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。

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。

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。

强降雹超级单体风暴湍流结构的双偏振回波特征分析

对流风暴通过湍流实现动量的传输,因此深入认识强对流风暴湍流结构的回波特征具有重要意义。本文关注5 m·s^(-1)以上的速度谱宽,对比分析了两次具有不同中气旋强度的强降雹超级单体风暴的湍流强度,揭示了气流结构和湍流增强的关系。结果表明:(1)强降雹超级单体在强上升气流区可存在中等或以上强度的湍流,阵风锋触发的超级单体在入流路径上也出现中等强度的谱宽,指示了较强湍流存在的可能。(2)超级单体内部湍流较强的地方在速度大切变区,通常速度切变强度较大的区域具有较强湍流,具有中等强度中气旋的超级单体最大谱宽约10 m·s^(-1),差分反射率因子ZDR在1 dB之内,回波强度超过35 dBZ,差分相移率KDP较大;具有强中气旋的超级单体强湍流区主要位于ZDR柱上部正负速度交会处,在中气旋附近谱宽高达16.5 m·s^(-1),靠近强回波核心一侧含有较多过冷水,相关系数(Correla‐tion Coefficient,CC)在0.96左右,KDP较大,另一侧回波强度稍低,CC低至0.85,KDP在0(°)·km^(-1)左右,存在霰粒子与上升气流带来的大雨滴。这些强湍流区域指示了动量传输的路径。(3)超级单体风暴上部具有最强湍流,上升气流下沉气流都很强,靠近下沉气流的地方湍流更强,可能和风的水平切变有关,强中气旋风暴下沉气流区谱宽高达17.5 m·s^(-1),其ZDR稍高于上升气流的,并且KDP为负值,上升气流KDP、ZDR分别在0(°)·km^(-1)、0 dB左右,具有中等强度中气旋的风暴则谱宽增大较小。强中气旋超级单体内具有更大湍流增强,研究结果为深入理解强风暴的湍流结构和动量传输提供了双偏振雷达的观测依据。

2020年绥化地区一次超级单体龙卷及其环境特征分析

利用常规资料、区域自动站资料、FY-4卫星云图、新一代天气雷达、ECMWF再分析资料,分析2020年8月9日黑龙江省绥化市绥胜满族镇EF2级龙卷的结构特征、形成过程和触发机制。结果表明:此次龙卷发生在东北冷涡底前部500 hPa为西南气流、低层为暖式切变线、地面为暖锋的背景下;中层干输送有利于下沉气流,低层暖湿气流和高空辐散加强了气流的上升,增强的水平涡度在较强的低层垂直风切变作用下形成涡管,提供了有利龙卷发生的环境条件。较小的低层温度递减率、较大的对流抑制能量、地面两条辐合线共同触发形成超级单体。不同于黑龙江省历次龙卷过程,此次龙卷天气的对流有效位能较低、对流抑制能量较大,没有干线触发。中等强度深厚的中气旋由0.5°仰角向上发展至中层并加强,维持时间约50 min,当中气旋在中层旋转速度超过低层时,龙卷产生。

云贵高原东北部一次罕见冰雹超级单体结构特征与发展分析

利用常规高空探测、分钟级自动气象站观测、雷达探测和ERA-Interim再分析资料,以及WRF数值模式模拟结果,对2020年5月4日发生在云贵高原东北部的罕见大冰雹(直径70 mm,突破目前贵州可查询的有气象记录以来的冰雹历史记录)过程进行综合分析,探讨了冰雹过程影响天气系统的三维结构特征和发展机制。结果表明,此次罕见大冰雹天气发生在高空槽前暖区,较高的CAPE和合适的湿球温度0℃层高度等有利的环境条件背景下;影响天气系统为中-γ尺度孤立对流系统的超级单体风暴,该风暴在多普勒天气雷达上表现为经典超级单体风暴特征,出现高达105 kg·m-2垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid,VIL);地面辐合线的激发和小涡旋的发展是超级单体风暴形成的触发原因;近地面冷池是超级单体风暴发展和增强的主要促进因素。数值模拟的结果表明,超级单体到达羊桥上空迅速增强,上升运动超过15 m·s-1,云内出现深厚的涡度对,正涡度带(最大值达4×10-3 s-1)同强上升运动相对应,冰雹增长层存在丰富的水凝物含量,均对超级单体风暴的剧烈发展和冰雹的增长起关键作用。

