珠江三角洲台风龙卷的活动特征及环境条件分析

利用常规观测、自动气象站、多普勒雷达等资料分析珠江三角洲台风龙卷的活动特征及其产生的环境条件。结果表明:台风龙卷发生在6—10月,时间多为10—20时,出现在台风登陆后1.3～21.3 h的时段内;多数龙卷位于台风中心的东北象限,台风中心在广东湛江一广西东南部或北部湾附近时是珠江三角洲龙卷发生的高风险期。高层辐散、低层辐合及中低空强东南急流在珠江口附近叠加是龙卷产生的有利环流背景。强或弱龙卷环境条件的共同特征为低抬升凝结高度、强深层和低层垂直风切变及较大风暴相对螺旋度(SRH),主要差异是强龙卷的深层和低层垂直风切变与SRH更大;相似台风路径下,有/无龙卷环境条件的明显差异在于0～1 km低层垂直风切变和SRH,两值越大出现超级单体或中气旋的可能性越大,龙卷发生概率也就越高。台风龙卷风暴母体属于低质心的微型超级单体风暴;低层有强或中等强度中气旋,有时强中气旋中心伴有龙卷涡旋特征(TVS);龙卷出现在钩状回波顶端或TVS附近。与西风带超级单体龙卷相比,台风龙卷中气旋的尺度更小、垂直伸展高度更低。     

河北张家口一次超级单体龙卷雷达回波特征分析

利用ERA5 再分析资料、雷达资料以及北京VDRAS资料，对2021年7月1日发生在张家口的一次与超级单体伴随的龙卷天气特征进行分析。结果表明：①此次龙卷天气发生在高空冷涡的东南象限、低空切变线前侧暖区及地面辐合线附近。②雷达资料分析显示在超级单体的南侧产生了此次龙卷，龙卷过程中超过50 dBz的高度在6 km以下，强核中心在3 km以下，为低质心的对流系统，反演的风场上在低层1 km高度存在闭合的气旋性环流。③北京VDRAS资料分析表明低层强辐合与高层强辐散配置、中低层强的正风暴相对螺旋度为龙卷发生提供了有利的环境条件；垂直速度分布显示龙卷生成地存在强上升运动，其两侧均存在下沉运动；扰动温度的垂直分布表明4 km以下存在负中心，4 km以上存在正中心。     

低纬高原地区一次罕见大暴雨的中尺度数值模拟

利用MM5V3中尺度数值模式,对2003年6月16日20:00~17日08:00云南楚雄等地大暴雨的中β尺度系统的发生、发展进行了数值模拟。模拟结果表明:强降水中心与实况基本吻合,但模拟降水量比实况偏弱;中β尺度系统发展的初期低层质量辐合先于高层辐散增强,而减弱阶段也是低层辐合减弱先于高层辐散减弱,也就是说低层散度场的变化引起高层的变化;中β尺度系统的发展、增强、减弱过程,主要靠低层的正涡度制造;低纬度地区水汽分布差异较高纬度地区小,水汽的辐合主要取决于风场辐合,而平流输送则决定暴雨的持续时间;高原地形对空气的上升运动和水汽辐合有一定影响,特别是在背风坡,上升运动均有所减弱,水汽呈弱的辐散。     

Analysis on a Severe Storm of Wenzhou Similar Tornado in The Outer-Region of the Super Typhoon ＇Sepat＇

利用NCEP/NCAR 1°×1°6h再分析资料、多普勒天气雷达资料及FY-2C卫星TBB资料,分析了2007年8月18日23：10（北京时,下同）～23：20在0709号超强台风＂圣帕（Sepat）＂外围温州市龙港镇诱生类龙卷。诊断分析表明,类龙卷发生地所处环境特征为高层辐散、低层辐合、从低层一直延展到高层的强烈上升运动、超低空强垂直风切变等;雷达连续跟踪探测到气旋式速度存在由中层向低层发展的现象,该中气旋中伴有明显的相邻方位角速度切变,尽管没有满足龙卷涡旋特征（TVS）的所有指标,但强烈的旋转风在极短时间由高层向低层迅速发展下传,进而产生超级单体龙卷。     

