黄土高原一次疑似龙卷天气的中尺度特征

利用高空、地面常规观测资料、分钟级加密自动气象站资料和榆林多普勒雷达资料,对2013年8月4日傍晚发生在榆林市的一次超级单体风暴天气进行中尺度分析。结果表明:(1)此次过程疑似一次超级单体龙卷天气过程;(2)从环流背景来看,榆林市上空中层强干冷平流配合低层切变线、西南急流,高层干冷、低层暖湿特征明显;从环境条件来看,强风暴发生前和发生期间,能量、抬升凝结高度、风切变满足龙卷发生所需的热力不稳定、垂直风切变条件;(3)雷达钩状回波结构清晰,并伴有强中气旋,>60 dBZ的回波和正负速度对已接地,呈现龙卷发生时的回波特征;(4)强风暴发生前后,由北向南经过榆林地区有多个龙卷涡旋TVS产品被识别;(5)气象要素场变化剧烈,地面气压明显降低,风速出现极值增强,风向发生突变,与龙卷发生期间风场观测特征基本一致,表明该区域出现龙卷的可能性较大。

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。

2020年江苏高邮EF2级龙卷多尺度特征分析和预警思考

综合应用自动站、雷达、卫星、探空等多源观测资料和ERA-5高分辨率再分析资料,详细分析了2020年6月12日江苏高邮EF2级龙卷的天气背景、环境条件、中尺度系统和对流风暴的演变特征,并总结了监测预警经验和预报思考。结果发现:此次高邮龙卷出现在江苏入梅后首场暴雨中,天气形势与2016年6月23日阜宁EF4级龙卷过程有部分相似,具有梅雨锋龙卷典型特征,产生龙卷的对流系统位于500 hPa东移西风槽前,850 hPa低涡西南象限和低空急流左前端,伴有较强对流不稳定能量和较低抬升凝结高度,不同点在于对流有效位能和垂直风切变弱于阜宁龙卷过程;龙卷出现在地面移动的β中尺度低压顶部,处于地面辐合区和暖湿舌内,风暴中心附近辐合急剧增强可能对应于龙卷出现;产生龙卷的风暴具有较长生命史,在龙卷产生前60 min已识别到连续龙卷涡旋特征(TVS),移经高邮湖面风暴加强出现中气旋(M)并与TVS并存8个体扫,龙卷接地前TVS底高明显下降且切变增强,随时间演变中气旋直径呈“倒梯形”垂直结构、速度切变迅速增强下探,这些雷达特征可作为龙卷临近预警的重要参考。

山东高唐EF3级龙卷S波段双偏振雷达探测特征

利用济南CINRAD/SA-D双偏振天气雷达的探测数据,结合龙卷实地调查资料,对2021年7月11日发生在山东聊城高唐的一次EF3级龙卷风暴的雷达回波演变过程、龙卷风暴单体的结构及龙卷风暴的中气旋(M)、龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)进行分析。结果表明:(1)龙卷发生在高空冷涡及地面气旋共同作用天气形势下,龙卷位于地面气旋中心东偏北方向约200 km处;螺旋状对流云带中2个较强对流单体合并发展,演变成超级单体风暴,其后部下沉气流较强,与强的入流共同作用,诱发了强龙卷。(2)风暴中中气旋的顶高大多在5~7 km之间;龙卷发生前中气旋最大切变平均值为19×10^(-3)s^(-1),龙卷维持期间,中气旋最大切变平均值达到51×10^(-3)s^(-1)。(3)高唐龙卷涡旋底层双偏振参量主要特征是大的水平极化反射率因子,小的甚至负的差分反射率ZDR,小的相关系数CC;TDS时间及空间特征是,底层CC都小于0.7,CC低值区的面积在龙卷生成后随时间明显增大,CC值底层最小,随高度逐渐增大;CC低值区的面积低层和顶层较大,中间层较小;龙卷生成后TDS最大高度随时间逐渐增高,龙卷最强时TDS最高达到4.8 km,之后逐渐降低;龙卷消散后,1.5°以上TDS的特征很快消失,0.5°仰角TDS特征继续维持了大约11 min。

