湖北浠水核电站周边地区龙卷风特征

根据湖北省浠水核电站周边300 km×300 km区域范围内1964—2007年龙卷风资料,对龙卷风的时间分布和灾害特征进行了分析。结果表明：龙卷风有明显的时间分布,一年之中主要集中在春、夏两季,秋、冬季无龙卷风发生,以7月最多;一天之中,午后至傍晚最多,集中在16：00—18：59之间,龙卷风平均持续时间27 min。近44年,21世纪头7年中龙卷风出现最为频繁。龙卷风出现时,蒲福风力等级一般在10级以上,集中出现在12级;富士达风力等级集中出现在F0、F1级,F2级以上出现的几率较小。龙卷风多以自西向东方向移动,影响宽度平均1.20 km,平均带长21.66 km。龙卷风灾害主要是风灾,往往伴有冰雹、暴雨、雷击,破坏力极强。     

基于核安全导则推荐方法的京津冀龙卷风灾害评估

本文根据美国《建筑和其它结构最小设计荷载》中t秒平均最大风速与1h平均最大风速的比值公式,推导出EF级别和F级别风速测量标准间的转换方法,将京津冀1956—2016年122个龙卷风个例由EF等级转化为F等级,再按照《核电厂厂址选择的极端气象事件》HAD101/10中推荐的龙卷风风险评估方法,对京津冀龙卷风风险度进行了定量评价,结果表明:京津冀122个龙卷风个例的风程1/4mile平均最大风速均比3s平均最大风速低,平均偏低2.1m·s~(-1),风速越大,两者差距越小;122个龙卷风个例分布在F0到F3共4个等级中,F0等级31个,F1等级78个,F2等级12个,F3等级1个;京津冀龙卷风发生次数最多依次为天津、唐山和张家口市,分别为21、21和14次,强龙卷发生最多的是廊坊市(3个),衡水、承德、保定、北京4个市没有发生过强龙卷;京津冀发生超越EF1、EF2、EF3、EF4等级龙卷风重现期分别为5.8、10.1、20.2、49.5a,发生超越F1、F2、F3、F4等级龙卷风重现期分别为4.9、13.8、38.5、130.7a;京津冀一年中单位面上(1km~2)10~(-7)概率水平对应的龙卷风设计基准风速为73.4m·s~(-1)。     

豫东南龙卷风时空分布和灾害特征

查阅中国气象灾害大典、年鉴、全国与河南省气候影响评价等文献,对豫东南区域1949-2011年30次龙卷风的历史记录逐个进行了时空分析和富士达分级：63a来发生于6、7月份的龙卷风占总次数的2/3;20世纪80年代集中发生在1984、1986两年,90年代仅1990、1993年没有发生,21世纪前10 a主要是2005年的三次（均为F1级）。有24个县（市）曾有龙卷风光顾过,发生最多的汝南和潢川曾遭遇过5次龙卷风袭击,其他县（市）分别出现1～4次不等。灾害特征是较低级别的F0和F1等级较多,F2等级较少,但发生的概率和强度等级均高于豫西。     

豫东南龙卷风时空分布和灾害特征

根据中国气象灾害大典、年鉴、全国与河南省气候影响评价等文献,对豫东南区域1949-2011年30次龙卷风的历史记录逐个进行了时空分析和富士达分级：63 a来发生于6、7月的龙卷风占总次数的2/3;20世纪80年代集中发生在1984年和1986年,90年代仅1990、1993年没有发生,21世纪前10 a主要是2005年的3次（均为F1级）。有24个县（市）曾有龙卷风光顾过,发生最多的汝南和潢川曾遭遇过5次龙卷风袭击,其他县（市）分别出现1～4次不等。灾害特征是较低级别的F0和F1等级较多,F2等级较少,但发生的概率和强度等级均高于豫西。     

豫西龙卷风的时空分布特征及灾情分析

对豫西1949-2008年龙卷风的有关史料调查分析表明:豫西(多丘陵山地)发生龙卷风的概率相对全省较低,富士达分级F0级17次,F1级12次,F2级仅有2次;90年代龙卷风发生较多,主要集中在6-8月,一天之中多出现在下午至傍晚;风力一般都在10级以上,持续时间8-60 min不等,平均25 min.豫西的龙卷风各有2个县(市)发生过4次和3次,7个县(市)发生过2次,11个县(市)发生过1次,其余33个县(市)没有龙卷风的相关记录.在豫西只有相对比较开阔、平坦的地域才可能促生龙卷风.     

