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。     

"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。     

2021年9月通辽一次龙卷形成机理和雷达回波特征分析

2021年9月8日午后分别有两个EF1级龙卷对内蒙古通辽市科尔沁区左翼中旗、科尔沁区造成严重影响。为深入认识东北冷涡背景下内蒙古东南部平原地带龙卷的形成机理和特征,利用常规观测资料、ECMWF-ERA5的0.25°×0.25°再分析资料、多普勒雷达探测资料等对本次龙卷过程进行分析。结果表明：龙卷发生于东北冷涡底部、低空冷切南部的西南暖湿气流、地面辐合线南侧偏南气流中,龙卷发生前中低层有干空气入侵,增强大气对流不稳定度;较低的抬升凝结高度,低层位温随高度减小,0～3 km有较强的风垂直风切变、强的垂直上升运动,低层存在正垂直螺旋度大值中心,均是龙卷形成的有利条件;辐合线和干线相伴作用共同触发龙卷。通辽多普勒雷达探测出两龙卷钩状回波、入流缺口、有界弱回波区、气旋性风场辐合、中气旋特征;分析雷达数据反演的风场得出,龙卷发生在近地面辐合线附近的偏南气流中,位置在发展阶段钩状回波移向的东南侧、入流缺口附近;龙卷发生前中低层具有气旋性辐合,气旋性辐合中心逐渐下降,垂直方向上具有较强的垂直风切变,呈现低层辐合高层辐散特征;在低层和中低层的辐合中心接近时,龙卷形成并逐渐接地。     

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。      

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。     

1522号台风“彩虹”外围佛山强龙卷特征分析

2015年10月4日15:28-16:03(北京时间,下同),强龙卷自东南向西北方向影响了佛山市顺德、禅城和南海区的十多个村居,造成严重灾害。利用常规观测资料、自动气象站资料、广州多普勒雷达资料、风廓线资料等,对这次强龙卷过程进行分析。(1)强龙卷发生在1522号台风"彩虹"外围螺旋云带中,龙卷发生地位于台风中心的45°方向约340~360 km处。(2)大尺度环境场利于龙卷的发生。低空急流、低空强的垂直风切变和低的抬升凝结高度均利于龙卷的发生,高层辐散、低层辐合,上干下湿的不稳定层结,弱冷空气的低层入侵等提供了很好的动力条件。(3)地面中尺度辐合线是强龙卷发生的抬升机制之一,珠三角喇叭口地形以及佛山东南低、西北高的地形有利于低层辐合的加强。(4)在螺旋雨带中发展加强的超级单体风暴发展至强盛阶段,雷达上探测到典型的钩状回波、入流缺口等特征;中气旋由弱中气旋加强到强中气旋,由中层向低层发展且切变不断增强时,龙卷触地或继续加强。(5)此次强龙卷是发生在中气旋和TVS底高顶高下降,切变急剧增强期间,龙卷发生时强中气旋底高距离地面小于1 km,TVS底高低于500 m,龙卷发生前16 min出现弱中气旋,龙卷发生前4 min出现强中气旋并伴有TVS特征;TVS的底高、顶高明显下降,最强切变剧增是龙卷迅速增强的指标。     

夏季安徽槽前形势下龙卷和非龙卷型强对流天气的环境条件对比研究

利用NCEP再分析资料,对安徽省夏季高空槽前形势下两类强对流天气各5次个例的环流特征、热力和动力条件进行了对比分析。结果表明：以大风、短时强降水天气为主的非龙卷类表现为高空的低槽比较深厚,而龙卷的产生多是由于较浅的短波槽引起的,并且低层有西南急流存在,导致较强的垂直风切变。通过比较热力和动力物理量平均场的分布特征发现：在槽前形势下水汽条件都比较好,夏季整层大气可降水量平均在55mm以上,但出现龙卷时中低层的垂直风切变非常强,龙卷类0-1km垂直风切变大约是非龙卷类的3倍。由于存在较强的垂直风切变,龙卷类低层的风暴相对螺旋度也强于非龙卷类。从动力和热力条件综合来看,出现龙卷时的对流有效位能并不是很大,但能量螺旋度很大,即风暴相对螺旋度上差异更加明显。因此在预报槽前类龙卷天气时,应重点关注环境风场的垂直切变和风暴相对螺旋度。     

1522号强台风“彩虹”环流中的龙卷风过程分析

利用常规地面和高空观测资料、地面加密资料、FNL 1°×1°实时分析资料以及广州多普勒雷达资料,对2015年10月4日17:00左右发生在广州市番禺区的龙卷过程进行了分析,结果表明:该龙卷出现在台风登陆后迅速减弱阶段,在台风中心移动方向右前侧大约390 km处。龙卷发生前,地面有辐合线存在且有弱冷空气低层侵入,低层到中层为强盛东南风与偏南风辐合区。低空较强的垂直风切变、极不稳定的大气层结和深厚的正涡度区,为龙卷的发生发展提供了热力和动力条件。雷达产品特征表明,该次龙卷过程反射率因子呈弓形特征,回波中心强度在53~58 d Bz之间,但未出现超级单体通常具有的钩状回波和悬垂结构;从速度图上可看到有中气旋存在,从生成到消亡,大概经历了5个体扫时间,其演变方式为从低层开始加强,然后向上扩展。     

