超级单体风暴分为三类，即经典超级单体风暴、强降水超级单体、弱降水超级单体

超级单体风暴区别于其他强风暴的本质特徵：深厚持久的中气旋。

超级单体风暴

一种具有特殊结构的单体强雷暴，比正常成熟雷暴的水平尺度要大得多，云体中低层雷达回波的水平尺度可达几十公里，维持时间可达几个小时，常伴有强风、局地暴雨、冰雹、下击暴流甚至龙捲。“超级单体”有时会在雷暴雨天气里出现，它的形状是一个环形，中间是大风携裹着的尘土和雨，而一圈圈粗糙不平的云环绕周围。它在大型风暴系统的中心地带，旋转运动的云被集中，形成环形，在中间形成疾风暴雨。这种风暴系统可以有十公里宽，在不同地方产生很多次暴风雨。它的成因是寒冷乾燥的空气遇到了温暖湿润的热带空气，产生激烈的对流，形成积雨云，风进入这个系统后会旋转，形成“隧道”，它越转越快，最终形成低压带，吸进更多空气。如果冷热空气很快中和，那幺这个风暴系统只停留在高空；如果两者都足够充沛，它就有可能下降高度，形成“超级单体”。虽然看上去很像龙捲风，但“超级单体”并不会把物体吸进去，而只是把雨倾泻下来。这种现象会持续数小时，给当地造成一定的危害。

据美国国家海洋与大气管理局（NOAA）称，超级单体风暴并非都是雷暴，这种天气现象是下方风创造出上升气流，使气流垂直旋转而成，也被称为中气旋。中气旋的风速最快可达每小时274公里。超级单体风暴还以携带大量冰雹、强风以及龙捲风闻名，可持续数小时之久。

美国极端天气爱好者罗伯特·辛纳（Robert Sinner）于当地时间2015年6月4日在堪萨斯州抓拍到超级单体风暴（supercell storm）的壮观场面，记录了旋转的雷暴穿过汉斯顿（Hanston）乡村地区的景象。这个超级单体风暴还夹杂着冰雹，其个头比棒球还大。

辛纳利用加速镜头捕捉到这个超级单体风暴演变和移动的全过程。超级单体风暴是陆地上形成的威力最强大的天气现象，能够引发龙捲风。辛纳说：“我曾追逐过数百个风暴，但很少看到这种日落时分形成的弱降水超级单体风暴，这是一种不同于其他风暴的罕见天气现象。”

辛纳还称：“超级单体风暴总是伴随着气流旋转和气流上升现象。期间，这场风暴还带来了我曾见过的最大的一场冰雹，冰雹的直径超过9厘米。在视频中，你可以看到气流旋转，风暴在15000多米高空与冰雹结合。”

指一个龙捲风系统内部包含2个或2个以上涡旋个数的龙捲风，通常由一个主涡旋和若干个小涡旋组成，形状可以是数条‘象鼻子’，也可是被碎屑严严包裹的‘楔形龙捲风’，这些小涡旋有时会造成更大的破坏，因此房子不但有承受主涡旋的风力冲击，还有小涡旋的风力冲击，况且由于有多个涡旋，宽度都较宽，覆盖範围很广。多涡旋龙捲风就包括着名的1999年5月的Moore Tornado EF5（雷达估测到318mph，约合512km/h的风速，是官方认定最强的龙捲风），还有2013年5月31日的 EI reno Tornado EF3（5）（雷达曾经估测到475km/h，约合257kts的巨大风速，不过地面只有EF3级破坏，但是他创下了宽度最大的记录，宽度约4.2mph）。

landspout、美国国家气象局称dust-tube tornado是一个术语，用以描述一种和中尺度气旋没有关联的龙捲风。陆龙捲和水龙捲有一些相同的特点，例如强度相对较弱、持续时间短、冷凝形成的漏斗云较小且经常不接触地面等。虽然强度相对较弱，但陆龙捲依然会带来强风和严重破坏。