改进的精细分辨率雷达探测强对流效果评估

简要介绍了改进精细分辨率雷达所涉及的提高空间分辨率和智能化、快速扫描等技术。利用改进后的雷达精细分辨率数据和原始分辨率数据,对不同强天气类型的探测效果进行了对比分析,结果表明:精细分辨率数据可获得比原始分辨率数据更大的相对径向速度,辐合辐散和速度极值也更明显;获取更为清晰的超级单体结构以及龙卷涡旋特征和龙卷碎片特征等,更早识别出对流单体和雷暴云团;采用精细分辨率数据进行定量降水估计的精度与原始分辨率数据相当或略有提升。改进后精细分辨率数据具有更高的空间分辨率(双偏振)雷达观测特征,在对中小尺度强对流回波监测和识别的实际业务中具有较明显优势。

东北冷涡背景下一次龙卷过程的观测分析

2012年6月12日在吉林省白城市洮北区发生一次龙卷过程(简称"612"龙卷),对此次龙卷过程天气形势和雷达资料分析结果表明:龙卷发生在高空冷涡的东南象限、中高空急流北侧、低空急流左侧的对流不稳定区域及地面较暖湿的环境中,大气对流参数计算结果显示龙卷过程低层(0~1 km)的垂直风切变较强(为6.0×10^(-3)s^(-1)),抬升凝结高度较低(低于1 km),且龙卷发生前对流有效位能较大。同时,龙卷过程超过50 dBZ的强核高度均在4 km以下,为低质心的对流系统,龙卷产生于一条带状回波与一近似团状回波合并加强后的强回波带中,并逐渐演变成"S"型,伴有"V"型缺口,中心最强值达61 dBZ。根据多普勒天气雷达导出产品并结合径向速度图反映出"612"龙卷是发生在以龙卷涡旋特征为主的尺度较小且垂直涡度较大(约为3.65×10^(-2)~3.83×10^(-2)s^(-1))的强对流风暴中,持续时间较短。

一次龙卷生成中风暴单体合并和涡旋特征的雷达观测研究

本文利用阜阳市多普勒天气雷达CINRAD/SA资料,分析了2008年7月23日发生在安徽省颍上县的龙卷天气过程。结果表明:本次过程中,风暴单体的连续合并对风暴单体迅速增强为超级单体风暴有重要作用。风暴单体的合并和邻近风暴单体之间的相互作用与龙卷的发生在时间和位置上有较明显的相关,说明风暴单体间的合并和相互作用可能对龙卷存在激发作用,这对龙卷预警具有一定的参考价值。在缺省适配参数条件下,雷达系统CINRAD/SA的中气旋(M)产品和龙卷涡旋特征(TVS)产品对龙卷预警有较好的指示作用。如果风暴被同时识别出M和TVS产品,并观测到风暴单体中存在有界弱回波区,则出现龙卷几率更高。

2003年7月8日安徽系列龙卷的新一代天气雷达分析

利用合肥新一代天气雷达资料对 2 0 0 3年 7月 8日夜间发生在安徽庐江和无为县的龙卷过程进行了简要的分析。 7月 8日夜间至 9日凌晨 ,与一条自西向东移动的、被包裹在大片层状雨区中的带状对流 (飑线 )相联系 ,先后有 4个径向速度场上明显的小尺度涡旋特征出现在飑线的前沿。其中一个小尺度涡旋特征持续了大约 2小时 30分 ,先后在庐江和无为县产生了龙卷。特别是在无为产生的龙卷 ,造成了严重的生命和财产损失 ,其级别为F2～F3,属于较强龙卷。分析表明 ,此次龙卷为非超级单体龙卷 ,在反射率因子图上几乎没有任何特征 ,而在径向速度图上呈现为明显的小尺度涡旋特征 。

龙卷风风场的试验模拟

为试验研究龙卷风气流特性及其作用于结构上的风荷载,建立了新型龙卷风模拟器（TVS）.该模拟器主要由顶部悬吊的控制风机、环状管道以及导流板组成;并设置水平轨道,使其可以0.4m＆#183;s-1的最大速度在水平方向移动.基于该龙卷风模拟器,试验中采用眼镜蛇探头测试了涡流比从0.11到0.54（导流板角度20＆#176;～60＆#176;）情况下的龙卷风风场,并与1998年5月30日发生在南达科他州Spencer的龙卷风,1999年5月3日发生在俄克拉荷马州Mulhall的龙卷风以及2003年6月24日发生在南达科他州Manchester的龙卷风多普勒雷达观测数据进行了比较.结果表明切向速度和静压均符合真实龙卷风分布.由此说明该模拟器可产生稳定的龙卷风涡旋,可用于龙卷风风场的模拟.

