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。      

一次超级单体龙卷双偏振多普勒天气雷达分析

利用蚌埠S波段双偏振多普勒雷达资料,对安徽省宿州市2020年7月22日的龙卷天气进行了分析。结果表明:在梅雨期暴雨天气形势下,较低的抬升凝结高度、较强的中低层垂直风切变为龙卷提供了有利的环境背景。龙卷发生在梅雨锋南端的超级单体风暴中,底层的右后方出现钩状回波。风暴参数、中气旋、龙卷涡旋(TVS)特征参数在龙卷过程中的急剧变化,对提前预警和判断龙卷是否发生有较好的指示意义。龙卷发生前单体风暴最大反射率因子、垂直累积液态水、顶高都跃增,底高明显降低,龙卷发生在最大反射率因子高度骤降到风暴底部之时。雷达在龙卷发生前24min探测到中气旋,在42min前探测到TVS。龙卷发生前中气旋顶高跃增、最大切变量高度骤降,龙卷发生在底高降到1km以下,同时顶高骤降、最大切变量高度降到中气旋底部之时。龙卷发生前TVS顶高和最大切变量跃增、最大切变量高度骤降,龙卷发生时顶高骤降,最大切变量高度也随之降到TVS底部。在底层钩状回波末端处观测到零滞后相关系数、差分反射率低值区的龙卷碎片特征。     

辽宁营口2019-08-16龙卷过程双偏振雷达特征分析

利用MICAPS、自动站和双偏振雷达资料,分析营口2019年8月16日龙卷天气过程。发现此次龙卷天气在高空低涡的天气背景下发生,高层冷平流与低层暖平流叠加,积累了充分的不稳定能量,为龙卷的发生提供了潜势;温度层结曲线与露点温度曲线呈“X”型,有利于雷暴大风生成。雷达图上南北两条窄带回波相遇是雷暴的触发条件;产生龙卷的雷暴单体强回波区域向下延伸指示了雷暴的发展情况,反射率图上高层强回波悬垂、低层弱回波区、钩状回波预示着该风暴为强风暴;径向速度产品图上表征气旋式旋转的正负速度对的发展变化可以指示龙卷的位置和强度,05°仰角上辐散区可以确定地面大风的发生时间和位置;相关系数CC产品、差分反射率ZDR产品、差分相移率KDP产品等偏振量有利于确定龙卷的影响范围;粒子分类产品对冰雹落地时间有较好的指示。     

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）。      

一次龙卷风天气的特征分析

利用河南濮阳CINRDA/SB多普勒雷达探测资料,结合常规天气图资料、地面加密自动站资料等,对2009年7月16日发生在河南濮阳的龙卷天气过程进行诊断分析,结果表明:这次龙卷天气过程发生在副热带高压边缘西北侧、低空急流左前方的暖切变线附近;龙卷发生前大气环境具有较大的对流不稳定能量,低层存在大的风垂直切变和丰富的水汽;多普勒雷达反射率因子图上表现为移动的弓形回波北段强烈发展形成钩状回波,龙卷生成于钩状回波弱回波区附近。径向速度图上表现为在大范围入流风场中出现伴有辐合的γ中尺度气旋式涡旋,涡旋进一步发展加强导致其中央龙卷涡旋的产生,产生龙卷风天气。另外,强回波、低回波顶高、低层强垂直风切变都是这次龙卷过程中多普勒雷达产品特征。     

