一次龙卷风大气过程分析

本文利用2008年5月23日700 hPa高空图、19:00 FY2C红外图象以及雷达观测资料,对一次陆地龙卷天气过程进行分析,揭示了龙卷风强对流天气发生的主要原因,对冰雹、龙卷等强对流天气的临近预报有指导意义.     

2019年7月3日辽宁开原龙卷灾害现场调查及其所揭示的龙卷演变过程

2019年7月3日,辽宁省铁岭开原市发生了一次具有详细视频记录的强龙卷灾害。基于详细的现场调查和视频资料,得出了该次龙卷的生命史、发生时间、路径、灾害宽度和强度分布,发现龙卷强度的减弱或加强变化与密集高楼和空旷田野区等下垫面状况明显相关联。综合评估本次龙卷最大强度为中国龙卷强度等级的四级（相当于美国的EF4级）,但四级灾害点分布范围非常小,灾害分布宽度和EF4级灾害点范围都显著小于2016年江苏阜宁EF4级龙卷。钢筋混凝土框架结构的居民小区楼房在至少EF3级强度的龙卷风袭击后保持主体结构完好,而大型钢架厂房对龙卷灾害的防御能力远差于居民小区。强龙卷所经地区多为旷野和厂房,受影响人员较少,且龙卷发生时视野极佳,这是该次龙卷没有造成更大灾情的重要原因。由于下垫面状况和致灾机制的复杂性,风灾强度估计必然存在一定的不确定性。     

福建龙卷风的活动特点

分析福建千余年２５次的龙卷风记载，得出如下几点认识：（１）福建的龙卷均在春夏两季，且几率相近；１９４９年以来的１２次龙卷有１１次出现于１３－１８时（占９２％），另一次是上午９时（占８％）。空间分布为：沿海地区有２０次，占８０％，内陆５次，占２０％，且有多发挥地段，（２）龙卷风多出现于低压，高温，高湿点附近，天空以积雨云占多数，地面多有强风相伴，（３）福建１２次龙卷风的诱发系统为：台风（６次，均在７     

2018年8月31日广东热带扰动龙卷天气分析

利用现场灾调资料、Micaps资料、地面加密自动站和广州SA雷达资料等，对2018年8月31日广州番禺龙卷天气过程进行分析。结果表明：该次龙卷发生在14:25前后，路径长度约80 m,最大破坏宽度约52 m,破坏等级为EF1级。龙卷发生在季风低压活动天气背景下，中低空西南急流的叠加交汇及低层辐合、高层辐散的配置为龙卷的发生提供了有利的天气尺度条件；较大的对流有效位能、深厚的湿层和极低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了充足的对流不稳定能量和水汽条件；较大的低空垂直风切变、较大的风暴相对螺旋度和较大的能量螺旋度，为超级单体风暴的发生提供了有利的动力条件，地面中尺度辐合线和小尺度涡旋是对流风暴触发的有利中小尺度系统；龙卷产生在微型超级单体风暴中，伴有弱中气旋，龙卷触地前后伴有风暴质心明显下降、中气旋强度增强和直径尺寸明显缩小等特征。     

2015年10月4日佛山强龙卷风灾害过程浅析

受1522号台风"彩虹"外围螺旋云带影响,2015年10月4日15:28—16:00佛山市出现了强龙卷风并对多个镇街造成严重灾害。通过灾害现场调查、多普勒雷达观测、群众走访、视频影像等资料,综合比对分析龙卷风的特征,结果表明:该次龙卷风过程发生在台风"彩虹"外围螺旋云带中,发生时的台风中心距离佛山350 km;龙卷风影响时间约为32 min,路径长度为31.7 km,平均时速约为60 km/h,强度达F2级,属于强龙卷,具有"移动速度快、影响范围广、风力破坏强"的特点。     