热带一次致灾龙卷形成物理过程研究

2016年6月5日海南出现了一个弱风垂直切变背景下的EF2级致灾龙卷。利用海口多普勒天气雷达观测资料、10 min间隔的地面自动气象站观测资料以及风廓线资料,研究了该龙卷风暴的结构、龙卷风暴与龙卷形成的可能物理过程。初始风暴在文昌附近向西传播,而同时海口风暴亦由海风锋触发并向东移动,两风暴下沉气流导致的出流相遇在海风锋辐合线上,触发了龙卷母云体。龙卷初始涡旋在低层两风暴出流相遇的切变辐合线上形成,当初始涡旋与其上方深厚且强烈的上升气流叠置时,拉伸作用加强了垂直涡度,使得龙卷形成。深厚的强上升气流有3个来源:对流风暴的出流边界相遇形成的辐合抬升,环境正浮力造成的对流单体内强上升气流,还可能与中高层强中气旋强迫的扰动低压有关。龙卷形成过程中,中高层强中气旋位于6—9 km高空并向上发展,龙卷初始涡旋先于龙卷母云体出现且比一般微气旋尺度大,伸展至更高的高度,属于非典型中气旋龙卷(或非典型超级单体龙卷)。此次热带强龙卷出现在弱的大尺度系统强迫的天气背景下,水平风垂直切变弱,海风锋、出流边界等边界层β中尺度辐合线边界在龙卷形成过程中可能起决定性作用。

一次苏皖龙卷的多普勒雷达分析及其成因探讨

基于多普勒天气雷达、NCEP再分析资料等资料，分析了基本反射率因子等雷达产品。从天气形势、热力动力条件、急流耦合等方面研究了本次龙卷的成因。结果表明：①最强回波强度达到55～60dBz，而龙卷发生期间降水不大。基本速度图上出现正负速度对，表现出非常典型的龙卷特征；②龙卷涡旋特征（TVS）较为明显，其出现时间与实际龙卷时间大致相同。而且TVS所反映的龙卷路径与实际路径的方向、长度基本相当；③龙卷发生在梅雨的天气形势下，是由高空前倾槽所引发的。不稳定指标说明龙卷发生前大气处在很不稳定的状态；④在龙卷发生前后，温度平流等值线为鞍形场结构；⑤龙卷发生前低层暖平流明显。200hPa以上层为冷平流；伴随着最大反射率因子的升高、中气旋质心高度的猛烈抬升和中气旋底高的增加；存在高低空急流的耦合现象。

广东一次超级单体龙卷的多普勒天气雷达特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和广州多普勒天气雷达资料,对2011年5月7日发生在广东省佛山市的一次龙卷天气过程进行了分析。结果表明:此次龙卷产生于有利的天气形势下,环境场具有较大的大气不稳定度、充沛的水汽条件、强的垂直风切变以及低的抬升凝结高度。多个风暴单体的合并使对流强度得到增强并诱发了龙卷。反射率因子回波形态具有经典超级单体结构,钩状回波明显,反射率因子剖面存在有界弱回波区。钩状回波处产生了中气旋且维持了三个体扫,中气旋强度较强并逐渐向低层发展。龙卷发生前10 min出现了龙卷涡旋特征,表现为0.5°(距地面约500 m)径向速度图上沿方位角方向两个紧挨着的像素之间的强烈速度切变,说明此时漏斗云已从超级单体母云内向下伸展。综合分析各种雷达产品,可获得10 min左右的预警时间。

