致中空降温,0℃层和-20℃层高度明显下降,为冰雹的空中增长提供较好的温度环境条件,较低的0℃层也保证冰雹在空中下落中融化较少。双风廓线仪对比观测表明,超级单体发展的低空风场环境中具有较大的垂直风切变和风暴相对螺旋度,中尺度对流系统与环境场的相互作用形成了有利于风暴发展和维持的正反馈机制。飑线前超级单体雷暴与飑线主体关系密切,起到类似"箭"与"弓"的引导作用,飑线主体的一部分进入超级单体所遗留下的"冷"区后明显减弱,东侧入海后也逐渐减弱,其余部分仍在发展加强;最终,强风暴逐渐减弱,超级单体特征也开始消失,飑线与之合并形成新的"人"字型中尺度对流系统,新的"弓"形回波带与原回波带相比移动方向发生右偏,因此,飑前超级单体在飑线主体移动和演变的临近预报中有重要指示意义。

江淮地区龙卷超级单体风暴及其环境参数分析

利用多普勒雷达探测资料和NCEP再分析资料,对2003—2010年发生在江淮地区的6个龙卷超级单体风暴及其环境参数进行了分析。研究表明:(1)龙卷超级单体风暴H_(BASE)平均为1.7 km,H_(TOP)平均为9.1 km;H多在风暴的下部,近于下部的1/4处。H_(BASE)平均值比江淮地区各种超级单体的平均值低得多,H_(TOP)则略低。(2)龙卷超级单体I_(VIL)平均为25.6 kg/m^2,Z_(MX)平均为54.8 dBz。和江淮地区超级单体相比,龙卷I_(VIL)要小得多,而龙卷Z_(MX)略低。(3)龙卷超级单体的中气旋M_(BASE)、M_(TOP)和M_(SHR)平均值分别为1.2 km、3.9 km和14.4×10^(-3)s^(-1),和江淮地区超级单体相比,龙卷M_(BASE、M_(TOP)明显低,而M_(SHR)略高。(4)TVS参数最强时的VAD在12—45 m/s,V_(LLD)多大于30 m/s,V_(MXD)多超过30 m/s,V_(MXD)的高度不低于0.8 km,T_(DPT),在2.4—6.4 km,T_(BASE)在0.7—1.5 km,T_(TOP)在2.3—6.4 km,T_(MXSHR)超过22×10^(-3)s^(-1)。TVS参数最强时间与龙卷实际时间基本吻合,平均相差4.2 min;平均而言,TVS出现后6 min有龙卷发生。(5)雷达推算的龙卷超级单体的0—6 km风垂直切变比江淮地区超级单体的风垂直切变平均值高15.2%;龙卷发生前ICAPE平均为1752 J/kg,I_k为38℃,850 hPa到地面风切变平均超过12 m/s,850—500 hPa温差平均为23.7℃。龙卷发生前能量处在中等到强的状态,大气不稳定性较强,风垂直切变大。