超强台风“圣帕”引发温州类龙卷的特征分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°6h再分析资料、多普勒天气雷达资料及FY-2C卫星TBB资料,分析了2007年8月18日23:10(北京时,下同)～23:20在0709号超强台风"圣帕(Sepat)"外围温州市龙港镇诱生类龙卷。诊断分析表明,类龙卷发生地所处环境特征为高层辐散、低层辐合、从低层一直延展到高层的强烈上升运动、超低空强垂直风切变等;雷达连续跟踪探测到气旋式速度存在由中层向低层发展的现象,该中气旋中伴有明显的相邻方位角速度切变,尽管没有满足龙卷涡旋特征(TVS)的所有指标,但强烈的旋转风在极短时间由高层向低层迅速发展下传,进而产生超级单体龙卷。     

渭河流域三次暴雨过程水汽和上升运动的垂直结构比较

利用常规高空观测资料和NCEP/NCAR 6 h再分析资料等,着重从水汽和上升运动的垂直结构上对发生在渭河流域的三次致灾暴雨过程进行了比较分析。结果表明:三次暴雨过程具有相似的水汽通量散度场垂直结构,即低层辐合、中层或高层辐散,但低层辐合远大于其上层辐散,低层强水汽通量辐合不仅为暴雨区提供了充沛水汽,也导致并促使水汽在垂直方向上从低层向高层输送,从而增强大气垂直上升运动发展;600 hPa(或400 hPa)水汽辐合或辐散突然增强,预示降水强度将增大,其突然减弱,则标志着强降水趋于结束;三次暴雨过程中,强降水主要出现在整层上升运动形成前后和450 hPa附近垂直上升运动增强最快时段内。     

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。     

线状对流中EF3级强龙卷的多尺度机理研究

利用NCEP再分析资料、地面观测资料、多普勒雷达资料、风廓线雷达资料、FY-4A卫星资料、雷达变分同化分析系统输出的高分辨率分析场资料对2018年8月13日17:30发生在天津静海地区的EF3级强龙卷过程进行分析,结果表明:此次过程为发生在线状对流中的强龙卷,且引发龙卷的对流风暴不具备超级单体风暴典型特征,龙卷形成后,在涡旋不断加强的基础上,旋转中心不断下降,且TVS的伸展厚度不断增大。两个线状对流之间新单体的形成发展促使了线状对流的合并,新生对流单体强回波接地时间与龙卷的发生时间有较好的对应关系。在龙卷发生前20 min,分别位于两条边界层辐合线北侧和西侧的偏北风和前方入流的偏东风构成了中低压的辐合旋转流场,当雷暴出流与龙卷发生地的局地风垂直切变中心(在180 m高度可达90×10~(-3)s~(-1))相遇,辐合线上水平分布极不均匀的上升运动迫使水平涡管倾斜,加强了垂直涡度,涡管在垂直方向上被拉伸,根据角动量守恒,旋转加强形成龙卷母体涡旋,因此,发生在线状对流中的强龙卷虽然在对流模态上与超级单体龙卷不同,但龙卷母体涡旋形成的物理机理是一致的。     

2019年6月17日河北张家口线状对流中的龙卷环境场与特征分析

利用常规气象资料、NCEP FNL 1°×1°再分析资料以及卫星雷达资料，对2019年6月17日发生在张家口的一次与线状对流伴随的龙卷天气进行分析。结果表明：（1）龙卷天气发生在对流层中低层高能中心、强垂直风切变以及中层强风速区的环境中。（2）中低层强的正水平螺旋度、低层强辐合与高层强辐散配置为龙卷发生提供了有利的环境条件。（3）在对流不稳定区，边界层辐合线是对流的触发条件，弧状云线的发展加强和上冲云顶的识别分析有利于判断对流云团的发展趋势，对强对流的短临预警有重要参考意义。（4）通过雷达资料与风场反演分析，线状对流中的龙卷是由γ中尺度涡旋在低层强辐合与上升气流的拉伸下形成的。强辐合区主要位于3 km高度以下。     

