台风龙卷的环境背景和雷达回波结构分析

利用NCEP再分析资料、常规观测和地面加密观测资料及多普勒雷达资料,对10次台风龙卷过程的环境背景和其中F2~F3级以上龙卷过程的回波结构演变特征进行了详细分析,主要结果如下：（1）台风龙卷所处环境基本为弱对流有效位能（200~1000 J·kg-1）和风随高度强烈顺转的强低空风的垂直切变环境,0~1 km风的垂直切变超过10-2s-1,风暴的相对螺旋度很大,台前龙卷环境的粗理查孙数很小,平均在40以下。台风龙卷大多数出现在台风前进方向的东北侧,位于0~1 km风切变和相对风暴螺旋度大值区。龙卷主要产生于台风外围螺旋雨带上,台前龙卷往往产生前地面已存在风向切变和风速的辐合,但温度梯度不大。（2）在台风影响环境下导致龙卷的风暴属于微超级单体风暴,有水平尺度2~4 km的中气旋;垂直涡度限制在4 km以下;风暴单体的质心在2 km左右,风暴伸展高度在5~7 km。     

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。     

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。     

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。     

“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。     

海南一次微型超级单体引发的EF1级龙卷天气过程分析

利用常规高空地面资料、海南省区域加密观测资料、NCEP再分析资料、海口多普勒雷达、风云2G高分辨可见光云图和欧洲中心预报场等资料,对2019年2月18日发生在海口三江镇的一次EF1级龙卷天气进行分析,并对欧洲中心18日08时预报场进行检验.结果表明:1)副热带高压较弱、500 hPa槽前、低层切变线南侧、高低空辐合辐散为此次龙卷的发生提供有利的天气背景;良好的不稳定条件、较强的低层垂直风切变与较低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供较高的环境条件;2)对流带发展前期呈辐合速度带,东移加强中变粗变短,逐渐发展为气旋式旋转的辐合速度对,最后发展为微型超级单体,强盛高度仅3 km,回波顶高5 km;风廓线产品在近地面风速增强、风向转向,0—1 km垂直风切变加大,对龙卷的预警有一定作用;3)南支槽前西风汇入海风,与近地面背景风相对,补充加强边界层切变线上的次级环流,伴随增强的边界层垂直风切变造成水平涡度管对垂直涡度的正输送,直至在海南岛北部形成具有若干中β尺度涡旋的边界层切变线,是龙卷的主要发展机制;4)欧洲中心(ECMWF)较准确把握了此次过程的环流形势与发展时间,但预报的对流强势区域偏移对能否预判此次龙卷的作用很小.     

一次山区龙卷的双部雷达回波监测分析

利用秦皇岛S波段和承德C波段天气雷达资料、NCEP 1°×1°6h再分析资料、中尺度物理量及灾情报告,对2009年7月20日河北承德平泉县一次龙卷天气过程进行了综合分析。结果表明,龙卷发生在西高东低的山谷中,冷空气南压,高空西南急流动量下传,使得低层中尺度水平风场-V分量沿山谷西部增大,产生不对称小尺度山谷风次级环流,...     

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...     

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。     

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。     

皖北两次龙卷过程对比分析

利用常规资料、NCEP再分析资料、高密度地面自动站资料、多普勒天气雷达资料,对安徽省灵璧县和泗县发生的两次龙卷过程进行对比分析。结果表明：龙卷风发生在低空急流的北端左侧以及高湿中心和水汽辐合中心的交汇处;龙卷风发生前低层垂直风切变强烈;龙卷风发生在地面辐合最强的地方,为判断龙卷风可能发生的区域提供了线索;龙卷风发生前10～20 min均有龙卷涡旋特征报警,同时有中等强度中气旋配合;灵璧龙卷风出现在母体风暴的南端,强回波在3 km以下;泗县龙卷风发生在带状回波的中部,中气旋由弱发展为中等强度后一个体扫龙卷出现,龙卷风发生时强回波有断裂和突前以及中气旋顶高下降的特征。     