一次伴随强烈龙卷的强降水超级单体风暴研究

利用徐州多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料,对2005年7月30日发生在安徽北部的伴随强烈龙卷和暴雨的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。主要结果如下:(1)该强降水超级单体产生在中等大小的对流有效位能和较大的深层垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度很低,边界层内的低层垂直风切变很大,地面存在阵风锋。上述中等程度的对流有效位能值和大的深层垂直风切变有利于超级单体风暴的产生,而大的低层垂直风切变、低的抬升凝结高度和地面阵风锋的存在有利于F2级以上强龙卷的产生。(2)该超级单体的演化可以归结为"带状回波-典型强降水超级单体-弓形回波"三个阶段。在带状回波阶段,该超级单体的发展从一条狭长对流雨带的变短变粗开始,雨带中间的对流单体内首先有中气旋发展,从4km左右高度首先出现,然后同时向上和向下发展,前侧入流缺口变得明显,接着雨带南端的单体中也有中气旋发展。在典型强降水超级单体阶段,雨带南端单体逐渐与中间单体合并,构成一个庞大深厚的强降水超级单体和被包裹在其中的直径12 km左右、深厚强烈的中气旋,然后由于后侧入流的开始出现,低层回波形态层演变为"S"形,而中层回波呈现为螺旋型。(3)龙卷出现在"S"形回波阶段,在龙卷出现前,有一个龙卷涡旋特征TVS(Tornadic Vortex Signature)出现在中气旋的中心,其对应的垂直涡度值估计为6.0×10-2s-1。龙卷地点上空有很强的风暴顶辐散,散度值约为0.8×10-2s-1。弓形回波阶段的开始由在弓形回波北部逗点头回波的中心的另一个中气旋形成为标志,原有的中气旋位于弓形回波顶点附近,随后弓形回波的北宽南窄的不对称结构逐渐明显,原有的位于弓形回波顶点附近的中气旋消失,并出现地面直线型风害。另外,还对此次过程中气旋产生和超级单体形态的演变的可能机制进行了探讨。

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并加强为"右移"超级单体而后又分裂为多单体的风暴过程。在超级单体形成到发展成熟阶段,风暴前方中低层环境垂直风切变逐渐加强,为超级单体中稳定旋转上升气流和中气旋的形成创造了重要条件。模拟的风矢端图也指示出,风暴前方的低层环境风随高度存在显著的顺时针切变,有利于超级单体风暴的持续发展和右移。与风暴相伴随的冷池以及冷池出流(阵风锋)与低层环境风场的辐合均不断增强,风暴前沿的气流上升明显,低层暖湿空气在强的风切变作用下旋转上升进入风暴内,使得超级单体得以维持和加强。在超级单体消散分裂为多单体阶段,模拟的热动力特征均不利于其进一步发展。此时,中低层切变明显减弱,风矢端图具有明显的有利于多单体风暴发展的"直线型"特征。低层扰动温度显示冷池进一步增强并明显扩展,其扩展速度快于风暴的发展移动速度,冷池前沿伸展到风暴前面。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的"前冲"特征,并开始"脱离"风暴前沿。风暴前方的辐合上升也明显减弱。基于模拟结果计算了与超级单体发展密切相关的风暴相对环境螺旋度(SREH)、风暴整体理查森数(SBRN)和风暴强度(SS)。结果显示,在超级单体形成和发展成熟阶段,SREH>150m2/s2,SBRN<45,SS>0.4,而在超级单体形成之前和接近消散阶段,SREH<150m2/s2,SBRN>45,SS<0.4。上述结果与前人研究结论基本一致,反映出模拟的SREH、SBRN和SS对该超级单体风暴过程具有明显指示意义。

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。

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。

长生命史超级单体结构特征与形成维持机制

利用地面加密自动站、多普勒天气雷达等观测资料及NCEP再分析资料对2015年4月28日冷涡背景下发生在苏皖地区的强对流天气过程进行了分析,重点探讨了此次过程中导致苏南区域性冰雹的长生命史超级单体风暴结构特征及形成维持机制。结果表明:冷涡后部偏北急流的建立及其携至南下的冷平流,促进了条件性不稳定层结和深层垂直风切变的发展,为强对流天气的发生提供了有利的环境。地面中尺度低压及与之伴随的辐合线是对流风暴的触发机制之一。长生命史超级单体风暴起源于对流层中层,成熟阶段具有高度组织化的动力结构,风暴内伴有显著旋转特征,中层旋转最为明显,风暴内中层及以下对应较深厚的辐合区,风暴顶则表现出明显的辐散特征,有利于风暴内上升气流和风暴低层暖湿入流的增强,促进了低层较丰富的水汽向风暴内输送,导致对流风暴的垂直增长和强烈发展。冰雹出现前后,风暴顶高、质心高度呈现波动特征,冰雹出现在对流风暴顶高及质心高度迅速下降阶段,质心高度下降趋势更显著。超级单体风暴较长时间维持与对流层中层持续南下的冷平流、强垂直风切变的维持及风暴内旋转特征持续有关。

