单多普勒雷达对一次龙卷过程的观测和分析

本文利用泰州S波段多普勒雷达观测资料和探空、地面资料对2013年7月7日发生在江苏高邮的一次龙卷过程进行分析讨论。此次龙卷过程由超级单体风暴引发,环境分析显示高邮地区低层位于急流辐合区,高层位于急流辐散区,有利于对流发展。龙卷发生前具有强对流不稳定度和中等风切变。雷达回波资料分析显示超级单体在成熟阶段出现明显的钩状回波,有界回波区以及悬垂回波的特征。旋转速度最强时,有龙卷产生,之后超级单体进入消亡过程。底层强垂直风切变和垂直速度不均匀分布,有利于激发龙卷天气的发生或者促进龙卷天气的维持发展。     

2013年3月20日广东东莞罕见龙卷冰雹特征及成因分析

利用常规观测、NCEP/NCAR再分析、多普勒天气雷达及自动气象站资料等,对2013年3月20日发生在东莞的一次罕见龙卷、冰雹等致灾性强对流天气过程进行分析。结果表明：1）龙卷过境时的单站气压、温度、风向风速与雷雨大风过境时明显不同,前者具有较典型的龙卷特征。2）华南地区高低空强的风随高度增大的垂直变化、上干下湿的位势不稳定层结以及低层高湿、增温为对流天气发展提供了有利的环境条件,冷空气南压和近地面边界层中小尺度辐合系统为其提供了触发机制。3）中等强度的对流有效位能（CAPE）、强的0-6 km深层垂直风切变以及较强的0-1 km低层垂直风切变为龙卷产生提供了可能性。4）龙卷、冰雹强对流风暴的发展加强与近地面边界层中小尺度辐合系统加强有密切关系。5）同时出现冰雹、大风、龙卷时,最强回波为72 dBz;龙卷出现在超级单体的钩状回波附近,更靠近后侧V形缺口;多时次观测到三体散射（TBSS）回波,与降雹对应;反射率垂直剖面图上可见明显的低层弱回波区、中高层回波悬垂,有界弱回波区（BWER）先于龙卷20多分钟出现。径向速度图上,龙卷出现时超级单体风暴同时具有龙卷涡旋特征（TVS）和中气旋特征。     

内蒙古一次强龙卷天气的中尺度特征分析

本文利用新一代多普勒天气雷达资料、逐5分钟自动站资料、常规观测和NCEP(1°×1°)再分析资料等,对2021年6月25日发生在内蒙古太仆寺旗的一次强龙卷过程进行分析研究。结果表明,龙卷发生在前倾槽背景下,出现在低层的西南气流当中。龙卷发生的环境场特征为上干冷下暖湿的不稳定大气层结;地面辐合线及干线为强对流提供了触发条件;低抬升凝结高度、强低层垂直风切变和大的对流有效位能为龙卷提供了有利条件。此次龙卷过程由多个超级单体风暴相互作用造成的,雷达回波资料分析显示超级单体出现明显的钩状回波,“V”型缺口,回波悬垂、旁瓣回波的特征,雷达距离龙卷发生地超过100 km,未识别出龙卷涡旋特征,但识别出了中气旋,中气旋最大转动速度达到了15 m/s,为弱到中等中气旋;龙卷发生前基于单体的垂直累积液态水和最大反射率回波顶高有明显的跃增。     

台风山竹(1822)龙卷的双极化相控阵雷达特征

2018年9月17日台风山竹（1822）外围螺旋雨带中发生EF2级龙卷。在高湿度、高不稳定、强垂直风切变的环流背景下,龙卷在台风外围雨带上微型超级单体右后侧钩状回波顶端的弱回波区中发展起来。具有高时空分辨率的广州X波段双极化相控阵雷达,不仅观测到超级单体的发展过程,还呈现出龙卷涡旋演变特征:单体风暴尾端在右后方入流加强作用下,逐渐形成钩状回波形态,此时对流层中低层2~3 km高度附近的中气旋强度率先达到最大,随着旋转强度进一步加强和旋转中心高度逐步下降,低层强旋转特征越来越明显,当低层旋转速度达到峰值（超过21 m·s-1）,旋转直径收缩到1 km范围,地面出现EF2级以上龙卷,旋转速度对区域出现清晰的弱回波龙卷眼区特征。X波段双极化相控阵雷达在龙卷观测中优势显著,弥补了多普勒天气雷达观测的不足。     

