一次超级单体的雷达回波分析

一次超级单体的雷达回波分析

摘要针对2009年4月14日黔西南州发生的的对流活动，研究超级单体发生的气象条件，总结弱降水超级单体的回波结构和中气旋结构特征。分析弱降水超级单体的一些环境气象条件，发现雷达回波的 VIL 大值区对大冰雹的预报有很好的指示性，同时由于VIL大值维持较长时间，表现出超级单体的准稳定状态是判断超级单体出现的一个依据。

关键词超级单体；雷达回波；弱中气旋；贵州黔西南州

超级单体带来的损失远远大于一般对流风暴所产生的灾害，因而是气象学家重视和研究的重要内容，其总是伴随着一个持久深厚的中气旋[1]，是所有对流性风暴中最强的风暴单体，常产生龙卷、灾害性大风、大冰雹、暴雨等强烈天气现象[2-3]。近几年来，许多学者对超级单体进行研究。刘治国等[4]研究青藏高原东北侧雹云单体最大垂直累积液态启水量的演变特征；刁秀广等[4]研究三次超级单体风暴雷达产品特征及气流结构差异性，表明降雹的对流单体常会出现高VIL值；俞小鼎等[5]研究一次伴随龙卷的超级单体回波形态结构及其可能产生机制，以及在强降雨超级单体中的中气旋结构及形成机制。

黔西南州位于青藏高原东南侧斜坡地带，2009年4月14日傍晚，当地在热低压的控制下，水汽条件并不充沛，而且也无冷空气影响，但出现一次强雹暴天气，波及范围包括黔西南州兴义市、兴仁县和安龙县，其中，兴义市和安龙县境内分别发生20、40 mm的大冰雹和局地大风天气。黔西南州此次发生的雹暴天气是以大冰雹和局地大风为主，尤其是大冰雹对春播农作物造成严重的损失。该文对此次超级单体的气象条件和雷达回波结构进行分析，以期掌握和了解超级单体发生发展的气象条件和外部特征，促进强对流天气预报的发展。

1大气环流背景

1.1地面形势

2009年4月14日8：00地面图显示，青藏高原至云南省和黔西南州区域主要受热低压影响，高原上的热低压强度强，显示未来地面增温将会很强烈。在对流发生前，位于高原东南侧的黔西南州为晴热少云天气，地面加热强烈，与500 hPa高空的偏西北气流配合，易形成上冷下暖的不稳定层结，有利于对流天气的发展，下午8个气象站最高气温达到24 ℃（晴隆）~32 ℃（望谟）。由于云贵高原太阳辐射加热，加上山区气流摩擦辐合作用，下午地面热低压继续加强发展，4月14日14：00、17：00地面云南贵州及其交界处的黔西南州均有明显的3 h负变压。低层的辐合作用在增强，有利于上升运动的发展及对流天气的出现[6]。对流发生附近，有一个相对的干区和湿区。

1.2高空环流形势

2009年4月14日8：00中高纬度上，欧亚地区500 hPa高空为两槽一脊的形势。乌拉尔山到欧洲大陆一带为一低涡，高压脊控制巴尔克斯湖到贝加尔湖，青藏高原中部到西南地区受偏西北气流影响。高空急流的存在是一个有利于对流发生的条件，200 hPa高空云南至广西、广东一带20~25 °N有一条高空急流，此急流轴位置较为偏南，轴中心最大风速为 64 m/s，加强了低纬高原地区即黔西南州和云南一带上空的高空辐散，700 hPa高空云南省中部有一个中尺度小槽缓慢东移，至4月14日20：00略有加深。小槽加强的原因：一方面是槽从高原向山下沉时会加深，另一方面是和地面辐合作用及正好位于云南至广西一带上空的高空急流抽吸作用有关。由于小槽的触发作用，在云贵交界处产生块状对流回波，之后回波向东南方向移向黔西南州，移动过程中受较强垂直风切变的作用及低层热低压产生的辐合效应，使回波加强为超级单体。低层850 hPa西南地区受弱脊影响，低层无低空急流，并无十分有利的水汽条件，是该次雹暴过程降雨量小的原因。