引发“6.25”天津极端雷暴大风的超级单体与中尺度对流系统分析

2020年6月25日天津地区发生一次极端雷暴大风过程(简称“6.25”大风过程),利用加密观测、多普勒天气雷达、风廓线雷达、微波辐射计、VDRAS(变分多普勒雷达分析系统)分析场等数据,对引发“6.25”大风过程的超级单体与中尺度对流系统进行了分析。结果表明:高空前倾槽与低层的暖湿气流叠加形成上干下湿的对流不稳定以及较强的垂直风切变、大风发生前超级单体回波形态由钩状转为弓形、对流系统前侧扰动温度梯度增大、冷池出流与环境风场形成的中尺度辐合中心与天津东南侧局地辐合区汇合,有利于中尺度对流系统的加强和维持;0-3km较强的垂直风切变促进西青站垂直涡度不断增长,对中尺度对流系统的发展起到重要作用;风暴后侧3km高度处入流气流与风暴内部的下沉气流合并有效增强了气流下沉速度,有利于雷暴大风的形成;中层径向辐合加强、中气旋直径减小,V40up6(即6 km以上大于40dBz的强回波总体积)及V40down6(即6km以下大于40dBz的强回波总体积)指标的变化比西青站极端大风出现时间提前近30min,具有一定预报指示意义。

基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。

一次飑前降雹超级单体分裂过程的雷达回波及流场特征分析

2019年4月23日浙江南部发生一次明显的超级单体分裂过程,为研究超级单体风暴分裂特征,利用多部雷达构成的双雷达三维风场反演组网技术,结合雷达基本产品、风廓线雷达及探空资料对此次分裂过程做了分析。该超级单体风暴在较强的风垂直切变环境下(地面—500 hPa大于15 m/s)发生,形成于飑线主体弓形回波前端,具有明显的三体散射特征且持续时间较长。分裂从初始风暴的北侧中层开始,然后迅速向上、下伸展,左移超级单体具有明显的中反气旋涡旋结构,呈现由悬垂、强回波柱、强上升气流配合构成的典型超级单体结构,与右移超级单体无论在形态或是流场结构上都形成近似镜像对称的特征。在两者即将分离时,两风暴均发生了降雹,对应强下沉气流。在新风暴分裂形成的发展阶段其垂直廓线中最大垂直速度和最大负散度均在增大,而对应时段原风暴这两个物理量数值减小;整个分裂过程两个风暴正、负涡度数值均一同逐渐增大,气旋—反气旋涡旋的旋转程度变大趋势一致。低层风垂直切变矢量随高度上升逆时针旋转,分裂的左移反气旋超级单体加强发展,右移的气旋式超级单体受到一定抑制,与理论研究结论一致。该个例雷达反演的风场特征与径向速度分布吻合,反演风场基本可靠,为直观理解超级单体风暴分裂的动力学特征提供了进一步参考。

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。

基于X波段双偏振相控阵雷达的超级单体风暴观测分析

为了研究X波段双偏振相控阵雷达对超级单体风暴的探测能力,利用X波段双偏振相控阵雷达和S波段双偏振天气雷达资料,分析了一次发生在华南地区的超级单体风暴在成熟阶段的精细结构观测特征,结果表明:X波段双偏振相控阵雷达较高的时空分辨率有利于精细监测超级单体快速演变过程,但同时受衰减影响明显,超级单体核心区后侧出现明显的“V”型缺口;超级单体的低层观测到CC谷和ZDR弧,中层观测到ZDR环和CC环,高层高ZH区对应较小的ZDR和CC,这些都是超级单体发展旺盛的重要特征;垂直方向上观测到ZDR柱,ZDR柱与上升气流密切相关。降雹前ZDR柱迅速增加,冰雹降落后ZDR柱高度迅速降低。冰雹降落到地面后会部分融化,导致含水量显著增加,因此在近地层出现KDP大值区,冰雹与降水的混合相态则使得CC降低,这对冰雹的临近预警和识别冰雹在地面的降落位置具有很好的指示意义。研究结果可为X波段双偏振相控阵雷达在强对流天气监测预警中的应用提供参考。