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。     

两类不同风灾个例超级单体特征对比分析

采用分钟级加密自动气象站观测资料,盐城、淮安和岳阳、荆州雷达探测数据,以及欧洲中期天气预报中心（ECMWF）高分辨率的ERA-Interim全球再分析数据,对比分析了2016年6月23日江苏阜宁龙卷灾害和2015年6月1日湖北监利下击暴流大风灾害的环境特征与超级单体的结构特征。结果表明:（1）两次强对流大风灾害发生在相似的低空环流背景下:风灾发生在低空急流出口区左侧的暖区内、850 hPa低涡中心东侧6—7个经距的位置;环境大气的对流有效位能大于2000 J/kg。但是风灾的类型不同,江苏阜宁大风灾害主要由超级单体龙卷造成,监利“东方之星”沉船事故主要是超级单体触发的下击暴流造成。短时强降水中心与风灾中心的相对位置不同:阜宁龙卷移动方向的左侧伴随着最强短时降水;湖北监利沉船事件发生期间,风灾中心与短时强降水中心基本重合。鉴于不同性质的对流大风位置与超级单体母体的中心位置对应关系上存在差异,通过比较地面观测的瞬时大风与瞬时强降水中心的相对位置将有助于区分强对流大风的性质。（2）环境风垂直切变强度对对流风暴结构、发展、维持有重要影响:阜宁龙卷发生时,其上空0—6 km风垂直切变达4×10-3 s-1,超级单体有明显的向前倾斜结构,形成有界弱回波区;而监利强对流沉船位置0—6 km风垂直切变只有2.3×10-3 s-1左右,风暴单体中的上升气流近乎于垂直。阜宁超级单体中气旋,首先出现在0—1.5 km风垂直切变和0—3 km风暴相对螺旋度带状大值区,在向抬升凝结高度更低的环境移动过程中,其底部不断下降,形成龙卷;而在监利沉船区,中低层风切变和风暴相对螺旋度相对要弱得多,对应风暴单体中的中气旋强度、持续性较弱,中气旋底部高度维持在1.6 km左右。（3）环境湿度垂直结构特征不同可能是风暴单体形成不同类型灾害大风的重要环境因子。监利下击暴流造成的风灾发生时,在地面气温迅速下降过程中,气压变化呈现快速跳升又快速下降的“尖锥”形,气压峰值比降水峰值提前4 min出现。它与对流层中高层环境大气中较为深厚的干空气卷入对流风暴中造成水物质强烈蒸发、冷却过程有关。而阜宁风灾过程中,环境大气中层仅存在非常浅薄的干层,加之低层较为深厚的饱和大气环境,对应的地面冷池效应相对较弱。      

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。     

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。      

雷达资料同化对2016年6月23日阜宁龙卷模拟的改进

基于GSI（Community Gridpoint Statistical Interpolation）同化系统和WRF（Weather Research and Forecasting）模式,探讨了多部多普勒雷达的反射率因子和径向速度资料同化对2016年6月23日江苏阜宁龙卷模拟的改进效果和影响过程。结果表明:（1）仅同化雷达反射率因子和仅同化径向速度均能在一定程度上改进模式对阜宁龙卷及其环境场的模拟,且雷达径向速度同化的改进作用更大;同时同化两种资料改进效果最佳。（2）雷达反射率因子同化是利用复杂云分析技术,直接修正了水凝物含量,增加了潜热释放,对低层大气热力场进行了正温度扰动调整,从而主要改进了初始场的水汽条件和热力条件;而雷达径向速度同化通过三维变分技术直接修正了风场,进而引起水汽输送变化影响水凝物的调整和大气热力场的变化,对初始场的动力条件和热力条件修正较大;同时同化两种资料修正了初始场的动力和热力结构,保证了两者物理上的协调,综合了两者的改进作用,从而取得最佳模拟效果。（3）同时同化雷达反射率因子和径向速度后,模式在阜宁附近模拟出了明显的涡旋结构,尽管涡旋强度和龙卷结构与实况仍有一定差距,但涡旋发生发展过程、路径、地面小时极大风和降水等模拟与实况吻合度均明显高于对照试验。      

一次台风前部龙卷的多普勒天气雷达分析

通过分析2004年8月25日发生在浙江省宁波市的一次台风前部龙卷发生发展的环境特征, 发现该龙卷发生在台风前部风切变区里, 尽管当时涡度、散度等物理量对于深对流发展不是非常有利, 但下湿中干、强的垂直风切变及地形条件等还是有利于局地弱龙卷的产生; 在宁波新一代天气雷达产品上表现为强的钩状回波, 速度场上有相邻的正负速度中心及强的组合切变值等。通过多个反射率产品、剖面产品等综合分析了该风暴的三维结构, 初步了解此类弱龙卷的发生机理, 为以后的预报提供一些经验。     

