山东高唐EF3级龙卷S波段双偏振雷达探测特征

利用济南CINRAD/SA-D双偏振天气雷达的探测数据,结合龙卷实地调查资料,对2021年7月11日发生在山东聊城高唐的一次EF3级龙卷风暴的雷达回波演变过程、龙卷风暴单体的结构及龙卷风暴的中气旋(M)、龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)进行分析。结果表明:(1)龙卷发生在高空冷涡及地面气旋共同作用天气形势下,龙卷位于地面气旋中心东偏北方向约200 km处;螺旋状对流云带中2个较强对流单体合并发展,演变成超级单体风暴,其后部下沉气流较强,与强的入流共同作用,诱发了强龙卷。(2)风暴中中气旋的顶高大多在5~7 km之间;龙卷发生前中气旋最大切变平均值为19×10^(-3)s^(-1),龙卷维持期间,中气旋最大切变平均值达到51×10^(-3)s^(-1)。(3)高唐龙卷涡旋底层双偏振参量主要特征是大的水平极化反射率因子,小的甚至负的差分反射率ZDR,小的相关系数CC;TDS时间及空间特征是,底层CC都小于0.7,CC低值区的面积在龙卷生成后随时间明显增大,CC值底层最小,随高度逐渐增大;CC低值区的面积低层和顶层较大,中间层较小;龙卷生成后TDS最大高度随时间逐渐增高,龙卷最强时TDS最高达到4.8 km,之后逐渐降低;龙卷消散后,1.5°以上TDS的特征很快消失,0.5°仰角TDS特征继续维持了大约11 min。     

2017年内蒙古赤峰“8.11”龙卷环境场及雷达特征分析

利用多普勒雷达观测资料,结合NCEP FNL 1.0°×1.0°再分析资料、探空资料,对2017年8月11日内蒙古赤峰市龙卷进行了分析。分析表明:(1)大尺度环境场提供了上干下湿不稳定层结条件,切变线和地面干线为对流触发条件;对流有效位能超过2 000 J/kg,抬升凝结高度低于1 km,低层垂直风切变10×10~(-3)s~(-1),为龙卷发生提供了有利条件。(2)发生龙卷的超级单体风暴低层有明显的钩状回波,弱回波区及与之对应的前侧V型缺口及后侧V型缺口特征;雷达距离龙卷发生地超过100 km,未识别出龙卷涡旋特征,但识别出了三维相关切变和中气旋,中气旋最大转动速度达到了18 m/s,为中到强等级的中气旋。(3)产生龙卷的超级单体风暴最大反射率因子在60 d BZ左右,而且在龙卷发生前基于单体的垂直累积液态水和风暴顶高有明显的跃增。(4)龙卷接地前,对应的中气旋顶高≤6 km,切变≥15×10~(-3)s~(-1)。     

广东两次台风龙卷的环境背景和雷达回波对比

利用常规气象观测、广州多普勒天气雷达及NCEP/NCAR再分析等资料对比广东省佛山市2015年10月4日EF3级和2006年8月4日EF2级台风外围强龙卷过程。结果表明:两次强龙卷都发生在登陆台风的东北象限,低层辐合、高层辐散及中低空强劲东南急流在珠江三角洲叠加是其产生的相似环境背景。环境参数均表现为较小的对流有效位能、低的对流抑制与抬升凝结高度、强的垂直风切变和大的风暴相对螺旋度。两个龙卷母体均为微型超级单体,前者雷达回波强度更强,钩状回波特征更明显;都存在强中气旋和龙卷涡旋特征（TVS）,中气旋都在中低层形成后,向更低层发展最终导致龙卷。TVS比龙卷触地提前1个体扫出现,或与龙卷触地同时发生,中气旋和TVS的底高和顶高均很低。但两次龙卷触地前后,前者中气旋和TVS的底高和顶高出现突降现象,而后者中气旋和TVS的底高和顶高一直维持较低高度。龙卷触地前后,两者风暴单体的最强切变均出现剧增现象,但前者TVS的最强切变更强,比后者大1倍以上。     

