基于双偏振雷达资料的一次强降水超级单体风暴特征分析

基于山东济宁S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2021年6月14日发生在山东单县一带的强降水超级单体双偏振参量特征和微物理特征进行了分析。结果表明：环境整层湿度较大,CAPE较强,0℃层高度较高,利于强降水产生,0～6 km具有中等强度垂直风切变,利于超级单体风暴产生与维持。单县超级单体风暴旺盛阶段强度在60～65 dBZ,强中心高度基本位于0℃层高度之下,质心偏低。K_DP柱的高度与宽度明显大于Z_DR柱,强盛宽阔的上升气流将一定浓度、小的液态粒子带至较高高度并持续较长时间。风暴低层左侧一直存在K_DP大值区,同时也存在3°/km以上的K_DP高值区,液态粒子浓度较高,最大分钟降水量维持在3 mm以上。风暴低层右侧有明显的入流缺口,有明显的Z_DR弧,表现为偏大的液态粒子。环境0℃层高度以上较厚的厚度内含有丰富的液态粒子和冰相粒子,丰富的冰相粒子下降到0℃层高度之下出现明显融化,在低层强切变的“筛选”作用下,风暴右侧入流与下沉气流结合区以大的液态粒子为主,浓...     

基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θ_se随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率Z_DR、差分相移率K_DP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在Z_H大、Z_DR小、CC小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。      

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...     

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)。     

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,...     

十堰一次强对流天气雷达回波特征

利用十堰714C天气雷达回波资料,结合其它天气资料,分析了2004年7月6日发生在十堰境内的强对流天气过程。结果表明,这次强对流天气是在有利的大尺度天气形势下产生的,局地环境CAPE指数大,水平风的垂直切变较强。强降雹由多单体强风暴造成,回波强度强,高度较高,顶部有旁瓣假回波,低层存在弱回波区（WER）。雹云移动明显右偏于高空风,属右移风暴,以右后侧和右前侧传播方式发展。强降雹由后一种传播方式造成,初始回波从半空生成,云顶高度较高,强中心位于云体中上层。     

双线偏振雷达在广州“3.19”降雹过程中的应用分析

针对2016年3月19日发生在广州北部的从化和花都地区的一次冰雹过程,基于广州S波段双线偏振多普勒天气雷达和花都风廓线雷达以及NCEP再分析资料,详细分析此次过程的天气背景和雷达回波及雷达参量演变特征。结果表明,在此次冰雹过程中,回波强度普遍大于50 dBz,回波顶高在10 km以上,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征。双线偏振雷达各偏振参量（反射率因子Z_DR、单位差分传播相移K_DP和相关系数ρ_HV）反映出冰雹云的典型特征:在基本反射率大、Z_DR小、ρ_HV小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2,ρ_HV值普遍为0.7~0.9;ρ_HV和Z_DR在低仰角的表现比高仰角更有效;K_DP有一定指示意义,但判别效果不明显。采用的双线偏振雷达算法产品识别粒子相态结果容易出现空报现象。      

湛江2019年4次冰雹双偏振雷达产品应用分析

利用MICAPS高空地面资料和湛江S波段双偏振雷达资料对2019年3月6日、4月12日共4次雹暴云团造成的降雹天气过程进行分析。结果表明：1)4次过程均出现高悬强回波、三体散射长钉等降雹强风暴基本雷达特征；2)双偏振雷达基本参量的冰雹识别通常以高水平基本反射率Z_H、低的差分反射率Z_DR、协相关系数CC作为冰雹主要识别判据。3)4次雹暴云团在入流缺口处有明显的Z_DR环和Z_DR柱。成熟的雹暴云团强回波区对应Z_DR为趋近于0 dB的低值区，低于0.95的CC与趋近于0 (°)/km或为缺测的K_DP。4次过程中降雹前1～2 h,雹胚发展的强回波区域对应Z_DR常有低值窄带区下延接地。     

秋季超级单体风暴CINRAD／SA回波特征

利用新一代天气雷达（CINRAD／SA）对2004年11月10日闽西地区出现的一次秋季强降雹过程的超级单体风暴进行分析，对风暴的演变、结构、三体散射现象及相应的雷达产品做初步分析，得出该超级单体具有钩状回波、有界弱回波区、中气旋及三体散射现象等特征，这些持征对判断强对流天气有较好的指示作用。秋季出现强对流天气时垂直累积液态含水量（VIL）值较春、夏季小。     

