玉屏厂址地区龙卷风参数估算与分析

利用玉屏核电站厂址周围3个经纬度区域范围内1950-2021年期间的龙卷风调查资料,采用富士达F等级划分法评定龙卷风级别,按照《核电厂厂址选择的极端气象事件（HAD101/10）》的规定,估算出核电站设计基准龙卷风相关参数和设计基准等级。结果表明：玉屏核电站厂址区域设计基准龙卷风最大风速估算值为63.9m/s（对应10-7概率值）,总压降为29.5hPa,压降速率为7.1hPa/s,最大旋转风速为51.8m/s,最大平移速度为12.1m/s,设计基准等级为F2。计算结果为项目设计和建设提供重要理论参考依据。     

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。     

福清核电厂厂址区域龙卷风设计基准参数的估算

基于1959～2017年福清核电厂区龙卷风的调查资料,采用Rankine涡模型估算该区域超过某一特定风速的概率分布,通过概率值导出设计基准龙卷风和基准设计风速,按照压降模型计算出龙卷风的压降,研究结果表明:福清核电评价区域龙卷风的总压降为4.29 kPa;平移速度13.8 m/s,最大旋转风速57.6 m/s,最大压降...     

Laboratory Study of Topographic Effects on the Near-surface Tornado Flow Field

To study topographic effects on the near-surface tornado flow field, the Iowa State University tornado simulator was used to simulate a translating tornado passing over three different two-dimensional topographies: a ridge, an escarpment and a valley. The effect of the translation speed on maximum horizontal wind speeds is observed for translation speeds of 0.15 and 0.50 \(\hbox {m}\,\hbox {s}^{-1}\), with the lower value resulting in a larger maximum horizontal wind speed. The tornado translation over the three topographies with respect to flat terrain is assessed for changes in: (a) the maximum horizontal wind speeds in terms of the flow-amplification factor; (b) the maximum aerodynamic drag in terms of the tornado speed-up ratio; (c) the maximum duration of exposure at any location to high wind speeds of a specific range in terms of the exposure amplification factor. Results show that both the maximum wind amplification factor of 14%, as well as the maximum speed-up ratio of 14%, occur on the ridge. For all topographies, the increase in aerodynamic drag is observed to be maximized for low-rise buildings, which illustrates the importance of the vertical profiles of the horizontal wind speed near the ground. The maximum exposure amplification factors, estimated for the range of wind speeds corresponding to the EF2 (50–60 \(\hbox {m}\,\hbox {s}^{-1}\)) and EF3 (61–75 \(\hbox {m}\,\hbox {s}^{-1})\) scales, are 86 and 110% for the ridge, 4 and 60% for the escarpment and ? 6 and 47% for the valley, respectively.     

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。     

Genesis environments and characteristics of the severe tornado in the South Urals on August 29, 2014

Considered are the formation conditions of the severe tornado in the South Urals (in the Republic of Bashkortostan) on August 29, 2014. It is noted that the tornado was associated with the supercell, and the synoptic conditions of its formation corresponded to the type 1 according to the classification proposed by A.I. Snitkovskii in 1987. Estimated are the tornado basic characteristics: the vortex funnel width is 150-200 m, and the maximum wind speed is 65 m/s. It is revealed that the tornado was of EF3 category following the enhanced Fujita scale. Proposed is the simple index of convective instability based on the data of ground-based observations for diagnosing the tornado genesis environments.     

2013年7月7日苏皖龙卷环境场与雷达特征分析

以雷达探测资料为主,结合探空资料、天气图和地面灾情,对2013年7月7日苏皖2省交界处的龙卷进行了分析。结果表明：⑴龙卷是在低层有明显的风切变的有利形势下产生的,环境场具有较强的对流不稳定性、大的低层垂直风切变和较低的对流凝结高度。⑵反射率因子在60 dBZ左右;速度图上有正负速度对,低仰角的转动速度〉13 m·s-1;近地面相邻像素间速度差〉11 m·s-1,满足TVS速度差的最低阈值要求;天长龙卷和高邮龙卷都是发生在风暴发展极为旺盛后的1~2个体扫内,也发生在VIL比较大而下降到40~45 kg·m-2左右之时;天长龙卷发生在连续多个TVS之后,高邮龙卷发生在中气旋下降和TVS出现之时。风暴参数和TVS参数表征的指标越强越有利于龙卷的发生,影响范围也越大。⑶这次龙卷验证了出现龙卷的各项雷达识别指标：最强回波在6 km以下;有气旋性辐合,低仰角旋转速度〉13 m·s-1;既探测到中气旋也探测到TVS。⑷对经典龙卷概念模型进行简化,建立的简易模型证实了传统的龙卷风暴概念模型,给出了龙卷发生在TVS靠近上升气流一侧的解释。     

.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。     

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。     

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。     

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.     

