超级单体是最有组织性、发展最强烈且持续时间最长的孤立深对流风暴类型之一,常引发暴雨、冰雹、强风和龙卷风等严重天气现象。其显著特征是存在一个深且持久的中尺度气旋(Fujita, 1963; Donaldson, 1970; Lemon and Doswell, 1979; Li et al., 2025)。虽然超级单体通常表现为孤立的对流细胞,但在某些情况下,一个区域内也可能同时出现多个超级单体。在中国,关于超级单体的研究仍然相对有限。例如,Zhang等人(2018)分析了内蒙古由多个超级单体引发的EF3级龙卷风,发现连续的超级单体形成是由地面干线汇聚引起的。同样,Yin等人(2021)指出,在云南的一次强对流事件中,地面汇聚线和强垂直风切变促进了多个超级单体的形成。国内外研究表明,超级单体发展的关键条件包括充足的水分、大气不稳定、中尺度抬升机制和垂直风切变(Zhang et al., 2018; Sun et al., 2019; Weisman and Rotunno, 2000; Rasmussen, 2003; Liang and Li, 2024),其中垂直风切变对风暴的组织和持久性尤为重要。
由低层环境风场形成的边界层汇聚线在对流天气的形成、发展和消散中起着关键作用。当大气分层条件有利时,严重对流往往在这些汇聚线的交汇处开始,这些汇聚线也有助于雷暴的增强(Carbone et al., 1990; Wilson and Mueller, 1993; Nishimura et al., 2024; Abulikemu et al., 2026; Komjáti et al., 2026)。边界层汇聚线可以表现为天气尺度上的冷锋或露点锋,以及与雷暴相关的中尺度特征,如海风锋(SBFs)和阵风锋(GFs)(Wilson and Mueller, 1993; Liang et al., 2017)。尽管严重对流通常在强天气尺度强迫下发生,但在弱天气尺度强迫下也可能形成,例如在副热带高压附近,此时海风锋和阵风锋等中尺度边界成为关键触发因素(Xiao et al., 2022; Zeng et al., 2023; Jiang et al., 2025)。虽然海风锋引发对流细胞的过程已有较多文献记载(Gu et al., 2017; Landreau et al., 2025; Xiao et al., 2025; Fu et al., 2026),但海风锋本身如何继续影响和组织后续对流细胞生命周期的具体机制仍需进一步研究。
尽管观测能力有所提高,但对严重对流环境的高分辨率三维监测仍然不足。此外,像Weather Research and Forecasting(WRF)这样的中尺度模型在模拟海风强度、垂直发展和内陆传播方面仍存在局限性。因此,海风锋的发展如何影响严重对流的触发、传播和增强,特别是超级单体风暴的机制尚未完全明了。多源观测数据(包括天气雷达、无线电探空仪和风廓线仪)与机理数值建模相结合,对于深入理解边界层汇聚线(如海风锋和阵风锋)如何调节对流发展以及支持临近预报和预警至关重要。
2017年7月5日,上海发生了一次严重的对流事件,其特征是一系列自东向西传播的超级单体,表现出明显的后向增强模式,即新的对流细胞不断在成熟细胞的东侧形成。该事件产生了强短时降雨、大冰雹、强风和疑似龙卷风,并在副热带高压边缘的弱天气尺度强迫下发展。在这项研究中,我们利用天气雷达、无线电探空仪和风廓线仪观测数据分析了这些超级单体的形成和演变过程,特别关注了不同发展阶段海风锋和阵风锋的作用。为了进一步探讨潜在机制,我们使用Cloud Model 1(CM1)进行了敏感性实验,该模型采用了事件不同关键阶段的观测边界层风场数据。我们的目标是阐明海风锋或阵风锋在弱天气尺度强迫下如何影响超级单体的形成、传播和增强,这对于提高对它们严重性和持续时间的预报至关重要,从而为东部沿海地区的严重对流风暴预报和预警提供参考。