山东中西部一次长生命史超级单体雷达回波特征和触发机制分析

利用常规观测资料、多普勒雷达产品、NCEP/NCAR再分析资料和加密自动站等资料分析了2016年6月14日山东中西部地区一次长生命史超级单体的环境条件和雷达回波结构演变。结果表明,强对流发生在华北冷涡天气背景下,中层有中空急流配合的冷槽叠加在低层低空急流配合的暖脊上,中低层之间水汽和热量的平流差异不断增大。地面露点锋生和中尺度辐合线触发的对流云团在深厚的垂直风切变和强的垂直不稳定层结作用下逐渐发展成超级单体风暴。超级单体低层反射率因子呈现明显"V"型缺口,反射率因子垂直剖面呈现典型的有界弱回波区,回波悬垂和回波墙,相应的中高层径向速度呈现出一个强中气旋,旋转速度达29 m/s,中气旋的发展和维持使得超级单体发展和维持。6月,当最大反射率因子值达到60 dBZ,出现中等强度以上中气旋且VIL值和VIL密度分别达59 kg/m2和4.7 g/m3以上时,在强对流预报业务中需要注意大冰雹的出现。冰雹发生在风暴单体强中心所在高度和回波顶高下降期间。     

云南中部一次出现多个超级单体雹暴的强对流过程环境场和雷达回波特征

利用常规观测、地面加密自动站、多普勒天气雷达、NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料对2017年8月23日云南中部地区一次强对流风暴的环境参数和雷达回波特征进行分析,结果表明:此次强对流风暴发生在台风低压前侧、中高纬冷槽后部的强不稳定层结背景下,地面辐合线和强垂直风切变有利于对流风暴的维持和加强。强对流风暴受地形影响较为明显,共激发形成6个超级单体或类超级单体,在超级单体发展成熟前10 min,3个降雹超级单体强中心沿地形爬升,未降雹和小雹超级单体沿地形下降。6个超级单体或类超级单体呈现出中气旋或γ中尺度弱涡旋特征,最大速度对转动值超过10 m·s~(-1)时出现不同程度冰雹,冰雹直径15 mm的超级单体在2.4°～3.4°仰角上径向速度值达到中气旋标准,冰雹直径为15～20 mm的超级单体反射率因子质心点较高,回波核前倾,具有悬垂回波、弱回波区、回波墙和三体散射特征,其零速度线后倾,辐合区高度超过- 10℃层,顶部为强辐散区,- 20～0℃层回波最大强度超过55 dBz,50 dBz回波厚度6 km,垂直累积液态水含量(VIL)密度2.2 g·m~(-3)。冰雹直径5～8 mm和未降雹超级单体回波核直立,悬垂回波特征不显著,辐合区高度偏低,辐散区厚度大于辐合区厚度,不同等温层回波强度差别小,但50 dBz回波厚度6 km,VIL密度2.2 g·m~(-3)。     

山东两次强对流天气雷达特征及环境场对比

利用常规地面和高空观测资料、加密自动站资料和多普勒雷达资料,对2016年6月山东两次强对流天气的雷达特征、环境条件等进行了对比分析,结果表明:6月14日强对流天气主要是横槽转竖引导冷空气南下引起,6月30日强对流天气发生在高空槽前、山东高低层受一致西南气流影响的环流形势下,地面辐合线是两次过程的触发机制。6月14日垂直风切变和风暴承载层平均风均比30日大很多,致使14日的超级单体风暴持续时间更长、强度更强。风暴相对螺旋度的大小对强对流天气强弱程度有指示意义。两次过程都在地面辐合线附近生成,都具有中气旋、高悬的强回波、有界弱回波区、回波悬垂、风暴顶辐散等雷达特征,不同的是14日具有倒V形缺口、中层径向辐合、冰雹散射和钩状回波等特征,30日具有窄带回波、径向速度大值区等特征。两次过程都出现了弱旋转对应地面都带来小冰雹天气,这在预报业务中值得注意。两次降雹与风暴单体高度及强度、垂直累积液态水含量及密度、中气旋厚度、最大切变和持续时间密切相关。     

甘南地区一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

针对甘南地区2006年7月12日出现的冰雹天气过程,利用兰州CINRAD/CC多普勒雷达回波资料以及MICAPS资料对此次强对流天气过程进行了初步的分析,分析了冰雹天气过程中雷达回波的形态特征、结构和动态特征,发现在此次强对流天气是雷达回波具有明显的超级单体风暴特征,且呈现出三体散射、有界弱回波、钩状回波等特征;雷达回波强度值55dB;回波顶16km;径向速度图上出现较强的气旋性辐合,在中高层辐合中还存在着中尺度气旋;此外,降雹过程前后垂直液态水含量(VIL)变化较大。     