1710号台风“海棠”外围龙卷大气环境条件和雷达特征分析

2017年8月1日18:10—18:30受1710号台风海棠外围螺旋雨带影响,江苏省淮安市淮安区出现EF1级龙卷。利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、多普勒雷达资料等,对龙卷过程进行分析。结果显示:龙卷发生在海棠残留低压和副高边缘间的东南暖湿急流中,其发生前1h地面出现小尺度涡旋并沿着地面辐合线移动。龙卷影响时,相邻地面自动站观测到气压上升、气温和露点下降、风力明显增大。逐渐增大的对流有效位能、小的对流抑制能量、较大的0~1km垂直风切变、1km以下的抬升凝结高度、干侵入等环境场特征均有利于本次龙卷风暴的生成。淮安多普勒雷达探测到入流缺口、TVS特征、气旋性风场结构。通过垂直螺旋度分析和双多普勒雷达风场反演等方法,发现在龙卷发生前低层环境垂直风切变有利于小尺度涡旋生成,中低层水平风场以辐合为主。当出现龙卷时,气旋式辐合中心下降有利于涡旋触地,龙卷发生地位于低层涡旋移动方向左前侧与1km高度切变线附近。     

一次龙卷过程的多普勒天气雷达和闪电定位资料分析

利用WSR-98D多普勒天气雷达和闪电定位资料分析了2003年7月8日发生在安徽省无为县境内的一次龙卷过程。此次龙卷产生于低空急流左侧，动力、热力条件均为较有利的大尺度环境，多普勒雷达回波分析发现，龙卷起源于中高层向低层发展的中-γ尺度气旋中。闪电定位资料分析表明，龙卷发生前10min闪电活动开始频繁。龙卷出现后负地闪明显加大，且龙卷闪电存在于雷暴的发展后期、成熟和消亡阶段。此次龙卷的一些基本特征与通常结论有所不同，(1)雷达反射率因子小于通常结论；(2)龙卷风暴发展高度不是很高，回波顶高仅6～9km，类似于普通雷暴；(3)闪电活动中以负地闪为主，正地闪较少，并未出现正地闪一度占主导地位的现象。     

0414号台风“云娜”多普勒雷达探测

通过宁波新一代天气雷达对0414号台风“云娜”的多普勒雷达探测资料及其所提供的产品进行个例分析, 得出了一些初步的结果:该雷达对“云娜”的中心位置探测与舟山、温州雷达以及中央气象台综合定位基本一致; 通过大陈站、石浦站出现的极大风速与温州、宁波两部多普勒雷达测得的最大径向速度比较, 发现其独特的径向速度产品能较好地显示台风的极大风速情况; 探测到的反射率因子强度与雨强有较好的对应关系, 并就此讨论了Z-I关系。文章还对总降水量产品和实况雨量进行比较, 发现反演值只有实况过程雨量的50%左右。     

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。     

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。     

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。     

2006年6月皖北龙卷多普勒雷达产品分析

分析了2006年6月29日发生在安徽泗县的龙卷多普勒雷达的中气旋和龙卷涡旋特征（TVS）等产品。龙卷发生前,卫星云图上有3个对流云团呈东北—西南向排列,每个云团的东南侧有弓状回波发展,3条弓状回波首尾相连,也呈东北-西南向排列,龙卷发生在最西南的弓状回波的顶部。龙卷发生前弓状回波在上游产生了短时强降水,2 h降水量达到60 mm以上。在弓状回波的前沿,雷达探测到一系列的中气旋,龙卷发生前30 min,最西南的弓状回波追上其前面的回波带,发生了2个回波带合并,回波合并前,回波带上有2个中气旋,回波合并后,探测到一个特大直径的中气旋（径向直径25.8 km）。在龙卷发生地的上游,有一条带状的灾害性大风区,实地位置测定结果,该带状大风区与一系列中气旋最大风速圈的南边缘移过的路径一致。分析认为中气旋最大风速圈的南边缘,中气旋的风向与弓状回波后的直线风方向相同,两者叠加造成灾害性大风。出现龙卷1 h 40 min之前（05：00）,在泗县上游淮北地区,雷达开始探测到中气旋产品,在12 min之前探测到TVS（龙卷涡旋特征）产品,这些雷达产品对大风灾害的临近预报无疑是非常有用的。