低层暖平流强迫下两次大冰雹超级单体风暴结构特征分析

2020年3月21日和5月4日在低层暖平流强迫背景下湖南怀化出现两次罕见的6 cm大冰雹。基于常规气象资料和多普勒天气雷达资料,对这两次大冰雹过程的超级单体风暴的强度结构、动力场结构进行分析。结果表明:(1)两次过程均发生在低层暖平流强迫背景下,中等强度对流有效位能、大的深层垂直风切变和高的能量螺旋度,有利于风暴组织性发展与维持,地面辐合线是主要触发因子。(2)6 cm冰雹均发生在超级单体风暴强烈发展初期,由无中气旋特征的“类超级单体”造成,出现钩状回波、旁瓣回波以及三体散射和回波悬垂等特征。(3)风暴强烈发展阶段垂直动力场均表现出低层辐合、中层气旋性旋转和反气旋旋转并存的双涡管式旋转、高层辐散特征。(4)大冰雹降落前风暴最大反射率因子和单体垂直累积液态水含量均达到67 dBz和69 kg·m^(-2)。强中心高度和最强切变高度的下降均反映出冰雹的降落。

“2021-3-30”江西大冰雹超级单体的回波结构与关键机制分析

为了研究江西大冰雹超级单体的结构特征和关键机制,利用江西WebGIS雷达拼图平台、江西省ADTD二维闪电监测定位系统、江西省自动气象站雨量检索平台和MICAPS系统平台资料,对江西2021年3月30—31日冰雹组合反射率CR回波强度、地面雨量、TBB云图与ADTD雷电信息等特征进行分析。(1)2021年3月30—31日大冰雹天气过程,雷暴大风和降水比江西春季历史上出现的强对流天气过程较少且小,但出现冰雹站数、影响范围、维持时间、冰雹直径和回波强度都超过历史上其它强对流天气个例。(2)最强回波和10 min雨量与冰雹大小成正比,10 min雨量变化提前于冰雹的出现;强回波面积和雷电次数成正相关。(3)超级单体回波系统是造成江西冰雹天气的重要回波系统类型:(1)回波中心强度≥60 dBZ,中心出现≥65 dBZ的强回波核;(2)60 dBZ回波面积≥10×10 km^(2);(3)30~60 dBZ强回波梯度(最密集区域)≤6 km;(4)超级单体具有深厚和蔓延的云砧形成的“前伸”回波结构,形成南北走向的“盾”型回波结构。(4)冰雹超级单体在TBB云图上形成MCS云系,有“前伸”云砧结构,最低亮温低(-100℃左右),这个罕见的超低温是本次冰雹天气产生的关键因素,西南侧亮温梯度线密集;TBB云图亮温可以显示超级单体MCS的存在,能否出现冰雹、雷暴大风及短时强降水,需要结合雷达拼图回波特征来进一步揭示超级单体结构。这些研究成果对江西冰雹天气的监测预警提供了理论依据。

湘东北一次降雹超级单体过程的双偏振雷达回波特征

利用S波段双偏振雷达资料和多种观测资料,对2021年5月10日湖南长沙的大冰雹超级单体风暴过程进行分析,结果表明:(1)此次过程发生在低层暖平流主导下,高能量、有利的对流不稳定条件以及湿球0℃(WBZ)高度明显低于0℃层高度为大冰雹超级单体风暴的形成和维持提供了有利条件。(2)强中心(水平反射率因子Zh≥60 dBz)面积和最大水平反射率因子明显增大、垂直累积液态水含量跃增和质心高度发展到冰雹有效增长层,可作为大冰雹形成发展的依据。(3)差分反射率因子(Z_(dr))柱、相关系数(CC)、差分相移率(K_(dp))演变可为冰雹的云物理特征变化提供重要参考。Z_(dr)柱(≥1 dB)的出现对应上升气流区,扩展至WBZ以上,Z_(dr)柱的发展和维持表明其携带的过冷雨滴为冰雹发展和维持提供了雹胚;Z_(dr)洞(<0 dB)对应下沉气流区扩展至近地面,结合小CC和K_(dp)“空洞”对应干的大冰雹。(4)构建的超级单体风暴降雹阶段不同仰角的双偏振监测识别模型显示,强雹暴回波离开雷达一侧存在降水回波,导致Zh的三体散射特征不明显,Z_(dr)和CC表现的偏振三体散射特征和非均匀波束充塞延伸距离可作为识别冰雹及其尺度的重要判据。