圣帕(0709)台风外围温州强龙卷风特征分析

当2007年8月18日夜间0709号超强台风圣帕(Sepat)靠近福建海岸时,23:07～23:20在其移动方向的右前方约300 km的温州市苍南县龙港镇衍生一强龙卷风,造成严重灾害。利用多普勒雷达探测分析该强龙卷,除密切关注有利于产生龙卷的天气背景条件,如不稳定天气过程、垂直风切变等外,还仔细分析了多普勒雷达观测的反射率因子、垂直风切变、相对风暴径向速度等要素,我们发现产生强龙卷风的一些典型特征,如像素到像素的速度切变、中气旋的形成等,要特别注意与龙卷有密切关系的低层中气旋的形成。在日常雷达探测业务中,除应密切注意中气旋预警外,还应仔细分析其识别参数如中气旋顶高、底高,顶高、底高直径等参数的演变趋势。多普勒雷达连续跟踪观测过程中,还需密切注意微涡旋的形成、演变过程。微涡旋的合并将会产生更大的微涡旋,该涡旋在受到迅速形成的对流母体上升气流的拉升作用时,易形成龙卷。同时,利用地面加密观测资料,探讨强龙卷风发生地的局地特征,如喇叭口地形辐合抬升,弱冷空气低层侵入,局地热源产生剧烈不稳定等动力和热力效应对衍生强龙卷风起重要的增强作用。     

如何躲避龙卷风

龙卷风曾给人类带来巨大灾难。据联合国公布的一份资料称 :全球平均每年发生的龙卷风次数高达 10 0 0次以上 ;美国在 1980～ 1984年的 5年中 ,龙卷风就发生过 45 0 0多次 ;仅在 1947～ 1970年这 2 0多年中 ,全世界就有 74.5万人被龙卷风夺去了生命。我国龙卷风出现频次也较多。如上海市近 3 0多年中 ,龙卷风肆虐达 74次 ;广东湛江地区在 1981年 4月到 5月的 40多天里 ,竟 4次遭龙卷风袭击。面对突如其来的龙卷风 ,难道人类真的就束手无策难逃厄运吗 ?龙卷风 ,又称龙卷 ,是一种破坏力最强的小尺度风暴 ,系自积雨云中下伸的漏斗状云体。龙卷漏…     

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。     

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。      

2015年10月4日佛山龙卷过程的观测分析

受1522号台风彩虹外围螺旋云带影响,2015年10月4日15时28分—16时（北京时）广东佛山出现了EF3级强龙卷并造成严重灾害。为了综合分析龙卷发生的多尺度环境背景场和龙卷的结构及强度变化等特点,进行了灾情调研,航拍龙卷灾情路径,走访龙卷目击者,确认龙卷路径及灾情级别,再结合多渠道获取的龙卷视频照片等资料以及观测资料进行分析研究,结果表明:（1）产生此次龙卷的超级单体存在于台风彩虹外围螺旋云带内;龙卷向西北偏北方向移动,触地时长为32 min,受灾路径长度为31.7 km,最大受灾直径为577 m,平均速度约为60 km/h,具有“移动速度快,影响范围广,破坏力强”的特点,其移动速度快慢似与超级单体强度和地面的粗糙度有关。（2）佛山地区中高层受偏南气流控制,水汽充足,地面有弱冷空气;珠三角喇叭口地形有利于气流的辐合与局地涡旋的产生;抬升凝结高度低,风垂直切变大,有利于龙卷的生成。（3）地面自动气象站气象要素表现出受龙卷环流影响的特征。3 s极大风速的大值带和3 s最低气压的低值带以及1 h累计降水大值中心呈现出与龙卷走向一致的东南—西北向带状分布;龙卷到来时其周围自动气象站气温和气压明显降低,风速明显增大,风向明显改变;降水在龙卷靠近前5—10分钟就开始明显增大,其大值中心位于龙卷路径的西侧。龙卷离开后气压比龙卷来临前有所升高,但气温较前降低。（4）龙卷出现在钩状回波前进方向的右后侧;降水大值区与雷达组合反射率大值区基本一致。地面风场的辐合中心与龙卷触地的位置基本一致,并且钩状回波的入流区与地面偏东风区相对应。龙卷风暴单体发展高度在4 km左右,具有低重心对流的特点。其前部存在回波悬垂,一条很窄的向西北倾斜的回波大值带可能与龙卷漏斗云墙有关。对应径向速度剖面图上为一条向西北倾斜的正、负速度交界区,构成一个逆时针旋转的涡旋带,切向剖面图上存在较强的辐合。（5）龙卷发展过程中伴随着龙卷风暴顶和风暴底的逐渐下降以及单体质心的下降,中气旋与龙卷涡旋特征的顶和底也随之逐渐下降。龙卷风涡旋特征的顶高和底高都略低于中气旋,并在龙卷触地时降至最低。龙卷涡旋的切变值远大于中气旋的切变值,且在龙卷强度最强时最大。      