2016年夏季如东一次EF2级龙卷多普勒天气雷达特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、南通多普勒天气雷达资料及GR2analyst分析软件,对2016年7月5日发生在江苏省如东县的一次EF2级超级单体龙卷过程进行特征分析。结果显示：此次龙卷发生在高低空均为一致的西南暖湿气流中,没有明显干冷空气侵入,中低层存在切变、急流,超低空急流,地面有辐合中心;大气具有中等大小的热力不稳定能量、0~1 km强垂直风切变、充足的水汽条件、较低的抬升凝结高度以及较强的辐合上升运动,为此次龙卷过程提供有利的背景条件。当出现连续体扫的中气旋、钩状回波,并且强回波区向移动方向一侧倾斜、垂直剖面存在穹隆结构和有界弱回波区时,在钩状回波处最容易产生龙卷。GRanalyst三维显示中出现的空洞结构,表明超级单体在此处产生强烈涡旋,有利于龙卷的产生;对称的正负速度区中旋转速度持续增大,并且不断向下发展,低仰角探测到紧邻的速度对时,强中气旋也相应出现向下延伸和迅速的收缩,预示着龙卷的发生,为龙卷预报提供一定的指示作用。     

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。      

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。     

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。      

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。     

海门一次F1级龙卷的多普勒天气雷达特征分析

用多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料对2011年7月13日发生在江苏南通海门市树勋镇的龙卷风过程进行了详细分析。得出:较长时间的不稳定层结的存在,较低的抬升凝结高度,较强的水平和垂直风切变以及地面干线的存在为龙卷风的发生发展提供很好的动力条件;底层冷空气的切入,较强的风切变易使单体发展更加旺盛。强回波中心高度和垂直积分液态含水量的下降,径向速度风场中气旋性涡旋的迅速发展是对龙卷风提前警戒的很好指标。龙卷风进行过程中,此系统为低位质心的对流系统,产生的天气是龙卷,伴随大风,与冰雹的高位质心对流系统有明显的区别。中气旋高度,最大切变高度的骤降,中气旋尺度的急剧收缩预示着龙卷的发生,为我们今后的龙卷风预警提供有利的参考。     

两次台风衍生龙卷的环境背景和雷达特征对比分析

利用ECMWF高分辨率再分析资料及广州多普勒天气雷达资料,对1522号台风"彩虹"外围衍生的广州番禺龙卷和1806 号台风"艾云尼"外围衍生的广州南沙龙卷进行对比分析,同时还挑选了一个未发生龙卷的台风做外围环境参数对比.结果表明:两次强龙卷都发生在登陆台风的东北象限,中低空急流明显、低层辐合、高层辐散在珠江三角洲地区叠...     

Comparing the theoretical versions of the Beaufort scale, the T-Scale and the Fujita scale

2005 is the bicentenary of the Beaufort Scale and its wind-speed codes: the marine version in 1805 and the land version later. In the 1920s when anemometers had come into general use, the Beaufort Scale was quantified by a formula based on experiment. In the early 1970s two tornado wind-speed scales were proposed: (1) an International T-Scale based on the Beaufort Scale; and (2) Fujita's damage scale developed for North America. The International Beaufort Scale and the T-Scale share a common root in having an integral theoretical relationship with an established scientific basis, whereas Fujita's Scale introduces criteria that make its intensities non-integral with Beaufort. Forces on the T-Scale, where T stands for Tornado force, span the range 0 to 10 which is highly useful world wide. The shorter range of Fujita's Scale (0 to 5) is acceptable for American use but less convenient elsewhere. To illustrate the simplicity of the decimal T-Scale, mean hurricane wind speed of Beaufort 12 is T2 on the T-Scale but F1.121 on the F-Scale; while a tornado wind speed of T9 (= B26) becomes F4.761. However, the three wind scales can be uni-fied by either making F-Scale numbers exactly half the magnitude of T-Scale numbers [i.e. F′half = T / 2 = (B / 4) − 4] or by doubling the numbers of this revised version to give integral equivalence with the T-Scale. The result is a decimal formula F′double = T = (B / 2) − 4 named the TF-Scale where TF stands for Tornado Force. This harmonious 10-digit scale has all the criteria needed for world-wide practical effectiveness.     

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。