雷暴探測研究的進展

陳洪濱 朱彥良

中國科學院大氣物理研究所中層大氣和全球環(huán)境探測實驗室，北京 100029

雷暴探測研究的進展

陳洪濱 朱彥良

中國科學院大氣物理研究所中層大氣和全球環(huán)境探測實驗室，北京 100029

雷暴是指伴有雷鳴和閃電的強對流性天氣系統(tǒng)，它一方面是春末和夏季許多地區(qū)主要的降水源，另一方面在全球范圍內(nèi)每年都要造成重大的人員和財產(chǎn)損失，因此是天氣學、氣象學和大氣科學中的重要研究對象。雷暴發(fā)生和發(fā)展機制與條件的研究，雷暴 （潛勢）的數(shù)值天氣預報，雷暴的臨近預報預警，都需要多種技術手段獲取的觀測資料來支撐。過去半個多世紀，國內(nèi)外大氣和氣象科學家開展了一系列雷暴探測研究，中尺度地基加密觀測網(wǎng)的觀測揭示了雷暴單體過境時各種氣要素的變化特征，無線電探空觀測給出了雷暴發(fā)生和發(fā)展有利的熱力與動力學條件，并發(fā)展了一些基于探空資料有預報意義的對流指數(shù)，早期的飛機穿云和繞云探測對了解雷暴及其環(huán)境的溫度和風場結(jié)構(gòu)有很大幫助，地基多普勒天氣雷達已成為探測雷暴尤其是超級單體風暴降水及風場演變的有力工具，衛(wèi)星遙感也在雷暴的監(jiān)測與研究中發(fā)揮越來越大的作用。本文試圖對雷暴探測研究方面的進展進行回顧綜述，以利今后組織開展雷暴綜合觀測試驗研究，進一步增加對雷暴發(fā)生和發(fā)展規(guī)律的認識，進而提高雷暴的預報預警水平。

雷暴 探測 進展

1 引言

雷暴是指伴有雷鳴和閃電的強對流性天氣系統(tǒng)，它產(chǎn)生在強烈的對流云中，常伴有強烈的陣雨或暴雨，時有冰雹、下?lián)舯┝骱妄埦盹L發(fā)生，每年在世界各地造成重大人員和財產(chǎn)損失。因此，雷暴是天氣、氣象學和大氣科學中的重要研究對象。

在天氣學方面，我們對雷暴產(chǎn)生和發(fā)展的條件有了一定的了解 （壽紹文等，2003；孫淑清和高守亭，2005）。強對流天氣發(fā)生發(fā)展一般需要的條件有：位勢不穩(wěn)定層結(jié)、足夠的水汽輻合與供應、強烈上升運動和抬升促發(fā)機制、環(huán)境風場合適的垂直切變以及低空急流的存在。一定的地形或地表覆蓋差異（如陸地—水體分布），對于對流的促發(fā)與發(fā)展也有加強或抑制作用。有關著作中有專門章節(jié)描述孤立對流系統(tǒng)、帶狀對流系統(tǒng)和中尺度對流復合系統(tǒng)的特征及其基本模式，討論影響對流系統(tǒng)發(fā)生和發(fā)展的多種因子，依據(jù)描述大氣對流的理論模式定性論述大氣不穩(wěn)定能量、風垂直切變、云內(nèi)液態(tài)水負荷、夾卷作用、對流云合并及下沉氣流等因子對對流系統(tǒng)發(fā)生和發(fā)展的影響與作用。

由于對流雷暴發(fā)生的地點非常分散、時間尺度短和空間尺度小 （1～10km），使得目前的常規(guī)天氣觀測網(wǎng)難以監(jiān)測大多數(shù)雷暴事件，其預報水平還相當?shù)牡汀?/p>

在過去的半個多世紀中，為了增加對雷暴發(fā)生發(fā)展的條件和機制的科學認識，提高雷暴災害的預報預警水平，國內(nèi)外大氣和氣象科學家開展了一系列雷暴探測研究，包括一些較大規(guī)模的外場綜合觀測試驗。目前，國內(nèi)雷暴的研究主要集中在雷暴的預報預警、雷暴的風場結(jié)構(gòu) （氣流）分析、利用多普勒天氣雷達探測雷暴結(jié)構(gòu)與演變、利用中尺度模式模擬雷暴以及雷暴的電場結(jié)構(gòu)觀測與分析。

本文試圖對國內(nèi)外雷暴探測研究進行回顧綜述，了解探測技術水平和外場試驗的經(jīng)驗，以利于今后組織開展雷暴的綜合觀測試驗研究，進而改進雷暴快速識別、跟蹤和潛勢預報系統(tǒng)，提高雷暴的預報預警水平。

2 國內(nèi)的研究進展

2.1 雷暴的地面常規(guī)觀測

地面氣象臺站有觀測員的雷暴觀測和記錄。許多地區(qū)根據(jù)多年的人工觀測資料，開展了雷暴日的統(tǒng)計分析及其天氣特征研究，對雷暴出現(xiàn)的日變化、季節(jié)變化及其對應的天氣形勢等有了許多認識。部分地區(qū)的統(tǒng)計分析還揭示了雷暴活動與一些氣候變化因子的關系。例如，秦麗等 （2006）利用北京近郊地區(qū)沙河、南苑和西郊3個測站15年（1990～2004年）的觀測資料和常規(guī)探空資料，對北京地區(qū)局地雷暴大風發(fā)生的天氣、氣候特征和日變化特征進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示有利于雷暴大風產(chǎn)生的探空結(jié)構(gòu)為：低層暖濕，中高層有干冷空氣，不穩(wěn)定度較大，風垂直切變較大。陳思蓉等（2009）利用1951～2005年中國743個站點的雷暴和冰雹觀測資料，統(tǒng)計其發(fā)生日數(shù)并分析變化趨勢，結(jié)果表明，中國雷暴和冰雹等強對流天氣發(fā)生的概率分布具有明顯的地理和日變化差異，日間與夜間強對流天氣分布變化很大；中國雷暴發(fā)生頻繁的區(qū)域共有5個，各區(qū)域雷暴日數(shù)存在不同的年際變化特征；50多年來，全國雷暴日數(shù)除青藏高原地區(qū)略有上升外，總體呈下降趨勢。

雷暴過境時本站的氣象要素 （氣壓、溫度、風速、風向、降水等）都會有明顯的變化。肖穩(wěn)安和周詠梅 （1993）利用上海地區(qū)的地面站網(wǎng)觀測資料，分析了1983年和1985年三次暴雨和龍卷天氣過程中地面氣象要素和物理量場的變化，為暴雨和強對流天氣預報提供了一些先兆特征。目前，我國許多省市布設了非常密集的自動氣象站網(wǎng)，這對于雷暴大風的天氣監(jiān)測與預警有一定的幫助。徐亞欽等 （2011）利用多普勒雷達和經(jīng)過質(zhì)量控制的地面加密自動站資料，選取浙江寧波地區(qū)比較典型的10次強對流天氣過程，統(tǒng)計分析了逐時地面輻合場、累計雨量及與雷達回波之間的相互對應情況，結(jié)果表明：雷達回波前沿的地面中尺度輻合區(qū)域與未來回波的發(fā)生發(fā)展有著密切的關系，同時對主回波未來的走向和形狀也有較大的影響。

2.2 探空觀測

從探空資料能夠計算分析雷暴發(fā)生發(fā)展需要的不穩(wěn)定層結(jié)和垂直風切變，在雷暴 （潛勢）單站預報中，經(jīng)常利用探空資料計算得到多種物理量或指數(shù)，如有效對流位能 （CAPE）、對流抑制能量（CIN）、抬升指數(shù) （LI）、深對流指數(shù) （DCI）和強天氣威脅指數(shù)。例如，王笑芳和丁一匯 （1994）基于北京地區(qū)冰雹落區(qū)與中尺度天氣系統(tǒng)、散度場、渦度場、地面總能量場及相對濕度分布的關系的分析，研究了利用北京08時 （北京時間，下同）單站探空資料預報強對流天氣有無及強度的判斷樹方法，為強對流天氣的短時預報提供了有應用價值的思路和方法。