苏北地区超级单体风暴环境条件与雷达回波特征

利用江苏3个探空站、5部CINRAD/SA型多普勒天气雷达、地面常规与加密自动站等观测资料,分析2005—2009年苏北地区72个超级单体风暴发生的环境条件和多普勒天气雷达回波特征。探空和地面资料分析表明,苏北地区超级单体风暴可以产生在差别相当大的环境条件下:强降水超级单体通常产生在对流有效位能较高和垂直风切变中等的环境下,经典超级单体更多地产生在对流有效位能较高和垂直风切变较强环境下;产生大冰雹和(或)雷暴大风的超级单体,无论是经典还是强降水型超级单体,其环境特征均为0℃层、-20℃等温线高度较低,850—500 hPa温差较大,低层露点不高;产生龙卷特别是F2级以上强龙卷超级单体环境特征常常表现为低层(0—1 km)垂直风切变大、850—500 hPa温差相对较小、抬升凝结高度低、低层露点高,这类超级单体在产生龙卷的同时也常常伴有短时强降水甚至极端短时强降水。多普勒天气雷达资料分析表明,苏北地区超级单体具有持久的中气旋、回波墙和有界弱回波区或弱回波区结构,可以产生大冰雹、龙卷、短时强降水和下击暴流等强对流天气;超级单体的类型主要有经典超级单体、强降水超级单体以及强降水超级单体组成的复合风暴。经典超级单体一般为孤立风暴,中气旋多数情况下位于其右后侧(相对于风暴移动方向),低层有明显的钩状回波和入流缺口,入流缺口之上存在宽大的有界弱回波区,其上有强反射率因子组成的风暴核,最强的反射率因子可达75 dBz;强降水超级单体前侧有入流缺口和旁边粗胖的凸起部分与中气旋相伴,与经典超级单体的钩状回波在形态上区别明显,同样存在有界弱回波区或弱回波区,中气旋环流中有明显的降水回波;强降水超级单体组成的复合风暴内中气旋一般位于其前侧,主要结构与强降水超级单体相似,生命史较长。超级单体结构属性分析表明,绝大多数情况下,苏北地区超级单体风暴的最大反射率因子为55—76 dBz,基于单体的垂直累积液态水含量(VIL)为35—90 kg/m~2,垂直累积液态水含量超过60 kg/m~2时风暴有可能产生大冰雹,特别是在4—6月,冰雹直径随着垂直累积液态水含量的增大而增大,因此,垂直累积液态水含量季节性高值可以用来辨别产生大冰雹的超级单体;绝大多数情况下,中气旋旋转速度大于15 m/s,直径在3—10 km,持续时间超过40 min;中气旋的底越低,直径越小,产生龙卷的可能性越大。     

三门峡市2006年两次下击暴流天气过程诊断分析

2006年5月26日和6月25日三门峡辖区均出现了以地面大风、冰雹为主的灾害性天气.利用常规观测资料和非常规加密探测资料以及雷达、卫星云图资料对这两次灾害性天气过程进行诊断分析,结果表明:这两次灾害性天气均是由500 hPa华北冷涡后部的下滑槽或横槽转竖带动北方冷空气急剧南下造成的下击暴流引发的强对流天气.当雷达回波顶高超过10 km、强度≥50 dBz并出现回波悬垂结构的超级对流单体或多单体超级对流风暴移来时,易产生强对流天气;强回波质心在移动过程中不断下降或回波悬垂结构、低层弱回波区出现在风暴后部时,是下击暴流发生的前兆;冰雹指数、风暴跟踪信息、中气旋3个产品叠加对强对流风暴发生、发展、移向的预报具有较好的参考作用.     

川藏高原一次混合型强对流天气的观测特征

利用中国气象局地面自动气象站、探空、天气雷达等观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析2016年9月8日川藏高原一次强对流天气过程。结果表明:该过程多站出现8级雷暴大风、10 mm以上小时强降水且伴有最大直径为18 mm的冰雹,是川藏高原一次混合型强对流过程。对流系统发生在500 hPa弱冷平流和低层切变线影响下,中低层深厚湿层、环境中等强度对流有效位能和垂直风切变为超级单体的形成和维持提供有利条件。初始北侧多单体和南侧弱对流在地面辐合线上生成,向东南移入适宜环境后,北侧多单体发展成线状对流系统,与南侧单体合并且促使其迅速发展成超级单体。成熟超级单体低层具有清晰的前侧入流缺口、钩状回波和中气旋特征。强回波区随高度前倾,呈显著的上冲云顶突起、回波悬垂和有界弱回波区。风暴内中层径向辐合、上升气流减弱和反射率因子核心快速下降预示下击暴流的产生。中层干空气的夹卷和水凝物快速下落的拖曳作用加强下沉气流,结合峡谷地形的狭管效应,引起地面大风。     