台风“艾云尼”（2018）外围两次近距离龙卷的环境条件和雷达特征

2018年6月8日在距台风“艾云尼”中心80 km、160 km的广州市南沙区横沥镇、佛山市南海区大沥镇两地罕见地先后出现了龙卷天气。利用X波段双偏振雷达组网、广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达和区域加密自动站等观测资料对两次近距离台风龙卷过程的环境条件和雷达特征进行了分析。环境条件分析表明,两次龙卷发生地位于低层西南急流和东南急流辐合区,所处环境为弱的对流有效位能（CAPE）、低的抬升凝结高度和强的低层垂直风切变环境中,0~1 km垂直风切变值超过15×10-3 s-1。中小尺度雷达特征分析表明:（1）两地龙卷由台风外围微型超级单体引起,超级单体在发展强盛阶段有钩状回波、入流缺口、中层回波悬垂等典型特征,最强反射率因子55~60 dBz,强度≥50 dBz强回波发展高度在4 km以下,微型超级单体有水平尺度2~3 km的中气旋,由于速度模糊影响,仅在南海龙卷发生前9 min广州S波段雷达能自动识别中气旋。（2）与南沙龙卷相联系的中气旋核心高度低,强度进一步加强紧缩导致龙卷发生;而与南海龙卷相联系的中气旋从中层发展,中气旋加强紧缩下降到更低导致龙卷发生。（3）两地弱龙卷发生时广州和南海双偏振雷达没能捕捉到龙卷碎片（TDS）特征,南海X波段雷达能提前30 min监测到入流急流,提前27 min探测出钩状回波等特征,并通过分析ZDR弧和KDP弧可判断低层强盛的上升气流和强的垂直风切变利于风暴的发展。（4）佛山四部X波段组网雷达反演的1 km水平风场可分析出小尺度涡旋结构,对应钩状回波尾端有强的风向切变,这对龙卷发生地点的判断和风暴的流场结构有较好指示意义。      

2019年7月3日辽宁开原EF4级强龙卷形成条件、演变特征和机理

综合应用高时空分辨率多源观测资料,分析了2019年7月3日下午辽宁开原EF4级强龙卷的天气形势、环境条件、对流触发、对流风暴演变特征和龙卷的形成与消亡机制。开原龙卷发生在东北冷涡西南侧500 hPa西北气流、850 hPa切变线、地面强西南暖湿气流中;除了对流层中下层相对湿度低、抬升凝结高度较高是开原龙卷的不利环境条件外,其他有利于强中气旋龙卷的环境条件都具备。但风廓线雷达观测和天气雷达观测的径向速度场显示0～1 km垂直风切变的增强具有中尺度特征,表明边界层强风与中层急流相耦合形成了非常有利于龙卷的垂直风切变条件。形成开原龙卷的直接系统是一孤立超级单体,具有典型的超级单体雷达回波特征、强中气旋和龙卷涡旋特征等;其由地面干线辐合线与东侧的阵风锋辐合线共同作用触发。该对流风暴前部产生的降水先使得开原及周边地区大气快速饱和、显著改善了大气低层湿度条件,当对流风暴后部钩状回波部分移动到该区域时,有利于其不太强的下沉气流产生强度适宜的冷池,加之边界层强暖湿气流入流、强低层和中层垂直风切变与强烈上升气流的共同作用,从而产生了该次开原龙卷。地面自动站观测温度分布表明,开原龙卷超级单体的冷池与环境大气温度差异在2~4℃时有利于龙卷形成,而当对流风暴的强下沉气流使冷池温差加大到7℃时,不利于近地面垂直涡度维持,导致龙卷消亡。     