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。     

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。     

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。     

冷涡背景下一次微型超级单体龙卷的雷达特征和物理过程探究

2019年8月16日渤海北部沿岸出现了一次冷涡背景下的EF1级龙卷。利用营口S波段双偏振多普勒天气雷达探测资料、5 min间隔的地面自动气象站观测资料、盘锦风廓线雷达探测资料及ERA5再分析资料,研究了该龙卷风暴产生的环境条件、龙卷风暴结构特征及龙卷形成的可能物理过程。结果表明:此次龙卷过程发生在500 hPa冷涡主体控制下,低空位于“利奇马”台风残涡西侧水汽输送带内,环境条件表现为弱的风垂直切变和强低层热力不稳定。营口双偏振雷达位于距龙卷发生地15 km处,探测到产生龙卷的微型超级单体钩状回波、下沉反射率核心（DRC）、弱回波洞（WEH）、龙卷残片特征（TDS）等结构。处于消亡阶段雷暴的阵风锋出流向西传播,而营口附近海风锋缓慢东移,两条边界层辐合线相遇加强,在水平切变不稳定的作用下,辐合线上有γ中尺度涡旋形成。辐合线相遇造成的辐合抬升、低层强热力不稳定导致的环境正浮力以及中层中气旋扰动低压共同作用产生强上升气流,γ中尺度涡旋与上升气流叠置,强拉伸作用增强了垂直涡度,可能是低层微尺度气旋形成的关键机制。微尺度气旋直径收缩至最小伴随旋转速度达到最大时刻,对应龙卷生成,中层中气旋与微尺度气旋分离导致龙卷消亡。      

EnKF循环同化相控阵雷达数据与变分雷达反演方法的对比研究:对一次台风外围龙卷个例的分析北大核心

针对2018年9月17日发生在广东省佛山市的一次台风龙卷过程,对比分析了EnKF和变分方法同化X波段相控阵雷达得到的风场结构。结果表明,EnKF方法和变分方法在同化了X波段相控阵雷达资料之后,都可以得到龙卷母体风暴的涡旋特征。相比之下,EnKF同化分析的涡旋强度更强,台风龙卷母体风暴及其周边三维风场的结构更加完整,与回波结构匹配更好。变分方法同化得到的流场不够连续,台风龙卷母体风暴的涡旋强度偏弱,弱回波区入流也明显偏弱,并不符合概念模型。而两种方法在没有同化相控阵雷达数据时,都无法产生龙卷母体风暴的流场特征。总体而言,相对于变分方法,EnKF同化系统在同化X波段相控阵雷达数据后可以产生更为合理的涡旋结构,台风龙卷母体风暴及其周边动力场结构更合理,这为以后X波段相控阵雷达的业务应用提供了思路。     

0808号台风凤凰前部龙卷的环境场和雷达回波分析

用多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料对2008年7月29-30日发生在江苏的台风凤凰前部系列龙卷过程进行了详细分析.结果如下:该龙卷发生在台风前部风切变区里,低空较强的垂直风切变、极不稳定的大气层结和深厚的正涡度区,为龙卷的发生提供了热力和动力条件.龙卷回波的反射率因子特征表现为最大反射率因子梯度位于回波的后侧,一般都有弱回波区和后侧入流缺口相伴随.东台龙卷产生于飑线型弓形回波的顶点,具有相对较大的反气旋性切变.高邮龙卷中低层具有弱的气旋性涡旋,宝应龙卷回波的内部环流特征明显,有明显的中气旋结构.在业务工作中,强回波质心高度和垂直累积液态含水量的骤降、径向速度风场中气旋性涡旋的迅速发展是对龙卷的提前警戒很好的参考指标.     

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。     

基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。     

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.     

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。     

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。     

利用卫星、雷达资料分析龙卷发生的环境条件

利用FY-2E静止气象卫星云图和新一代天气雷达资料,结合常规天气资料对2010年5月15日发生在黑龙江省西部地区的龙卷天气进行分析.通过卫星云图分析环流特征和中尺度特征,讨论了产生龙卷的雷暴云团的形成环境和触发条件,利用天气雷达资料详细阐述了雷暴云团的发生发展过程和产生龙卷天气处的云图及雷达回波特征.结果表明:这次龙卷天气发生在高空槽和地面冷锋前,由多个小尺度对流发展成为α中尺度对流云团所引发的.大的湿度梯度、干侵入、垂直风切变和上干下湿的环境场为龙卷的发生提供了不稳定能量,地面冷锋提供了触发机制,雷暴云团在发展过程中不断生消与合并,在两个云团的交界处产生龙卷.雷达回波上环境大风、入流、下沉气流、中气旋、钩状回波,有界弱回波区等特征回波明显;风暴成熟时,钩状回波、有界弱回波区达到最大,高、中、低三层大风区清晰,下沉气流和入流开始相交并产生出流边界,龙卷就发生在该回波附近.     