樓茂園和沈明玉 （1994）報道，1991年4月9日19時杭州探空站釋放的探空氣球進入了超單體雷暴內(nèi)部，出現(xiàn)了氣球超速上升和下降。第一只氣球5分鐘就到達了500hPa高度 （一般只能到達850hPa上下），重放的第二只氣球16分鐘到達260hPa的高度，接著迅速下降，6分鐘之后信號消失。經(jīng)與雷達資料對比發(fā)現(xiàn)，該單體的最大上升速度不在氣球所經(jīng)之處，計算得到氣球超速為10.4 m／s。第二次探空氣球的軌跡為反氣旋彎曲的軌跡。這是國內(nèi)為數(shù)不多的探空進入雷暴獲得其風場測量的研究報道。

張義軍等 （1995）通過對不同云系電活動、對流及降水特性相關性的研究表明，一般對流云系都具有較大的層結(jié)不穩(wěn)定能量，CAPE越大雷暴發(fā)展較強，最大云頂高度也高，雷電活動強烈。但是有時弱雷暴發(fā)生的CAPE還高于強雷暴的。

張翠華等 （2005）研究了高原雷暴天氣的大氣層結(jié)，揭示其具有以下特征：整層弱不穩(wěn)定，高度可以伸展到100hPa，整層不穩(wěn)定能量不大，且分布較均勻，能量特別大的不穩(wěn)定層不會出現(xiàn)。近地層相對濕度有一 “逆濕”現(xiàn)象，厚度約1～2km。無論強雷暴天氣還是弱雷暴天氣都具有上述相似層結(jié)。這種層結(jié)易觸發(fā)對流，發(fā)展高度很高，但強度不大，面積較小。

秦麗等 （2006）探討了一些對流參數(shù)，如最佳對流有效位能 （BCAPE）、下沉對流有效位能（DCAPE）、風暴相對螺旋度 （SREH）、大風指數(shù)（WINDEX）、風暴強度指數(shù) （SSI）、深厚對流指數(shù)（DCI）等，對北京地區(qū)強對流天氣發(fā)展?jié)搫莸闹甘疽饬x。

2.3 多普勒天氣雷達探測雷暴結(jié)構(gòu)及特征

多普勒天氣雷達是觀測雷暴結(jié)構(gòu)與演變的一種有效技術，采用其風垂直分布產(chǎn)品 （VWP）、垂直累積液水含量 （VIL）及回波高度和強度聯(lián)合分析，可幫助區(qū)分一般性降水、雷暴降水和雹暴。自本世紀初，我國許多氣象臺站裝備了新一代多普勒天氣雷達，利用多普勒雷達資料開展雷暴研究的工作有許多，主要關注最大反射率因子強度、超級單體風暴中氣旋最大旋轉(zhuǎn)速度、最大垂直渦度、雷暴單體低層強度回波特征、雷暴單體維持時間以及雷達回波發(fā)展演變過程等。張培昌等 （2001）在《雷達氣象學》一書中，系統(tǒng)地描述了由天氣雷達探測得到的一般雷暴、多單體雷暴、超級單體雷暴、中尺度對流系統(tǒng) （MCS）、中尺度對流復合系統(tǒng) （MCC）的氣流和降水結(jié)構(gòu)及其主要雷達回波特征，其中專門有一章介紹多普勒雷達對強風暴的探測，還給出了探測實例。俞小鼎等 （2005）和許煥斌等 （2006）的著作中，系統(tǒng)地介紹了對流風暴及其雷達回波特征、天氣雷達對災害性對流天氣的探測及在預警預報和防雹增雨業(yè)務中的作用。

葛潤生等 （1998）使用一部多普勒天氣雷達對1995年6月22日北京地區(qū)一次較強的雹暴天氣過程進行了較密集的探測，通過風場反演得到了降水云中氣流的水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)，顯示這次過程沿著輻合帶發(fā)生，垂直剖面氣流有良好的組織性，表現(xiàn)出強烈的旋轉(zhuǎn)和上升。這種氣流結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的超級單體雹暴中的氣流模式，有其局地地形特點。郎需興等 （2001）提出速度平面處理 （VPP）一維風矢量場反演方法可以對雷暴的風場結(jié)構(gòu)進行反演。袁野等 （2007）利用合肥和馬鞍山的兩部多普勒天氣雷達資料分析了對流云垂直運動結(jié)構(gòu)。

馮錦明等 （2002）對青藏高原雷達回波的觀測表明，高原在雨季后，幾乎每天都有雷暴發(fā)生，云底高度低，強度弱，最大回波強度一般在30dBZ左右，很少超過40dBZ，生命期短，一般約幾十分鐘，水平范圍小，但回波垂直伸展高度卻很高，大部分都在海拔15km以上，個別可達18km，回波頂高已不能相對表征雷暴強弱。李玉林等 （2003）利用1988～2000年7～9月南昌“713”雷達及建陽和長沙713雷達站部分資料的回波素描圖，進行統(tǒng)計分析得到南方夏季對流云回波的頂高、強度、性質(zhì)等參數(shù)變化規(guī)律與主要特征。南方夏季對流云降水回波的平均頂高值為9.38km，強度季平均值為36.9dBZ。

陳秋萍等 （2003）使用福建省建陽市和龍巖市二部新一代天氣雷達2001年和2002年7～9月對流云系統(tǒng)的觀測資料，統(tǒng)計分析在距離雷達站50～100km范圍內(nèi)有完整生命史的對流云，其中單體的占74.4%，多單體合并的對流云25.6%；單體對流云，初始回波在0℃以下占該類的85.6%，多個單體合并對流云，在合并前初始回波在0℃層以下占該類的81.4%；多單體合并對流云平均生命史較長 （113min），回波平均強度大 （55dBZ）。

朱君鑒等 （2004）采用CINRAD／SA雷達每6分鐘一次對雷暴的立體掃描資料，分析了我國新一代天氣雷達探測到的幾次冰雹云的空間結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，風暴中存在中尺度氣旋，其低層氣旋性輻合、中低層純氣旋性旋轉(zhuǎn)、中上層氣旋性輻散、高層輻散。在中高層氣旋的右后側(cè)緊挨著有一個反中氣旋伴隨。中氣旋與反中氣旋形成了一個 “8”型流場和 “S”型的強回波區(qū)。而在 “S”的兩個拐彎處的內(nèi)側(cè)，水平速度更小，易形成大冰雹生成區(qū)。

邵玲玲等 （2006）利用 WSR－88D多普勒雷達的觀測資料，研究了2004年7月12日發(fā)生在上海地區(qū)伴有冰雹和龍卷的一次颮線天氣過程，分析了颮線回波的分布、移動和變化特征，揭示了颮線與前方弱線狀回波交匯在颮線加強和弓狀回波形成中的作用，驗證了新一代天氣雷達相對風暴速度場和中氣旋等產(chǎn)品在局地強風和龍卷預警預報中的價值。許多雷達回波個例分析研究中都發(fā)現(xiàn)，當兩個回波塊或條塊合并時，往往加強為產(chǎn)生雷雨大風的雷暴。

殷占福和鄭國光 （2006）利用 MICAPS、探空和NCEP資料，分析了2003年6月28日山東德州一次強降雹天氣過程降雹前的天氣形勢、能量場特征、含水量場。根據(jù)兩部多普勒天氣雷達資料，分析了雹云的演變過程及流場結(jié)構(gòu)。研究表明，此次超級單體風暴過程由單個單體發(fā)展而來，具有強超級單體風暴的典型特征，移動方向在盛行風向右側(cè)20°左右，屬于右移風暴。

蔣年沖等 （2007）利用合肥新一代天氣雷達觀測的1萬多個γ中尺度天氣的對流云資料，按5種天氣類型對其生命史、反射率因子、回波頂高及厚度以及垂直積分液態(tài)含水量進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，5種天氣系統(tǒng)中對流云生命史在1小時之內(nèi)的占90%～95%，單體厚度一般在2～5km，最大厚度也有超過10km的。廖玉芳等 （2007）利用湖南的三部多普勒天氣雷達資料，對發(fā)生在湖南的10次強對流事件中的22個超級單體進行了分析，分別由孤立風暴、多單體風暴和中尺度對流系統(tǒng)內(nèi)的風暴發(fā)展而成，最大反射率因子強度均超過63dBZ，風暴中氣旋最大旋轉(zhuǎn)速度為24m／s，最大垂直渦度為513×10－2s－1。

