微超级单体雷暴的中气旋特征（摘译）

　　部分第一代组网雷达的前期观测，揭示出“矮顶”或“微”超级单体的一些有意义的特征。认为这些超级单体的水平和垂直尺度都明显地小于大平原区域常见的那些超级单体。模式研究表明：微超级单体的的确确具有大平原型一样的属性（当然更小）。这些属性包括钩状回波、弱回波区、有界弱回波区和中气旋。与研究较多的平原区域中气旋相比，这种中气旋的旋转速度和直径显得更小，深度范围也更窄。
　　在国家天气局的龙卷警报发布决策中，准确估计中气旋的强度标准仍然是最关键的因素。由于大部分的中气旋并不产生龙卷，预报员面临的问题是：中气旋的核心强度达到什么级别时方可发布龙卷警报？
　　通过研究奥克拉荷马地区具有中气旋的风暴，建立了一些识别标准，包括切变、持续时间和垂直尺度。发布警报（强对流风暴和龙卷）的指标可通过评估中气旋强度综合图给出(图1)。这个综合图仅定义旋转速度为距离的函数，并假定直径3.5 nm（6.4 km）和中间距离的速度值使用它的计算式。
　　本研究将利用操作技术支持部（OSF）过去几年研究过的WSR-88D数据，检验16个微超级单体中伴随龙卷的中气旋特征。本研究的具体目标是揭示什么特征对微超级单体中龙卷的预报最实用。
1　数据分析
文中选用的16个个例数据集来源于8个不同的雷达站，都具有伴随强度F0～F3龙卷的中气旋。风暴母体的顶高一般为25～30 kft（7.5～9.2 km），且大部分出现在雷达站附近，平均距离雷达<30 nm (56 km)，因此抽样考虑不是问题。为了评估中气旋演变过程中的特征变化趋势，通过测算每个个例的龙卷及地前5次至及地后1次体扫的中气旋相关参数。每一个例都被临时分解，再把所有至少部分数据包含某参数的体扫测得的该参数值进行平均。这些参数包括低层中气旋直径、低层旋转速度、最大旋转速度、最大切变、最大旋转速度高度和最大切变高度。

图2 16个微超单体个例的底层中气旋直径

２　结果
　　T-5至T+1时次的低层中气旋直径的变化趋势显示：从T-5时次的2.4 nm（4.4 km）骤减到T-4时次的1.7 nm（3.1 km），但直到龙卷及地后低层中气旋直径才又出现明显的减少（图2）。有一点必须指出：微超级单体中气旋的平均底层直径（1.5 nm）小于操作技术支持部（OSF）中尺度识别指标综合图中假定的3.5 nm（6.4 km)。
　　从图3可见，从T-5到T-3时次，平均中气旋底高（中气旋环流的最低高度）由6.5 kft (2 km) 减至4.5 kft (1.4 km)。接下来到T+1时次一直缓慢地减少。
　　图4表明：16个微超级单体中气旋个例T-5至T+1时次的平均底层旋转速度（Vr）值，从T-3时次的20.8 kt (10.7 ms-1)增加到T时次（龙卷及地时间）的峰值24.8 kt（12.8 ms-1）。
　　图5显示了16个个例的平均最大Vr（所有层）值从T-3时次的28.4 kt (14.6ms-1 )增至T-1时次的32.7 kt（16.9 ms-1）。有一点值得注意：最大Vr的峰值出现在T-1时次，之后便急剧减小。还有一点也很有意思：最大Vr值的范围减到了操作技术支持部（OSF）标准中气旋强度综合图（图1）的最弱中气旋范围。
　　由图6可见，平均最大Vr高度从T-5时次的9.3 kft ( 2.8 km)平缓地减到T-2时次的5.8 kft(1.8 km)。最小值5.5 kft (1.7 km)出现在龙卷及地时间。注意到距离雷达23 nm（T时间中气旋的平均距离），雷达波束的最低高度角的中心线大约为2 kft。因此这些雷达数据的中气旋特征取样是恰当的。
　　图7给出了这组微超级单体中气旋的平均最大切变的变化趋势：最大切变的峰值（15×10-3 S-1）正好与龙卷及地同时发生。从T-5到T时次，旋转速度增加，中气旋直径缩小，而最大切变值则翻了１倍。但龙卷及地后，最大切变值便开始急剧减小。
　　图8是1６个微超级单体中气旋的平均最大切变高度值，从T-5到T-4时次迅速地从9 kft (2.7 km)降至6 kft (1.8 km)，之后几乎保持不变，只是在龙卷及地时间稍有增加，加大到7.1 kft (2.2 km)，接着减少至T+1时次的5 kft (1.5 km)。
　　由２种算法求出的显示中气旋深度的图表中，其值在9.6 kft (2.9 km)与7.9 kft (2.4 km)之间无规律地变化，难以作为对龙卷及地时间有预报意义的先兆特征。

图8 16个微超级单体个例的最大切变高度

３　结语
    作为龙卷预报因子，所测试的大部分微超级单体中气旋特征都表现出一定的实用性。在这16个个例中，与龙卷及地时间相关性最好的特征是最大切变。从龙卷及地时间前5个体扫到龙卷及地时间前1个体扫的大约24 min里，其大小翻了1倍。在这期间，最大切变的平均高度从约9 kft (2.7 km) 降至约7 kft (2.1 km)。这可能预示着：一定环境中的龙卷，可能在底层还没有探测到最强切变的时候就已生成。
　　正如所料，中气旋底高的减小是龙卷生成的先兆特征。另外，从T-5到接近龙卷及地时间，低层旋转速度和最大旋转速度都表现出明显的增大。最大Vr和底层Vr降至操作技术支持部（OSF）标准中气旋强度综合图的最弱中气旋范畴。因此，在可能存在微超级单体的环境，这个范畴的中气旋可用来确定龙卷警报。中气旋最大Vr的高度平缓地从9 kft （3.1 km）减至龙卷及地时间的5.5 kft（1.9 km），表明这个参数也可作为龙卷可能生成的先兆特征。
    最大切变高度和最大Vr经常位于雷达的最低仰角层之上，因此低层中气旋直径作为先兆特征不太好用。中气旋深度预示龙卷生成也不具有很好的操作性。然而显然，平均深度明显地小于奥克拉荷马地区伴随龙卷的中气旋的识别研究中给出的尺度—10 kft（3.0 km）。
    实时评估１个强对流风暴的这些特征值的变化趋势，可为业务人员提供必要的信息。结合分析所有可利用的数据，可提供一种更完善、更准确的警报探测方法。

江西省环境预报中心郭艳译
江西省环境预报中心魏丽校