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...     

非超级单体龙卷风暴多普勒天气雷达产品特征及预警

利用济南和烟台多普勒天气雷达资料,结合环境物理量和天气实况,对发生在山东境内的6个非超级单体龙卷风暴特征进行了分析。6个非超级单体龙卷风暴产生于5次天气过程,其中4次过程属于后倾槽结构,1次是西北气流结构。6个非超级单体龙卷中EF0级龙卷2次,EF1级龙卷3次,EF2级龙卷1次。综合分析结果表明,低层大的湿度和0~1 km垂直风切变≥7 m·s~(-1)是非超级单体龙卷发生的有利条件。平均径向速度产品上,方位上相邻距离库之间速度差值超过20 m·s~(-1),或者,相对风暴平均径向速度产品上,方位上相邻距离库之间速度差值超过15 m·s~(-1),可预警龙卷。6次龙卷有4次发生在风暴单体迅猛发展的阶段,风暴顶在1个体扫时间内迅速增高。风暴单体迅猛发展需要强上升气流配合,强上升气流将低层辐合线上的小涡旋迅速拉伸,使得旋转运动进一步发展,诱发小尺度范围的强切变,从而导致龙卷发生。     

中国龙卷的时空分布特征

基于《中国气象灾害大典》、《中国气象灾害年鉴》和其他有关资料,根据“增强藤田级别”龙卷级别分类标准,对1961—2010年50年间中国EF2或以上级强龙卷（Significant Tornadoes）和2004—2013年10年间中国EF1或以上级龙卷的时空分布、发生频率和灾害特征进行了统计分析。主要结果如下：（1）1961—2010年50年间共记录到165次强龙卷,含EF2级145次、EF3级16次、EF4级4次,年均3.3次;（2）强龙卷主要分布在中国江淮地区、两湖平原、华南地区、东北地区和华北地区东南部等平原地区,具有在某地频发的特征;（3）165次强龙卷中,1986—1990年间的发生最为频繁,此后呈逐渐下降趋势;大多发生在春、夏两季,4—8月的数量占全年的87%;发生起始时间多集中在12—20时;（4）强龙卷发生过程中多伴随有冰雹和/或暴雨等天气现象,其路径长度与强度之间可能存在一定的正相关关系;（5）165次强龙卷至少造成1772人死亡,3.17万人受伤,总结了记录到的最强25次龙卷的灾情特征;（6）2004—2013年10年间共记录到143次EF1或以上级龙卷,含EF1级121次、EF2级19次、EF3级3次,其空间分布与1961—2010年强龙卷的分布相似;10年间, 2005年记录到的数量最多,此后呈逐年下降趋势;（7）利用2004—2013年《中国气象灾害年鉴》和其他相关资料记录的龙卷资料中EF1级龙卷和EF2或以上级强龙卷的发生数量之比,以及不完整的EF0级龙卷与EF1或以上级龙卷的发生数量之比,粗略估计得到1961—2010年50年间中国年均发生龙卷的次数不低于85次,EF1或以上级龙卷年均发生21次,不及美国龙卷发生频率的十分之一。     

冷涡背景下辽宁龙卷气候特征和环境条件

为了研究冷涡与辽宁龙卷的关系,揭示冷涡背景下辽宁龙卷发生的特征,利用1951—2020年辽宁省龙卷观测和灾情数据以及欧洲中期天气预报中心ERA5大气再分析资料,收集整理冷涡背景下辽宁龙卷个例,对比冷涡背景下EF2—4级(EF2+)和EF0—1级(EF1?)龙卷物理量参数的差异.结果表明:(1)冷涡背景下辽宁龙卷主要出现...     

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)。     

2020年7月22日安徽梅雨期龙卷的双偏振雷达观测分析

通过对2020年7月22日安徽省宿州市龙卷的现场灾情调查,并利用地面区域自动气象站、探空资料、欧洲中心再分析资料、蚌埠和阜阳站S波段双偏振雷达资料,分析此次超级单体龙卷风暴的天气背景条件,并探讨龙卷发生时双偏振雷达观测特征.(1)此次龙卷自西向东移动,路径长约60 km,持续时间约1小时,强度为EF2级.(2)龙卷发生...     