地基天氣雷達網(wǎng)的觀測資料也是當前對流天氣和雷暴臨近預報的主要信息源。陳明軒等 （2004）對對流天氣的臨近預報技術進展進行了回顧，主要介紹了基于雷達和氣象衛(wèi)星資料的雷暴識別追蹤和外推預報技術、數(shù)值預報技術以及以分析觀測資料為主的概念模型預報技術。檢驗和定性評估表明，將多種資料和技術集于一體的概念模型專家預報系統(tǒng)，其臨近預報的準確率最高，時效也最長，是臨近預報技術未來發(fā)展的主要趨勢之一。

2.4 衛(wèi)星觀測

雷暴成熟時云頂高度高，在紅外衛(wèi)星云圖上反映的是亮溫低值區(qū)，因此，可以在系列靜止衛(wèi)星云圖上識別和跟蹤雷暴云團。強雷達回波區(qū)常常位于亮溫等值線密集區(qū)，降水大多出現(xiàn)在亮溫小于－42℃地區(qū)。

肖穩(wěn)安 （1981）利用3小時一次的日本GMS云圖資料，分析了1978年6～8月中國大陸六類雷暴天氣，給出了強雷暴活動的云圖特征，并指出30分鐘一次的GMS云圖對分析和監(jiān)測大陸上的強雷暴更為有利。石定樸等 （1996）采用GMS衛(wèi)星紅外云圖的云頂紅外溫度 （TBB）等值線分析方法，對1992年8月初在中國3個地區(qū)不同環(huán)流背景下發(fā)生的MCS進行了分析，表明該方法能較細致地揭示MCS的形成和發(fā)展過程。

鄭永光等 （2007）利用1997～2004年5～8月靜止氣象衛(wèi)星逐時紅外亮溫資料，對北京及周邊地區(qū)的對流活動情況進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果表明－52℃紅外亮溫的統(tǒng)計特征可以較好地展現(xiàn)該地區(qū)夏季對流活動時空分布的基本氣候特征，影響北京及其周邊地區(qū)的盛行對流系統(tǒng)有兩大類。

何文英和陳洪濱 （2006）利用TRMM衛(wèi)星上時空匹配的測雨雷達 （PR）、微波成像儀 （TMI）、可見光和紅外掃描儀 （VIRS）觀測資料，研究了1999年5月9日發(fā)生在黃淮地區(qū)的一次冰雹降水過程，綜合分析了此次強對流降水過程在不同階段的降水結(jié)構(gòu)、云頂亮溫和降雨厚度以及相應的微波亮溫變化特征。

2.5 雷暴閃電探測

閃電是雷暴的一個特征，除了可見的閃電外，雷暴云放電的云閃和云地閃所產(chǎn)生的電磁脈沖頻譜很寬，從直流分量一直到超高頻。接收和檢測來自雷電的電磁波，可以確定雷電的方位、距離、放電極性、強度等參數(shù)。目前已研發(fā)成功多種單站和多站閃電定位儀，許多國家和地區(qū)部署了地面監(jiān)測網(wǎng)，如美國的國家閃電監(jiān)測網(wǎng) （NLDN）（Orville，2008）。我國十多年來，開展實施了一系列雷電觀測項目，雷暴閃電探測技術、應用和資料分析研究方面的文獻很多 （如：郄秀書等，2003）。因篇幅關系，本文不在這里進行回顧與綜述。

2.6 其他觀測

目前，雷暴的觀測大多使用多普勒天氣雷達，觀測的是云雨回波，難以探測無云雨區(qū)域，天氣雷達對雷暴出流入流無回波區(qū)及周邊環(huán)境的精細結(jié)構(gòu)探測顯得無能為力。風廓線雷達在雷暴過頂時，能夠測量風的垂直分布的演變情況。廖曉農(nóng) （2009）的研究表明，風廓線儀觀測資料是對常規(guī)探空的有效補充，有一些雷暴大風的產(chǎn)生與高空水平動量下傳有關，在雷暴大風出現(xiàn)前，高空環(huán)境風陡增，在雷暴大風產(chǎn)生時到達地面。

衛(wèi)星合成孔徑雷達 （SAR）具有很高的空間分辨率，水平分辨率可以達到10m，甚至更高。SAR對海面粗糙度很敏感，能穿透云雨，對海面成像，是一種研究雷暴底層結(jié)構(gòu)的新方法。甘錫林等（2007）利用星載綜合孔徑雷達 （ERS－2SAR）的資料，對2002年8月11日發(fā)生在臺灣海峽的一次雷暴天氣進行了分析，結(jié)果表明雷暴呈現(xiàn)橢圓形結(jié)構(gòu)（俯視），長短半軸分別為13km和10km，風暴中心強降雨區(qū)直徑達5km，雷暴移動速度為5.9m／s，在后部存在有組織的尾狀條紋，反映了下降和上升氣流有組織的結(jié)構(gòu)。在雷暴外流區(qū)，冷空氣反氣旋式下降，周圍的暖空氣氣旋式上升。

雷暴除了產(chǎn)生可以聽見的雷聲，還產(chǎn)生次聲。使用次聲接收器，并結(jié)合電磁場的測量，可以對20～30km距離范圍內(nèi)的雷暴進行自動測量與記錄（韓金林，1990）。但問題是強弱雷暴能夠產(chǎn)生類似的次聲信號，因此難以利用次聲測量來預警預報。

3 國外一些雷暴綜合觀測試驗

半個多世紀以來，隨著地面氣象站網(wǎng)、無線電探空、天氣 （Doppler）雷達和飛機探測技術的發(fā)展，同時隨著對強對流天氣精細臨近預報的要求以及中尺度數(shù)值模式發(fā)展的需求，國外大氣科學家和氣象學家通過綜合觀測及資料分析，對雷暴云的三維結(jié)構(gòu)和演變規(guī)律進行了不斷深入的探測研究。

早在1946年和1947年，美國分別在佛羅里達和俄亥俄州開展了 “雷暴項目”，在小范圍內(nèi) （8英里×20英里）每隔2英里 （1英里＝1.609344km）布設一個自動氣象站，每分鐘記錄溫度、濕度、氣壓 （微氣壓計）、風速和風向測量值，還有雨量筒、氣球探空、氣象雷達和飛機的觀測。Byers and Braham（1948）通過分析該項目在佛羅里達州的觀測資料，揭示了對流云單體 （cell）結(jié)構(gòu)和演變的三個階段，即積云、成熟和消散期。在地面資料中看出，下沉氣流區(qū)對應強烈的水平輻散，而上升氣流對應輻合。云中和云外探空資料分析表明，夾卷作用使得云內(nèi)外的溫度遞減率很接近。Newton（1950）主要使用俄亥俄州 “雷暴項目”觀測中的探空、小球測風和地面觀測資料 （使用的時間序列探空資料時間間隔大于2小時），研究了鋒前颮線的三維結(jié)構(gòu)和機制，揭示許多颮線首先出現(xiàn)在冷鋒面上，然后移向暖區(qū)，高層下沉氣流的動能對颮線的維持非常重要。Braham（1952）基于 “雷暴項目”的資料，對一個平均的雷暴單體的水和能量收支（包括源和匯）進行了定量估算，他發(fā)現(xiàn)以水汽形態(tài)進入雷暴的大部分水被用于維持雷暴中的冷下沉氣流，伴隨下沉氣流的重力能量是雷暴的一個主要能量源。Battan（1953）利用1947年俄亥俄州 “雷暴項目”的3cm雷達資料，研究了對流云中降水的形成與擴展，揭示降水始于溫度大于0℃的層次?！袄妆╉椖俊碑a(chǎn)生了大量成果，并為后來的類似試驗項目提供了經(jīng)驗。

