多普勒天气雷达原理与应用5- 多普勒雷暴的分类及其雷达回波的基本特征

典型强飑线
线状多单体对流风暴（飑线？）
飑线的三种类型（Parker 2000）
飑线的几种形成方式
中尺度对流系统


最初从卫星红外云图定义 后来有人给出具体定义（对流起源降水尺度 100km以上） 从雷达回波看往往是多个雷暴的集合
中尺度对流系统例子（美国）
基于雷达回波的对中尺度 对流系统的分类
2004年4月11日18:41江西南昌SA雷达观测到的超级单体
9 July 2007 Hebei
Splitting supercell storms produced 50 mm hail
CAPE: 2540
0-6km Shear: 24m/s
Proximity Sounding: 20:00 9 July 2007 Xingtai
Reflectivity
Radial Velocity
16:19
0.5 deg elevation
Hook echo
16:30
16:30
1.5 deg elevation
Mesocyclone
长沙（上）和常德（下）雷达径向速度图
2006年7月12日山西阳泉超级单体雹暴 (石家庄雷达）
2007年3月30日18:35青岛SA雷达观测到的超级单体风暴
BJ SJ JN YC HF CD
Frequency ( events/year/105 km2) 1.5
1.6 2.1 1.8 1.8 1.7
During a supercell event, the number of supercell storms ranges from 1 to 12.
Characteristics of Environmental Conditions
CAPE distribution among 224 supercell events
(Risk of underestimation is high)
0-6km vertical wind shear distribution among 224 supercell events
Characteristics of Radar Echoes
中气旋模拟图及实例
中气旋模型 --
蓝金组合涡旋
对于识别中气旋，最好使用风暴相对速度图（右）而 不是基速度图（左）。
超级单体风暴的分类

经典超级单体风暴 强降水超级单体风暴 弱降水超级单体风暴
经典超级单体
Classic Supercells
Is this really “classic”?
2007年7月9日16:24石家庄雷达观测到的分裂超级单体风暴
16:48 9 July 2007, Hebei, right-moving and left-moving couple, 4cm hail
18:18 9 July 2007, Hebei, anti-mesocyclone, 5cm Hail

Persists longer than it would take for hydrometeors above the WER to fall to ground
After Lemon, 1980
Variation of hook Echoes
经典超级单体风暴
经典超级单体风暴
CL supercell - front flank
中气旋 超级单体风暴的分类
中气旋定义
中气旋是指尺度小于10km的涡旋，满足或超过 一定的旋转（切变） 、垂直伸展和持续性判据。
定义1：垂直涡度大于等于10-2s-1，垂直伸展超 过风暴垂直尺度的1/3，持续2个体扫。 定义2：将中气旋分为弱、中、强三个等级， 旋转速度的要求如图所示，其他要求同上。
不同尺寸的经典超级单体例子
强降水超级单体
HP Supercell
© 1996 C. Doswell
High-Precipitation (HP) Supercells



Lower mid-level and anvil-relative flow. Interactions with other storms – “seeding”, more storms can occur with weak caps. Typically associated with weaker tornadoes, but can produce significant tornadoes. More of a severe wind, hail, and flash flooding threat.
(local time)
Six Radar sites with relative long period (over 5 years) radar records
Supercell storm events occurring frequency around six radar sites
Site
CR的演变
回波中空发展
此时确 认回波 发展！
回波合并 加强！
辐合辐散的变化
辐合气流为主！
辐散气流 为主！
出流 边界
自动站测得的阵风平面分布图
辐合辐散的变化
0.5°仰角反射率因子演变
下击暴 流的环 状出流 边界
MODIS 500m
20030802 1300
中气旋与超级单体风暴