2020年中国龙卷过程及灾情特征

2021年5月14日20∶40前后,湖北省武汉市蔡甸区千子山发生龙卷灾害。基于详细的现场灾情调查和观测资料综合分析判断：(1) 本次灾害具有受灾路径长、纵横比大,受灾指示物有辐合倒伏、扭曲、被拔起和抛射等龙卷破坏的典型特征,确认为龙卷风灾害。(2) 龙卷自西向东移动,总路径长度约17.95km,其中连续路径约11km,最大破坏直径1000m,平均破坏直径800 m。龙卷经历了触地初生、加强成熟到跳跃减弱三个阶段,在影响路径的后半段,龙卷强度较弱,有跳跃式前进的特征。综合评估本次龙卷最大强度为中国龙卷强度行业标准三级(相当于美国EF3级)。(3) 雷达资料分析表明,这是一次典型的超级单体龙卷,伴随有强中气旋和龙卷涡旋(TVS)发展,超级单体中气旋和TVS加强,旋转速度、最强切变加大以及顶高底高下降时,龙卷触地引起地面灾害,地面最强破坏路径位于中气旋和TVS路径南侧。对于超级单体龙卷,可依据中气旋和TVS演变特征进行龙卷预警业务试验。

     

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。     

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...     

2018年8月徐州一次龙卷多普勒雷达特征分析

2018年8月18日18-20时在江苏省徐州市出现两次龙卷天气过程.两次龙卷持续时间均在1 min左右,强度为EF1-EF2级别,由于第二次龙卷发生位置距雷达站较远,因此仅分析第一次龙卷过程.通过常规观测资料和徐州多普勒天气雷达资料等进行分析表明:龙卷发生前,风暴经过两次加强后最终产生龙卷,说明对流单体加强有利于诱发龙...     

多个超级单体风暴诱发的EF3级强龙卷特征分析

2021年6月25日内蒙古锡林郭勒盟太仆寺旗发生了历史罕见的EF3级强龙卷,导致6人死亡,大量建筑物等严重损毁。利用常规高空和地面观测、区域自动气象观测站、FY4卫星云图、河北省张北CB型多普勒雷达等观测资料,以及NCEP(1°×1°)逐6 h再分析资料对这次强龙卷过程进行分析。结果表明:此次龙卷发生在前倾槽不稳定层结环境背景下,较强的对流层中低层条件不稳定(850 hPa与500 hPa温度垂直减温率约为7.7℃·km^-1)、低层丰富的水汽、中等强度的对流有效位能和强的0～6 km垂直风切变为超级单体风暴形成提供了有利环境背景。此外,0～1 km风矢量差为8 m·s^-1,抬升凝结高度为1.0 km,为超级单体龙卷的发生提供了相对有利的环境条件。与地面干线伴随的辐合线触发了产生龙卷的母风暴,随后演变为超级单体,其雷达反射率因子呈现典型的钩状回波、低层暖湿气流入流缺口、低层弱回波区和中高层回波悬垂,以及中等强度的中气旋等特征;龙卷的生成和消亡过程中有三个超级单体风暴相继形成,都呈现为孤立的对流风暴形态,龙卷发生在其中一个超级单体钩状回波的顶端,...     