可以简单地定义为“水上的龙捲风”，通常意思是在水上的非超级单体龙捲风。水龙捲能吹翻小船，毁坏船只，当吹袭陆地时就有更大的破坏，并夺去生命。

龙吸水是龙捲风的别名，因为与古代神话里从波涛中窜出、腾云驾雾的东海蛟龙很相象而得名，它还有不少的别名，如“龙吸水”、“龙摆尾”、“倒挂龙”等等。

龙捲风在水面上就是龙吸水、在陆地上就是普通的龙捲风。龙捲风就是空气的流动，空气是看不到的。龙捲风中心气压底，有吸引力。吸引灰尘、水汽等其他杂物。由于重力，液态水不可能长时间在天上，龙吸水过后，吸到天上的水就会落下来，形成暴雨，所以说所谓龙吸水就是龙捲风。

龙吸水是一种偶尔在温暖水面上空的龙捲风。2012年8月22日广西北海市出现龙吸水图，它的上端与雷雨云相接，下端直接延伸到水面，空气绕龙捲的轴快速旋转。受龙捲中心气压极度减小的吸引，水流被吸入涡旋的底部，并随即变为绕轴心向上的涡流。

龙捲风俗称“龙吸水”，它是从雷雨云底伸向地面或水面的一种範围很小而风力极大的强风旋涡。

龙捲风的风力极大。在龙捲风中心附近，水平风速每秒可达50-119米，极端情况，可达120米。12级风的风速相当于每秒30多米，造成的破坏异常惊人。

龙捲风的风力大，主要是龙捲风内的空气大量逸散，使龙捲风中心空气十分稀薄，气压很低，与外围空气的气压差特别大。颱风中心和它外围空气平均每100公里差20毫巴（压强单位），而龙捲风中心与外围空气只要相差20米，气压差就达20毫巴。气压梯度越大，风力也就越大，龙捲风的风力要比颱风大上好多倍，但龙捲风涉及的範围很小。

旋风在河流、湖泊或者海面上发生时，就会形成龙捲风。大气里的冷空气团经过水体时，温暖的潮湿气体向上升腾，形成巨大的水柱。这些水柱从海面上掠过时，它们会留下一条由水汽形成的尾迹。水柱的直径从几英尺到数百英尺不等，，深入到云团深处。海上龙捲风比旋风更微弱，往往只有它们从陆地上经过时，才会对人构成威胁。

非常罕见的龙捲风形态，由陆龙捲与火焰的结合。

巴西火龙捲

龙捲风夹起火焰高达数米，像一条巨大的火龙旋转前进。

出现“火龙风”的主要原因是异常乾旱的天气和强劲的风势助长了此处的火势。圣保罗地区的空气乾燥程度已赶上了撒哈拉沙漠。

火焰龙捲风又叫火怪，火旋风，是指当火情发生时，空气的温度和热能梯度满足某些条件，火苗形成一个垂直的漩涡，旋风般直插入天空的罕见现象。旋转火焰多发生在灌木林火，火苗的高度30至200英尺不等，持续的时间也有限，一般只有几分钟，但如果风力强劲能持续更长的时间。

是一种和阵风锋与下击暴流有关的小型垂直方向旋转的气流。由于它们严格来说和云没有关联，所以就它们是否属于龙捲风还存有争议。当从雷暴中溢出的快速移动乾冷气流流经溢出边缘的静止暖湿气流时，会造成一种旋转的效果（可用“滚轴云”解释），若低层的风切变够强，这种旋转就会水平（或倾斜）进行，并影响到地面，最终的结果就是阵风卷。阵风卷的旋转方向不固定，可顺时针亦可逆时针。

尘捲风是由于地面局部增热不均匀而形成的一种特殊的旋转对流运动。在尘捲风形成的过程中，外围空气通过贴近地面的薄层被地面加热后流向中心部位，外围空气的旋转能量在中心部位得到加强形成尘捲风，其旋转能量是热泡原来具有的旋转能量的局部集中和一部分势能转化而形成的，其旋转方向是由热对流泡的初始旋转方向所决定。