基于雷达观测的2021年6月珠江口一次水龙卷过程分析

利用常规地面和探空资料、珠海S波段双偏振多普勒天气雷达和珠海横琴X波段相控阵雷达资料对2021年6月1日发生在珠江口的水龙卷过程进行分析。研究表明:此次水龙卷过程发生在高层强辐散、中层短波槽影响、低层西南风的背景场下;极低的抬升凝结高度、较大的0~1 km风矢量差、超过超级单体发生阈值的风暴相对螺旋度,为龙卷的发生提供了较好的动力条件。两部雷达均观测到超级单体结构特征,最强反射率因子超过65 dBZ。X波段相控阵雷达资料能够清晰展现水龙卷超级单体风暴精细化演变特征,0.9 °仰角首先出现风切变,随后风切变出现高度逐渐增高,并加强为中气旋,切变最高高度达到17.1 °仰角,随后高度逐渐降低,龙卷减弱。三维反射率因子图清楚地反映了龙卷母体风暴穹窿结构形成过程,以及强反射率因子区向上延伸,变细加强,龙卷触及水面后变粗的过程。S波段雷达探测到在龙卷发生前,出现Z_DR低值眼区和ρ_HV弧,这对于预报员提前预警以及识别龙卷具有一定帮助。      

江苏北部龙卷雷达组网探测策略

为了探测、分析和研究尺度小、生命史短、致灾重的龙卷等强对流天气三维精细化垂直结构及演变规律,江苏正在龙卷易发区苏北平原建设高时空分辨率的双偏振雷达网。本文为支撑苏北龙卷雷达网建设,从龙卷雷达组网的必要性出发,重点分析苏北龙卷雷达组网策略。研究表明:(1)苏北龙卷雷达网拟采用大天线、全固态、高性能技术指标的X波段双偏振雷达组网,采用不同的观测模式,可获得空间一致性好、时空分辨率高且丰富的探测数据,满足龙卷等强对流天气的快速、精细化探测要求。此外,采用较高的脉冲重复频率等扩展测速范围,解决X波段雷达速度模糊问题。(2)经理论计算与比较,苏北龙卷雷达网可采用正三角形组网拓扑结构,取累计空间密度值90%,雷达间距为60km时,波束直径b_s特征值为282.0m,最低波束高度b_h特征值为52.6m,探测灵敏度Z_(min)特征值为2.7dB;X波段雷达组网与S波段业务雷达相比,在60km探测距离处,其波束直径减小了约2倍,0°仰角盲区高度降低了约1.5倍,探测灵敏度降低了2.4dB。即在方位分辨率、探测盲区、弱回波探测能力、数据空间一致性等方面均得到提升,可提供更多低于1km、甚至百米的高时空分辨率的雷达资料,便于捕捉龙卷等强对流天气。(3)苏北龙卷雷达网在盐都、阜宁、大丰、宝应、兴化(龙卷易发区),各布设一部固定式X波段全固态双偏振多普勒天气雷达。综合考虑在苏北平原雷达选址的各种因素,最终雷达网基本单元拟采用近似正三角形(N=3,L=45～65km)的拓扑结构。5部高时空分辨率的龙卷探测雷达组成3个近似正三角形的单元,镶嵌在S波段雷达业务网内(盐城、淮安、泰州雷达中间)。后续可进一步增加雷达数量及拓宽观测区域,例如在高邮等龙卷易发地区,可增补X波段天气雷达或C波段相控阵天气雷达。     

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。