“20090719”致灾冰雹的多普勒雷达回波特征分析

利用石河子c波段多普勒天气雷达资料,结合常规观测资料对2009年7月19日傍晚发生在准噶尔盆地南缘沙漠边缘下野地地区的冰雹等强对流风暴的多普勒雷达回波演变特征进行了详细分析。结果表明:该强对流风暴具有超级单体风暴的典型特征,强风暴前进方向的右侧出现钩状回波,西北侧呈现出倒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有界弱回波区、回波悬垂和有界弱回波区左侧的回波墙,最大回波强度出现在沿着回波墙的一个竖直的狭长区域,其值达到65dBz,垂直累积液态水含量达到65kg/m2。相应的径向速度图上出现中气旋,中气旋所对应的钩状回波反射率因子从低层往高层明显向低层入流一侧倾斜。回波顶高和垂直累积液态水含量的明显跃增及弱回波区和有界弱回波区的形成,为预测冰雹出现的时间和落区提供了一定的参考依据。弱回波区的出现超前冰雹发生近40分钟,对冰雹的预警、人工影响天气消雹具有较强的指示意义。     

一次低涡型冰雹天气的环境条件和中尺度特征分析

利用常规天气观测、多普勒天气雷达、自动气象站和NCEP1o×1o格点再分析资料,研究在绍兴发生的一次典型低涡型冰雹天气过程环境场和中尺度特征,结果表明:此次冰雹天气出现在西北冷涡的右前方,中高层的干侵入激发了对流不稳定;中尺度辐合线出现在对流风暴的前沿,是由冷池出流与外界暖湿气流交汇而形成,为强对流的发展提供了近地面辐合抬升条件;本次过程先后有三个明显的强单体风暴产生,回波核心区高度均扩展到-20℃层以上,符合弱回波区、悬垂回波和中低层径向辐合的强对流风暴结构,还具有标志大冰雹的三体散射特征(TBSS)。在降雹前最大反射率因子(DBZM)及其所在高度(DBZM HT)的突降和垂直累积液态水含量(VIL)的突增可作为判断降雹的指标。     

山东半岛两次海风锋引起的强对流天气对比

利用常规地面和高空观测资料、烟台和青岛多普勒天气雷达资料、加密自动气象站等资料分析2014年7月14日(“7·14”)和2009年6月29日(“6·29”)山东半岛两次海风锋引起的强对流天气。结果表明:“7·14”强对流天气发生于冷涡后部前倾槽的环流形势下, 明显的静力不稳定层结、中等大小的对流有效位能及垂直风切变相对偏弱, 是此次对流风暴持续时间短且降雹范围较小的原因; “6·29”过程是东北冷涡影响下的强对流天气。海风锋、阵风锋、地面辐合线是两次过程的触发机制, 两次过程都出现了高悬的强回波、弱回波区、回波悬垂、钩状回波、中气旋等超级单体回波特征; 大冰雹形成期表现为中气旋垂直伸展较大和旋转较强, 两次过程的超级单体风暴均由海风锋触发的靠近山脉的风暴发展加强而成, 即地形与海风锋结合导致的更强抬升在加强对流风暴并演化为超级单体风暴中起了关键作用。但“6·29”强对流天气过程出现了强中气旋, “7·14”强对流天气过程出现了弱中气旋, 因此, 前者对流范围更大、强度更强。     

一次甘肃天水强冰雹的雷达回波特征及成因分析

利用常规气象观测资料、天气雷达以及NCEP FNL再分析资料,对2017年5月18日下午天水一次强冰雹天气的雷达回波结构演变特征和成因进行了详细分析。结果表明:(1)降雹对流单体低层反射率因子呈现出明显的"V"型缺口,最大回波强度出现在低层,为63 d Bz。反射率因子垂直剖面呈对流单体有界弱回波区和其上的回波悬垂,相应的径向速度垂直剖面呈中低层径向风有明显的辐合特征,高层转为辐散,尤其风暴顶附近。(2)对流单体发生在对流层中层河套地区至甘肃河东东部低涡及其附近冷区和河西中部高压脊及其东北部冷池和低层甘肃与宁夏交界处冷性低涡分别为干冷空气入侵和暖湿气流辐合抬升提供有利条件的环境背景下;较高CAPE值和低CIN值有利于强对流天气发生;对流层中低层深厚的上升气流,中层下沉气流和0℃层以上强气流上升有利于对流单体水汽输送以及生成、发展和维持;距地高度2600～2900 m的0℃层为大冰雹落地提供了环境条件。(3)冰雹临近预警的雷达参数化指标为最大反射率因子达55 d Bz,VIL最大值和VIL密度分别达25 kg·m-2和2. 3 g·m-3。     