值得注意的是，龙捲风与尘捲风是完全不同的，龙捲风是云层中雷暴的产物。尘捲风由地面强烈增温而生成的小旋风，以捲起地面尘沙和轻小物体形成旋转的尘柱为特徵。

烟囱龙捲风：轮廓直，比较粗壮，强度中等，一般在EF2--EF4级左右。

绳形龙捲风：纤细，轮廓教弯，强度弱，一般在EF0--EF2左右。

楔形龙捲风：长度较宽，可达1.5公里，宽度超过高度，强度强，一般在EF4--EF5左右。

双胞胎龙捲风：两个龙捲风，有的粗，有的细，强度不定。

龙捲风是猛烈旋转的风，时速超过300千米。位于强烈雷暴内部的旋转的风把水蒸气汇集成一个紧密的漩涡，但是这种风暴云墙中产生的特殊形状的“漏斗”持续的时间一般不超过10分钟，而且由超级单体风暴产生的龙捲风能持续破坏一个多小时。持续时间长的龙捲风通常非常宽，直径可达1.6千米，杀伤力很大。重大的灾难发生于风速变化显着的地方，以及大漏斗内的小龙捲风经过的途径中。美国中部被称为“龙捲风走廊”，那里每年都发生几百次龙捲风，堪称世界上在有限面积内爆发龙捲风最多的地区。

美国龙捲风数据

龙捲风不会使房屋爆炸，但是会将房顶掀起。树杈和交通工具等在空中飞舞，它们刺穿建筑物，打碎窗户并对建筑物造成毁灭性的破坏。

龙捲风剖析图

漏斗云内部的低气压製造出一个被强劲的旋转风包围着的平静核心。从外部看，龙捲风的形状很想蛇形绳索，圆锥或者大象鼻子。

龙捲风的风力是地球上最强的，不仅能把又重又大的、数十/百吨的物体捲起到数千米以外，而且风力大的可以举起汽车、火车甚至是整栋房屋。

龙捲风由大型雷暴内部的旋风，以及螺旋运动的地表风共同产生的。碎片云显示龙捲风已经接近地面。

龙捲风主要由云墙、漏斗形管子组成，接近地面时，会形成地表风和碎片云。

温暖上升的气流把水蒸气带到低温的空中。水蒸气遇到了低温的环境，凝结并液化，慢慢形成蓬鬆的积云并蓄积。

超级单体风暴

当凉爽的下沉气流截断上层空气对风暴的供给，积雨云就开始消散，它们供给给风暴的大量云层慢慢蓄积，慢慢“膨胀”，之后的积雨云只留下几缕小块的捲云。

当蓄积成形后，就会出现龙捲风。龙捲风是剧烈的旋风，往往是超级单体雷暴的母体，可以从超级单体雷暴中降至地面。当龙捲风接触地面时，它们的破坏性就显现出来了：电闪雷鸣、风雨交加。有时候一栋房子被摧毁，而它的周围却安然无恙，因为龙捲风的轨道总是无法预测。

超强龙捲风一小时释放能量相当于8颗核子弹

据国外媒体报导，席捲美国的龙捲风事件被国家气象机构评定为EF-5级别，有着广泛的严重损害程度，风速大约在每小时320公里到337公里之间，一些气象学家计算发现，龙捲风在肆掠的一个小时内所释放的能量区间值相当于8至600倍广岛核子弹。美国国家强风暴实验室气象学家哈罗德·布鲁克斯认为龙捲风在某些路径点上的宽度可以超过2公里，路程大约为27公里，持续时间为40分钟。根据统计，全美发生的龙捲风事件中，只有不到1%会形成恐怖的破坏事件。

如果一次龙捲风要升级为灾难性事件，需要多种因素的介入，比如当地的地理、气象还有一些不好的运气。2013年5月21日，在俄克拉荷马州就形成了破坏性的龙捲风，内布拉斯加林肯大学气象学教授亚当·休斯顿认为这里的气候温暖、空气潮湿、风切变的天气条件有利于形成强烈的龙捲风。

