Page 151 - 《高原气象》2023年第1期
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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 147
域（高度 6~10 km， 距离 70 km左右）谱宽 8~16 m·s -1 置， 高度 6 km 左右的区域（距离 74 km 左右）具有
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［图 4（c）］， 最高高度超过 0 ℃等温线近 6 km， 处在 0. 75 （°）·km 左右的 K ， 有丰富的液态水和湿冰
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左侧上升气流和下沉气流交汇的地方， 其回波强度 雹存在， CC 在 0. 95左右， Z 在 0 dB 附近。通过对
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超过 25 dBZ［图 4（a）］， 相关系数低至 0. 85［图 4 照谱宽大小和上升气流的路径可以看出， 在 0 ℃等
（e）］， K 在 0 （°）·km 左右， 因此存在被上升气流 温线以上强上升气流路径上， Z 柱左侧及右侧边
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带 来 的 稀 疏 大 雨 滴 以 及 霰 粒 子 。 Kumjian et al 沿以及附近的 K 大值区可存在中等及以上强度的
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（2010）的研究也表明， 由于上升气流中存在大量液 湍流， 而且沿着上升气流和下降气流之间的谱宽更
态水， 在上升气流边缘下落的霰或冰雹将经历湿增 大， 研究发现大的湍流耗散率通常出现在上升气流
长， 霰在融化层之上中层有界弱回波附近的区域， 和下降气流之间（Doviak， 2013）， 也说明速度切变
是降雹超级单体风暴中雹胚来源之一（潘佳文等， 的地方湍流最强。
2020b）。因此， 在 Z 柱中谱宽剧烈增大的区域主 5 结论
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要处在正负速度交界的地方［图 4（b）］， 意味着强湍
流以及大的湍流耗散率的存在。超级单体的有界弱 本文探讨了济南雷达探测到的 2次强降雹超级
回波区（BWER， 高度5 km 左右、 距离70 km处）［图 单体风暴湍流变化的双偏振参数特征， 通过关注多
4（a）］具有中等谱宽［图 4（c）， 5~7 m·s ］， 紧靠 Z DR 普勒速度谱宽的变化， 揭示了湍流增大区域及湍流
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柱的左侧， 李柏（2011）认为 BWER是包含云粒子但 强度与气流结构的关系。主要结论如下：
是不包含降水粒子的强上升气流区， K 很小意味 （1） 阵风锋中心地带的谱宽增大并不是很明
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着存在稀疏的过冷水， 其中回波强度小于 15 dBZ 显， 阵风锋后侧边沿速度扰动较强的地方具有大谱
的 Z 可超过 3 dB［图 4（d）］， CC 较低［0. 85~0. 97， 宽， 意味着局地湍流可能较强， 当阵风锋后向扩散
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图4（e）］， 意味着混合相粒子的存在。 的气流触发新单体成为入流时， 入流区缺口外的入
另外一个谱宽增大的地方是在 10 km 以上的地 流路径上以及与强上升气流相联系的有界弱回波
方［图 4（c）］， 属于风暴的上部， 右侧上升气流已超 区内也存在中等强度的谱宽， 指示了较强湍流存在
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过 30 m·s ， Lee（1977）、 Doviak（2013）发现惯性副 的可能。
区的外尺度在风暴的上半部分最大， 那里气流的垂 （2） 强中气旋超级单体的 Z 柱紧靠上升气流
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直速度通常最大并且湍流强度最强， 惯性副区是指 强中心， 在正负速度交界的地方具有超过8 m·s 谱
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动能由大尺度涡旋向较小尺度涡旋传递时存在的 宽， 主要位于 Z 柱上部边沿， 高度超过 0 ℃等温线
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区域， 主要是局地同性的。从图 4（c）可以看到， 左 近 6 km 的区域， 最强谱宽达到 16 m·s ， 相关系数
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侧下沉气流部分具有 8~17. 5 m·s 谱宽， 比右侧上 低至 0. 85， K 在 0 （°）·km 左右， 是上升气流带来
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升气流区谱宽更大， 这意味着下沉气流区具有更强 的大雨滴与霰粒子混合造成的， Z 柱上部右侧靠
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烈的湍流， 这个现象与 Lee（1977）的研究结果相符 近强回波核心速度切变的地方具有超过 11 m·s 的
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合。Doviak（2013）认为位于上升气流边缘的谱宽稍 强谱宽， 回波强度超过 45 dBZ， 相关系数在 0. 96左
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小于靠近下降气流地方的谱宽， 说明此处湍流有可 右， K 超过 0. 5 （°）·km ， 说明存在小冰雹以及霰
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能是垂直风的水平切变产生的。还有一个明显的 粒子和较多大雨滴。6 km 左右的大谱宽区域位于
现象， 左侧风暴高层大谱宽区正处在有界弱回波上 K 大值区， 有丰富的液态水和湿冰雹存在， CC 在
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面， 中气旋在靠近有界弱回波的位置， 因此可以理 0. 95 左右， Z 在 0 dB 附近。这些强湍流区域指示
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解为中气旋搅动大气到达云顶形成强湍流。10 km 了大动量的传输位置。中等强度中气旋的超级单体
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高度以上云顶端 CC 在 0. 9~0. 99［图 4（e）］， 整体左 上升气流经过的地方， 谱宽可增大到 5 m·s 以上，
侧 Z 稍高一点［图 4（d）］， K 为负值［图 4（f）］， 说 意味着这些区域存在中等或者以上强度的湍流。
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明此处存在霰粒子和冰晶粒子， 右侧则主要是上升 （3） 在风暴上部具有强上升气流和下沉气流，
气流带来的冰晶粒子， 回波强度比左侧稍弱， K 、 都具有大谱宽， 虽然上升气流更强， 但是下沉气流
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Z 整体在 0 （°）·km 、 0 dB 左右， 有时 Z 出现 区域具有更大谱宽， 强中气旋超级单体风暴下沉气
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-0. 69 dB的低值， 这是因为当针状冰晶长轴在垂直 流区谱宽基本在 8~17. 5 m·s ， 其 Z 稍高于上升气
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面内取向时会造成 Z 为较大负值。可以看到风暴 流的， 并且 K 为负值， 上升气流 K 、 Z 整体在
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上部的大谱宽区延伸到了风暴中层（高度 8 km 左右 0 （°）·km 、 0 dB 左右， 中等强度的风暴上部虽然
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的区域）， 这部分也处在风暴内部速度切变的位 受到污染， 仍然从相关系数 0. 85 左右的区域看到