Kuettner（1950）研究了德國Zugspitze觀象臺三年觀測的125個對流云 （67個雷暴和58陣雨）云中的電場和氣象情況，揭示了雷暴云中電荷的平均位置、空間電荷與降水粒子的關系，以及雷暴云中有尺度小一個量級的單體 （氣塊）。

1960年和1961年，美國多個部門聯(lián)合在大平原開展了 “國家強風暴項目 （NSSP）”，其科學目的與1940年代的 “雷暴項目”的相同，但探測研究對象主要是大平原上巨雷暴，這些雷暴具有更加有組織的非對稱結(jié)構(gòu)。項目使用地面β中尺度加密觀測網(wǎng)、天氣雷達、探空和小球測風 （13個站，基本在一條線上），還有電場測量和云照相，幾架飛機同時沿不同路徑或在不同高度飛行探測，最大飛行高度超過15000m。Newton et al.（1963）利用該項目資料，分析給出了一些大雷暴及環(huán)境場的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果顯示存在干線、濕空氣一側(cè)的波狀擾動、300～500m高度的低空急流、雷暴云頂上的強擾動及上部云側(cè)的強陣風 （與垂直陣風強度相當）。

Browning and Ludlam （1962）和 Browning（1964）使用之前關于運動雷暴的研究結(jié)果，導出了雷暴氣流場的一般性模式。他們還使用了一個特別冰雹雷暴的詳細雷達和地面資料來細化模式，給出了著名的Wokingham雷暴氣流的三維模式圖像。Browning and Donaldson（1963）使用天氣雷達資料分析了一個龍卷雷暴的流場和結(jié)構(gòu)，揭示強雷達反射率因子之下有一個穹隆 （或鉤狀回波），對應著強持續(xù)上升氣流。

雷暴云中除了同時有一定強度的上升和下沉氣流外，還存在有組織的渦旋運動。Donaldson（1970）利用單部Doppler雷達對1968年8月東馬薩諸塞州一次強雷暴 （伴隨冰雹和龍卷）的觀測，研究給出雷暴云中1～4km存在渦度0.06s－1平均半徑600m的渦旋核，其中心是弱回波區(qū)。

在20世紀60年代末，美國強風暴實驗室（NSSL）組織開展了 “雷暴形態(tài)學和動力學項目”，其中使用的一項技術是，飛機在大雷暴附近 （運動前方和兩側(cè)）投撒箔片，由地面雷達來跟蹤。Jessup（1972）對1969年6月25日發(fā)生在俄克拉荷馬州諾曼市西南方的一次右移雷暴的鋁箔播撒的雷達回波進行了解譯，飛機在15000英尺 （1英尺＝3.048×10－1m）高度、28km范圍內(nèi)投出11個鋁箔包，每包有40萬條長10.5cm、直徑1mm的鍍鋁玻璃纖維條。觀測到其中9個進入了雷暴的降水回波，軌跡跟蹤表明在雷暴下風方有渦旋形成。Marwitz（1972）利用1970年聯(lián)合冰雹研究計劃的S－波段雷達資料、飛機資料以及飛機在弱回波區(qū)釋放的箔片的跟蹤資料，研究了一個強冰雹云單體的結(jié)構(gòu)和運動，證實云底鉤狀回波區(qū)是強上升氣流，對Browning超級單體模型進行了細化。

Foote and Frankhauser（1973）主要利用兩架飛機在一個中等強度雹云下3.0km和2.3km高度的飛行測量資料，計算分析了流場和水汽的散度值。Lemon（1976）研究了強雷暴 “尾渦”的雷達回波和地面氣壓結(jié)構(gòu)，提出其產(chǎn)生機制可能是中層環(huán)境氣流使強風暴中主上升氣流旋轉(zhuǎn)加速，次生出一反氣旋尾渦，并在環(huán)境風作用下向下游運動。這一研究有助于解釋鉤狀回波和反氣旋龍卷的形成，但缺少高層詳細風場資料佐證。Goff（1976）利用461m高鐵塔多層溫度、氣壓、濕度和風資料，研究了雷暴風暴前沿下層冷空氣出流的一些特征，給出了出流的兩維位溫、水平風速和垂直速度的圖像；并指出由于鐵塔定點觀測研究的個例不夠多，及因鐵塔高度有限，出流的來源無法給出。Ray（1976）基于雙Doppler雷達觀測資料研究了一次龍卷雷暴過程，從風場導出了散度和渦度場，表明最大輻合出現(xiàn)在回波最小處和一對渦度中心之間。

1979年春季在俄克拉荷馬州諾曼市，NSSL組織開展了 “強環(huán)境雷暴和中尺度試驗 （SESAME）”，使用了7部多普勒雷達進行優(yōu)化布網(wǎng) （Ray et al.，1979）。試驗獲得的資料主要用于驗證和發(fā)展中尺度模擬式。還有，SESAME中使用閃電定位探測器的成功經(jīng)驗，在NSF資助的1981年夏季 “合作對流降水試驗 （CCOPE）”中得到應用 （Orville，2008）。值得一提的是，NSSL近40年來組織或參與了約30個有關雷暴探測的外場試驗項目。

Lemon and Doswell（1979）在綜合回顧大量發(fā)表及未發(fā)表的雷達、飛機、攝像和地面觀測研究的基礎上，給出了強雷暴的演變合成圖像，提出在旋轉(zhuǎn)上升氣流邊上將形成一個新的中尺度氣旋，強上升氣流梯度區(qū)也是強溫度梯度區(qū)，并在龍卷形成中起著調(diào)制作用。他們指出，在超級單體模式中還缺乏熱動力學（三維）結(jié)構(gòu)和降水充塞區(qū)外的動力學特征 （注：降水區(qū)中可用Doppler雷達探測），雖然有飛機穿越雷暴測量，但缺乏足夠的時空取樣來提供所需的細節(jié)。

Heymsfield（1981）研究了Illinois一個雷暴云中的下沉氣流和渦旋的演變，使用了三部多普勒雷達觀測資料，分析結(jié)果表明，強雷暴下沉氣流10～20m／s，非強雷暴接近10m／s。Knupp and Cotton（1982）利用Doppler觀測資料，研究了一個強、準穩(wěn)定山區(qū)雷暴中的湍流結(jié)構(gòu)，給出了徑向風切變和湍流動能耗散率的估計，結(jié)果表明：在強雷暴成熟期，下部為規(guī)則的上升和下沉氣流，而在中上部湍流強度在增加，雷暴中部的湍流尺度達500m以上。Wakimoto（1982）使用Doppler雷達和無線電探空資料研究了雷暴云陣風鋒 （gust front）（或下?lián)舯┝鳎┑难葑冞^程，一個主要發(fā)現(xiàn)是在雷暴強回波核前存在由陣風鋒上翻形成的卷 （horizontal roll），伴隨較弱的降水。

Szoke et al.（1986）用雷達資料研究了大西洋熱帶對流云的反射率因子和速度垂直廓線，給出了近300個單體的統(tǒng)計量，例如，其平均和核區(qū)的上升氣流速度分別為2.9m／s和5.0m／s（陸地雷暴的為6.3m／s和11.8m／s，颶風的為3.8m／s和6.7m／s）。

Vasiloff et al.（1986）使用高時空分辨率的二個半小時的雙多普勒雷達觀測資料，研究了一次小雷暴復合體演變?yōu)槌墕误w雷暴的過程和特征，資料分析支持這樣的觀點：即雷暴類型是連續(xù)性的，而不僅是多單體和超級單體兩類。

為了研究中尺度對流系統(tǒng)MCSs，1985年5～6月在俄克拉荷馬—堪薩斯州開展了 “初雷暴項目（Pre－STORM）”（Cunning，1986），采用了多普勒雷達與數(shù)字雷達 （8部）、地面中尺度網(wǎng)站 （80個）、高空探空 （14個站）、小球測風 （12個點）、風廓線（3部加一個超聲系統(tǒng)）、閃電定位系統(tǒng) （7個點）、衛(wèi)星和研究飛機 （2架）來收集獲取資料，作為新技術的風廓線和機載多普勒雷達在協(xié)調(diào)的觀測系統(tǒng)得到了檢驗。地面中尺度網(wǎng)站相距約50km，資料實時通過衛(wèi)星傳回中心。NOAA的P3飛機通過實地測量和輻射計及多普勒雷達遙感探測MCSs的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，懷俄明大學空中國王飛機主要探測MCSs的微物理和流場結(jié)構(gòu)，以及夜間低空急流。2個月期間共進行了16次聯(lián)合觀測任務，其中大多數(shù)是兩天。Brandes（1990）使用Oklahoma－Kansas Pre－STORM試驗收集的資料描述了1985年5月一次中尺度對流系統(tǒng)及其渦旋的演變與結(jié)構(gòu)，雷暴特征包括颮線、中尺度上升和下沉區(qū)、層狀降水、波動流和一個β中尺度渦旋。