龙捲风每年能在经济上造成数百万美元的损失，并会导致失业和死伤，危害不容小觑。

从2008年2月5日晚上12点到第2天晚上12点的24小时内，共有大约133起龙捲风席捲了美国的八个州。风力主要集中在田纳西、肯塔基、阿肯色、阿拉巴马和密西西比等地区。这是历史上第二强烈的24小时龙捲风。反常的温暖气温助长了超级单体风暴，而大多数龙捲风都是由超级单体风暴引起的。这次毁灭性的事件发生在定期到来的龙捲风风季之前的几个月，而且像往常一样，许多致命的风暴都是在夜间形成的。这八个洲中共有84人死亡，其中一股龙捲风更把一个11个月大的小男孩捲走了90米远。不可思议的是，这个小男孩竟然活了下来，只是受了一点轻伤。

建筑物遗址

作为局地对流风暴发展的一种最猛烈的形式，超级单体一直吸引着众多气象学家的注意。20世纪60和70年代，Browning及其合作者利用天气雷达资料对超级单体风暴的结构进行了一系列开创性的研究。正式提出将超级单体作为局地对流风暴的一种类型。超级单体作为一个强烈发展的对流单体的特徵除了其準稳定状态外，一个重要的特徵是雷达回波存在一个弱回波区WER(Weak Echo Region)或有界弱回波区(Bounded Weak Echo Region，BWER)。超级单体的另一个雷达回波特徵是低层的钩状回波。第一个钩状回波是由Stout和Huff于1953年观测到的。并非所有的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人流方向伸出的一个突出物，给出常见的超级单体钩状回波的5个变种。随着20世纪70年代都卜勒天气雷达在研究中的使用，超级单体的旋转特性被充分揭示。1970年首次利用都卜勒天气雷达观测到了超级单体中的“龙捲气旋”，也就是广泛使用的所谓“中气旋”(mesocyclone)。接下来的一系列都卜勒雷达观测和数值模拟进一步证明超级单体总是与中气旋相伴随。暗示超级单体可重新定义为具有中气旋的对流单体，中气旋形成阶段的位置与有界弱回波区的位置大致相同。在根据都卜勒天气雷达观测和对Browning于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，于1979年提出了一个新的超级单体概念模型，仍被套用。

中国对于局地强对流包括超级单体风暴也进行了一些研究。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类似。研究若干中国的超级单体个例。利用中国气象科学研究院的都卜勒天气雷达研究了一次雹暴的反射率因子和流场结构。中国新一代雷达的高灵敏度和测速功能为局地强风暴的研究提供了良好的条件。不少站点已观测到一些超级单体和相应的中气旋的例子。

2002年5月27日下午，在安徽北部出现了一系列的强对流风暴，其中有1个超级单体造成严重的灾害，该风暴历经约2.5h，自西北向东南方向移动了约90km，风暴路径(包括风暴的起始阶段)如图1所示。安徽省北部大片地区出现大风、冰雹和强降水天气。其中受灾最严重的蚌埠市5月27日16时58分出现31m/s的狂风，同时伴随着冰雹和大雨。农作物大面积受灾，倒塌房屋1374间，2人死亡，53人受伤，蚌埠市直接经济损失1.92亿元，这次灾害总的经济损失约4.54亿元。此次超级单体很典型，研究将套用合肥都卜勒雷达的资料对该超级单体的结构及其演变过程进行仔细的分析。

