超级单体风暴国内外研究现状

一、前言

造成灾害极重的超过5 cm直径的冰雹和F2级以上龙卷的极端强对流天气大部分由对流风暴中的超级单体所产生。超级单体有的是孤立风暴发展而成，有的是多单体风暴发展而成，有的是中尺度对流系统内的风暴发展而成；超级单体中包含有低顶超级单体和微型超级单体；超级单体维持时间多数超过1 h，最短时间为24 min；超级单体风暴过程最大反射率因子强度均超过63 dBz，超级单体风暴最大反射率因子强度在70 dBz以上；超级单体风暴中气旋最大旋转速度24 m/s，最大垂直涡度5.3×10⁻²/s；超级单体低层强度回波特征主要表现为钩状回波、超级单体左前方的“V”字形缺口、风暴主体向着低层入流方向伸出的一个突出物，垂直结构特征表现为有界弱回波或弱回波区；超级单体产生的主要强对流天气有冰雹、大风、龙卷风及暴雨，其中产生冰雹、大风的概率最大。将发展成为超级单体的风暴主要生成时间及源地、风暴的多发性和重复性，以及环境风与超级单体不同阶段移向移速的关系进行探讨，对超级单体的预报有极好的指示作用。

二、国内外研究现状

雷雨大风、冰雹、龙卷均产生于对流风暴，破坏性极大。而造成灾害极重的超过5 cm直径的冰雹和F2级以上龙卷的极端强对流天气大部分由对流风暴中的超级单体所产生，因此作为局地对流风暴发展最猛烈的一种形式——超级单体风暴，一直受到众多气象学家的关注。

超级单体风暴的研究从20世纪50年代开始一直持续至今，随着探测技术的不断提高，研究内容、研究深度也在不断更新，因而其概念模型也在逐步完善中。钩状回波最先被确认为超级单体回波特征，第一个钩状回波由Stout等观测到，但并非所有超级单体都呈现出典型的钩状回波，大多数情况下都是由风暴主体向着低层入流方向伸出的一个突出物。随着研究的深入，弱回波区WER（Weak Echo Region）或有界弱回波区BWER（Bounded Weak Echo Region）被列入超级单体回波特征，Browning等指出超级单体风暴作为一个强烈发展的对流单体的特征除了其准稳定状态外，一个重要的雷达回波特征是存在一个弱回波区或有界弱回波区。后来的观测发现，大多数不含超级单体的强烈多单体风暴也会出现弱回波区甚至有界弱回波区，其与超级单体中的WER特别是BWER的区别在于其持续时间相对较短。Fujita（1973）给出了常见的超级单体钩状回波的5个变种。

20世纪70年代多普勒天气雷达在研究中的运用使得超级单体风暴的旋转特性被充分揭露出来，接下来一系列多普勒雷达观测和数值模拟进一步证明超级单体风暴总是与中气旋相伴随。1978年Browning在一篇综述文章中指出超级单体可重新定义为具有中气旋的对流单体，中气旋的位置与有界弱回波区的位置大致相同。在根据多普勒天气雷达观测和对Browning在1964年提出的超级单体风暴概念模型进行适当修改的基础上，Lemon等于1979年提出了一个修正的超级单体概念模型：明确了前侧和后侧下沉气流及其相应的阵风锋、风暴入流区和上升气流区、中气旋相对于低层高反射率因子区的位置，并指出中气旋在初生阶段是一个旋转的上升气流，成熟阶段的中气旋是由旋转的上升气流与下沉气流共同构成的。此超级单体概念模型至今仍被广泛应用。继Browning（1964）、Lemon和Doswell（1979）给出的经典超级单体概念模型之后，强降水超级单体、弱降水超级单体，以及空间尺度上的“微型”超级单体（Burgess等）和“低顶”超级单体（Murphy and Woods，1992）等概念模型也相继产生并得到公认。Robert利用分布在美国各地的多普勒天气雷达（WSR-88D）收集来的大量探测资料对龙卷中气旋进行研究分析后指出，在5322个满足了较严格的WSR-88D多普勒天气雷达中尺度算法客观标准的探测个例中，只有26%是与龙卷风有关，同时指出一个低空中气旋比中等高度的中气旋更可能与龙卷有关。

在我国，葛润生等（1966）对1964年发生在北京地区的几次降雹过程的雷达回波进行了分析，其中的一个雹暴的结构与超级单体风暴类似。王昂生等研究了若干中国的超级单体风暴。随着中国新一代（多普勒）天气雷达布网工作的逐步展开，新雷达的高灵敏度和测速功能为中国局地强风暴的研究提供了空前良好的条件。郑媛媛和俞小鼎利用安徽合肥的我国首部业务多普勒天气雷达详细分析了一次经典超级单体的雷达回波结构；廖玉芳和俞小鼎利用我国首部SB雷达（常德雷达）观测到的发生在常德一次强对流系列风暴个例的多普勒天气雷达资料分析出了与超级单体相联系的中气旋和龙卷式涡旋特征（TVS）；朱君鉴采用对风暴6次/min CINRAD/SA的立体扫描资料，分析新一代天气雷达探测到的几次冰雹云的空间结构后指出：风暴中存在中尺度气旋；中尺度气旋低层气旋性辐合；中低层纯气旋性旋转；中上层气旋性辐散；高层辐散；在中高层气旋的右后侧紧挨着有一个反中气旋伴随。不少已安装新一代天气雷达的站点观测到了一些超级单体风暴和相应的中气旋的例子。