在NOAA、北達科他州、NSF等基金支持下，1989年6月12日～7月22日在北達科他州地區(qū)開展了 “北達科他州雷暴項目 （NDTP）”，進行高原雷暴的合作研究 （Boe et al.，1992）。項目使用了三部地基Doppler雷達、六架飛機和其他儀器，研究內(nèi)容包括雷暴結(jié)構(gòu)、動力學，輸送、擴散與夾卷，云冰的生成與轉(zhuǎn)化，大氣化學和電學。觀測試驗最大的特點是使用了多種示蹤物 （由飛機播撒）來研究輸送、擴散與夾卷及冰云核化等。

Mueller et al.（1993）使用加密探空和中尺度網(wǎng) （8站，兩兩相距10～15km）研究了雷暴的觸發(fā)，結(jié)果表明探空 （僅空間加密，每天2～4次）和中尺度網(wǎng)資料提供的不穩(wěn)定 （能量）指數(shù)與雷暴觸發(fā)和強度無直接關系，而深厚的濕層和午后積云有指示意義。Wilson and Mueller（1993）報告了主要基于天氣Doppler雷達晴空邊界層的觀測進行的雷暴出現(xiàn)和演變臨近預報的試驗。他們認為，改進臨近預報水平需要更多更詳細的邊界層熱動力參量的觀測和積云發(fā)生與演變的觀測，增加對雷暴形成與演變的基本認識。

Fu et al.（1994）用探空和ISCCP資料分析了海溫和海面風場輻散對大氣熱動力結(jié)構(gòu)和深對流出現(xiàn)的影響，揭示即使存在正的對流潛勢能量（CAPE），穩(wěn)定邊界層對對流有抑制作用；深對流出現(xiàn)與海溫有關，還受到海面風輻散的抑制作用。

Martner（1997）報告，用NOAA／C多普勒雷達觀測一個雷暴的陣風鋒和出流，形成了概念性模型，而且發(fā)現(xiàn)主雷暴區(qū)中的強上升氣流與下沉氣流的過渡區(qū)相當小，即雷達垂直指向觀測到，約在1.3km的高度強上升氣流經(jīng)過1分鐘后就是同樣強度的下沉氣流。

Koch and Clark（1999）使用 COPS－91（聯(lián)合Oklahoma風廓線研究試驗－91）的資料，詳細地研究了一個冷鋒過程，基于Doppler天氣雷達、風廓線、RASS、探空等資料的綜合分析，清晰地給出沿冷鋒的重力涌流和激波 （gravity current and the bore，對應細線型雷達反射率回波），激波向前的傳播與低層中尺度小急流 （jetlet）和強雷暴的發(fā)展相聯(lián)系，但計算表明限制在淺層的激波的上升強度和持續(xù)時間不足以觸發(fā)深對流，但聯(lián)合重力涌流則是可能的。

Lehmiller et al.（2001）使用一部404MHz UHF風廓線雷達，測量了一個經(jīng)過Oklahoma Lamont站點的龍卷超級單體中尺度氣旋，通過天氣雷達估算并扣除降水粒子速度后得到了6分鐘時間分辨率的三維風廓線，首次測得雷暴中最大達50m／s的上升氣流速度。綜合給出了風場的二維垂直剖面。

Minnis et al.（2005）使用大氣輻射測量項目（ARM）的資料，比較了探空與快速更新循環(huán)40km分辨率模式的氣象情況和云狀況，雖然兩者的溫度和濕度高度相關，但探空云中濕度明顯高于模式的，并給出了云量和云概率的新濕度閾值。

MacGorman et al.（2005）報告了 “強雷暴起電和降水研究 （STEP）”項目2000年夏季的氣球探空情況，探空測量了超級單體中的矢量電場、溫度、濕度和氣壓，探空首次穿過了雷暴中的上升和下沉氣流區(qū)，而且在之前沒有電場探空與極化雷達和閃電三維成像的同步觀測。2003年和2004年5～6月在俄克拉荷馬州開展了 “雷暴起電和閃電試驗 （TELEX）”（MacGorman et al.，2008），項目重點研究的是閃電和其他電學雷暴特性與雷暴結(jié)構(gòu)、上升氣流和降水形成的關系，具體研究反極性結(jié)構(gòu)和MCSs層狀云降水區(qū)中的電特性，并發(fā)展能夠監(jiān)測所有類型閃電的業(yè)務應用技術。項目中使用了一部11cm波長的極化多普勒雷達、兩部5cm移動多普勒雷達、1個移動大氣探測系統(tǒng)、球載電場儀、1架裝備儀器穿越雷暴的T－28飛機和1個三維閃電成像網(wǎng)。

當前我們對深對流有了相當好的認識，但是還不知道在高分辨模式中如何更好的表達它們，問題在于我們還沒有理解為什么、何時和何地暴發(fā)深對流的原因。為了研究這些問題并改進高分辨模式結(jié)果，國際上相繼在三個地點開展了相互補充的系列外場試驗，即2002年夏在美國大平原的 “國際水項目 （IHOP）”、2003年和2004年夏在南英格蘭海上地區(qū)的 “對流雷暴發(fā)生項目 （CSIP）”和2007年夏在德國西南部／法國東部的 “對流和地形觸發(fā)降水研究 （COPS）”，這三個項目都重視詳細觀測初生的對流云 （Browning et al.，2007）。

衛(wèi)星遙感資料也用于研究雷暴云的動態(tài)演變。Adler and Fenn（1979）使用靜止衛(wèi)星數(shù)字紅外資料，研究雷暴垂直增長速度及云頂結(jié)構(gòu)與地面出現(xiàn)強天氣（龍卷、冰雹和強風）的關系，導出了聯(lián)系垂直增長率與垂直速度及出流層散度的關系式。Ley and Peltier（1981）使用NOAA－2衛(wèi)星資料詳細分析了一次強雷暴后的中尺度云帶的傳播特性，研究了其形成和傳播機制。Mack et al.（1983）使用GOES衛(wèi)星3分鐘高時間分辨率立體資料研究了一次颮線過程雷暴云頂?shù)淖兓?，強云泡頂?shù)脑鲩L率為4.4～7.7m／s，其結(jié)果還表明，即使GOES的短時間間隔資料對于研究雷暴云小尺度特征仍是不夠的。隨著觀測的時空分辨率的提高和衛(wèi)星資料的增多，有許多研究工作涉及利用衛(wèi)星資料定量估計對流云降水、與其他資料融合分析診斷、資料同化并改進數(shù)值模式的模擬和預報等。

4 小結(jié)與建議

綜合以上的回顧可見，對于雷暴的探測已經(jīng)發(fā)展了自動氣象站、雷達、衛(wèi)星、探空、閃電定位等技術手段，地基中尺度加密觀測網(wǎng)的觀測揭示了雷暴單體過境時各種氣要素的變化特征，無線電探空觀測給出了雷暴發(fā)生和發(fā)展的有利的熱力與動力學條件，并發(fā)展了一些基于探空資料有預報意義的對流指數(shù)，早期的飛機穿云和繞云探測對了解雷暴及其環(huán)境的溫度和風場結(jié)構(gòu)有很大幫助，地基多普勒天氣雷達已成為探測雷暴尤其是超級單體風暴的降水和風場演變的有力工具，衛(wèi)星遙感也在雷暴的監(jiān)測與研究中發(fā)揮越來越大的作用。60多年來，國內(nèi)外尤其是美國，組織開展了一系列雷暴和中尺度對流系統(tǒng)的綜合觀測試驗；基于地面加密站網(wǎng)、雷達和飛機等觀測資料分析，形成了對流發(fā)生、發(fā)展和消散的概念圖像及動力和微物理場的演變知識，尤其是建立了超級單體和多單體的動力學概念模型。同時，對于孤立單體雷暴、超級單體雷暴、對流云團 （族）、颮線、中尺度對流系統(tǒng)的天氣背景有了許多認識，相應地發(fā)展了雷暴天氣臨近預報方法和模式。