两次强龙卷过程的环境背景场和多普勒雷达资料的对比分析

通过分析发生在安徽省灵璧县（2005年7月30日）和无为县（2003年7月8日）的两次强龙卷过程的环境背景场和雷达资料发现：（1）在环境背景场方面,两次过程都发生在高空有低槽和切变线、地面较为暖湿的环境中,且龙卷发生地附近都有低层边界（冷锋或雷暴外流边界等）,低层垂直风切变较大。不同之处是灵璧县龙卷0～1 km的平均垂直风切变较大,0～6 km的平均垂直风切变较小,而无为县龙卷的高、低层的平均垂直风切变都很大。进一步分析得出,在对流有效位能达到一定值后,密度加权垂直风切变对对流的组织和维持起到非常重要的作用。（2）在雷达特征方面,两次龙卷过程的母体雷达反射率因子回波不同于经典超级单体。虽然回波形态、强度和高度各异,但都存在强的中气旋,且其强核都出现在雷达可探测的最低高度。中气旋内部的垂直涡度都很大,达到2～6个中气旋单位（一个中气旋单位=10^-2 s^-1）。另外,雷达导出产品中的中气旋识别产品对强对流天气的监测有重要的应用价值,雷达超前于龙卷发生约半小时识别出中气旋,这对龙卷的预警非常有意义。     

1804号台风“艾云尼”龙卷分析

2018年6月8日,在1804号台风“艾云尼”螺旋雨带中发生了两次陆龙卷天气,分别袭击了广州市南沙区横沥镇和佛山市南海区大沥镇。利用广州CINRAD/SA多普勒天气雷达、佛山CINRAD/XD多普勒天气雷达、5 min间隔的地面自动气象站和MICAPS等资料,研究了两次陆龙卷的天气背景、环境参数和龙卷风暴中尺度结构特征。结果表明:广州南沙龙卷为台风环流外围龙卷,位于台风中心的东北象限,强度为EF3级;佛山南海龙卷为台风环流内部龙卷,位于台风中心的东侧,强度为EF1级。龙卷均发生在中低空强东南急流在珠江口附近上下叠加和高层辐散的有利大尺度环流背景下。环境条件表现为较强的低层风垂直切变和较大的风暴相对螺旋度（SRH）、较小的对流有效位能（CAPE）和对流抑制能量（CIN）、极低的抬升凝结高度（LCL）;地面存在中尺度辐合线和小尺度涡旋。广州S波段雷达探测到两次龙卷母风暴的低层钩状回波和入流缺口回波特征及低层中等强度中气旋,龙卷出现在钩状回波顶端、中气旋中心附近。佛山X波段双偏振雷达清晰地探测到佛山南海区大沥龙卷的微型超级单体和龙卷碎片特征（TDS）。      

孟津县一次龙卷天气过程分析

利用灾后调查资料、常规观测资料及三门峡市多普勒雷达资料,分析2007年7月发生在洛阳市孟津县的严重风灾,结果表明:这是孟津县首次在非观测区确认的龙卷灾害;该龙卷为非超级单体龙卷,在反射率因子图上几乎没有任何明显特征,而在风暴径向速度图上呈现为较明显的小尺度涡旋特征;具有显著的低层辐合高层辐散的特征;低的抬升凝结高度和低层明显的垂直风切变及合适的对流有效位能、对流抑制能量是产生龙卷适宜的环境条件;在高低空深厚的槽前西南急流引导下,来自洛阳市西部的弱回波快速东北偏北移到孟津境内强烈快速发展,形成的强回波遇到近地面层的辐合线在弱冷空气的触发下诱发龙卷暴发.     