强龙卷超级单体风暴特征分析与预警研究

利用多普勒雷达资料,对发生在安徽的3次强烈龙卷过程进行了分析.重点研究了导致F2～F3级强龙卷的3次超级单体风暴多普勒雷达回波特征及其与强冰雹超级单体风暴的差异.另外,利用安徽省、市、县气象报表、历年气候评价灾情资料(部分来自民政部门的灾情报告),对1960年至今的龙卷天气的时空分布及变化趋势、产生龙卷的环流形势特征进行了分析,结果表明:(1)龙卷主要出现在淮北东部和江淮之间东部地势平坦地区,7月份出现龙卷的概率最高.(2)超级单体龙卷产生在中等大小的对流有效位能和强垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度较低.(3)3次F2～F3级龙卷在发生前、发生时在多普勒雷达上都探测到强中气旋和龙卷涡旋特征TVS.与非龙卷超级单体风暴相比,导致强龙卷的中气旋底高明显偏低,基本在1 km以下.同时风暴结构也有所不同,造成龙卷天气的超级单体风暴最大反射率因子与风暴质心高度接近,基本在3 km左右,反射率因子在50～60 dBz.造成强冰雹的超级单体风暴在冰雹产生前,风暴最大反射率因子高于风暴质心的高度;当风暴开始降雹时,最大反射率因子高度开始降低,而风暴质心的高度变化不大,高于最大反射率因子高度,基本保持在5km左右,反射率因子在60～70 dBz.     

070703天长超级单体龙卷的多普勒雷达典型特征

主要使用南京多普勒天气雷达资料,分析了2007年7月3日发生在安徽天长和江苏高邮的龙卷风天气,着重分析了中气旋和龙卷涡旋特征(TVS)等产品的典型特征.龙卷发生在飑线回波带的北端强烈发展的超级风暴单体中,回波带前沿存在强烈的水平风切变,使得回波带上不断有中气旋生成.对产生龙卷的超级风暴单体,龙卷发生30min前,雷达给出了中气旋(M)产品,该中气旋持续了7个体扫的时间(42min),在中气旋出现后第5个体扫,雷达给出龙卷涡旋特征(TVS)产品,龙卷涡旋特征持续了3个体扫,综合切变产品也给出了显著的提醒.实地调查结果,龙卷风和第2个TVS同时发生,龙卷风位置与TVS位置对应,但位于TVS的南侧,位于中气旋最大风速圈的南缘.虽然CINRAD/SA雷达的TVS产品有虚警的情况,但结合反射率因子、平均径向速度、中气旋、综合切变等产品的分析,对于龙卷监测和预警会很有帮助的.     

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。     

1522号台风“彩虹”外围佛山强龙卷特征分析

2015年10月4日15:28-16:03(北京时间,下同),强龙卷自东南向西北方向影响了佛山市顺德、禅城和南海区的十多个村居,造成严重灾害。利用常规观测资料、自动气象站资料、广州多普勒雷达资料、风廓线资料等,对这次强龙卷过程进行分析。(1)强龙卷发生在1522号台风"彩虹"外围螺旋云带中,龙卷发生地位于台风中心的45°方向约340~360 km处。(2)大尺度环境场利于龙卷的发生。低空急流、低空强的垂直风切变和低的抬升凝结高度均利于龙卷的发生,高层辐散、低层辐合,上干下湿的不稳定层结,弱冷空气的低层入侵等提供了很好的动力条件。(3)地面中尺度辐合线是强龙卷发生的抬升机制之一,珠三角喇叭口地形以及佛山东南低、西北高的地形有利于低层辐合的加强。(4)在螺旋雨带中发展加强的超级单体风暴发展至强盛阶段,雷达上探测到典型的钩状回波、入流缺口等特征;中气旋由弱中气旋加强到强中气旋,由中层向低层发展且切变不断增强时,龙卷触地或继续加强。(5)此次强龙卷是发生在中气旋和TVS底高顶高下降,切变急剧增强期间,龙卷发生时强中气旋底高距离地面小于1 km,TVS底高低于500 m,龙卷发生前16 min出现弱中气旋,龙卷发生前4 min出现强中气旋并伴有TVS特征;TVS的底高、顶高明显下降,最强切变剧增是龙卷迅速增强的指标。     