但是，由于雷暴發(fā)生的時空尺度較小，目前的常規(guī)氣象探測網(wǎng)和衛(wèi)星遙感還難以跟蹤監(jiān)測，還缺乏對于雷暴精細結(jié)構(gòu)的探測資料，缺乏對于雷暴生命史的完整測量，尤其是缺乏對雷暴促發(fā)機制和環(huán)境要素的精細監(jiān)測，使得當前雷暴的短臨預報能力還很低，雷暴冰雹、大風、龍卷風等災害天氣的漏報和虛報率很高。為了提高對強雷暴的監(jiān)測與預報預警水平，國外正在發(fā)展一些更高時間和空間分辨率的探測技術，包括相控陣多普勒天氣雷達、靜止衛(wèi)星重點區(qū)域快速成像探測技術和密集小功率X－波段雷達網(wǎng)絡技術等。

雖然，我國氣象和大氣研究者對一些中小尺度雷暴及降水過程個例進行了觀測資料分析和模式模擬研究，但是沒有充分利用已有的全部資料，沒有將資料和模式有機結(jié)合起來，缺少個例之間的比較和綜合分析，缺少個例新特征的概念性模型的建立。雖然開展了一些暴雨觀測試驗，但缺少對于不同天氣背景下中小尺度對流的綜合性外場組網(wǎng)觀測試驗，缺乏有針對性的穿越對流云及周圍環(huán)境的飛機觀測，缺乏多部雷達雷暴云及其環(huán)境場的同步觀測資料，缺少對流云中動力、熱力、濕度和微物理場分布的聯(lián)合多技術實地探測資料，缺乏新探測技術的整合與資料融合技術。

建議在我國數(shù)個典型地區(qū)組織并持續(xù)開展雷暴和中尺度對流系統(tǒng)的綜合觀測試驗，采用多部多普勒天氣雷達、加密探空和密集中小尺度地面站觀測技術，采用多通道微波輻射計、毫米波多普勒云雷達、GPS接收機、云成像儀、雷電探測儀、微小型無人飛機探空等技術，開展對流觸發(fā)和加強機制的探測與理論研究，加強對產(chǎn)生冰雹、大風、龍卷風等災害性強雷暴的綜合探測研究，加強雷暴與環(huán)境場及對流云與對流云間相互作用的研究，加強對雷暴微物理和起電機制的研究，加強資料與模式結(jié)合研究，為雷暴天氣的短期和臨近預報提供觀測技術和診斷分析的基礎，進而綜合利用多種觀測技術和分析技術，不斷改進雷暴的診斷、識別、跟蹤和預報系統(tǒng)及可能引發(fā)的災害預警系統(tǒng)。

致謝感謝凌超和李軍幫助收集部分文獻資料。

（References）

Adler R F，F(xiàn)enn D D.1979.Thunderstorm intensity as determined from satellite data［J］.J.Appl.Meteor.，18：502－517.

Battan L J.1953.Observations on the formation and spread of precipitation in convective clouds［J］.J.Meteor.，10 （5）：311－324.

Boe B A，Stith J L，Smith P L，et al.1992.The North Dakota Thunderstorm Project：A cooperative study of high plains thunderstorms［J］.Bull.Amer.Meteor.Soc.，73（2）：145－160.

Braham R R Jr.1952.The water and energy budgets of the thunderstorm and their relation to thunderstorm development［J］.J.Meteor.，9（4）：227－242.

Brandes E A.1990.Evolution and structure of the 6－7May 1985 mesoscale convective system and associated vortex ［J］.Mon.Wea.Rev.，118：109－127.

Browning K A.1964.Airflow and precipitation trajectories within severe local storms which travel to the right of the winds［J］.J.Atmos.Sci.，21：634－639.

Browning K A，Donaldson R J Jr.1963.Airflow and structure of a tornadic storm ［J］.J.Atmos.Sci.，20：533－545.

Browning K A，Ludlam F H.1962.Airflow in convective storms［J］.Quart.J.Roy.Meteor.Soc.，88：117－135.

Browning K A，Morcrette C J，Nicol J，et al.2007.The convective storm initiation project ［J］.Bull.Amer.Meteor.Soc.，88：1939－1955，doi：10.1175／BAMS－88－12－1939.

Byers H R，Braham R R Jr.1948.Thunderstorm structure and circulation［J］.J.Meteor.，5（3）：71－86.

陳明軒，俞小鼎，譚曉光，等.2004.對流天氣臨近預報技術的發(fā)展與研究進展 ［J］.應用氣象學報，15（6）：754－766.Chen Mingxuan，Yu Xiaoding，Tan Xiaoguang，et al.2004.A brief review on the development of nowcasting for convective storms ［J］.Journal of Applied Meteorological Science（in Chinese），15（6）：754－766.

陳秋萍，馮晉勤，陳冰，等.2003.新一代天氣雷達觀測的福建夏季對流云特征 ［J］.應用氣象學報，2003，14（增刊）：180－186.Chen Qiuping，F(xiàn)eng Jinqin，Chen Bing，et al.CINRAD observation on convective clouds in summer in South China［J］.Journal of Applied Meteorological Science（in Chinese），14 （Suppl.）：180－186.

陳思蓉，朱偉軍，周兵.2009.中國雷暴氣候分布特征及變化趨勢［J］.大氣科學學報，32（5）：703－710.Chen Sirong，Zhu Weijun，Zhou Bing.2009.Climate characteristic and variation tendency of thunderstorm in China［J］.Chinese Transactions of Atmospheric Sciences（in Chinese），32（5）：703－710.

Cunning J B.1986.The Oklahoma－Kansas preliminary regional experiment for STORM－Central［J］.Bull.Amer.Meteor.Soc.，67：1478－1486.

Donaldson R J Jr.1970.Vortex signature recognition by a Doppler radar［J］.J.Appl.Meteor.，9：661－670.

馮錦明，劉黎平，王致君，等.2002.青藏高原那曲地區(qū)雨季雷達回波、降水和部分熱力參量的統(tǒng)計特征 ［J］.高原氣象，21（4）：368－374.Feng Jinming，Liu Liping，Wang Zhijun，et al.2002.The statistic characteristics of radar echo and precipitation and some thermodynamic variables in Qinghai－Xizang Plateau ［J］.Plateau Meteorology（in Chinese），21（4）：368－374.

Foote G B，F(xiàn)rankhauser J C.1973.Airflow and moisture budget beneath a Northeast Colorado hailstorm ［J］.J.Appl.Meteor.，12：1330－1353.

Fu R，Del Genio A D，Rossow W R.1994.Influence of ocean surface conditions on atmospheric vertical thermodynamic structure and deep convection［J］.J.Climate，7：1092－1108.

甘錫林，黃韋艮，楊勁松，等.2007.利用合成孔徑雷達研究中尺度雷暴的細結(jié)構(gòu) ［J］.遙感技術與應用，22（2）：246－250.Gan Xilin，Huang Weigen，Yang Jingsong，et al.2007.The study of fine structure of a mesoscale thunderstorm from SAR image［J］.Remote Sensing Technology and Application （in Chinese），22（2）：246－250.

葛潤生，姜海燕，彭紅.1998.北京地區(qū)雹暴氣流結(jié)構(gòu)的研究 ［J］.應用氣象學報，9（1）：1－7. Ge Runsheng，Jiang Haiyan，Peng Hong.1998.Flow structure of hailstorm in Beijing area［J］.Quarterly Journal of Applied Meteorology（in Chinese），9（1）：1－7.

Goff R C.1976.Vertical structure of thunderstorm outflow ［J］.Mon.Wea.Rev.，114：1429－1440.