图1 2002年5月27 日风暴路径

如上所述，此次超级单体风暴在5月27日16时55分达到最强。分析一下此时超级单体的结构。图2给出了0.5°，1.5°，3.°和4.3°仰角的反射率因子和径向速度。0.5°仰角的反射率因子图上显示了带有典型钩状回波的超级单体(相应的高度在此距离处约为2km)，最大反射率因子位于钩状回波上(西部)，超过70dBz。钩状回波的西南方沿西南一东北走向有一条50余公里长出流边界，从速度图上看出它离开超级单体向雷达方向移动，它相对于与超级单体后侧下沉气流相对应的出流边界，也就是阵风锋。低层人流似乎是沿着这条西南一东北走向的阵风锋的前沿向超级单体钩状回波缺口附近运动，接近钩状回波缺口时由东南方向进入超级单体有界弱回波区成为上升气流。钩状回波的东南有一条长达100多公里的边界层辐合线，呈西北一东南走向。似乎是与超级单体前侧下沉气流相联繫的另一段出流边界(阵风锋)，但其靠近超级单体的部分可能由于距离雷达远的缘故没有显现出来。低层反射率因子图上(0.5°)超级单体移动方向的左前侧呈现出倒“v”型缺口，这也是超级单体常见的特徵之一。与钩状回波的缺口区相对应，0.5°仰角的径向速度图上是一个很强的气旋式切变速度对，即中气旋。该中气旋的旋转速度为22m/s，按照美国国家强风暴实验室规定的中气旋判据属于强中气旋。在1.5°仰角(在超级单体距离处高度约4km)，反射率因子图上仍显现出钩状回波特徵，但不如0.5°仰角明显，最强回波位于钩状回波北部，超过70dBz。反射率因子轮廓线相对0.5°仰角向南(低层人流方向)扩展。相应的速度图上，中气旋特徵仍很显着，旋转速度约为19m/s，比0.5°仰角稍弱。2.4°仰角(高度约为6km)的中气旋特徵依然清晰，旋转速度为16m/s。在3.4°仰角(在超级单体距离处的高度约为8km)，反射率因子的轮廓进一步向南扩展，展现出超级单体反射率因子自低往高向低层人流一侧倾斜的特徵，呈现出明显的回波悬垂(echo overhang)。与低层钩状回波的人流缺口相对应的闭合的有界弱回波区清晰可见，位置相对偏南，也就是说有界弱回波区也是自低往高向低层人流一侧倾斜的。相应的速度图上呈现出气旋式辐散的结构。在4.3°仰角，反射率因子回波成羽毛状，强回波中心位于西侧，位于中低层有界弱回波区之上。相应径向速度图呈现以反射率因子强度核心为中心的强烈辐散，正负速度差值达63m/s。根据成熟中气旋的概念模型，在靠近地面附近的大气边界层内，中气旋的径向速度特徵为辐合式气旋性旋转，再上面一些是纯粹的气旋性旋转，在中上层为气旋式旋转辐散，上层为纯粹辐散。上述超级单体在0.5°和1.5°仰角(高度分别为2和4km)的径向速度特徵基本为纯粹的气旋性旋转(彩图2)，3.4°仰角(高度约8km)为气旋性辐散，4.3°仰角(约10km高)以强烈辐散为主，同时带有旋转特徵，基本符合成熟中气旋的概念模型。接近地面的边界层内的速度特徵由于离雷达较远而无法观测到。另外需要指出的是，此次超级单体不是孤立的，在其西部和北部还有其他对流单体存在，共同构成一个中尺度对流系统。就超级单体本身的水平尺度而言，可以近似看成一个椭圆形，其超过30dBz阈值的长短轴的长度分别为30和60km，若阈值为20dBz，则其长短轴分别为40和150km。

图2

图3(彩图)给出了16时55分超级单体的反射率因子和径向速度垂直剖面。图3c为沿低层人流方向通过有界弱回波区中心的反射率因子垂直剖面。可以看到典型的有界弱回波区(穹隆)和其上的强大回波悬垂、以及有界弱回波区左侧回波墙。有界弱回波区的水平尺度约为8～9km。强的反射率因子区(大于65dBz)为沿着BWER左侧的一个竖直的狭长区域，从10km左右高度一直扩展到低层，其中下部代表冰雹下降的区域。最强的区域位于回波墙上部，其值超过70dBz。超级单体的回波顶接近15km，沿剖面方向的水平尺度约40km。图3a和b为沿着与通过中气旋中心的与雷达径向垂直的直线的反射率因子和径向速度的垂直剖面。反射率因子垂直剖面的结构与Fleming超级单体的结构类似，如典型的有界弱回波区(穹隆)和其上的强大回波悬垂、以及有界弱回波区左侧回波墙和狭长的反射率因子高值区。此方向BWER的水平尺度略小，约7km。接下来分析相应的径向速度的垂直剖面(图3b)：暖色代表离开雷达向着画面的速度，冷色代表离开画面向着雷达的速度。径向速度剖面中最显着一个特徵是从底部(2km)一直向上扩展到12km左右的中气旋。由于距离较远(距雷达约120km)，最低仰角(0.5°)到了超级单体距离处已经接近2km高。从图中判断，中气旋还应向下延伸直到边界层内。