1522号台风外围强龙卷CINRAD/SA气象产品特征研究

利用新一代天气雷达CINRAD/SA雷达系统的探测资料和气象产品,分析了2015年10月4日发生在广东佛山台风外围强龙卷的特征。龙卷发生在距离台风中心约350 km雨带中的小型超级单体中,风暴单体的回波顶发展到12 km左右。龙卷发生前,大于50 d BZ的强反射率因子核发展到5.5 km;龙卷发生后,强中心高度下降,强反射率因子核的高度降低到3.5 km。风暴单体的低层后方出现钩状回波,钩状回波的末端出现高达65 d BZ的强反射率因子。风暴单体的中气旋发展高度低,延伸厚度浅薄,切变强烈。无辐合辐散的纯气旋性环流层的高度在1.2 km左右,其下方是辐合气旋性流场,上方是辐散气旋性流场。与经典超级单体中的中气旋相比,就如垂直方向上压缩了的中气旋。中气旋下方,低层辐合的强弱,与龙卷的强弱变化密切相关,在龙卷发展到最强之前,低层辐合很强,随着低层辐合的减弱,龙卷也随之减弱。中气旋适配参数的阈值用雷达系统的缺省值时,第一次算出中气旋的时间比龙卷出现的时间提前16 min,而适当降低阈值后,算出第一个中气旋的时间比龙卷出现的时间提前了58 min。雷达系统输出第一个龙卷涡旋特征(TVS)产品比实际龙卷发生的时间提前了4 min。因为距离雷达很近,在1536(北京时,HHMM,下同)和1542时次,雷达探测到了表征龙卷碎片特征(TDS)的高反射率因子。

070703天长超级单体龙卷的多普勒雷达典型特征

主要使用南京多普勒天气雷达资料,分析了2007年7月3日发生在安徽天长和江苏高邮的龙卷风天气,着重分析了中气旋和龙卷涡旋特征(TVS)等产品的典型特征。龙卷发生在飑线回波带的北端强烈发展的超级风暴单体中,回波带前沿存在强烈的水平风切变,使得回波带上不断有中气旋生成。对产生龙卷的超级风暴单体,龙卷发生30min前,雷达给出了中气旋(M)产品,该中气旋持续了7个体扫的时间(42min),在中气旋出现后第5个体扫,雷达给出龙卷涡旋特征(TVS)产品,龙卷涡旋特征持续了3个体扫,综合切变产品也给出了显著的提醒。实地调查结果,龙卷风和第2个TVS同时发生,龙卷风位置与TVS位置对应,但位于TVS的南侧,位于中气旋最大风速圈的南缘。虽然CINRAD/SA雷达的TVS产品有虚警的情况,但结合反射率因子、平均径向速度、中气旋、综合切变等产品的分析,对于龙卷监测和预警会很有帮助的。

单多普勒雷达对一次龙卷过程的观测和分析

本文利用泰州S波段多普勒雷达观测资料和探空、地面资料对2013年7月7日发生在江苏高邮的一次龙卷过程进行分析讨论。此次龙卷过程由超级单体风暴引发,环境分析显示高邮地区低层位于急流辐合区,高层位于急流辐散区,有利于对流发展。龙卷发生前具有强对流不稳定度和中等风切变。雷达回波资料分析显示超级单体在成熟阶段出现明显的钩状回波,有界回波区以及悬垂回波的特征。旋转速度最强时,有龙卷产生,之后超级单体进入消亡过程。底层强垂直风切变和垂直速度不均匀分布,有利于激发龙卷天气的发生或者促进龙卷天气的维持发展。

一次强对流系列风暴个例的多普勒天气雷达资料分析

讨论了新一代 (多普勒 )天气雷达对 2 0 0 2年 5月 1 4日 1 9:0 0至 2 1 :0 0影响湖南常德地区的 3个对流风暴的探测情况 ,其中两个为超级单体 ,一个为飑线。观测到了与超级单体相联系的中气旋和龙卷式涡旋特征 (TVS)。上述强对流系统产生了地面大风、大冰雹和龙卷等强烈天气 ,与雷达的探测相吻合。特别值得一提的是在中国首次探测到了三体散射 (TB SS)和龙卷式涡旋特征 (TVS)这两个分别指示大冰雹和龙卷的雷达回波特征 ,并得到了地面报告的印证。