韓金林.1990.次聲在雷暴探測中的應用 ［J］.應用聲學，9（2）：1－5. an Jinlin.1990.Application of infrasounds in thunderstorm detection［J］.Applied Acoustics（in Chinese），9 （2）：1－5.

何文英，陳洪濱.2006.TRMM衛(wèi)星對一次冰雹降水過程的觀測分析研究 ［J］.氣象學報，64（3）：364－376.He Wenying，Chen Hongbin.2006.Analyses of evolutional characteristics of a hailstorm precipitation from TRMM observations［J］.Acta Meteorologica Sinica（in Chinese），64（3）：364－376.

Heymsfield G M.1981.Evolution of downdrafts and rotation in an Illinois thunderstorm ［J］.Mon.Wea.Rev.，109：1969－1988.

Jessup E A.1972.Interpretations of chaff trajectories near a severe thunderstorm ［J］.Mon.Wea.Rev.，100（9）：653－661.

蔣年沖，劉娟，胡雯，等.2007.安徽夏季中γ尺度對流云的雷達回波特征 ［J］.氣象，33（10）：9－14.Jiang Nianchong，Liu Juan，Hu Wen，et al.2007.Summer meso－γscale convective cloud＇s radar echo characteristics in Anhui［J］.Meteorological Monthly（in Chinese），33（10）：9－14.

Knupp K R，Cotton W R.1982.An intense，quasi－steady thunderstorm over mountainous terrain.Part III：Doppler radar observations of the turbulent structure［J］.J.Atmos.Sci.，39：359－368.

Koch S E，Clark W L.1999.A nonclassical cold front observed during COPS－91：Frontal structure and the process of severe storm initiation［J］.J.Atmos.Sci.，56：2862－2890.

Kuettner J.1950.The electrical and meteorological conditions inside thunderclouds［J］.J.Meteor.，7：322－332.

郎需興，魏鳴，葛文忠，等.2001.一種新的單多普勒雷達風場反演方法 ［J］.氣象科學，21（4）：417－424.Lang Xuxing，Wei Ming，Ge Wenzhong，et al.2001.A new method of retrieving wind field using single Doppler radar［J］.Scientia Meteorologica Sinica（in Chinese），21（4）：417－424.

Lehmiller G S，Bluestein H B，Neiman P J，et al.2001.Wind structure in a supercell thunderstorm as measured by a UHF wind profiler［J］.Mon.Wea.Rev.，129：1968－1986.

Lemon L R.1976.Wake vortex structure and aerodynamic origin in severe thunderstorm ［J］.J.Atmos.Sci.，33：678－685.

Lemon L R，Doswell C A III.1979.Severe thunderstorm evolution and mesocyclone structure as related to tornadogenesis［J］.Mon.Wea.Rev.，107：1184－1197.

Ley B E，Peltier W R.1981.Propagating mesoscale cloud bands［J］.J.Atmos.Sci.，38：1206－1219.

李玉林，楊梅，曾光平，等.2003.南方夏季對流云降水回波特征分析 ［J］.應用氣象學報，14 （增刊）：126－134.Li Yulin，Yang Mei，Zeng Guangping，et al.2003.Characteristics of summer convective cloud precipitation echoes in South China［J］.Journal of Applied Meteorological Science （in Chinese），14 （Suppl.）：126－134.

廖曉農(nóng).2009.北京雷暴大風日環(huán)境特征分析 ［J］.氣候與環(huán)境研究，14（1）：54－62.Liao Xiaonong.2009.The analysis on environmental condition for wind gust in Beijing area［J］.Climatic and Environmental Research（in Chinese），14（1）：54－62.

廖玉芳，俞小鼎，唐小新，等.2007.基于多普勒天氣雷達觀測的湖南超級單體風暴特征 ［J］.南京氣象學院學報，30（4）：433－443.Liao Yufang，Yu Xiaoding，Tang Xiaoxin，et al.2007.Characteristics of supercell storms in Hunan detected by Doppler weather radars［J］.Journal of Nanjing Institute of Meteorology （in Chinese），30（4）：433－443.

樓茂園，沈明玉.1994.一個超單體雷暴的結(jié)構(gòu)及其成因分析 ［J］.浙江氣象科技，15（1）：1－4，12.Lou Maoyuan，Shen Mingyu.1994.Analysis on the structure of a supercell thunderstorm［J］.Zhejiang Meteorology Science and Technology（in Chinese），15（1）：1－4，12.

MacGorman D R，Rust W D，Krehbiel P，et al.2005.The electrical structure of two supercell storms during STEPS［J］.Mon.Wea.Rev.，133：2583－2607.

MacGorman D R，Rust W D，Ziegler C L，et al.2008.TELEX The Thunderstorm Electrification and Lightning Experiment ［J］.Bull.Amer.Meteor.Soc.，89：997－1013.

Mack R A，Hasler A F，Adler R F.1983.Thunderstorm cloud top observations using satellite stereoscopy［J］.Mon.Wea.Rev.，111：1949－1964.

Martner B E.1997.Vertical velocities in a thunderstorm gust front and outflow ［J］.J Appl.Meteor.，36：615－622.

Marwitz J D.1972.The structure and motion of severe hailstorms.Part I：Supercell storms［J］.J.Appl.Meteor.，11：166－179.

Minnis P，Yi Y H，Huang J P，et al.2005.Relationships between radiosonde and RUC－2meteorological conditions and cloud occurrence determined from ARM data［J］.J.Geophy.Res.，110：D23204，doi：10.1029／2005JD006005.

Mueller C K，Wilson J W，Crook N A.1993.The utility of sounding and mesonet data to nowcast thunderstorm initiation ［J］.Wea.Forcasting，8：132－146.

Newton C W.1950.Structure and mechanism of the prefrontal squall line［J］.J.Meteor.，7：210－222.

Newton C W，Arnett A B，Coleman H L，et al.1963.Environmental and thunderstorm structures as shown by National Severe Storms Project observations in Spring 1960and 1961［J］.Mon.Wea.Rev.，91（6）：271－292.

Orville R E.2008.Development of the national lightning detection network［J］.Bull.Amer.Meteor.Soc.，89：180－190，doi：10.1175／BAMS－89－2－180.

郄秀書，張廣庶，孔祥貞，等.2003.青藏高原東北部地區(qū)夏季雷電特征的觀測研究 ［J］.高原氣象，22（3）：209－216. Qie Xiushu，Zhang Guangshu，Kong Xiangzhen，et al.2003.Observation on the summer lightning discharge in the Northeastern verge of Qinghai－Xizang Plateau［J］.Plateau Meteorology（in Chinese），22（3）：209－216.

秦麗 李耀東 高守亭.2006.北京地區(qū)雷暴大風的天氣一氣候?qū)W特征研究 ［J］.氣候與環(huán)境研究，11（6）：754－761. Qin Li，Li Yaodong，Gao Shouting.2006.The synoptic and climatic characteristic studies of thunderstorm winds in Beijing［J］.Climatic and Environmental Research（in Chinese），11（6）：754－761.

Ray P S.1976.Vorticity and divergence fields within tornadic storms from dual－Doppler observations［J］.J.Appl.Meteor.，15：879－890.

Ray P S，Stephens J J，Johnson K W.1979.Multiple－Doppler radar network design［J］.J.Appl.Meteor.，18：706－710.

邵玲玲，黃寧立，鄔銳，等.2006.一次強颮線天氣過程分析和龍卷強度 級 別 判 定 ［J］. 氣 象 科 學，26 （6）：627－632. Shao Lingling，Huang Ningli，Wu Rui，et al.2006.The analysis of a strong squall line process and classification of tornado intensity［J］.Scientia Meteorologica Sinica（in Chinese），26 （6）：627－632.

石定樸，朱文琴，王洪慶，等.1996.中尺度對流系統(tǒng)紅外云圖云頂黑體溫度的分析 ［J］.氣象學報，54（5）：600－611.Shi Dingbu，Zhu Wenqin，Wang Hongqing，et al.1996.Cloud top blackbody temperature analysis of infrared satellite image for mesoscale convective system ［J］.Acta Meteorologica Sinica（in Chinese），54（5）：600－611.