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。      

山东一次台风龙卷过程灾调及环境和天气雷达特征分析

2018年8月19日受台风“温比亚”影响,山东省临沂市遭受龙卷袭击。通过实地灾情调查,给出了该龙卷的影响范围、灾害分布和强度评估等,综合考虑不同标识物和致灾过程,评估本次龙卷强度为EF3级。分析龙卷发生的环境和天气雷达特征,结果表明:龙卷发生在低抬升凝结高度（≤300 m）、强低层垂直风切变（≥18×10-3 s-1）、强相对风暴螺旋度（≥350 m2/s2）和较低对流有效位能（≤400 J/kg）的有利环境条件下;龙卷超级单体嵌于台风右侧螺旋雨带内,龙卷发生在中气旋与风暴后侧下沉气流区相接一侧,与龙卷涡旋特征位置对应;龙卷及地时中气旋向下延伸加强,同时风暴顶及单体质心迅速下降;若探测到低层中等强度中气旋时应发布龙卷预警,则此次过程的龙卷预警时间提前量为15~20 min。      

2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析

2017年8月11日下午,三个EF4级龙卷袭击了内蒙古自治区赤峰市的地形复杂地区,造成5人死亡,58人受伤。这是1961年以来中国有记录的最强山地龙卷事件。首先给出了此次龙卷过程的灾情调查结果,接下来分析了此次龙卷母体风暴-龙卷超级单体产生的天气背景、关键环境参数以及多普勒天气雷达观测特征。本次龙卷事件发生在东北冷涡东南象限的地面锋前和干线向湿侧发展处,CAPE(对流有效位能)值为1 800 J/kg,0～6 km风垂直切变为12.9 m/s,0～1 km风垂直切变达到10.8 m/s;同时,0～1 km相对风暴螺旋度达到67.3 m²/s²,接近美国龙卷发生环境的中位数,有利于超级单体龙卷的发生。现场灾害调查发现,灾害路径具有多涡旋和不连续的特点,可能与当地的复杂地形有关。基于多普勒天气雷达相对径向速度图识别出三个龙卷涡旋特征(TVS),TVS径向速度差最大达到38 m/s。三个龙卷及对应TVS出自同一个超级单体的同一个中气旋,其中两个TVS出现时间重叠。     

ON ENVIRONMENTAL CONDITIONS OF THE GENESIS OF TORNADO IN THE ZHUJIANG RIVER DELTA IN SPRING

Using observational data and the data of disastrous investigation of tornado in Zhujiang River Delta and Guangzhou's sounding from March to May of 1976-1983, the environmental conditions of genesis of tornado are analysed and compared with those of nontornadic local storm.It is found that the favorable conditions of genesis of tornado are lower pressure, unstable stratification and stronger wind in the deep layer of troposphere and higher temperature and humidity in low level, among which, lower pressure, more unstable stratification and layer wind are primary conditions for a severe local storm to possibly develop into a storm with accompanying tornado.The tornado mechanism is not related to vertical wind shear.     