一次超级单体龙卷双偏振多普勒天气雷达分析

利用蚌埠S波段双偏振多普勒雷达资料,对安徽省宿州市2020年7月22日的龙卷天气进行了分析。结果表明:在梅雨期暴雨天气形势下,较低的抬升凝结高度、较强的中低层垂直风切变为龙卷提供了有利的环境背景。龙卷发生在梅雨锋南端的超级单体风暴中,底层的右后方出现钩状回波。风暴参数、中气旋、龙卷涡旋(TVS)特征参数在龙卷过程中的急剧变化,对提前预警和判断龙卷是否发生有较好的指示意义。龙卷发生前单体风暴最大反射率因子、垂直累积液态水、顶高都跃增,底高明显降低,龙卷发生在最大反射率因子高度骤降到风暴底部之时。雷达在龙卷发生前24min探测到中气旋,在42min前探测到TVS。龙卷发生前中气旋顶高跃增、最大切变量高度骤降,龙卷发生在底高降到1km以下,同时顶高骤降、最大切变量高度降到中气旋底部之时。龙卷发生前TVS顶高和最大切变量跃增、最大切变量高度骤降,龙卷发生时顶高骤降,最大切变量高度也随之降到TVS底部。在底层钩状回波末端处观测到零滞后相关系数、差分反射率低值区的龙卷碎片特征。

海南屯昌儋州台风雨带龙卷双偏振雷达探测分析

分析了2019年8月29日发生在海南省屯昌县和儋州市龙卷过程的海口双偏振多普勒雷达探测资料。龙卷发生在台风杨柳右前方大约370 km处的台风雨带中的对流风暴单体中,两次龙卷发生都与风暴合并有关联,一次发生在风暴单体合并前12 min,一次发生在风暴单体合并后5 min。单体合并导致风暴反射率因子增强,风暴高度增高,风暴中气旋迅速增强。两次龙卷,雷达都探测到龙卷涡旋特征(TVS),探测到TVS的时间比龙卷发生时间分别提前27 min和5 min。龙卷发生前对应龙卷涡旋特征位置的相关系数(CC)值没有变化,龙卷发生时,龙卷涡旋特征位置的CC值突然减小到0.8以下,龙卷发生后CC的低值特征持续了20 min以上。两次龙卷都有后部风暴单体并入,龙卷发生在主风暴单体的后部、两个风暴单体合并的连接处。

日照一次EF2级龙卷的环境场及雷达特征

利用常规观测资料、区域自动气象观测站加密观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2019年8月16日发生在日照一次龙卷天气过程的天气形势、环境物理量和涡旋特征进行了分析。结果表明:地面β中尺度辐合线和高空冷涡是此次龙卷发生的主要影响系统,较湿的近地面层、较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了有利的环境条件。地面辐合线上的γ中尺度涡旋在显著深厚湿对流潜势下触发了对流,较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)和较强的0~3 km垂直风切变有利于初生对流的发展、合并,形成超级单体风暴。龙卷发生时,超级单体风暴低层右前侧出现钩状回波、入流缺口。较强的风暴单体、深厚持久的中气旋、中气旋强中心和底部迅速下降并重合、气旋性涡旋加强、最大风切变跃增、多个时次体扫出现龙卷涡旋特征(tornadic vortex signature,TVS)是地面龙卷发生的主要特征。对龙卷风暴单体移动起主导作用的因子在不同时段有所不同,前期主要受平流的影响;风暴单体合并的过程中,风暴移动受传播和平流的共同影响;风暴单体完全合并后,引导气流对风暴的移动又起主要作用。

1814号台风“摩羯”引发鲁北平原一次罕见龙卷特征

利用常规观测、探空、区域气象观测站、ERA5、多普勒雷达等资料对2018年8月14日台风“摩羯”在鲁北平原引发的1个EF2级龙卷的环境背景和雷达回波进行分析。结果表明:(1)龙卷发生时台风“摩羯”已减弱为温带气旋并停止编号。(2)低层辐合、高层辐散,上下重叠度较好的急流轴,低空强的垂直风切变和风暴相对螺旋度等,构成龙卷风暴发生的有利环境条件。(3)龙卷母风暴属于小型超级单体风暴,低层反射率因子具有钩状回波形态;在速度剖面上具有龙卷涡旋轴线和小尺度风场辐合特征,对应谱宽剖面上有谱宽大值区。(4)降低雷达系统中气旋探测算法和龙卷涡旋探测算法部分适配参数阈值后,系统提前60 min给出中气旋特征,提前7 min给出龙卷涡旋特征(tornado vortex signature,TVS);中气旋顶高、最大切变高度快速上升和下降的过程对应小尺度涡旋的增强和触地,最大切变值骤降对应龙卷快速释放能量。