山东高唐EF3级龙卷S波段双偏振雷达探测特征

利用济南CINRAD/SA-D双偏振天气雷达的探测数据,结合龙卷实地调查资料,对2021年7月11日发生在山东聊城高唐的一次EF3级龙卷风暴的雷达回波演变过程、龙卷风暴单体的结构及龙卷风暴的中气旋(M)、龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)进行分析。结果表明:(1)龙卷发生在高空冷涡及地面气旋共同作用天气形势下,龙卷位于地面气旋中心东偏北方向约200 km处;螺旋状对流云带中2个较强对流单体合并发展,演变成超级单体风暴,其后部下沉气流较强,与强的入流共同作用,诱发了强龙卷。(2)风暴中中气旋的顶高大多在5~7 km之间;龙卷发生前中气旋最大切变平均值为19×10^(-3)s^(-1),龙卷维持期间,中气旋最大切变平均值达到51×10^(-3)s^(-1)。(3)高唐龙卷涡旋底层双偏振参量主要特征是大的水平极化反射率因子,小的甚至负的差分反射率ZDR,小的相关系数CC;TDS时间及空间特征是,底层CC都小于0.7,CC低值区的面积在龙卷生成后随时间明显增大,CC值底层最小,随高度逐渐增大;CC低值区的面积低层和顶层较大,中间层较小;龙卷生成后TDS最大高度随时间逐渐增高,龙卷最强时TDS最高达到4.8 km,之后逐渐降低;龙卷消散后,1.5°以上TDS的特征很快消失,0.5°仰角TDS特征继续维持了大约11 min。     

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。     

2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析

2017年8月11日下午,三个EF4级龙卷袭击了内蒙古自治区赤峰市的地形复杂地区,造成5人死亡,58人受伤。这是1961年以来中国有记录的最强山地龙卷事件。首先给出了此次龙卷过程的灾情调查结果,接下来分析了此次龙卷母体风暴-龙卷超级单体产生的天气背景、关键环境参数以及多普勒天气雷达观测特征。本次龙卷事件发生在东北冷涡东南象限的地面锋前和干线向湿侧发展处,CAPE(对流有效位能)值为1 800 J/kg,0～6 km风垂直切变为12.9 m/s,0～1 km风垂直切变达到10.8 m/s;同时,0～1 km相对风暴螺旋度达到67.3 m²/s²,接近美国龙卷发生环境的中位数,有利于超级单体龙卷的发生。现场灾害调查发现,灾害路径具有多涡旋和不连续的特点,可能与当地的复杂地形有关。基于多普勒天气雷达相对径向速度图识别出三个龙卷涡旋特征(TVS),TVS径向速度差最大达到38 m/s。三个龙卷及对应TVS出自同一个超级单体的同一个中气旋,其中两个TVS出现时间重叠。     

海南一次超级单体引发的强烈龙卷过程观测分析

利用常规高空地面观测、海南省区域加密自动站、海口多普勒雷达、海口风廓线雷达以及风云2G高分辨可见光云图资料对2016年6月5日海南省文昌市一次EF2级龙卷过程进行分析。结果表明:(1)这次龙卷过程发生在副热带高压边缘、500 hPa槽前、850 hPa切变线和地面热低压的南侧,是由超级单体引发的;由于海陆风效应而显著增大的0~2 km垂直风切变,较低的抬升凝结高度,随着白天地面太阳辐射加热迅速增大的CAPE值为超级单体风暴的生成提供了有利的环境条件。(2)超级单体是在东移飑线的东侧,由β中尺度海风锋辐合线和雷暴外流边界触发并加强的,沿着海风锋辐合切变线自东向西传播,与风暴承载层平均风向相反,即后向传播;超级单体具有勾状回波、中高层回波悬垂、中气旋和类似龙卷式涡旋特征(TVS)的小尺度强切变等特征,中层中气旋向低层延伸加强期间龙卷漏斗云生成、触地,小尺度强切变自中层同时向上、向下发展时龙卷达到最强;龙卷发生在勾状回波低层反射率因子最大梯度区域靠近弱回波区域一侧,也是小尺度强切变(类TVS)所在位置;(3)海风锋辐合线与超级单体的下沉气流外流边界合并,形成位于超级单体南侧的阵风锋,从而形成由东指向西的水平涡管,该水平涡管在钩状回波旁的弱回波区被上升气流扭曲拉伸,形成低层中气旋,超级单体南侧的阵风锋与东移的飑线阵风锋相遇而加强的地面辐合,有助于低层中气旋获得拉伸旋转加速而形成龙卷。     