台风圣帕引发浙南强龙卷的过程分析

通过形势背景场和物理量场结合卫星云图的分析,对0709号台风圣帕引发浙南强龙卷过程的发生条件进行探讨,采用多普勒雷达回波特征分析研究强龙卷生成的机制。分析结果表明,圣帕在台湾海峡快速减弱时,其低层的冷心结构及风垂直切变等有利于在台风外围发生龙卷。台风龙卷的发生动力因子起主要作用,热力稳定度不是主导因素。在台风外围的强雷暴单体中发生的龙卷,可以从发生前的雷达风廓线表征的底层风切变,雷暴单体强度变化和中尺度气旋的发生等特征上得到短时的预警信息。     

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。     

“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。     

1713号台风“天鸽”外围龙卷特征及成因分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料和区域加密自动站资料对1713号台风"天鸽"外围的龙卷过程进行分析,结果表明:(1)此次龙卷过程发生在台风外围螺旋云带前部,物理量分析表明广西东南部具有较大的不稳定度能量,抬升凝结高度较低,低层垂直风切变较大,具有利于龙卷发生的环境热力和动力条件。中尺度地面辐合线触发出新生对流单体,该对流单体在高温高湿和强不稳定状态环境中最终发展为龙卷。(2)此次龙卷为微超级单体风暴,具有低层有钩状回波、中高层回波悬垂和有界弱回波区(BWER)等典型超级单体特征,低层钩状回波的演变与龙卷的生消密切相关。(3)中气旋先于低层钩状回波出现,钩状回波形成于强中气旋附近。龙卷发生时中气旋底高在2㎞左右,TVS切变底部高度0.5㎞左右并且不断下降,与龙卷漏斗状云柱高度逐渐下降接地的趋势一致。     

辽宁省温带气旋龙卷的环境参数特征

基于上海青浦双偏振雷达、武汉多普勒天气雷达、新一代天气雷达组网拼图、地面加密自动气象站和ERA5再分析等数据,对2021年5月14日夜间苏州、武汉相继出现的致灾严重的龙卷天气过程,从天气背景、地面触发机制、雷达探测特征和环境参数等方面进行了对比分析,结果表明：(1) 苏州、武汉两地龙卷均发生在西南暖湿气流强迫背景下,低层高温高湿,均受到低空急流和超低空急流影响,但两地龙卷发生位置与对应的急流位置不同,苏州龙卷西侧对应东侧急流出口区,武汉龙卷正好对应西侧急流出口区;(2) 苏州龙卷是由阵风锋引起的辐合线配合强度适宜的弱冷池触发的;武汉龙卷发生时地面存在中尺度辐合中心和弱冷池;(3) 两地龙卷均发生在孤立右移超级单体伴随低层中气旋突然加强之时,龙卷涡旋特征(TVS)分别出现在苏州龙卷和武汉龙卷发生前2 min和3 min;(4) 有别于美国龙卷发生的环境条件,苏州龙卷发生在高的对流有效位能、较低的抬升凝结高度和对流抑制能量以及中等偏弱的风暴相对螺旋度和垂直风切变条件下;武汉龙卷则发生在弱的对流有效位能、较低的抬升凝结高度、较高的对流抑制能量以及强的风暴相对螺旋度和垂直风切变条件下。比较而言,两地龙卷发生前和发生时,苏州龙卷的热力条件较好、动力条件中等偏弱,而武汉龙卷的动力条件较好、热力条件偏弱,可见两地龙卷均发生在热力和动力条件互补的环境下。

     

台风“摩羯”与“温比亚”环流中龙卷小尺度涡旋特征及可预警性分析

利用多普勒天气雷达探测资料,结合常规气象观测资料和天气实况及灾情调查,对2018年8月14日台风“摩羯”（1814）和8月19日台风“温比亚”（1818）产生龙卷的环境物理量及龙卷风暴强度结构特征进行了分析,对诱发龙卷和未诱发龙卷的小尺度气旋性涡旋特征进行了对比。结果表明：两次台风减弱低压东北象限是龙卷发生的关键区,低层高湿,强的低层垂直风切变和大的相对风暴螺旋度是关键物理量;龙卷出现时都伴有ΔV＞20.0 m·s-1的小尺度气旋性涡旋,且基本出现在2.0 km高度以下,但并不是所有这种低层小尺度气旋性涡旋都能诱发龙卷;以ΔV＞20.0 m·s-1为阈值,龙卷识别具有较高的命中率,识别准确率为31.8%,空报率为67.4%,漏报率为6.7%;约35.7%的龙卷没有识别时间提前量,半数龙卷几乎没有预警时间提前量。     