江苏阜宁龙卷超级单体风暴的雷达资料分析

2016年6月23下午,江苏阜宁发生罕见的冰雹、龙卷特大自然灾害,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。本文利用盐城SA新一代雷达资料分析此次过程的风暴特征,并与2018年5月12日邢台的冰雹大风天气过程进行简单对比。结果表明:阜宁龙卷发生于200 hPa高空急流出口区右侧,为500 hPa槽前强盛的西南暖湿气流控制,中层存在干冷空气,低层有明显的切变,环境场具有高对流有效位能(CAPE)、较强的垂直风切变(WSR)和较低的抬升凝结高度(LCL);阜宁龙卷产生前,风暴的最大反射率因子强度(Zmax)、强回波中心高度(HT)、回波顶高(TOP)持续增加,垂直累积液态含水量(VIL)激增,龙卷发生前2个体扫,HT和VIL出现骤降;阜宁龙卷过程出现明显的三体散射现象,对大冰雹预警具有指示意义;阜宁龙卷风暴具有经典超级单体的钩状回波和强中气旋特征,并伴有TVS,是一例由庞大的超级单体风暴形成龙卷的特大灾害,相比于邢台冰雹大风过程,其旺盛阶段的风暴参数明显大于后者。     

区域暴雨过程中两次龙卷风事件分析

利用新一代多普勒雷达资料、常规观测和NCEP等资料对2010年7月17和19日河南两次龙卷过程进行了详细分析.结果如下:(1)龙卷发生的天气背景是:两次龙卷均发生在副热带高压边缘西南气流影响河南出现区域暴雨和大暴雨过程中,高层为青藏高压脊北侧和高空急流入口区右后侧强辐散区,中低层有低涡、切变线、急流,龙卷发生在地面β中低压气旋的东南象限,距气旋中心约50 km处.(2)龙卷发生的环境场特征:对流有效位能大于1000J/kg,大气层结不稳定,K指数大于36℃,发生强龙卷的SWEAT指数在400左右,0-1.5 km垂直风矢量切变达15m/s,而抬升凝结高度很低(0-300 m).(3)雷达回波和特征参数分析结果为:两次龙卷均发生在低涡东南侧的β中尺度螺旋雨带上,该回波带强度50 dBz左右,顶高9-12 km,龙卷是由该回波带中部的微型超级单体产生,垂直剖面上低层有明显的弱回波上升气流区,螺旋雨带中部向东凸起的强降水下沉气流和上升入流交界处是龙卷易出现的关键区域.速度图上,γ中尺度气旋系列先后经历了三维相关切变、中气旋、龙卷涡旋特征的演变过程.中气旋提前于龙卷发生前0.5-1 h出现,这对估计和预警龙卷很有意义.中气旋和龙卷涡旋特征参数分析结果是:中气旋和龙卷涡旋特征(TVS)底的高度都在1 km以下,TVS底和中气旋底高度相当或略低一些,F2级龙卷底高＜0.5 km,TVS顶的高度一般在2-4 km,中气旋顶高一般2-3 km;从最大切变值来看,中气旋最大切变一般在(1.0-4.0)×10-2 s-1,TVS最大切变值一般为(2.0-5.0)×10-2 s-1,最大切变高度平均出现在0.8-0.9 km,F2级龙卷最大切变高度一般在0.5 km.就F1和F2两次龙卷过程比较看,F2龙卷特征底和顶的高度都低于F1龙卷,最大切变值F2龙卷比F1龙卷大一倍,出现在低层大的切变更容易造成严重的龙卷灾害.根据局限于低层中气旋和TVS系列性、移动性、持续性的特点明确了区域暴雨中预警龙卷的思路.最后对区域暴雨过程中出现龙卷的原因进行了探讨.     

日照一次EF2级龙卷的环境场及雷达特征

利用常规观测资料、区域自动气象观测站加密观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2019年8月16日发生在日照一次龙卷天气过程的天气形势、环境物理量和涡旋特征进行了分析。结果表明:地面β中尺度辐合线和高空冷涡是此次龙卷发生的主要影响系统,较湿的近地面层、较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了有利的环境条件。地面辐合线上的γ中尺度涡旋在显著深厚湿对流潜势下触发了对流,较大的对流有效位能(convective available potential energy,CAPE)和较强的0~3 km垂直风切变有利于初生对流的发展、合并,形成超级单体风暴。龙卷发生时,超级单体风暴低层右前侧出现钩状回波、入流缺口。较强的风暴单体、深厚持久的中气旋、中气旋强中心和底部迅速下降并重合、气旋性涡旋加强、最大风切变跃增、多个时次体扫出现龙卷涡旋特征(tornadic vortex signature,TVS)是地面龙卷发生的主要特征。对龙卷风暴单体移动起主导作用的因子在不同时段有所不同,前期主要受平流的影响;风暴单体合并的过程中,风暴移动受传播和平流的共同影响;风暴单体完全合并后,引导气流对风暴的移动又起主要作用。