2015年5月华南一次龙卷过程观测分析

利用常规观测、珠江三角洲区域自动气象站、广州多普勒天气雷达、深圳机场风廓线雷达及NCEP/NCAR等资料对2015年5月11日下午发生在深圳宝安机场附近的一次龙卷天气过程进行分析。结果表明:这次龙卷发生在500 hPa槽前、850 hPa切变线南侧以及地面冷锋的暖区一侧,上干冷、下暖湿的结构加剧了条件不稳定,环境对流有效位能很大,风垂直切变强,水汽丰富;产生龙卷的回波快速演变为逗点回波,出现钩状回波,龙卷发生在钩状回波内侧的弱回波区附近;与之对应的中气旋旋转速度不断加大,半径减小,并向低层发展。     

A Brief Discussion on the High-Impact Cold-Season Tornado Outbreak During 10-11 December 2021 in the United States

An outbreak of powerful tornadoes tore through multiple states in the central and southern United States from 10 to 11 December 2021. It is claimed the deadliest tornado outbreak that has taken place on December days. The National Oceanic and Atmospheric Administration had confirmed 66 tornadoes as of 21 December, producing at least 90 fatalities. Most tornadoes occurred at night and thus they were difficult to be visually located, which directly increases the risk for local residents. Two violent nighttime tornadoes were rated category 4 on the enhanced Fujita scale (EF4). Although a high death toll was caused during this event, the operational service actually presented an excellent performance. This tornado outbreak has aroused extensive discussion from both the public and the research community in China. This paper presents a brief discussion on the formation environment and warning services of the tornado outbreak. Recall the deadliest violent tornado in the past 45 years in China, the radar-based tornadic vortex signatures at the locations with EF4 damages show a comparable strength with those in the current cases. Some views on the tornado warning issuance and receiving and damage surveys in China are also presented.     

2016年9月通辽市一次龙卷过程的观测分析

利用常规观测、多普勒雷达、NCEP再分析等资料对2016年9月24日通辽市库伦旗龙卷发生的环境条件和雷达回波特征进行分析,结果表明:此次龙卷过程发生在高空槽前、中高层急流北侧、低空急流左侧和地面气旋暖区一侧,是由超级单体引发的;干线和地面冷锋是强对流发生的直接触发机制,龙卷发生在干线附近靠湿区一侧;基本反射率因子图上呈现入流缺口和钩状回波,反射率垂直剖面图上存在低层弱回波和中高层回波悬垂,大于55 dBz回波高度超过11 km中气旋生成后强度有增大的过程,有利于龙卷天气产生。     

1822号“山竹”台风龙卷过程观测与预警分析

2018年9月17日09:37—10:00,在登陆台风“山竹”外围螺旋雨带中,广东省佛山市三水区到肇庆市四会区发生了EF2级强龙卷,龙卷路径长度18 km,持续时间23 min,平均时速47 km/h,导致不少建筑物损毁。本次过程佛山市进行了龙卷预警试验,提前37 min发布了龙卷预警,龙卷没有造成人员伤亡。利用观测资料对产生强龙卷的环境场特征、地面自动站和雷达观测的中小尺度特征以及龙卷预警试验进行了分析,结果表明:产生龙卷的微型超级单体出现在台风外围和副高边缘之间的强东南急流中,具有低层辐合、高层辐散、水汽充足等典型台风外围龙卷环流形势特征;强的低空0~1 km垂直风切变、大的风暴相对螺旋度和低的抬升凝结高度等环境条件利于龙卷的生成;龙卷影响时,邻近地面自动气象站观测要素表现出明显的信号,瞬时大风和最低气压的极值区呈东南至西北向带状分布,与龙卷路径一致,龙卷过境前后,单站气压“漏斗”明显,5 min降压/升压幅度达-2.5 hPa/+2.1 hPa;广州多普勒天气雷达探测到龙卷母体风暴的低层钩状回波和入流缺口特征,以及低层强中气旋和类TVS特征。预警试验初步表明,对台风龙卷高发区,在环境场有利情况下,若低层出现中等或以上强度中气旋,其底高在1 km以下,可以考虑发布龙卷预警。      