壽紹文，勵申申，姚秀萍.2003.中尺度氣象學 ［M］.北京：氣象出版社，370pp. Shou Shaowen，Li Shenshen，Yao Xiuping.2003.Mesoscale Meteorology［M］（in Chinese）.Beijing：China Meteorological Press，370pp.

孫淑清，高守亭.2005.現(xiàn)代天氣學概論 ［M］.北京：氣象出版社，207pp. Sun Shuqing，Gao Shouting.2005.Introduction to Modern Synoptic Meteorology［M］（in Chinese）.Beijing：China Meteorological Press，207pp.

Szoke E J，Zipser E J，Jorgensen D P.1986.A radar study of convective cells in mesoscale systems in GATE.Part I：vertical profile statistics and comparison with hurricanes［J］.J.Atmos.Sci.，43（2）：182－197.

Vasiloff S V，E.A.Brandes E A，Davies－Jones R P，et al.1986.An investigation of the transition from multicell to supercell storms［J］.J.Climate Appl.Meteor.，25：1022－1036.

Wakimoto R M.1982.The life cycle of thunderstorm gust fronts as viewed with Doppler radar and rawinsonde data［J］.Mon.Wea.Rev.，110：1060－1082.

王笑芳，丁一匯.1994.北京地區(qū)強對流天氣短時預報方法的研究［J］.大氣科學，18（2）：173－183. Wang Xiaofang，Ding Yihui.1994.Study on method of short－range forecast of severe covective weather in Beijing Area［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences（Scientia Atmospherica Sinica）（in Chinese），18（2）：173－183.

Wilson J W，Mueller C K.1993.Nowcasts of thunderstorm initiation and evolution［J］.Wea.Forecasting，8：113－131.

肖穩(wěn)安.1981.用地球靜止氣象衛(wèi)星云圖分析我國幾類強雷暴天氣［J］.大 氣 科 學，5 （4）：398－406. Xiao Wenan，1981.The analysis of severe thunderstorms in China with GMS pictures［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences（Scientia Atmospherica Sinica）（in Chinese），5（4）：398－406.

肖穩(wěn)安，周詠梅.1993.上海暴雨和強對流天氣的地面觀測分析［J］.南京氣象學院學報，16（1）：61－66. Xiao W，Zhou Y M，1993.Surface observational analysis of torrential rain and severe convective weather in Shanghai［J］.Journal of Nanjing Institute of Meteorology（in Chinese），16（1）：61－66.

許煥斌，段英，劉海月.2006.雹云物理與防雹的原理和設計——對流云物理與防雹增雨 ［M］.北京：氣象出版社，296pp.Xu Huanbin，Duan Ying，Liu Haiyue.2006.Hailstorm Physics，and Principle and Design of Hail Suppression—Convective Cloud Physics，Hail Suppression and Precipitation Enhancement［M］（in Chinese）.Beijing：China Meteorological Press，296pp.

徐亞欽，翟國慶，黃旋旋，等.2011.基于雷達和自動站資料研究風暴演變規(guī)律 ［J］.大氣科學，35（1）：134－146. Xu Yaqin，Zhai Guoqing，Huang Xuanxuan，et al.2011.A study of the evolution regularity of storm based on the data of radar and automatic station［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences （in Chinese），35（1）：134－146.

殷占福，鄭國光.2006.一次強風暴三維結(jié)構(gòu)的觀測分析 ［J］.氣象，32（9）：9－16. Yin Zhanfu，Zheng Guoguang.2006.Analysis of three－dimensional structure of a severe hailstorm ［J］.Meteorological Monthly（in Chinese），32（9）：9－16.

俞小鼎，姚秀萍，熊廷南，等.2005.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用 ［M］.北京：氣象出版社，314pp. Yu Xiaoding，Yao Xiuping，Xiong Tingnan，et al.2005.Principles and Applications of Doppler Weather Radar［M］（in Chinese）.Beijing：China Meteorological Press，314pp

袁野，楊光，胡雯，等.2007.利用雙多普勒雷達分析對流云垂直運動結(jié)構(gòu)試驗 ［J］.應用氣象學報，18（3）：306－313. Yuan Ye，Yang Guang，Hu Wen，et al.2007.The upright motion structure in convection cloud by dual－Doppler radar［J］.Journal of Applied Meteorological Science（in Chinese），18（3）：306－313.

張翠華，言穆弘，董萬勝，等.2005.青藏高原雷暴天氣層結(jié)特征分析 ［J］.高原氣象，24（5）：741－747. Zhang Cuihua，Yan Muhong，Dong Wansheng，et al.2005.Analyses on atmospheric stratification characteristics of thunderstorms over Qinghai－Xizang Plateau［J］.Plateau Meteorology （in Chinese），24 （5）：741－747.

張培昌，杜秉玉，戴鐵丕.2001.雷達氣象學 ［M］.北京：氣象出版社，499pp.Zhang Peichang，Du Bingyu，Dai Tiepi.2001.Radar Meteorology［M］（in Chinese）.Beijing：China Meteorological Press，499pp.

張義軍，華貴義，言穆弘，等.1995.對流和層狀云系電活動、對流及降水特性的相關分析 ［J］.高原氣象，14 （4）：396－405.Zhang Yijun，Hua Guiyi，Yan Muhong，et al.1995.The correlation analysis of electric activity，convection and precipitation in convective cloud and stratus［J］.Plateau Meteorology （in Chinese），14（4）：396－405.

鄭永光，陳炯，陳明軒，等.2007.北京及周邊地區(qū)5～8月紅外云圖亮溫的統(tǒng)計學特征及其天氣學意義 ［J］.科學通報，52（14）：1700－1706.Zheng Yongguang，Chen Jiong，Chen Minguan，et al.2007.Statistical characteristics of satellite IR imagery during May to August in Beijing region and their weather implication［J］.Chinese Science Bulletin，52（14）：1200－1706.

朱君鑒，鄭國光，王令，等.2004.冰雹風暴中的流場結(jié)構(gòu)及大冰雹生成區(qū) ［J］.南京氣象學院學報，27（6）：735－742. Zhu Junjian，Zheng Guoguang，Wang Ling，et al.2004.The air flow and the large－h(huán)ail generation area in hailstorms［J］.Journal of Nanjing Institute of Meteorology（in Chinese），27（6）：735－742.

Review on the Observation Investigation of Thunderstorms

CHEN Hongbin and ZHU Yanliang

KeyLaboratoryofMiddleAtmosphereandGlobalEnvironmentObservation，InstituteofAtmosphericPhysics，ChineseAcademy ofSciences，Beijing100029

Thunderstorm is defined as the severe convective weather with thunder and lightning.On the one hand，it brings much useful precipitation in spring and summer in many regions，especially in semi－arid areas.On the other hand，however，its accompanying hails，heavy rain，tornados，and strong wind bursts cause much loss in life and property over the world wide.So，thunderstorm is one of severe weather phenomena to be continuously investigated in meteorological and atmospheric sciences.The observational data of thunderstorm are always required in studying storm initiation and development mechanism，developing mesoscale models，and predicting and warning thunderstorm hazards.This paper aims to review the advance in thunderstorm observation investigations with focus on the description of some field experiments over the past 6decades.

thunderstorm，observation，review

1006－9895（2012）02－0411－12

P412

A

10.3878／j.issn.1006－9895.2011.11064

陳洪濱，朱彥良.2012.雷暴探測研究的進展 ［J］.大氣科學，36（2）：411－422，

10.3878／j.issn.1006－9895.2011.11064. Chen Hongbin，Zhu Yanliang.2012.Review on the observation investigation of thunderstorms［J］.Chinese Journal of Atmospheric Sciences（in Chinese），36（2）：411－422.

2011－03－23，2011－07－07收修定稿

國家自然科學基金資助項目40975001，中國科學院知識創(chuàng)新工程方向項目KZCX2－YW－207，公益性行業(yè)（氣象）科研專項項目GYHY201106046

陳洪濱，男，1960年出生，研究員，主要從事大氣遙感、大氣探測和大氣輻射傳輸方面的研究。E－mail：chb＠m(xù)ail.iap.ac.cn