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一次强降水超级单体风暴双偏振参量特征分析

气象科技 2022年第6期50卷 830-841页

作者：黄秀韶李芳刁秀广山东省气象防灾减灾重点实验室济南250031 山东省气象科学研究所济南250031 山东省济宁市气象局济宁272000 山东省气象台济南250031

利用青岛双偏振多普勒天气雷达资料和探空及自动气象站观测资料,对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进行了分析。结果表明:(1)强的对流有效位能(CAPE)、低层强垂直风切变、高空强辐散及高湿是强降水风暴... 详细信息

利用青岛双偏振多普勒天气雷达资料和探空及自动气象站观测资料,对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进行了分析。结果表明:(1)强的对流有效位能(CAPE)、低层强垂直风切变、高空强辐散及高湿是强降水风暴发展维持的关键环境因素。(2)风暴低层存在差分反射率因子Z_(DR)弧和差分相移率KDP高值区,Z_(DR)弧与入流缺口一侧反射率因子梯度高值区相匹配,对应偏小的KDP和相关系数,以少量大粒子为主;KDP高值区为强降雨区,对应小于3 dB的Z_(DR)和大的相关系数,以高浓度、大小适中的液态粒子为主。(3)有界弱回波区BWER外围存在Z_(DR)环,对应偏小的KDP,而BWER上方存在深厚宽阔的Z_(DR)柱和KDP柱,KDP柱高于Z_(DR)柱的高度,气旋性旋转上升气流区内中层以下分布有少量大的粒子,而中层之上分布有较高浓度的大粒子。(4)-20℃层高度之下含有丰富的液态粒子,-20℃层高度之上含有丰富的霰粒子和冰晶粒子,是高密强降水超级单体风暴典型的微物理垂直结构特征。

关键词：强降水超级单体双偏振 Z_(DR)柱 KDP柱

北京“623”大暴雨的强降水超级单体特征和成因研究

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大气科学 2019年第5期43卷 1171-1190页

作者：张文龙崔晓鹏黄荣黎慧琦北京城市气象研究院北京100089 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室北京100029 广西壮族自治区气象台南宁530022

本文利用雷达、加密地面自动站等高时空分辨率的观测资料,结合NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测等资料,对2011年6月23日发生在北京城区的极端强降水事件开展了细致的观测和诊断分析。结果表明,这次极端强降水事件,主要是由向东南移动... 详细信息

本文利用雷达、加密地面自动站等高时空分辨率的观测资料,结合NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测等资料,对2011年6月23日发生在北京城区的极端强降水事件开展了细致的观测和诊断分析。结果表明,这次极端强降水事件,主要是由向东南移动的东北—西南走向的飑线右端的强降水超级单体(High Precipitation Supercell,简称HPS)造成的,这是目前已有文献记载的中国发生纬度最高的HPS。HPS在移动方向的右后侧和右前侧均有明显的'V'型入流,这不同于已有HPS模型,表明中、低层干冷空气和低层暖湿气流特征显著。在环境条件方面,存在对流层低层逆温层,其能量存储盖作用使得雷暴具有爆发性增强的潜势,但该逆温层是在08:00~14:00(北京时,下同)的6小时内形成的,对业务预报极具挑战性。相对其他大气层结热动力参数,风暴相对螺旋度和粗理查逊数在14:00较08:00显著增大,对HPS的发生具有一定指示作用。高空偏西风急流和低层偏东风活动显著,使得北京地区的水平风垂直切变增强,形成上干下湿的对流不稳定以及次级环流圈。高空急流造成强烈的相当位温差动平流,促进对流不稳定度发展加强。结合复杂地形作用,在北京西部100 m地形高度线附近形成显著的平原暖湿空气与山地干冷空气的干湿分界线以及风场辐合线。水汽供应主要源自低层偏东风和本地水汽积累。当飑线从西北方向侵入北京并向东南方向移动时,在北部山区,由于条件不足,雷暴没有显著发展加强;然而,在西部山区,在湖面、城市热岛、低层偏东风、冷池出流共同作用下,加之其他有利的环境条件,飑线右端雷暴强烈发展加强,特别是当经过100 m地形高度线附近时发展成为HPS,进而造成石景山区模式口站的大暴雨中心。