2013年3月20日广东东莞罕见龙卷冰雹特征及成因分析

利用常规观测、NCEP/NCAR再分析、多普勒天气雷达及自动气象站资料等,对2013年3月20日发生在东莞的一次罕见龙卷、冰雹等致灾性强对流天气过程进行分析。结果表明：1）龙卷过境时的单站气压、温度、风向风速与雷雨大风过境时明显不同,前者具有较典型的龙卷特征。2）华南地区高低空强的风随高度增大的垂直变化、上干下湿的位势不稳定层结以及低层高湿、增温为对流天气发展提供了有利的环境条件,冷空气南压和近地面边界层中小尺度辐合系统为其提供了触发机制。3）中等强度的对流有效位能（CAPE）、强的0-6 km深层垂直风切变以及较强的0-1 km低层垂直风切变为龙卷产生提供了可能性。4）龙卷、冰雹强对流风暴的发展加强与近地面边界层中小尺度辐合系统加强有密切关系。5）同时出现冰雹、大风、龙卷时,最强回波为72 dBz;龙卷出现在超级单体的钩状回波附近,更靠近后侧V形缺口;多时次观测到三体散射（TBSS）回波,与降雹对应;反射率垂直剖面图上可见明显的低层弱回波区、中高层回波悬垂,有界弱回波区（BWER）先于龙卷20多分钟出现。径向速度图上,龙卷出现时超级单体风暴同时具有龙卷涡旋特征（TVS）和中气旋特征。     

江苏沿江地区一次强冰雹天气的中尺度特征分析

利用常规气象资料、卫星、多普勒天气雷达、风廓线雷达等资料,对发生在江苏沿江地区一次强冰雹天气形势背景、环境热动力条件、强冰雹发生前地区环境场变化、超级单体雷达回波中尺度特征等进行了详细分析。结果表明:(1)在东北冷涡槽后干冷气流影响下,中高层干冷、低层暖湿的不稳定层结,高低空急流以及地面辐合系统的配置为此次强对流天气的产生提供了有利热动力条件;高CAPE值、逆温层、低层适当水汽条件及较强的深层垂直风切变有利于强冰雹天气的发生。(2)利用多普勒天气雷达、风廓线仪数据反演垂直分布的物理量场(平均散度、平均垂直速度、相对风暴螺旋度、垂直风切变)能够反映本站上空环境场的快速变化情况:强对流系统移入本站前雷达站上空逐渐调整为低层辐合、中高层辐散的风场配置结构,螺旋度和垂直风切变数值逐渐增加,表明环境场有利于强对流系统的维持发展。(3)强降雹超级单体除具有三体散射现象、入流缺口等雷达回波中尺度特征外,持久深厚的中气旋存在造成了显著的有界弱回波区和高悬垂强回波区。应用双多普勒雷达风场反演技术揭示了超级单体内部环流结构:低层气旋性旋转,中层旋转加强,高层风场辐散。超级单体内部涡旋特征的出现和维持有利于支撑空中大冰雹的增长。     

桂西北一次超级单体风暴过程的分析

本文利用常规观测资料和多普勒天气雷达资料,对2009年4月12日发生在广西西北部的大范围冰雹天气进行分析,得出以下结论：（1）导致冰雹发生的天气系统是高空低涡和低层切变线,冰雹发生前上午百色探空站有中等对流有效位能、上干下湿层结结构、强的深层垂直环境风切变,速度矢图上低层强的顺时针旋转曲率,已经具备强对流潜势发生条件。（2）超级单体右前方的低层反射率因子呈现明显的钩状回波,是超级单体风暴的典型特征之一。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65 dBz。相应的中低层径向速度图呈现一个中等强度的中气旋,旋转速度达到22 m·s-;垂直累积液态水含量和密度分别超过70kg·m~（-2）和5 g·m~（-3）。（3）高空低涡正涡度区、高CAPE值、地面辐合线在右江河谷滞留以及特殊地形作用,是多个对流单体沿相似路径移动的主要原因。     

