一次龙卷冰雹云

今年4月25日16时至17时30分,我站测得一次完整的龙卷冰雹天气过程。图像甲、乙为龙卷冰雹云的平高显回波图。此龙卷云的特征是块状大,强度强、移速快、受3000米的偏西风引导,生命史短,影响范围小。平 均移速为60公里,最大移速为70公里;龙卷及地面宽约一公里,长一百公里;下的冰雹粒直径3—4公分,最大达鸡蛋、拳头大。事后地区气象局及时组织人员深入实地调查、总结,取得了宝贵的资料。     

逾量旋转动能在区分我国龙卷与非龙卷中气旋中的应用

多普勒天气雷达中气旋算法是为探测直径在1.8～9.2km(1～5nmi)的中气旋而设计的。绝大多数强龙卷都属于发生在中气旋内部的超级单体龙卷,但并不是所有的中气旋都能发展成龙卷。文中引入中气旋核的逾量旋转动能(ERKE)概念,结合中气旋算法和速度产品,分析了龙卷和非龙卷中气旋个例维持期间ERKE值的演变特征,并计算了一些超级单体风暴个例的中气旋初始的ERKE及其权重高度值。结果表明,与非龙卷中气旋相比,龙卷中气旋中ERKE的值普遍较大且其权重高度较低;超级单体风暴的初始中气旋ERKE值及其权重高度可以有效地区分中、低对流层中的龙卷和非龙卷中气旋,并可作为龙卷中气旋识别的定量指标。同时在我国平均中气旋气候特征的基础上,还绘制了ERKE图解,可从中气旋旋转速度和旋转半径快速查得对应ERKE值的大小。     

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。      

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。     

Appllication of Excess Rotation Kinetic Energy in Distinguishing the Tornadic and Non-Tornadic Mesocyclones in China

多普勒天气雷达中气旋算法是为探测直径在1.8～9.2km（1～5nmi）的中气旋而设计的。绝大多数强龙卷都属于发生在中气旋内部的超级单体龙卷,但并不是所有的中气旋都能发展成龙卷。文中引入中气旋核的逾量旋转动能（ERKE）概念,结合中气旋算法和速度产品,分析了龙卷和非龙卷中气旋个例维持期间ERKE值的演变特征,并计算了一些超级单体风暴个例的中气旋初始的ERKE及其权重高度值。结果表明,与非龙卷中气旋相比,龙卷中气旋中ERKE的值普遍较大且其权重高度较低;超级单体风暴的初始中气旋ERKE值及其权重高度可以有效地区分中、低对流层中的龙卷和非龙卷中气旋,并可作为龙卷中气旋识别的定量指标。同时在我国平均中气旋气候特征的基础上,还绘制了ERKE图解,可从中气旋旋转速度和旋转半径快速查得对应ERKE值的大小。     

中国龙卷研究进展

近年来,中国几个EF3级以上强龙卷导致了严重人员伤亡和重大经济损失。龙卷尺度非常小,发生频率非常低。中国虽然目前尚不具备业务预报龙卷能力,但随着新一代天气雷达及自动气象站的观测网、现场调查和数值模式的发展,龙卷研究取得了显著进展,对中国龙卷时空分布气候特征和有利的天气背景以及环境条件已有较为全面的了解,也认识到不同天气背景下有利于龙卷产生的环境条件不尽相同。龙卷风灾现场调查流程和分析技术已经较为完备,2016年江苏阜宁EF4级龙卷等多个强龙卷都得到了详细规范的现场调查和分析,为减灾防灾提供了重要数据。对孕生龙卷的超级单体风暴中小尺度特征取得了较为深入的认识,如不太强的地面冷池、中气旋底高通常低于1 km、强度与龙卷强度正相关、倾斜、龙卷碎片特征、下沉反射率因子核和部分龙卷的多涡旋特征等。使用精细云模式成功对江苏阜宁和北京通州龙卷分别进行了理想模拟,且使用WRF(Weather Research and Forecasting)模式成功模拟出了 2005年台风麦莎对流眼墙中的龙卷尺度涡旋和2016年阜宁龙卷的多涡旋结构。未来,仍然需要在龙卷探测技术、龙卷对流风暴精细地面要素分布和结构特征...     