关键词：强降水超级单体极端降水事件复杂地形高空急流低层偏东风

一次强飑线内强降水超级单体风暴的单多普勒雷达分析

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气象学报 2008年第4期66卷 621-636页

作者：潘玉洁赵坤潘益农南京大学中尺度灾害性天气教育部重点实验室大气科学系南京210093

文中利用位于福建建阳新一代S波段多普勒天气雷达资料和探空、地面观测资料,对2003年4月12日07—09时发生在建阳附近的一次强降水超级单体风暴进行了分析。天气分析显示,风暴发生于地面冷锋北侧、低层高湿、中等对流不稳定(1601J/kg)和... 详细信息

文中利用位于福建建阳新一代S波段多普勒天气雷达资料和探空、地面观测资料,对2003年4月12日07—09时发生在建阳附近的一次强降水超级单体风暴进行了分析。天气分析显示,风暴发生于地面冷锋北侧、低层高湿、中等对流不稳定(1601J/kg)和强风切变(0—5km,22m/s)环境,总理查逊数为16,同典型的强降水超级单体生成环境相当接近。雷达回波分析揭示,风暴发生在一强飑线系统的前沿,初期为一普通单体,随后逐渐发展成为弓状并发生分裂,分裂后风暴移动方向左侧单体逐渐减弱,而右侧的单体发展成为超级单体,持续时间约为1h。在强降水超级单体成熟期,其移动前侧的低层反射率因子出现明显的钩状回波,中层反射率则显示在宽广的反射率高值区(>60dBz)内存在有界弱回波区,强度大于40dBz。沿入流方向穿过最强回波位置的反射率因子也呈现典型的回波悬垂和有界弱回波区。相应的中低层径向速度场显示在钩状回波附近的强降水区中存在一个强烈的中气旋,其起源于中层3.5—5km,随后向上、下发展,最大旋转速度达到24m/s,持续时间达1h。由GBVTD方法分析,中气旋成熟时(08:33UTC)轴对称环流结构显示,轴对称切向风分布在中层接近兰金涡旋模型,最大轴对称切线风位于高度4—5km,离气旋中心约3km,强度约20m/s。4km高度以下为气旋式辐合,气旋中心为上升运动。至4—7km以旋转为主,在最大切向风半径以内为外流,以外为内流,相应的在最大风速半径处伴随较强的辐合和上升运动,7km以上则为辐散对应的出流。此结构同经典超级单体内的中气旋结构相当一致。此外,风暴结构同Moller(1994)提出的中纬度强降水超级单体风暴的特征非常相似,但演变过程却明显不同,是由普通单体形成弓状回波,弓状回波分裂后沿移动方向右侧的单体发展成为强降水超级单体。

关键词：强降水超级单体钩状回波中气旋

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一次伴随强烈龙卷的强降水超级单体风暴研究

大气科学 2008年第3期32卷 508-522页

作者：俞小鼎郑媛媛廖玉芳姚叶青方翀中国气象局培训中心北京100081 安徽省气象台合肥230026 湖南省气象局长沙410007

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... 详细信息

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。

关键词：强降水超级单体强烈龙卷 “S”型回波弓形回波多普勒天气雷达

“090723”强降水超级单体风暴特征及强风原因分析

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高原气象 2011年第6期30卷 1690-1700页

作者：王福侠裴宇杰杨晓亮李宗涛俞小鼎河北省气象台河北石家庄050021 河北省生态环境重点实验室河北石家庄050021 中国气象局培训中心北京100081

利用石家庄新乐多普勒天气雷达(SA)资料、濮阳多普勒天气雷达(SB)资料、常规观测资料和地面加密观测资料,对2009年7月23日邢台一次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。结果表明,此次强降水超级单体风暴是... 详细信息