鄂西山区一次早春局地强冰雹过程分析

利用常规的地面、高空形势图以及雷达观测资料,对2017年4月15日发生在湖北恩施山区的一次局地性强冰雹天气过程的成因进行了分析。结果表明:锋前地面暖低压的热效应,加强了地面辐合和不稳定能量的积聚,使上干冷下暖湿的不稳定层结更加明显,地面辐合线和中低层切变辐合区的存在,为风暴单体形成提供了良好的环境条件;在中尺度辐合线动力抬升作用下,低层辐合上升触发了对流不稳定能量的释放,加上山区"喇叭口"有利地形的抬升作用,更激发了强对流天气的发展;此次强对流天气过程中,表现出了多单体风暴此消彼长的特征,在有利的大气环境条件和地形条件下,多单体风暴的发展加强,强风暴较长时间维持,是此次局地出现强冰雹的重要原因。雹暴单体的垂直结构反映出了低层入流、弱回波区、高强回波悬垂等典型特征,中层径向辐合和风暴顶辐散共同作用,有利于风暴单体得以维持和发展,也是造成局地冰雹天气的重要原因。单体风暴反射率因子较长时间维持在60dBz以上,并对应较大的VIL值出现;此次强冰雹天气,局地性强,影响范围小,其主要原因是0～6km垂直风切变不大,同时,中低层湿层浅薄,地面湿区明显偏南,仅在冰雹落区附近出现一个小范围的近饱和湿区,不利于风暴天气有组织的大范围发展。     

“2011.7.14”沈阳短时强降水多普勒雷达回波特征

为了更好的预报、预警超级风暴单体引起的短时强降水,利用沈阳棋盘山多普勒雷达、营口多普勒雷达和自动站及地面、高空等气象资料,对2011年7月14日沈阳强降水超级单体风暴进行分析。结果表明：地面辐合线和切变线提前于降水2 h产生,而且地面辐合线和切变线的位置与风暴的生成位置重合。强对流风暴具有超级单体风暴特征,风暴出现弓形回波;速度图上存在“v”型入流缺口,相应速度场上出现中气旋,营口雷达基本反射率最大值达到61 dBz,反射率因子垂直剖面出现弱回波区和回波悬垂。当雷达回波发现中气旋,并预计此中气旋能维持1 h左右或者雷达回波发现弓形回波,沈阳棋盘山雷达基本反射率强度超过45 dBz时,可发布短时暴雨或雷雨大风等强对流气象灾害预警。     

山东省一次强致灾对流性天气过程分析

利用常规气象资料、新一代多普勒雷达资料、区域自动站资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料对2016年6月13—14日山东省强致灾对流性天气过程进行诊断分析。结果表明:此次强对流天气是在东北冷涡和地面气旋共同作用下产生的,上冷下暖的形势有利于对流天气的发生,近地面层的逆温层为强对流发生积累了能量,适宜的湿球温度0℃层和-20℃层高度是大冰雹出现的典型配置;大气对流有效位能和干暖盖指数等物理量对强对流天气产生有较好指示意义;较长时间的低层强烈的水汽辐合和大气可降水量激增预示着此次强对流天气过程伴随着强降水的产生;产生大冰雹的超级单体风暴具有较强的反射率因子、三体散射、有界弱回波区、旁瓣回波、回波悬垂和反射率因子梯度大值区等特征。     

营口一次百年一遇大冰雹天气过程分析

利用常规气象资料,卫星、营口S波段多普勒天气雷达资料等,对2013年6月3日发生在东北冷涡背景下的一次大冰雹过程进行分析。结果表明:(1)在高空东北冷涡环流背景下,高层干冷、低层暖湿的层结配置形成了大气层结不稳定,较强的垂直风切变和适宜的0℃、-20℃层高度有利于强冰雹天气的发生。(2)产生大冰雹的对流风暴是一个超级单体强雹暴。该风暴在反射率因子图上具有高悬的强回波、弱回波区、钩状回波等特征;在径向速度图上具有风暴顶辐散、中层径向辐合、中气旋等特征;在反射率因子和径向速度图上均可以看到三体散射的存在;同时较高的VIL含量和密度也预示了大冰雹的出现。     

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。     

一次超级单体的多普勒雷达特征分析

运用长沙多普勒天气雷达的基本反射率因子(R)、径向速度(V)、垂直积分液态含水量(VIL)、垂直剖面等产品,分析了2008年4月8日发生在湘东地区的一次超级单体强对流天气过程。分析表明:这次过程是一次典型的超级单体过程,在反射率因子上出现了钩状回波、三体散射回波、弱回波、高悬垂回波,相应的径向速度图上出现了持久的中气旋,风暴顶表现为强烈的辐散,降雹前相应的液态垂直累积含水量有一个跃增,这些多普勒雷达特征均为超级单体风暴预警提供了有利的临近预报因子。