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。     

C波段双偏振多普勒天气雷达资料分析及在定量估计降水中的应用研究

基于南京信息工程大学C波段双线偏振多普勒天气雷达(NUIST-CDP)的观测资料,结合南京龙王山SA天气雷达数据、南京信息工程大学大气综合观测基地的OTT Parsivel雨滴谱仪数据、南京市地面雨量计数据,分析NUIST-CDP探测资料的质量及定量降水估计(QPE)精度情况。将NUIST-CDP与SA雷达的回波强度数据进行了对比,发现NUIST-CDP回波强度偏弱;将滴谱仪上方NUIST-CDP测量的反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR与滴谱仪数据对比,雷达参量Z_H、Z_DR与滴谱仪数据变化趋势一致,但整体略偏小;比较差分传播相移率K_DP与Z_H的变化情况,由差分传播相移Φ_DP经最小二乘法计算得到的K_DP与Z_H数据一致性很好。利用南京地区2015年夏季(5—8月)收集的滴谱数据计算偏振雷达参数,拟合测雨方程,进行两次降水过程个例的QPE分析,并与南京地区雨量计数据进行了对比。结果表明:R(K_DP)测雨精度最高,R(K_DP,Z_DR)次之,使用偏振参量能明显提高降雨估算精度;R(Z_H)、R(Z_H,Z_DR)方法测雨反演结果低于地面雨量计雨量值,且低于SA雷达反演结果。      

鄂西南冬末一次罕见的强冰雹过程分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达和风廓线雷达资料,对一次罕见的鄂西南冬季强冰雹（直径1～3 cm）天气过程进行了分析,结果表明:强冰雹产生在上干冷、下暖湿,低空辐合、高空辐散的环流背景下,地面中尺度辐合和“喇叭口”的有利地形,给冷锋前暖区对流性天气提供了触发机制;地面冷锋南下伴随的垂直风切变增强有利于已经生成的对流风暴的维持和加强。强冰雹分别由孤立的超级单体和超级单体复合体（多单体结构中含有占支配地位的超级单体）产生。比较而言,孤立的超级单体发展更为高大,持续时间更长。风暴具有中气旋、高悬的强回波、低层入流、弱回波区与回波悬垂、中层径向辐合、风暴顶强辐散等超级单体风暴的典型特征;垂直累积液态含水量及其密度分别较长时间维持在35 kg·m^-2和4 g·m^-3以上的冬季高值;新一代天气雷达冰雹探测算法输出的冰雹指数产品预测到高概率的强冰雹。此次过程出现在冬末,虽然对流出现之后呈现出典型的风暴结构,可以提前10～30 min做出强冰雹的临近预警,但对于对流出现之前的提前数小时的强冰雹短时潜势预报而言,常用做判断强降雹潜势的探空特征（包括对流有效位能...     

基于S波段双偏振雷达一次强雹暴过程观测分析

利用宁波S波段双偏振天气雷达资料、NCEP再分析资料、结合常规观测资料和实地冰雹调查资料,对2020年3月21日浙江省中北部一次强雹暴灾害过程(简称“03·21”过程)的天气背景和双偏振雷达回波演变特征进行分析。结果表明：(1)此次雹暴过程环流形势属于低层暖平流强迫类型,雹暴影响过程约4 h,雹暴A和B先以强的对流单体形态移动,在自西向东移动过程中分别加强为超级单体。(2)典型降雹时次具有明显的三体散射特征(TBSS),垂直剖面图上强回波(>50 dBz)伸展高度超过-20℃层,低层的弱回波,中高层悬垂回波明显。径向速度垂直剖面图上,雹暴低层辐合,其上叠加了辐散层,使得雹块得以继续形成和增长。(3)冰雹区出现了Z_DR冰雹信号,对应的反射率因子(Z_H)均大于65 dBz,差分反射率因子(Z_DR)介于-2.0～0 dB,相关系数(C_C)介于0.80～0.98;当结合Z_H、Z_DR、C_C综合判断云中有冰雹粒子,C_C...     

2010年3月5日闽北经典超级单体风暴天气过程分析

2010年3月5日16:20(北京时,下同)-19:50发生在闽北的强对流天气主要由中尺度对流回波群中的3个局地强风暴引起的,其中最强的单体是一典型的经典超级单体风暴,它在沿途220 km产生了强降雹.本文利用建阳多普勒天气雷达(CINRAD/SA)资料和常规高空地面观测资料,分析了该单体的演变特征和环境条件.结果表明:(1)经典超级单体出现在具有地形锢因特征的地面中低压内,该低压则处于高空槽前、西南中空急流下方、850 hPa锋区切变南侧以及低空急流前方;该单体在地面中低压西部冷锋上生成后沿着地面辐合线移动并穿过低压中心,到达低压东部的静止锋冷区后减弱,生命史为4 h 52 min,并始终维持相对的孤立状态,平均移速为75 km·h-1,属于高质心对流系统.(2)成熟阶段(15:57-18:47),该单体维持中等强度以上的中气旋及相关的有界弱回波区(BWER)、低层钩状回波等经典超级单体特征,并出现了3次高峰,相应的中气旋在高峰期均有增强并向地面伸展.其中,在第二次高峰期出现了垂悬回波下降和钩状回波更新以及BWER消失现象,这一期间出现的龙卷涡旋特征进一步表明产生龙卷的可能性很大;在第三次高峰期也出现了类似演变特征,但更为典型的是中气旋最终发生了锢囚,形成长达30 min的涡旋状回波.此外,在第一和第二次高峰期风暴左前方多次出现了阵风锋回波,而右后侧却未出现此现象,这也是一种有利于风暴维持的特征.(3)主要的风暴尺度环境特征是中等大小的对流有效位能、大的深层垂直风切变(0～6 km风切变是39 m·s-1)、强的相对风暴入流(17 m· s-1,0～2 km)和高的相对风暴螺旋度(418 m2·s-2,0～2 km);与典型的经典超级单体风暴环境不同的是:风随高度顺转(90°,300 hPa以下)不仅表现在低层还表现在中上层(25°,500～300 hPa).最后对风暴成熟阶段的3次高峰机理进行了讨论.     