1.3对流不稳定条件

强对流一般在不稳定的大气层结发生，T-logP图是分析大气稳定度的重要工具，黔西南州境内没有探空站，因而从其附近挑选4个离对流发生处最近的探空站进行分析，分别是对流发生地以西的昆明站、东北的贵阳站、西北的威宁站和西南的百色站。分析垂直风廓线，4 个探空站的垂直风切变都比较强。以贵阳探空站的风廓线为例，低层850 hPa 高空为偏西南风4 m/s，700 hPa高空为偏北风4 m/s，风向切变大，风随着高度顺转有暖平流，至500、400 hPa高空转为西北风12 m/s和西西北风18 m/s，到200 hPa风速增大至偏西风62 m/s，风速迅速增大，风速切变大，风随高度逆转有冷平流。风廓线特征及冷暖平流特征为有利于对流发展的潜势。除昆明站外，贵阳站、威宁站和百色站的低层有一薄逆温层，阻碍热量及水汽的垂直交换，使低层变得更暖更湿，高层相对变得更冷更干，由于其贮藏不稳定能量，因而有利于发生强对流。另外，分析探空曲线，表明中高层干冷空气对雹暴移动时加强下沉气流产生地面大风有重要影响。

2雹暴的雷达回波分析

2.1雷达回波演变

黔西南州大多数对流性风暴都发生在中午至夜间，以午后至傍晚发生的频率最高。此次的雹暴天气也不例外，大冰雹降落时段在18：30—19：20，14：00左右开始生成分散积状云回波，18：30发展强盛，是多单体对流云带中的一个单体发展成为超级单体造成的。2009年4月14日14：00左右云南省东部富源县和贵州省盘县附近生成一些分散的块状积状云对流回波，回波移动缓慢，至 15：12几乎还在源地，但有新生回波单体加入，并逐渐合并成一长条状回波带，回波带长90 km左右，宽10 km。从回波带的生成源地来看，与700 hPa高空的小槽和地面的干湿相对位置有关。15：12—16：00，多单体回波带向东南方向移动缓慢但不断加强，带状回波中有3个发展较强的单体，1 h左右最大回波强度从42 dbz增强至 55 dbz。回波带中几个积云对流单体发展成较为独立的强风暴单体，17：00回波带逐渐发展成多单体风暴，其中位于回波带右端的一个强对

流单体造成黔西南州兴仁县内有几亳米的小冰雹，而在回波带最左端的另一个强风暴单体，在向东南方移向黔西南州的过程中不断加强，最后分别在 18：20、19：15 造成兴义市和安龙县境内20、40 mm 的大冰雹。从反射率因子强度图上看出，左端的强风暴单体在16：00左右从盘县附近向东南方向移向黔西南州时不断加强，16：00—17：00最大回波强度从 50 dbz 增强至 59 dbz。17：00—18：00，最大回波强度维持在60~69 dbz。17：00风暴低层入流处回波梯度强，45 dbz 以上强回波中心面积增大，出现弱回波区，表现出超级单体的一些特征。17：33回波低层梯度非常强，并向南伸出突出物，剖面图上有明显的有界弱回波区。18：00以后突出物很明显，低层入流处梯度非常大，入流缺口显现出来，有界弱回波区也表现得较为突出。18：30—19：00 强风暴低层表现明显的勾状回波特征，并可分辨出前侧和后侧入流缺口，前后侧入流缺口是超级单体的特征之一。速度图上19：00左右出现中气旋，中气旋维持3个体扫左右的时间，是一个弱中气旋。从回波低层出现强反射率因子梯度、弱回波区、有界弱回波、前后入流缺口、勾状回波和弱中气旋等超级单体特征，维持3~4 h。回波在 20：00左右移至广西地区时仍保持 60 dbz 的回波强度。