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。     

湖北大畈核电站周边地区龙卷风参数的计算与分析

通过气象站记录、灾害大典、气候影响评价等多种途径,收集了核电站周边地区的300 km×300 km区域1956—2000年间的龙卷风资料,并根据《核安全导则汇编（上册）》规定的方法详细计算了龙卷风各个参数间的关系,最后给出核电站的龙卷风设计基准参数,即最大风速为70 m/s（对应概率为1×10-8）,平移速度13.5 m/s,旋转半径206 m,最大气压降9.9 hPa,设计基准等级为F3级,这些结论已在设计部门得到应用。     

黑龙江省龙卷风气候特征及其环流背景分析

本文将黑龙江省1956-2009年222个龙卷风样本进行分类、分析时空分布特征、分析F2级以上龙卷风的环流背景并探讨其形成机制.结果表明:龙卷风有明显的时空分布特征,1956-1987年发生次数明显高于1988-2009年,一年中龙卷风主要集中在夏季,以7月最多,且多出现在午后至傍晚;龙卷风在空间分布上有明显的地域特征,山区很少或不发生,松嫩平原腹地是龙卷风高发地带,其中绥化地区出现的次数最多;龙卷风灾害呈并发性,主要是风灾,往往伴有冰雹、暴雨、雷击及飞射物,使灾害加重;不稳定的形势场是龙卷风产生的基础,暖湿气流的输送,冷暖空气的强对流运动为龙卷风的产生提供了条件.     

京津冀区域龙卷风灾害特征分析

基于气象报表、中国气象灾害大典、气象灾情数据库以及档案馆地方志等历史资料,查阅1956—2016年京津冀区域的龙卷风个例,按照"增强藤田级别"龙卷风强度等级分类标准,采用专家评定法对龙卷风个例进行定级,并运用时间序列、趋势分析和空间分析方法,对龙卷风的时空分布、灾害特征进行了统计分析。主要结论如下:①1956—2016年,京津冀区域共确认龙卷风个例188个,空间分布上,龙卷风发生最多的区域有2个,一是张家口坝上4县:张北、尚义、沽源、康保,二是京津冀东部地区,特别是沧州、天津、唐山、秦皇岛沿海地区是龙卷风高发区;②时间分布上,1985—1993年龙卷风发生次数最多,90年代以后呈下降趋势;③龙卷风在夏季发生次数占总数的81.9%,龙卷风主要发生时段为11:00—20:00;④对有灾情记录的122个龙卷风个例,经专家评定,EF4和EF3级各1例,EF2级14例,EF1级52例,EF0级54例。     

湖北大畈核电站周边飑线时空分布与灾害特征

湖北通山大畈核电站是我国政府批准兴建的第一个内陆地区核电站,为了保障核电站的绝对安全性,在选址和设计阶段对飑线出现的一些基本气候特征和设计参数进行科学评估尤其重要。通过气象站记录、灾害大典、气候影响评价等多条途径,收集了湖北通山核电站周边80 km×80 km区域1956—2000年间的飑线资料,并据此对其时空分布和灾害特征进行了分析,同时与龙卷风对应特征进行了比较。结果表明:(1)飑线发生频次的年代、季(月)、一日内差异明显,且主要集中在对流强盛的时期(段),这些特征与龙卷风基本一致;飑线平均持续时间为95 min,远比龙卷风的17 min长。(2)飑线局地性很强,其中站址东北部和南部50 km以外的地区最多,而站址中心区的通山及邻近的崇阳没有出现,这种特征与地理位置、地形以及系统移动路径有关。(3)飑线的移动方向以自西向东为主,即主要集中在NNW—SSW等7个方位,尤其是WNW、W、WSW等3个方位最多。(4)除风灾外,飑线出现时常伴有强烈的雷电、暴雨和冰雹天气,使灾害加重。(5)与龙卷风相比,飑线风力略小,所以设计风速取12级应当比较恰当。     