我国近30年龙卷风研究进展

从3方面总结了龙卷风研究成果:①研究概况,最初的龙卷风灾后调查到开展天气气候特征分析至近年来开展龙卷风本体结构、产生机制的探讨,获得了丰硕成果;②研究方法提高,从事实调查到利用统计方法,从利用台站常规观测资料到运用卫星、多普勒雷达、风廓线仪等非常规资料开展分析,近年数值模式WRF、ARPS等也被用来研究龙卷风,研究的方法手段不断得到改进;③龙卷风研究、预报面临的困难和未来展望。     

一次强龙卷风过程破坏力的估计

估计了 1 975年 6月 7日山东省栖霞县一次强龙卷风的环流参数 :最大风速可达6 2m·s-1,最大平移风速 1 2m·s-1,最大旋转风速 50m·s-1,总压力降为 2 7 5hPa。对龙卷风产生的极强的瞬时荷载、强烈的旋转扭曲、突然压力降及飞射物造成的破坏力进行了估计。     

湖南省永州市2006年4月10日龙卷分析

利用灾后调查资料、常规天气图及永州多普勒雷达资料,分析2006年4月10日凌晨发生在湖南省双牌县理家坪乡出现的严重风灾。结果表明:这是永州市自有气象记载以来首次确认的龙卷灾害;该龙卷为超级单体龙卷,具有非常经典的钩状回波特征;强的水平风垂直切变和热力不稳定环境促使了超级单体中的中气旋的产生,中低层的辐合最终在中气旋中形成龙卷。     

2009年7月20日承德龙卷多普勒天气雷达特征

为了研究2009年7月20日发生在河北省承德市龙卷过程的多普勒天气雷达特征,利用承德CINRAD/CB多普勒天气雷达结合天气图、风廓线雷达、自动气象站等实况观测资料,对该次龙卷过程进行了详细的分析。结果表明:龙卷出现前低层大气相对暖湿,受高空冷涡影响,在对流层中层有较强的干冷空气下传,中高层有较强的垂直风切变。龙卷风出现过程中,在多普勒天气雷达径向速度产品上自低层到6.8 km都存在强烈的气旋性涡旋,风暴单体顶高、最大反射率因子高度、风暴质心高度等位置较高。垂直积分液态含水量产品显示在龙卷风出现前VIL数值产生了跃增,但40kg·m~(-2)以上维持时间短。定位分析表明,受风暴运动和结构影响,雷达龙卷涡旋特征位置位于实际龙卷风的东南侧。     

2006年6月皖北龙卷多普勒雷达产品分析

分析了2006年6月29日发生在安徽泗县的龙卷多普勒雷达的中气旋和龙卷涡旋特征（TVS）等产品。龙卷发生前,卫星云图上有3个对流云团呈东北—西南向排列,每个云团的东南侧有弓状回波发展,3条弓状回波首尾相连,也呈东北-西南向排列,龙卷发生在最西南的弓状回波的顶部。龙卷发生前弓状回波在上游产生了短时强降水,2 h降水量达到60 mm以上。在弓状回波的前沿,雷达探测到一系列的中气旋,龙卷发生前30 min,最西南的弓状回波追上其前面的回波带,发生了2个回波带合并,回波合并前,回波带上有2个中气旋,回波合并后,探测到一个特大直径的中气旋（径向直径25.8 km）。在龙卷发生地的上游,有一条带状的灾害性大风区,实地位置测定结果,该带状大风区与一系列中气旋最大风速圈的南边缘移过的路径一致。分析认为中气旋最大风速圈的南边缘,中气旋的风向与弓状回波后的直线风方向相同,两者叠加造成灾害性大风。出现龙卷1 h 40 min之前（05：00）,在泗县上游淮北地区,雷达开始探测到中气旋产品,在12 min之前探测到TVS（龙卷涡旋特征）产品,这些雷达产品对大风灾害的临近预报无疑是非常有用的。