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。     

Simulation of Extreme Updrafts in the Tropical Cyclone Eyewall

Strong vertical motion(10 m s~(-1)) has profound implications for tropical cyclone(TC) structure changes and intensity. While extreme updrafts in the TC are occasionally observed in real TCs, the associated small-scale features remain unclear. Based on an analysis of the extreme eyewall updrafts in two numerical experiments conducted with the Advanced Research version of the Weather Research and Forecasting(WRF) model, in which the large-eddy simulation(LES) technique was used with the finest grid spacings of 37 and 111 m, for the first time this study demonstrates that the simulated extreme updrafts that occur mainly in the enhanced eyewall convection on the down-shear left side are comparable to available observations. The simulated extreme updraft exhibits relatively high frequencies in the lower(750 m), middle(6.5 km) and upper(13 km) troposphere, which are associated with different types of small-scale structures.While the lower-level extreme updraft is mainly related to the tornado-scale vortex, the extreme updraft at upper levels is closely associated with a pair of counter-rotating horizontal rolls oriented generally along the TC tangential flow, which are closely associated with the enhanced eyewall convection. The extreme updraft at middle levels is related to relatively complicated small-scale structures. The study suggests that extreme updrafts can be simulated when the grid spacing is about 100 m or less in the WRF-LES framework, although the simulated small-scale features need further verification in both observation and simulation.     

采用不同背景场的龙卷模拟结果对比分析

采用常规气象观测资料,对2014年5月21日17:40广州市黄埔区九龙镇一次西风带龙卷的环流背景场进行分析,并利用FNL和ERA5再分析资料作为背景场模拟该龙卷过程,研究了不同再分析场对模拟效果的影响,结果表明:对于雷达回波、垂直速度、水平风场及水成物,FNL资料作为初始场对西风带龙卷的模拟优于ERA5资料。FNL再分析资料作为初始场、边界场能有效地模拟出西风带龙卷的超级单体结构。5月21日17:45对流风暴与经典超级单体结构相似,出现了钩状回波特征与入流缺口,其垂直结构上强回波向东倾斜,形成穹窿结构。17:50超级单体钩状回波处有明显的强上升气流与后侧下沉气流,具备生成龙卷的必要条件;从垂直涡度的低层平面发现涡旋特征十分明显,其高度从250m伸展至2km,龙卷有可能发生在从地面一直延伸至2km向西北倾斜的小尺度气旋内。      

“93.5”黑风暴发展结构和不同模式分辨率的数值试验

1993年5月4～6日在我国西北部地区发生了一次“黑风暴”。用改进的MM1和高分辨PBL参数化及40 km细网格控制试验能基本上模拟出“93.5”黑风暴的结构和演变。模拟结果表明，黑风暴发展时段，在PBL内与一个中尺度气旋性强涡旋相伴，在对流层内与一个垂直涡柱相伴。这个伸展至对流层顶的涡柱下（上）半部是与低（高）空强烈辐合（辐散）入（外）流相伴的气旋（反气旋）性涡柱。该黑风暴结构不同于一般锋面结构，其主要判别是:界面坡度陡，θe水平梯度大，斜压性强，PBL内暖心明显。该暖心结构与下垫面剧烈热力强迫有关。不     

“艾云尼”台风龙卷天气过程分析

利用常规观测、地面自动气象站、多普勒天气雷达、现场灾调及互联网视频等资料,对2018年6月8日发生在广东省佛山市南海区大沥镇的1804号“艾云尼”台风龙卷天气过程进行分析。结果表明:龙卷发生在台风“艾云尼”登陆后前进方向的右后侧,强度为EF1级。高层辐散抽吸、中低空强劲的东南风急流叠加和地面中尺度辐合线的抬升触发作用是其有利的环流背景。对流参数表现为弱的对流有效位能和对流抑制能量、强低层风垂直切变、低抬升凝结高度和大的风暴相对螺旋度。产生龙卷的风暴为低质心微超级单体风暴,龙卷出现在钩状回波的弱回波区内。速度图上中气旋提前龙卷约30 min,临近龙卷发生时中气旋旋转速度增至最强,尺度缩小,底高降至最低,对龙卷预警有一定指示作用。