利用石家庄新乐多普勒天气雷达(SA)资料、濮阳多普勒天气雷达(SB)资料、常规观测资料和地面加密观测资料,对2009年7月23日邢台一次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。结果表明,此次强降水超级单体风暴是在中到强的热力不稳定(对流有效位能CAPE值为***-1)和中低层强风切变(地面～500hPa,20m.s-1)的环境下发展起来的。孤立的对流单体遇到旧雷暴形成出流边界后迅速发展成为多单体风暴。出流边界前侧垂直风切变加大及其后侧冷池的加强是促进中气旋迅速形成的重要原因。强降水超级单体风暴的演变可以归结为普通单体、强降水超级单体及弓形回波3个阶段,属于典型的右移风暴。在超级单体风暴初期有2个强反射率因子中心,具有多单体风暴特征,每个强反射率因子中心都有独立的前侧入流缺口和有界弱回波区。强降水超级单体风暴在初期又具备典型超级单体风暴的特征,低层(约2.5km高度处)有典型的钩状回波、明显的回波悬垂和有界弱回波区。中气旋被强降水区包围,在2.4km高度附近首先观测到中气旋(兰金模型结构),随后中气旋向上向下发展,旋转非常强,最高达到5km,最大旋转速度为27m.s-1,达到强中气旋标准。

关键词：强降水超级单体多普勒雷达回波特征中气旋强风

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一次强降水超级单体的双偏振雷达观测分析

气象学报 2020年第1期78卷 86-100页

作者：潘佳文蒋璐璐魏鸣罗昌荣高丽郑秀云彭婕海峡气象开放实验室厦门市气象局厦门361012 宁波市气象局宁波315012 气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京信息工程大学南京210044 台州市气象局台州318000

为分析强降水超级单体风暴的偏振特征及其动力和云物理结构,利用厦门海沧双偏振雷达数据及常规观测资料,采用多普勒雷达风场反演和粒子相态识别等技术,对2018年5月7日发生在闽南地区的一次导致特大暴雨的强降水超级单体风暴进行了分析,... 详细信息

为分析强降水超级单体风暴的偏振特征及其动力和云物理结构,利用厦门海沧双偏振雷达数据及常规观测资料,采用多普勒雷达风场反演和粒子相态识别等技术,对2018年5月7日发生在闽南地区的一次导致特大暴雨的强降水超级单体风暴进行了分析,研究表明:(1)相关系数小值区出现在有界弱回波区和钩状回波之前,可指示低层上升气流的位置.(2)在前侧下沉气流南侧的反射率因子梯度大值区附近,存在一个浅薄的差分反射率因子大值区(差分反射率因子弧),其形态与超级单体的发展程度有关.在本次过程中差分反射率因子弧先于钩状回波和中气旋出现,对超级单体的发展具有较好的指示性.(3)在中层的融化层上,差分反射率因子大值区和相关系数小值区呈环形围绕在上升气流周围.差分反射率因子环和相关系数环对确定中层上升气流的位置具有指示意义.(4)差分反射率因子柱位于有界弱回波区的上方,并位于主上升气流附近,在仅有单部雷达进行观测时,差分反射率因子柱可用于识别主上升气流的位置.(5)差分相位常数柱主要由大量混合相态水凝物造成,其位置与地面雨强中心存在较好的对应关系.

关键词：双偏振雷达强降水超级单体风场反演粒子相态识别

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一次秋季强降水超级单体风暴过程分析

气象科学 2012年第6期32卷 685-693页

作者：王啸华曹舒娅王金鑫曹璐江苏省气象台南京210008 南京大学大气科学学院南京210093

利用雷达、加密自动站、NCEP再分析资料和常规观测资料,对2011年11月4日发生在江苏中北部由超级单体产生的短时强降水过程,经分析表明:(1)本次过程中500 hPa为西南暖干气流,上下层温度平流差动不明显,上下层湿度平流差动是前期位势不稳... 详细信息