2022年6月19日广东佛山龙卷的双极化相控阵雷达特征

利用X波段双极化相控阵雷达等多源观测资料,分析了2022年6月19日早晨广东佛山超级单体龙卷的环境条件和对流风暴的结构及演变特征。龙卷母体风暴是在强西南季风天气背景下的一条东北-西南向飑线南端发展起来的。环境条件具备较大对流有效位能、低抬升凝结高度和强垂直风切变等有利于超级单体龙卷发生发展的热力和动力条件;低空风暴相对螺旋度、超级单体复合指数和强龙卷指数的显著增强对超级单体龙卷的发生有较好指示意义。具有高时空分辨率的佛山南海X波段双极化相控阵雷达探测到了龙卷母体微型超级单体的发展过程和龙卷涡旋的演变特征：对流单体在前侧低层入流的加强下逐渐形成钩状回波和反射率弱回波空洞;中气旋首先在2.5km附近高度形成后向低层伸展,随着后侧下沉气流的加强,低层涡旋旋转增强,当低层中气旋旋转速度超过22m·s-1(强中气旋)且直径紧缩至1.5km以内时,龙卷即将触地,龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)出现是龙卷触地的主要特征,龙卷发生在反射率弱回波空洞、TVS和TDS附近。     

"山竹"(1822)台风外围佛山强龙卷天气过程观测分析

利用地面气象观测、多普勒天气雷达、风廓线雷达及现场灾调等资料,对2018年9月17日上午发生在佛山的"山竹"台风(1822)外围强龙卷天气过程进行分析。结果表明:龙卷发生在台风登陆后前进方向右前侧的东北象限,强度为EF2级。低层急流汇合与高层辐散相互配合提供了有利的环流背景,环境场表现为中等偏弱的对流有效位能、弱的对流抑制能量、低的抬升凝结高度、大的风暴相对螺旋度和0—1 km强垂直风切变等特征。地面气象要素受龙卷影响表现出明显的信号,龙卷过境前后单站气压降低/升高明显,风向出现明显气旋式旋转。产生龙卷的风暴为低质心微超级单体,龙卷出现在雷达钩状回波的弱回波区附近,雷达低仰角速度图上出现强中气旋和龙卷涡旋特征,中气旋尺度小、伸展高度低,且在龙卷发生前其最强切变突然增强。当环境条件有利时,在台风龙卷的高发区,当雷达低仰角速度图上出现中等强度以上中气旋,且底高在1 km以下时,可以考虑发布龙卷预警。     

华南一次非中气旋海面龙卷的大气条件和雷达特征分析

利用S波段双偏振雷达、风廓线雷达、L波段探空雷达、区域自动站等观测资料和ERA5再分析资料, 对2019年5月26日发生在华南地区一次季风暴雨中海上龙卷过程的大气条件和雷达特征进行了详细分析。(1)低层辐合、高层辐散、中层短波槽东移的环流特征为龙卷的对流风暴提供了有利的大尺度动力抬升条件, 与大多数陆龙卷的形成机制相似。(2)该龙卷形成的环境条件也与一般非中气旋陆龙卷近似, 具有中等大小的对流有效位能, 对流抑制能量接近0, 为该对流风暴发生发展提供了热力条件, 具有发生龙卷的潜势; 强0~1 km低层风垂直切变和0~6 km深层风垂直切变为该对流风暴发展提供了动力条件, 其中低层风垂直切变远高于过去对陆龙卷低层风垂直切变统计的下限。(3)雷达发现: 龙卷出现前后, TVS(Tornadic Vortex Signature)雷达产品多次定位提醒, 但中气旋产品并未有提醒, 有一定示警作用; 径向速度产品揭示了龙卷正负速度对的发展变化; 龙卷低层旋转速度大值区多位于带状回波前沿, 对应的差分反射率Z_DR减小, 相关系数CC较低, 有利于确定龙卷的持续时间和影响范围。      

1971—2020年辽宁龙卷的气候特征及环境条件分析

为了解辽宁龙卷气候特征,基于《中国气象灾害大典》《中国气象灾害年鉴》和其他相关资料,根据“改进藤田分级”龙卷级别分类标准,对1971—2020年辽宁龙卷进行强度分类和时空分布特征统计,并对比我国辽宁与美国龙卷高发区环境背景差异,分析辽宁龙卷典型的环流形势、物理量特征。得到以下主要结论:1971—2020年辽宁地区共记录到97个龙卷日发生龙卷105次,年均为2.1次,年平均龙卷生成密度为1.4×10^-5个·km^-2,约为美国的1/10。EF2及以上级别强龙卷共记录到17次,年均出现0.3次。95%的龙卷出现在5—9月,67%出现在14—19时。EF2及以上级别强龙卷主要分布在辽宁中部以西地区,东南沿海地区多为弱龙卷,辽宁西北部龙卷季明显早于东南部。对流有效位能和中低层风切变随季节呈反相位变化,两者的合适配置是龙卷等强对流天气产生的前提条件。低层风暴相对螺旋度偏小是我国辽宁较美国龙卷高发区龙卷密度明显偏小的主要原因。辽宁87%的龙卷与冷涡相关,分为低层锋生主导的冷涡底部短波槽和冷涡前部型(65%)、中高空干冷气流主导的冷涡后部型(12%)以及强热...     