一次长生命史超级单体降雹天气诊断分析

利用常规气象观测数据、ERA5 0.25°×0.25°逐小时再分析资料、怀化站SA波段多普勒雷达资料对2021年3月30日怀化市一次长生命史超级单体降雹天气过程进行分析。结果表明：(1)强对流在贵州东北部地面辐合线附近触发,低层维持良好的水汽输送,强垂直风切变使风暴高度组织化,也是超级单体进入怀化市后仍能维持高强度降雹原因之一;(2)雷达产品表现为回波中心强度强,有钩状回波、三体散射和旁瓣回波特征,具有悬垂结构,有中等强度的中气旋特征,VIL值在55 kg/m²以上并且VIL密度连续4小时维持在4.66～7.7 g/m³之间,有利于大冰雹的产生;(3)中层湿度、DCAPE值预报偏大是造成此次预报出现偏差且雷暴大风空报的重要原因。     

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。     

三雷达、双雷达反演降雹超级单体风暴三维风场结构特征研究

为研究降雹超级单体风暴的三维结构特征,利用厦门、龙岩、梅州3部新一代天气雷达（CINRAD/SA）基数据,采用基于动态地球坐标系的双雷达和三雷达三维风场反演技术,分析了2016年4月8日傍晚福建省南部漳州地区出现的一次冰雹过程的回波强度、三维风场及相关物理量分布变化。主要结果为：（1）冰雹云初生、发展阶段,低层水平流场出现气旋性辐合,云体内部形成较强的上升运动。（2）冰雹云强盛阶段,回波顶高度达16 km,其中大于60 dBz的回波高度由5.3 km发展至9 km,最强回波达74.5 dBz,伴随出现最长达25 km的三体散射长钉回波和32.7 km的旁瓣回波。低层水平维持气旋性流场的同时,高层出现反气旋性流场。4-8 km高度内,大于20 m/s的强上升气流持续近37 min。最大垂直速度达51.06 m/s,出现在超级单体悬垂部（约7.5 km高度处）。（3）降雹时段,出现明显的下沉气流。降雹超级单体的三维流场结构表现为：风暴移向前沿低层气旋性气流进入风暴后逐渐倾斜上升,到达风暴顶形成反气旋性气流,并逐渐向下形成下沉气流。（4）系统减弱阶段,出现系统性下沉气流,强回波底及地。双雷达和三雷达能较好地反演降雹超级单体的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹预报能力。     

一个“超级单体”雹云的成因及结构

本文对1975年6月6日下午在安徽宿县地区所发生的一个孤立超级单体雹云的成因及结构作了分析。指出它是在不稳定气团内的地面辐合线附近形成的。这个超级单体雹云在雷达距离一高度显示器(RHI)上表现出“有界弱回波区”、“前悬回波”以及回波“墙”等特征。探空分析表明,雹云内暖层高约4.4公里,负温区厚约8.5公里,回波顶高12.9公里,由经验公式计算出的最大上升速度约为23.8米/秒,及地雹块可能最大直径约为2.4厘米。探空分析还表明,该雹云发生在中等强度的风速垂直切变的环境中井且属于中能风暴范围。     

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。     

2004年4月29日常德超级单体研究

利用常德和长沙多普勒天气雷达资料和常规资料,对2004年4月29日发生在湖南安乡且产生了10 cm直径降雹和广泛8级大风的超级单体风暴进行了详细分析.该超级单体风暴发生在西南高空急流和西南南低空急流的交汇区域,加强的热力不稳定趋势和较大的垂直风切变条件非常有利于超级单体的产生.超级单体风暴呈现出典型的钩状回波,钩状回波位于该超级单体风暴移动方向的右后侧,从低层一直扩展到将近6 km高度;同时出现了指示存在大冰雹的三体散射回波.此次超级单体风暴成熟阶段中气旋的最大旋转速度为24 m·s-1,属于强中气旋,相应的垂直涡度为1.6×10-2 s-1.反射率因子的垂直剖面显示该超级单体风暴具有一个宽大的有界弱回波区(穹窿),其水平尺度超过10 km,垂直扩展超过4 km.在有界弱回波区之上,是一个强度超过70 dBZ的反射率因子核区,其中心高度为9 km,展现出典型的强烈超级单体雹暴结构.超级单体风暴在演变过程中经历了3次分裂过程.