利用雷达、加密自动站、NCEP再分析资料和常规观测资料,对2011年11月4日发生在江苏中北部由超级单体产生的短时强降水过程,经分析表明:(1)本次过程中500 hPa为西南暖干气流,上下层温度平流差动不明显,上下层湿度平流差动是前期位势不稳定建立的主要原因。(2)超级单体风暴低层强烈的后侧入流,不断为其输入暖湿气流,其前侧为强烈的上升气流,而高空有较强的后向流出。在这种流场的作用下,超级单体风暴的发展得到加强和维持。(3)对流首先在700 hPa相对湿度梯度大值区与地面中尺度辐合线相交处被触发,整个过程中强对流回波出现在地面中尺度辐合线附近,并伴随其东移。东移的地面辐合线与盐城东部局地生成的对流风暴所造成的地面辐散出流相遇,演变为一条新的地面辐合线,地面辐合显著增强,导致短时强降水的发生。中尺度地面辐合线的移动和增强在这次超级单体风暴过程中起到了触发和维持、加强的作用。(4)对流发展初期,地面辐合区对应着未来对流回波生成区域,有很好的超前性;随着对流发展,地面负散度大值区与对流回波区逐渐重合,当散度场出现临近正负散度中心对时,对流发展达到最强。

关键词：强降水超级单体湿度平流差动地面辐合线地面散度场

2019年5月北京一次强降水超级单体特征及成因分析

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气象与环境学报 2021年第4期37卷 9-17页

作者：刘艳杰王清川许敏周贺玲廊坊市气象局河北廊坊065000

利用地面加密站、雷达、微波辐射计和欧洲中心(ERA-interim)逐6 h等多种观测资料,对2019年5月17日北京通州区出现局地极端强降水、雷暴大风和大冰雹天气过程进行分析。结果表明:强降水超级单体是造成本次强对流天气的直接系统,雷达回波... 详细信息

利用地面加密站、雷达、微波辐射计和欧洲中心(ERA-interim)逐6 h等多种观测资料,对2019年5月17日北京通州区出现局地极端强降水、雷暴大风和大冰雹天气过程进行分析。结果表明:强降水超级单体是造成本次强对流天气的直接系统,雷达回波可识别出典型特征。午后在地面和超低空北京南部出现小的热低压系统,使得东南风显著加强,一方面提供了充沛的水汽,形成上干下湿的不稳定层结。另一方面,其与高空西风急流相互作用,使得垂直风切变增强,并产生垂直环流。低空逆温层长时间存在,能量不断积累,使午后雷暴爆发性增强成为可能。地面冷池出流与偏南风对峙,形成了假相当位温密集带。冷池长时间稳定维持,其前沿出现一条湿热边界层辐合线,锋生作用使得暖湿气流不断被抬升,对流系统加强并呈准静止状态。在有利的环境背景下,加之充沛的水汽供应和强烈的边界层辐合抬升,雷暴强烈发展形成强降水超级单体,随后分裂,右侧的风暴又发展为超级单体,再次经过通州东部,形成暴雨中心。

关键词：强降水超级单体低层东南风逆温层冷池

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一次强降水超级单体风暴的动力特征分析

中低纬山地气象 2020年第5期44卷 32-40页

作者：李曦四川省广安市气象局四川广安638500

利用NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)逐6 h再分析资料、常规观测资料、多普勒雷达资料对2018年9月19日晚发生在四川盆地东北部的强降水超级单体风暴进行诊断分析。研究表明:此次强降水超级单体风暴发生在较强的不稳定能量、很低的抬升凝结高... 详细信息

利用NCEP/NCAR(0.25°×0.25°)逐6 h再分析资料、常规观测资料、多普勒雷达资料对2018年9月19日晚发生在四川盆地东北部的强降水超级单体风暴进行诊断分析。研究表明:此次强降水超级单体风暴发生在较强的不稳定能量、很低的抬升凝结高度、低层深厚湿层、较弱的对流抑制能量及中等到强的垂直风切变的背景条件下,低层冷空气的侵入最终触发了本次过程。在强降水超级单体风暴发展演变过程中,中低层较强垂直风切变的重要作用是产生水平涡管。水平涡管又在上升气流的作用下抬升为垂直涡管,最后产生垂直涡度。而通过对大气垂直涡度方程的分析发现:垂直涡管在随高度增加的上升气流的拉伸作用下,不断加强,致使上升气流更强烈旋转,水平旋转又反过来加强了上升气流。上升气流与水平涡旋持续不断的正反馈机制是形成中气旋的重要原因。

关键词：强降水超级单体正反馈机制垂直风切变涡度方程