江苏阜宁EF4级龙卷的高分辨率数值模拟研究

利用美国Advanced Regional Prediction System(ARPS)模式,采用水平分辨率分别为9 km、1 km、250 m和75 m的四重单向嵌套网格,模拟了2016年6月23日发生在江苏阜宁的EF4级龙卷过程。结果表明：1 km、250 m和75 m网格都可以复制出龙卷风暴的一般特征,包括钩状回波和旋转上升运动等;250 m网格可以模拟出类龙卷涡旋（Tornado-like Vortex,TLV）,75 m网格才可以解析出龙卷涡旋。TLV和龙卷涡旋的形成和增强是近地面上升运动增强导致的,随着模式分辨率的提高,模拟的近地面上升运动更强,模拟的TLV强度更强,持续时间更长。250 m和75 m网格模拟的龙卷的最强级别分别为EF2级和EF3级。龙卷涡旋最初是由若干个强度较强的小尺度涡旋合并形成的,次级出流阵风锋的辐合作用进一步增强了龙卷涡旋,从而发展至成熟阶段。成熟的龙卷涡旋呈现从单涡旋到双涡旋最后到多涡旋龙卷的演变。     

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。     

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。     

2016-2020年中国龙卷过程和灾情特征

基于2016-2020年收集的龙卷个例及详细的龙卷灾情调查资料,根据"增强藤田级别"分类标准和中国龙卷强度等级行业标准,对中国龙卷过程和灾情特征进行了分析总结.(1)近5年共收集了我国178个龙卷个例,EF2级及以上的强龙卷漏记情况相对较少,比较接近实际发生的情况,EFI级及以下的弱龙卷因灾情小可能被忽略,因此龙卷统计...     

一次飑线过程中龙卷及飑锋生成的中尺度分析

对1983年9月4日发生在陕西中部一次灾害性强风暴过程的天气形势、雷达回波、卫星云图、地面中尺度风场资料及灾情进行了综合分析研究,结果表明:此次灾害性强风暴是一次龙卷过程;龙卷出现在冷锋飑线带状回波尾部,呈典型的弓状回波（环状回波）;在卫星云图上表现为南北云系交绥处发展旺盛的中尺度涡旋云团,呈新月状;龙卷发生在地面“人”字形辐合线交点后部强西北风中;龙卷是由地面两条冷锋的共同作用造成的;飑锋回波出现在龙卷雷暴后部,表现为两条平行的线状回波,与经典理论有不同之处。     

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^-3s^-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。     

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。     

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。     

2019年7月3日辽宁开原伴随EF4级强龙卷的超级单体风暴分析

综合利用多普勒雷达、地面自动气象站以及风廓线等观测资料和ERA5再分析资料,对2019年7月3日发生于辽宁开原的超级单体风暴伴随EF4级强龙卷环境条件、多普勒雷达回波特征和形成机理进行详细分析。结果表明：本次过程发生于低层暖湿高层冷干强的热力不稳定环境条件下,在地面干线汇合流场形成地面辐合线附近触发湿对流并发展为伴有龙卷的超级单体风暴。龙卷发生于低层钩状回波附近,多普勒雷达上呈现经典超级单体风暴雷达回波特征,低层强的垂直风切变将水平涡度转化为对流风暴中垂直涡度,强上升运动使得顺流涡度倾斜拉伸,从而龙卷发生前17 min在多普勒雷达2.4°仰角首先出现中气旋结构,随后风暴向南移动过程中,风暴的后侧下沉气流(RFD)将中低层的涡度“压低”致使龙卷接地,因此龙卷发生后1 min在0.5°仰角也出现强中气旋并有类龙卷涡旋特征(TVS),中气旋最强时的旋转速度达到28 m·s^-1(强中气旋标准),因此本次龙卷符合“自上而下”I型龙卷特征。由于环境干燥空气夹卷造成水滴强烈蒸发和冷却,使得地面出现了1 h降温达10℃的强冷池,过强的冷池可能在促使龙卷消亡过程中起到关键作用,致使...     

6·23龙卷FY-2G卫星云微物理特征分析

利用FY-2G静止卫星资料,采用多光谱综合分析方法,对2016年6月23日江苏盐城特大龙卷强对流灾害天气进行分析,重点分析强对流云微物理特征和识别强对流的卫星信号,并与雷达、TRMM卫星观测资料进行了对比分析。结果表明:(1)静止卫星RGB合成图能够可视化、便捷显示云微物理特征与发展趋势,对流云2区云团是产生龙卷的主云团,云系移动缓慢、位置基本保持不变是本次龙卷的特点,致使龙卷始终维持在盐城。(2)归纳出龙卷强对流云微物理特征和卫星信号为云顶高、云顶温度(T_(top))达到-80℃,存在过顶现象;云顶粒子有效半径(Re_(top))小、以小冰粒子为主,云砧结构明显,上部存在云粒子有效半径(Re)随温度(T)递减带;晶化温度(T_g)冷,达到同质冻结温度,对应有效半径(Re_g)小。08:00(北京时) FY-2G已探测到1、2、4区云团具有强对流发展潜势,通过卫星跟踪云团强弱变化,及时发现灾害性强对流天气发生云团,加强对该云团监测,提前预警强对流灾害性天气发生,为静止卫星应用于强对流天气监测预警提供新途径。