滇西南一次超级单体持续降雹过程分析

利用多普勒天气雷达3830/CC和分辨率为1°×1°的NCEP再分析资料,对一次南支槽影响滇西南超级单体雹暴过程进行分析.结果表明:2 h以上深厚持久中气旋、低层辐合高层辐散和和风速随高度增加等中尺度径向风场结构利于低层暖湿空气辐合进入云体和倾斜旋转上升,形成低层弱回波区(Weak Echo Region,WER)、钩状回波和中高层回波悬垂,北侧冷平流入侵形成“V”型槽口,保障超级单体雹暴持续4 h以上,冰雹粒子强烈散射作用形成旁瓣回波.径向风辐合增强并扩展至8 km高度,回波强度、顶高、50 dBz回波高度、−20℃层回波强度、垂直累积液态水含量(Vertically Integrated Liquid,VIL)等参量波动增大,尤其中气旋非常利于超级单体发展和冰雹粒子生长,在中气旋到达强盛阶段(旋转速度≥10 m·s^(−1))26 min内5个特征参量先后出现最大值.南支槽前中层西南气流的汇合提供水汽条件,中低层强垂直风切变提供抬升动力条件,近地层中尺度辐合线创造对流触发条件,低层温湿度锋区提供对流不稳定,而上冷下暖及低层湿度适中、中层高湿、高层干的垂直结构加剧对流不稳定,产生足够上升气流,形成上升气流与下沉气流共存的垂直环流系统,导致超级单体雹暴持续发展并在近地层中尺度辐合线和温湿度锋区附近降雹.

多个超级单体风暴诱发的EF3级强龙卷特征分析

2021年6月25日内蒙古锡林郭勒盟太仆寺旗发生了历史罕见的EF3级强龙卷,导致6人死亡,大量建筑物等严重损毁。利用常规高空和地面观测、区域自动气象观测站、FY4卫星云图、河北省张北CB型多普勒雷达等观测资料,以及NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料对这次强龙卷过程进行分析。结果表明:此次龙卷发生在前倾槽不稳定层结环境背景下,较强的对流层中低层条件不稳定(850 hPa与500 hPa温度垂直减温率约为7.7℃·km-1)、低层丰富的水汽、中等强度的对流有效位能和强的0~6 km垂直风切变为超级单体风暴形成提供了有利环境背景。此外,0~1 km风矢量差为8 m·s^(-1),抬升凝结高度为1.0 km,为超级单体龙卷的发生提供了相对有利的环境条件。与地面干线伴随的辐合线触发了产生龙卷的母风暴,随后演变为超级单体,其雷达反射率因子呈现典型的钩状回波、低层暖湿气流入流缺口、低层弱回波区和中高层回波悬垂,以及中等强度的中气旋等特征;龙卷的生成和消亡过程中有三个超级单体风暴相继形成,都呈现为孤立的对流风暴形态,龙卷发生在其中一个超级单体钩状回波的顶端,在前侧上升气流和后侧下沉气流交界处,雷达分析的基于中气旋强度演变的龙卷可能起始时间和路径与现场调查时间十分吻合。除了强龙卷,这系列超级单体还产生了大冰雹和直线型对流大风(雷暴大风),强回波中心自低到高明显倾斜,最大反射率因子高达65 dBz,径向速度图上除了有中等强度的中气旋,还存在明显的中层径向辐合,超级单体风暴形成时垂直累积液态水含量(VIL)值高达73 kg·m^(-2),VIL密度达到4~5 g·m^(-3),这些雷达回波特征指示大冰雹的存在,而中层径向辐合是雷暴大风的雷达回波特征。

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。