垂直风切变、对流有效位能和风暴类型
垂直风切变 在决定风暴类型方面更重要
对流风暴的将演化成什么形态？ 线性结构还是孤立多单体团状结构？



形状触发系统的强度和移动速度 相对边界的风暴承载层平均风垂直于边界分量 的大小 垂直风切变矢量垂直于边界分量的大小 其他未知因素
Comparison of cloud top for Jarrel, Texas, tornadic storm with GOES on left and AVHRR on right.
One minute interval GOES imagery
Viewing Perspective, in part determines what we see
© 1999 C. Doswell
CL supercell - rear flank
A supercell storm
a
b
20050531 北京超级单体风暴
2002年5月27日16:55安徽超级单体风暴
2002年5月27日16:55安徽超级单体风暴
Tornadic Supercell Storm June 10, 2002 - Kansas
强降水超级单体例子2
强降水超级单体例子2
宽广的钩状、逗点状和螺旋状的回波表明强降水包裹 着中气旋。 前侧V型槽口回波表明强的入流气流进入上升气流（ 低层WER或BWER位置之上）。 后侧V型槽口回波表明强的下沉气流，并有可能引起 破坏性大风（可能的后侧下沉气流或后侧入流急流）。 与强降水（HP）超级单体风暴相伴随的强天气有破坏 性大风、各种级别的龙卷、冰雹、下击暴流和暴洪等。
第一个台风螺旋雨带内微型超级单体演变过
Mini Supercell View: Two Different Radars
WSR-88D VIEW
C-Band Hi Res
Low-topped but NOT mini
KEVX Eglin FL 4 Oct 1995
Low-topped and mini
中国超级单体风暴
Spatial Distribution
2002-2009 reported supercell storms in China
(224 events: incomplete)
Supercell diurnal variability among the 224 events
2003年8月2日上海脉冲风暴下击暴流

副高控制，高温热对流


Tg=38.2(39.6), K=27, SI=2.9 , CAPE=2400 最大测得阵风24.7m/s, 风向西南偏西, 12：56 13:00-14:00 34.2mm/h


CR的演变和ET的演变 风速平面图 两个自动站的要素变化图 中空发展 辐合辐散的变化
一种新的对流风暴分类方式（未被广泛接受）
对雷暴类型、组织形态和强弱的估计



是否会出现深厚湿对流？---- 考虑三要素 什么形态 – 普通雷暴、多单体强风暴还是超级 单体？---- 考虑对流有效位能CAPE和垂直风 切变 进一步的组织结构 – 团状多单体、孤立超级单 体还是飑线？ 如果是强对流风暴，具体会产生哪些强对流天 气？ ---- 大冰雹、雷暴大风、龙卷、对流暴雨
多单体风暴的风暴平流、传播和风暴运动的关系示意图
风暴中的对流单体沿平均风方向向东北平移（V），风暴总体的运动方向（C）向东， 因为新生单体周期性地出现于风暴的南侧（P）。
当环境为强气流控制时，风 暴运动主要取决于平流， 而当环境气流较弱时，风暴 运动主要取决于传播。
脉冲风暴
普通风暴和脉冲强风暴垂直剖面演变的对比
强 降 水 超 级 单 体 风 暴 两 种 不 同 的 演 变 模 型
弱降水超级单体
LP Supercell - front flank
Eric Nguyen （1978-2007）
Very mini-supercells (in Oklahoma!)
20070818 20:15 - 24:00 程
MuБайду номын сангаасticell “Cluster”

多单体风暴的演变
Conceptual Model Time Sequence Adapted from Doswell (1985)
A dissipating multicell storm
© 1996 C. Doswell
多单体强风暴
多单体风暴回波移动
Classic Supercells
Supercell airflow model
Lemon & Doswell, 1979
SUPERCELL

The WER Is the region of weak echo beneath the sloping echo overhang (> 45 dBZ)
KMLB Melbourne FL 11 Nov 94
One minute visible imagery of severe storms. Note the cumulus in the warm sector: this appearance is typical of cumulus capped by an inversion layer. The other capping layer is the tropopause: note the overshooting tops and long plumes of downstream cirrus above the anvil (typical for a long lived super-cell).
Supercell duration distribution
最大反射率因子
Supercell rotation velocity Distribution
中气旋直径 平均6.2km
线状多单体风暴（飑线）
飑线
2005年5月1日13:10福建飑线 MODIS云图 （500m分辨率）
2005年5月1日14:00地面观测
雷暴的分类及其雷达回波特征
俞小鼎 2011年11月
雷暴的分类（根据Browning 1976）

普通单体与超级单体 单单体风暴、多单体风暴、超级单体风暴、 线状多单体风暴（飑线）
雷暴单体生命史三阶段
单单体风暴 ？
多单体风暴
高度组织化的多单体强风暴（Alan Moller摄）
多单体风暴（1999年5月20日美国德州）
多单体风暴回波移动是平流和传播的合成
风暴的平流
由于风暴由流动的气流组成，因此，风暴具 有平流运动，其中单个风暴单体是随着风暴承载 层 （对流层中层）的平均风方向而平流的。
风暴的传播
风暴的传播是指在风暴某侧由新生单体所引 发的风暴运动。传播常常为新上升气流发展的方 向。 多单体风暴的传播是不连续的，即新生单体 以一系列离散过程周期性地发展。 超级单体风暴的传播可视为连续的（或者可 以认为上升气流泡连续脉动)。