Page 145 - 《高原气象》2023年第1期

1 期 吴举秀等：强降雹超级单体风暴湍流结构的双偏振回波特征分析 141
有复杂形状和混合相态的回波 CC 值可低至 0. 8~ 度都较低（分别为 1. 6 km、 2. 8 km 左右）， 利于大冰
0. 95； 差分相移率 K 取决于粒子的形状、 类型及 雹落地（俞小鼎， 2014）。
DP
采样体积内粒子的数密度， 主要优势是用来探测强 4 湍流回波特征分析
降水。
根据 Hocking and Mu（1997）的划分， 4 m·s 的 深厚持久的中气旋是超级单体风暴最本质的
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谱宽相当于 1. 6×10 m·s 的湍流耗散率， 这个耗 特征（Doswell， 2001）， 2019 年 5 月 10 日超级单体
散率属于中等强度湍流； 在民航界机载气象雷达谱 风暴产生了中等强度的中气旋， 最大降雹直径超过
宽大于 5 m·s 的气象回波目标被作为湍流目标（卢 2 cm； 2021 年 7 月 9 日超级单体风暴具有强中气
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晓光和夏冬， 2011）， Doviak（2013）认为风暴体积中 旋， 地面最大降雹直径达到 6. 8 cm， 下面分别分析
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的谱宽大于 5 m·s 就意味着包含中等或者强湍流， 这两种不同强度风暴的湍流情况。
文中采用 Doviak（2013）的观点， 以 5 m·s 的谱宽 4. 1 2019年5月10日超级单体风暴
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为界限， 重点关注出现中等或以上强度湍流的区 18:18 是 2019 年 5 月 10 日超级单体风暴中切变
域， 谱宽低于5 m·s 区域认为湍流较弱不是本文关 强度最大的阶段， 图 1 给出了 0. 5°仰角雷达反射率
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注重点。 因子（Z）、 3. 3°仰角多普勒速度（V）PPI 图以及雷达
h
反射率因子、 多普勒速度、 谱宽（W）、 差分反射率
3 天气背景
因子（Z ）、 相关系数（CC）、 差分相移率（K ）的剖
DR
DP
2019 年 5 月 10 日下午受高空槽、 低涡、 地面辐 面图。图 1（a）显示两个强单体回波合并发展成为
合线等共同影响， 山东产生了深厚湿对流超级单体 超级单体， 在距离雷达 53. 3 km、 195. 3°径向、 距离
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风暴， 造成多地降雹大小超过 2 cm； 2021 年 7 月 9 地面约 3. 2 km 处出现强切变 19×10 s ， 最大旋转
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日下午山东自北向南出现强对流天气， 造成地面大 速度达到 18 m·s 左右［图 1（b）］， 属于中等强度的
风以及冰雹灾害， 章丘出现超过 5 cm 的强降雹。5 中气旋（Andra， 1997）。超级单体风暴先是向东偏
月 10 日 08:00（北京时， 下同）山东大部分地区处于 北一点移动， 然后 1 个体扫后基本往东南方向移
冷涡底部高空槽前位置， 受西南气流控制， 章丘探 动， 在中气旋［图 1（a）， 蓝色圆圈］的东南侧形成入
空 资 料 显 示（表 1）， 08: 00 0 ℃ 等 温 线 2. 9 km， 流区弱回波。沿着图 1（a）黑色实线经过中气旋做
-20 ℃层高度为 5. 9 km， 850 hPa 与 500 hPa 温差较 剖面， 可以看到有界弱回波区（Bounded weak echo
大（ΔT， 30 ℃左右）， 风向随高度由南风转为偏西 region， BWER）超过 0 ℃等温线 2 km［图 1（c）］， 图
风， 0~6 km具有中等强度垂直风切变（W ）， 订正后 1（d）黑色箭头显示强上升气流从地面上冲到 10 km
sr
的对流有效位能（CAPE）具有中等强度， 15:00 平阴 以上， 基本变成竖直的了， 此时回波顶移过低层反
至肥城一带的 CAPE 在 1600~1800 J·kg 。7 月 9 日 射率因子的高梯度区而位于 BWER上面， 这与李柏
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08:00 山东处于冷涡底部， 也受槽前西南气流控 （2011）的观察结果一致。图 1（c）中接地的 60 dBZ
制， 章丘 08:00 探空资料显示（表 1）， 0 ℃等温线为 以上的强回波指示了降雹地点， 因为环境气流的影
4. 3 km， -20 ℃层高度为7. 4 km， 850 hPa与500 hPa 响使得 0. 5°仰角速度主要以水平风速分量为主， 而
温差也较大， 风向随高度由东南风转为西风， 0~ 垂直分量较小， 导致向下降落的降雹速度为正。
6 km 具有强垂直风切变， 14:00 订正后章丘达到强 可以看到风暴中［图1（e）］大面积谱宽主要大小
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CAPE 值 4550. 5 J·kg 。两次过程的天气形势和环 为3 m·s 左右， 谱宽增大到5 m·s 以上的区域主要
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境参数都利于对流风暴的产生， 而且湿球 0 ℃层高 有3个， 分别用A、 B、 C表示。A区在10~18 km高度
左右， 此处回波受到避雷针影响呈现出旁瓣回波的特
表1 两次强对流天气过程中章丘探空资料
征， 使得CC明显减小低至0. 5以下［图1（g）］， Z 明
DR
Table 1 The sounding data of Zhangqiu in two severe
显增大最高达 7. 8 dB ［图 1（f）］； 可以看到在 A区底
convective weather
部位置10 km高度以下有CC为0. 85左右的区域［图1
0 ℃， -10 ℃， CAPE W sr ΔT （g）］， 其回波强度在15 dBZ以上［图1（c）］， 可以看做
日期
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-20 ℃层/km / （J·kg ） / （m·s ） /℃ -1
风暴的顶部， 其谱宽超过了 5 m·s ［图 2（d）］， 意味
2019-05-10 2. 9， 4. 4， 5. 9 1200~2460 * 13. 9 30 着也存在较强的湍流。B 区谱宽增大至 7~8 m·s -1
2021-07-09 4. 3， 6. 0， 7. 4 4550. 5 * 19. 5 30 ［图 1（e）］， 回波强度在 35 dBZ以上［图 1（c）］， 基本
*表示订正后的CAPE数据 位于上升气流经过的地方， 并在6 km高度左右正负