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。      

基于随机森林的组网雷达龙卷检测算法

近年来我国极端灾害性天气频发,造成了重大人员伤亡和财产损失,随着防灾减灾工作的推进,龙卷等中小尺度强对流灾害性天气的预警预报工作的关注度正逐步提升。现有龙卷检测算法基于对新一代天气雷达基数据在多个仰角和体积扫描中进行阈值判断得到龙卷涡旋特征TVS,在自适应协同观测背景下表现为自适应策略同步较慢,预警预报准确率不高,提前预警时间短。使用机器学习算法结合龙卷在雷达反射率、径向速度和速度谱宽的多重特征能有效提高龙卷识别的准确率和预警时间,能提高组网雷达的协同观测能力。基于随机森林的龙卷检测算法（TDA-RF）,使用CINRAD雷达历史龙卷数据作为训练集,通过随机森林算法对训练集进行分类学习得到龙卷预测模型,使用预测模型对实时雷达数据进行龙卷检测。试验结果表明,TDARF算法能有效识别不同强度的龙卷,较TVS龙卷检测算法能给出龙卷区域的分类概率值,无需对龙卷特征时空连续性进行判断;TDA-RF算法对多个特征进行综合判断具有较好的抗干扰能力,使基于组网雷达的龙卷预警时间最高可达18分钟。     

热带一次致灾龙卷形成物理过程研究

2016年6月5日海南出现了一个弱风垂直切变背景下的EF2级致灾龙卷。利用海口多普勒天气雷达观测资料、10 min间隔的地面自动气象站观测资料以及风廓线资料,研究了该龙卷风暴的结构、龙卷风暴与龙卷形成的可能物理过程。初始风暴在文昌附近向西传播,而同时海口风暴亦由海风锋触发并向东移动,两风暴下沉气流导致的出流相遇在海风锋辐合线上,触发了龙卷母云体。龙卷初始涡旋在低层两风暴出流相遇的切变辐合线上形成,当初始涡旋与其上方深厚且强烈的上升气流叠置时,拉伸作用加强了垂直涡度,使得龙卷形成。深厚的强上升气流有3个来源:对流风暴的出流边界相遇形成的辐合抬升,环境正浮力造成的对流单体内强上升气流,还可能与中高层强中气旋强迫的扰动低压有关。龙卷形成过程中,中高层强中气旋位于6—9 km高空并向上发展,龙卷初始涡旋先于龙卷母云体出现且比一般微气旋尺度大,伸展至更高的高度,属于非典型中气旋龙卷（或非典型超级单体龙卷）。此次热带强龙卷出现在弱的大尺度系统强迫的天气背景下,水平风垂直切变弱,海风锋、出流边界等边界层β中尺度辐合线边界在龙卷形成过程中可能起决定性作用。      

一次强对流系列风暴个例的多普勒天气雷达资料分析

讨论了新一代（多普勒）天气雷达对2002年5月14日19:00至21:00影响湖南常德地区的3个对流风暴的探测情况，其中两个为超级单体，一个为飑线。观测到了与超级单体相联系的中气旋和龙卷式涡旋特征（TVS）。上述强对流系统产生了地面大风、大冰雹和龙卷等强烈天气，与雷达的探测相吻合。特别值得一提的是在中国首次探测到了三体散射（TBSS）和龙卷式涡旋特征（TVS）这两个分别指示大冰雹和龙卷的雷达回波特征，并得到了地面报告的印证。     

2016年6月海南一次龙卷过程分析

利用19612015年陕西省70个气象观测站的逐日降水资料,采用线性倾向估计、趋势分析及Mann Kendall等方法,分析了陕西省不同等级降水量、降水日数及降水强度的气候变化特征。结果表明：无论是降水量、降水日数,还是降水强度,均呈现出南多北少的分布特征,且随着降水级别的逐级增加,地区分布差异逐渐增大;整体上降水量和降水日数呈现出减少趋势,其中降水日数的下降趋势均非常显著,全省年均降水日数的气候倾向率达到了-3.83天·10a-1,通过了0.01的显著性检验,降水强度的增加趋势通过了0.05的显著性检验,每10 a全省年均降水强度增加0.15 mm·d-1;陕西降水量及降水日数的减少主要体现在春秋两季小雨及中雨的减少上,小雨降水强度在夏、秋两季的气候倾向率分别为0.05和0.04 mm·d-1·10a-1,其上升趋势分别通过了0.01和0.1的显著性检验,这是年均降水强度上升的主要原因;陕西年均降水量及降水日数自1984年出现了突变性下降,而降水强度的突变则出现在2004年,之后一直呈现持续的上升趋势。