图3 皖北超级单体16时55分时刻的垂直结构

利用位于安徽合肥的S波段都卜勒天气雷达资料对2002年5月27日14～20时发生在皖北地区的一次典型的超级单体过程进行了详细的分析。此次超级单体的天气背景的主要特徵是：槽线位置从低往高向前倾斜，700hPa小槽在对流风暴发生期间移过皖北地区，下午14时的地面图上显示一个尺度约为150km的闭合气旋式环流。风向从低到高顺时针方向旋转。

上述风暴于27日13点20分左右起源于皖北的西北部亳州和涡阳之间的一个孤立的多单体风暴，此后雷达回波不断发展加强并向东偏南方向移动。16时左右，风暴发展为超级单体并保持超级单体特徵达1h之久。整个对流层的平均风向为西风略偏北，而超级单体的移动方向在盛行风向的右侧约30°，是典型的右移超级单体。之后，其超级单体特徵迅速消失，先是演变为多单体，然后变成一条飑线，于21时左右进入苏北。

16时55分，上述超级单体强度达到顶峰。0.5°仰角的反射率因子图的右后侧呈现出典型的钩状回波特徵，左前方呈现明显的倒“V”字型结构，最大反射率因子超过70dBz。相应反射率因子垂直剖面图上呈现出宽大的有界弱回波区(穹隆)，高大强盛的回波悬垂和与竖直的高反射率因子(65dBz以上)狭长区域相邻的回波墙，最大的回波强度在回波墙上部，超过70dBz。径向速度图上出现成熟中气旋的典型特徵，中低层为纯粹的气旋式旋转，中高层为辐散式气旋旋转，高层为强烈辐散。超级单参考文献体南边出现两条明显的出流边界，一条位于钩状回波的西南，一条位于钩状回波的东南。另外，相应的垂直累积液态水含量和密度分别超过70kg/m²和5g/m³。此时的超级单体呈现出典型的强烈雹暴特徵，儘管气象站观测到的最大冰雹直径只有11mm，但上述所有特徵都表明该超级单体的实际最大降雹尺寸要远远超过这一数值。

在预报发生强对流风暴潜势时，人们往往使用T—lnP图进行热力不稳定分析。此次超级单体风暴发生当日早上08时相邻探空站的T—lnP图上并没有显示出很强的对流不稳定。主要原因是探空的时空解析度太低。由于大气水汽分布的高时空变率，大气对流稳定度的时空变率很大，因此利用早上08时探空曲线的T～lnP图的热力稳定度分析来预报午后发生对流风暴的潜势的有效性是十分有限的。可以利用地基GPS测量的水汽总量、自动地面站数据和高解析度数值天气预报数据构造高时空解析度的大气垂直温湿廓线，从而增加强对流潜势预报的準确性，这是一个需要进一步研究的问题。

此次超级单体风暴的最强盛阶段出现了强中气旋，按照美国天气局的业务规範(中国还没有这方面的业务规範)，应发布龙捲警报。而事实上并没有观测到龙捲。观测表明，龙捲超级单体和非龙捲超级单体的钩状回波几乎没有任何区别，而龙捲和非龙捲超级单体在径向速度特徵方面的差别即使有，也是很细微的。这给超级单体龙捲的预警带来的很大的挑战。在这方面进行更多的个例研究是很必要的。