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。     

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。      

中国龙卷的时空分布特征

为研究登陆台风引发的龙卷过程特点,从而提高对其监测、潜势预报预警能力,通过2018年8月18日安徽灵璧龙卷的现场灾情调查,并利用地面加密自动站、欧洲再分析资料（ERA5）,结合蚌埠多普勒天气雷达和阜阳S波段双偏振雷达资料,分析了龙卷发生时的气象要素、大气环流、关键物理量及雷达回波特征。结果表明：此次龙卷发生时伴随有气压陡降陡升、气温剧烈下降、大风和短时强降水等,强度为EF0级,位于台风“温比亚”中心东北象限,具有对流有效位能（CAPE）和风暴水平相对螺旋度（SRH）的最佳配置,0—1 km SRH最大值为149 m²·s^-2,当垂直螺旋度（H_3l）增大时,龙卷发生。两部雷达均能探测到超级单体的钩状回波,中心反射率达60 dBz左右,存在有界弱回波、回波悬垂。当中气旋的形状由椭圆形向圆形转变、龙卷涡旋特征（TVS）的低层径向速度差迅速增大时,灵璧发生龙卷灾害。另外,双偏振雷达可探测165 km处超级单体的钩状回波,对龙卷的探测范围更广,并能识别出更明显的正负速度对和龙卷碎片特征（TDS）,对龙卷有更强的探测能力。

     

强台风“山神”外围超级单体引发的龙卷分析

利用雷达、探空、自动站等资料及数值模拟对2012年10月南海强台风“山神”引发龙卷的外围雨带中超级单体的结构特征和环境场特征进行分析,结果表明:⑴ 超级单体既有大陆性超级单体特征(有弱回波区、强的回波悬垂和中气旋等),又有热带对流回波特征(回波质心高度和强的回波高度低);⑵ 当超级单体发展时,云内有较强的倾斜下沉气流,下沉气流向前流出有利于右后侧气流的流入,使得单体进一步发展,同时下沉气流使得云底高度下降,加大发生龙卷的概率;⑶ 龙卷发生前的环境场中层有干冷空气侵入,增加了大气不稳定度,同时低层具备较强的垂直风切变和低的抬升凝结高度的有利条件;⑷ 除地形摩擦辐合抬升有利于垂直涡度增加外,局地的三角洲地形也有利于局地垂直涡度增加,大大增加发生龙卷的概率。      

两次强龙卷过程的环境背景场和多普勒雷达资料的对比分析

通过分析发生在安徽省灵璧县（2005年7月30日）和无为县（2003年7月8日）的两次强龙卷过程的环境背景场和雷达资料发现：（1）在环境背景场方面,两次过程都发生在高空有低槽和切变线、地面较为暖湿的环境中,且龙卷发生地附近都有低层边界（冷锋或雷暴外流边界等）,低层垂直风切变较大。不同之处是灵璧县龙卷0～1 km的平均垂直风切变较大,0～6 km的平均垂直风切变较小,而无为县龙卷的高、低层的平均垂直风切变都很大。进一步分析得出,在对流有效位能达到一定值后,密度加权垂直风切变对对流的组织和维持起到非常重要的作用。（2）在雷达特征方面,两次龙卷过程的母体雷达反射率因子回波不同于经典超级单体。虽然回波形态、强度和高度各异,但都存在强的中气旋,且其强核都出现在雷达可探测的最低高度。中气旋内部的垂直涡度都很大,达到2～6个中气旋单位（一个中气旋单位=10^-2 s^-1）。另外,雷达导出产品中的中气旋识别产品对强对流天气的监测有重要的应用价值,雷达超前于龙卷发生约半小时识别出中气旋,这对龙卷的预警非常有意义。     

0808号台风凤凰前部龙卷的环境场和雷达回波分析

用多普勒天气雷达、常规观测和地面加密观测资料对2008年7月29-30日发生在江苏的台风凤凰前部系列龙卷过程进行了详细分析.结果如下:该龙卷发生在台风前部风切变区里,低空较强的垂直风切变、极不稳定的大气层结和深厚的正涡度区,为龙卷的发生提供了热力和动力条件.龙卷回波的反射率因子特征表现为最大反射率因子梯度位于回波的后侧,一般都有弱回波区和后侧入流缺口相伴随.东台龙卷产生于飑线型弓形回波的顶点,具有相对较大的反气旋性切变.高邮龙卷中低层具有弱的气旋性涡旋,宝应龙卷回波的内部环流特征明显,有明显的中气旋结构.在业务工作中,强回波质心高度和垂直累积液态含水量的骤降、径向速度风场中气旋性涡旋的迅速发展是对龙卷的提前警戒很好的参考指标.