海南一次超级单体引发的强烈龙卷过程观测分析

利用常规高空地面观测、海南省区域加密自动站、海口多普勒雷达、海口风廓线雷达以及风云2G高分辨可见光云图资料对2016年6月5日海南省文昌市一次EF2级龙卷过程进行分析。结果表明:(1)这次龙卷过程发生在副热带高压边缘、500 hPa槽前、850 hPa切变线和地面热低压的南侧,是由超级单体引发的;由于海陆风效应而显著增大的0~2 km垂直风切变,较低的抬升凝结高度,随着白天地面太阳辐射加热迅速增大的CAPE值为超级单体风暴的生成提供了有利的环境条件。(2)超级单体是在东移飑线的东侧,由β中尺度海风锋辐合线和雷暴外流边界触发并加强的,沿着海风锋辐合切变线自东向西传播,与风暴承载层平均风向相反,即后向传播;超级单体具有勾状回波、中高层回波悬垂、中气旋和类似龙卷式涡旋特征(TVS)的小尺度强切变等特征,中层中气旋向低层延伸加强期间龙卷漏斗云生成、触地,小尺度强切变自中层同时向上、向下发展时龙卷达到最强;龙卷发生在勾状回波低层反射率因子最大梯度区域靠近弱回波区域一侧,也是小尺度强切变(类TVS)所在位置;(3)海风锋辐合线与超级单体的下沉气流外流边界合并,形成位于超级单体南侧的阵风锋,从而形成由东指向西的水平涡管,该水平涡管在钩状回波旁的弱回波区被上升气流扭曲拉伸,形成低层中气旋,超级单体南侧的阵风锋与东移的飑线阵风锋相遇而加强的地面辐合,有助于低层中气旋获得拉伸旋转加速而形成龙卷。

济南地区超级单体强度和流场结构分析

利用济南多普勒雷达资料,对54个超级单体风暴的最大反射率因子(DBZM)、单体顶高(TOP)、最大反射率因子高度(HT)和基于单体的垂直积分液态含水量(C-VIL)等参数及中气旋的底部、顶部、最大切变等参数进行了统计分析。结果表明,孤立类超级单体DBZM、C-VIL、HT、TOP分别比镶嵌类的高出4 dBz、14.8 kg.m-2、1 km和1.3 km。连续5个体扫出现中气旋的孤立类超级单体与镶嵌类超级单体风暴参数相比,前者明显高于后者,差值分别为5 dBz、20 kg.m-2、1.7 km和2.2 km。中气旋形成于中空,之后底部逐渐下传,厚度也随着增厚,后期底部抬高,厚度变薄。镶嵌类超级单体的中气旋底部和顶部明显低于孤立类。中气旋参数的差异性决定了超级单体风暴结构和天气现象的不同,中气旋持续时间越长,厚度越厚,对风暴长时间维持越有利,极易造成极端性强灾害天气。两类在气流结构上也明显不同,孤立类主要是中层入流绕到风暴右后部而产生地面大风天气,镶嵌类主要是后部下沉气流与下传的中气旋环流叠加而产生地面瞬时大风。

一次冰雹天气强对流(雹)云演变及超级单体结构的个例模拟研究

利用WRF中尺度数值模式,模拟了2005年5月31日发生在北京的冰雹强对流过程,成功地再现了冰雹天气发展过程中起重要作用的冷涡底部的小槽、低层暖湿舌、地形辐合线等中尺度系统;模拟的地面降水、强对流(雹)云移动路径与实况基本符合;模拟的一个长生命史强对流(雹)云的演变及单体结构与北京多普勒雷达观测的沿城市中轴线的雹云相似,具有超级单体概念模型给出回波墙—有界弱回波区(穹窿)—悬挂回波结构、对峙的倾斜上升下沉气流、分裂右移发展等特征。基于数值模拟结果,结合雷达观测,重点分析了这块雹云的演变过程,解剖了超级单体三维动力、热力及回波结构。