皖北两次龙卷过程对比分析

利用常规资料、NCEP再分析资料、高密度地面自动站资料、多普勒天气雷达资料,对安徽省灵璧县和泗县发生的两次龙卷过程进行对比分析。结果表明：龙卷风发生在低空急流的北端左侧以及高湿中心和水汽辐合中心的交汇处;龙卷风发生前低层垂直风切变强烈;龙卷风发生在地面辐合最强的地方,为判断龙卷风可能发生的区域提供了线索;龙卷风发生前10～20 min均有龙卷涡旋特征报警,同时有中等强度中气旋配合;灵璧龙卷风出现在母体风暴的南端,强回波在3 km以下;泗县龙卷风发生在带状回波的中部,中气旋由弱发展为中等强度后一个体扫龙卷出现,龙卷风发生时强回波有断裂和突前以及中气旋顶高下降的特征。     

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。     

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。     

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。      

龙卷风与旋衡风的动力学分析及其统一认识

通过对旋衡风的受力分析,验证旋衡风遵守的基本物理原理:即旋衡风旋转的气流具有的离心力与其所承受的气压梯度力平衡。提出了龙卷风与旋衡风的统一认识:即龙卷风是旋衡风超高速旋转的极端存在形式。依据旋衡风所遵守的基本原理对龙卷风(或旋衡风)建立物理模型,根据该模型对龙卷风的角速度、密度以及其旋转气流层半径进行了参数化描述。依据龙卷风的模型分析探索龙卷风的压强差梯度场,得到龙卷风中心到边缘距离的气压变化值与龙卷风半径及其旋转气流层的角速度、密度的关系,并提出相关计算的数学表达式,以及龙卷风具有的能量与龙卷风旋转气流层各参数的关系。龙卷风及旋衡风的旋转运动还受其本身角动量守恒的制约,并论证了龙卷风旋转气流层的密度与半径以及角速度的关系。     

On calculation of wind speed in tornado

A formula is obtained for calculation of wind speed in tornado, as proportional to the speed of convective updraft. Results are presented of wind speed calculation using the formula for 57 tornadoes observed at different time and in different regions of the world. Possibilities are shown of tornado wind speed forecasting taking into account criteria of tornado danger of the Cb clouds.     

中国龙卷时空分布及其环境物理量特征

利用2004—2012年《中国气象灾害年鉴》和CFSR再分析资料,研究中国龙卷的时空分布以及三个龙卷频发区的环流背景场和环境物理量特征,并比较他们之间的区域差异。结果表明:中国龙卷多发生于春夏季,午后傍晚较多,江苏和广东等平原地区出现龙卷概率最高。龙卷临近时,“江苏及其邻近地区”位于500 hPa槽前,850 hPa上有西南急流,造成了较强的低层垂直风切变;“广东及其邻近地区”在龙卷发生前地面对流有效位能均值达997.3 J/kg,0~1 km螺旋度均值达91 m2/s2,层结不稳定,动力抬升强;“东北地区”受深厚东北冷涡控制,整层水汽含量低,中低层比湿均值小于10 g/kg。通过比较环境物理量平均场的分布特征发现:螺旋度、垂直风切变、能量螺旋度指数和强龙卷参数对分析龙卷发生有很好的指示意义。“东北地区”对流有效位能和比湿均值远低于“江苏及其邻近地区”和“广东及其邻近地区”,但高低空的温度直减率大、中低层的垂直风切变强,该地区也会产生龙卷。