2019年中国龙卷等对流大风过程及灾情特征

2019年我国可确认的龙卷天气过程有8次、共9个龙卷,主要发生在4-8月。其中,强龙卷有4个,分别是EF4级龙卷1个,EF3级龙卷1个和EF2级龙卷2个;EF1级或以上强度龙卷数量较2004-2013年的年平均数明显偏少,但2019年龙卷致灾重,9个龙卷共造成16人死亡、218人受伤,其中辽宁省铁岭市开原区EF4级龙卷是我国自1961年以来的第7个EF4级龙卷,导致7人死亡,190人受伤。     

2017年内蒙古赤峰“8.11”龙卷环境场及雷达特征分析

利用多普勒雷达观测资料,结合NCEP FNL 1.0°×1.0°再分析资料、探空资料,对2017年8月11日内蒙古赤峰市龙卷进行了分析。分析表明:(1)大尺度环境场提供了上干下湿不稳定层结条件,切变线和地面干线为对流触发条件;对流有效位能超过2 000 J/kg,抬升凝结高度低于1 km,低层垂直风切变10×10~(-3)s~(-1),为龙卷发生提供了有利条件。(2)发生龙卷的超级单体风暴低层有明显的钩状回波,弱回波区及与之对应的前侧V型缺口及后侧V型缺口特征;雷达距离龙卷发生地超过100 km,未识别出龙卷涡旋特征,但识别出了三维相关切变和中气旋,中气旋最大转动速度达到了18 m/s,为中到强等级的中气旋。(3)产生龙卷的超级单体风暴最大反射率因子在60 d BZ左右,而且在龙卷发生前基于单体的垂直累积液态水和风暴顶高有明显的跃增。(4)龙卷接地前,对应的中气旋顶高≤6 km,切变≥15×10~(-3)s~(-1)。     

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。     

强龙卷超级单体风暴特征分析与预警研究

利用多普勒雷达资料,对发生在安徽的3次强烈龙卷过程进行了分析.重点研究了导致F2～F3级强龙卷的3次超级单体风暴多普勒雷达回波特征及其与强冰雹超级单体风暴的差异.另外,利用安徽省、市、县气象报表、历年气候评价灾情资料(部分来自民政部门的灾情报告),对1960年至今的龙卷天气的时空分布及变化趋势、产生龙卷的环流形势特征进行了分析,结果表明:(1)龙卷主要出现在淮北东部和江淮之间东部地势平坦地区,7月份出现龙卷的概率最高.(2)超级单体龙卷产生在中等大小的对流有效位能和强垂直风切变条件下,同时抬升凝结高度较低.(3)3次F2～F3级龙卷在发生前、发生时在多普勒雷达上都探测到强中气旋和龙卷涡旋特征TVS.与非龙卷超级单体风暴相比,导致强龙卷的中气旋底高明显偏低,基本在1 km以下.同时风暴结构也有所不同,造成龙卷天气的超级单体风暴最大反射率因子与风暴质心高度接近,基本在3 km左右,反射率因子在50～60 dBz.造成强冰雹的超级单体风暴在冰雹产生前,风暴最大反射率因子高于风暴质心的高度;当风暴开始降雹时,最大反射率因子高度开始降低,而风暴质心的高度变化不大,高于最大反射率因子高度,基本保持在5km左右,反射率因子在60～70 dBz.     

2020年中国龙卷过程及灾情特征

2020年我国可确认的龙卷天气过程有13次、共20个龙卷,发生在5—9月。其中,强龙卷有8个,分别是EF2级龙卷7个和EF3级龙卷1个。7月22日安徽宿州EF3级龙卷的路径长达62 km,是我国近10年来,使用无人机进行详细灾情调查获得的最长的龙卷路径。EF1级或以上级别龙卷有13个,略低于2004—2013年全国记录到的14.3个/年,EF2级龙卷数量是2004—2013年的年平均数2.0个的3.5倍。2020年的龙卷过程都是西风带龙卷,没有台风龙卷记录。2020年现场调查的9个龙卷,路径的主要下垫面都是开阔平地,具有明显的树木倒向呈辐合状、破坏范围纵横比大、浅色破坏条迹等地面灾情特征。