蘇皖北部龍卷風發(fā)生前天氣形勢特征分析

韓楓

摘要對發(fā)生在蘇皖北部的10次龍卷風過程進行分析，研究該地區(qū)龍卷風發(fā)生前天氣形勢和各物理量特征，通過掌握其發(fā)生前的天氣特征及物理量指標。結果表明，10次龍卷風過程均發(fā)生在副高邊緣西南暖濕急流中，其上空、上游或右側有一條明顯且狹窄的低空急流，并有明顯的風速（風向）切變存在，與槽前類雷雨大風有較大區(qū)別；與雷雨大風和冰雹比較，200 hPa青藏高壓強度較強，500 hPa西部低槽偏弱，低空有明顯切變或低渦系統(tǒng)，地面處在低壓區(qū)內(nèi)；整層濕度較深厚，中低層處在大范圍高濕區(qū)內(nèi)，500 hPa濕區(qū)較狹窄，弱冷空氣從500或700 hPa偏北路徑侵入，并有干舌配合，龍卷風發(fā)生在濕度梯度大值區(qū)內(nèi)；溫度場850 hPa在新疆地區(qū)附近、925 hPa發(fā)生地區(qū)南部各有一個高溫區(qū)，地面處在南北溫度梯度大值區(qū)內(nèi)；龍卷風發(fā)生前大氣十分不穩(wěn)定。

關鍵詞龍卷風；天氣形勢；物理量指標；蘇皖北部

中圖分類號S161文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）06-01769-03

龍卷風（Tornado）是一種強烈的、小范圍的空氣渦旋，是在極不穩(wěn)定天氣下由空氣強烈對流運動而產(chǎn)生的[1]，由雷暴云底伸展至地面的漏斗狀云（龍卷）產(chǎn)生的強烈的旋風，其風力可達12級以上，一般伴有雷雨，有時也伴有冰雹。成熟的龍卷風具有水平尺度小、持續(xù)時間短、中心氣壓極低、風速大、破壞性大、多為直線移動6個特征[2]。龍卷風發(fā)生在對流層的高度以內(nèi)，即最高不會超過12 000 m，比較多的是在5 000 m以內(nèi)。關于龍卷風形成的原因目前尚無定論，有關其形成機制也有多種理論[2-3]，但無論哪種理論都有幾個共同點，即龍卷風的產(chǎn)生有3個必要條件：濕潤的空氣必須非常不穩(wěn)定、在不穩(wěn)定空氣中必須形成塔狀積雨云、高空風必須與低空風相反，從而產(chǎn)生風切變將上升的空氣移走。3個條件同時出現(xiàn)，則可能發(fā)生龍卷風。龍卷風是否會形成取決于第3個必要因素，即高空中必須要有風切變，才能使上升氣流中通過對流上升的空氣散去。鋒面和急流均可以導致風切變。所有這些因素共同構成一種模式，在存在高空風切變的條件下，潮濕的不穩(wěn)定空氣的強對流可以出現(xiàn)在任何時間和任何地點[4]。

龍卷風雖然是小尺度的強對流天氣，相對其他強對流天氣出現(xiàn)次數(shù)也較少，但其造成的災害卻是最大的，根據(jù)宿州市2000～2011年幾種強對流天氣造成的災害統(tǒng)計結果，55%的人員傷亡是由龍卷風造成的。目前，對如何預報龍卷風已經(jīng)有了大量的總結和研究成果，但在實際工作中預報成功率仍很低，更多的是根據(jù)云圖和雷達資料特征，在短時臨近預報中提前發(fā)現(xiàn)龍卷風特征，但最終發(fā)布龍卷風預報很少，預報結論基本以雷雨大風形式對外分布。由于龍卷風從出現(xiàn)到結束時間很短，通過云圖或雷達資料分析發(fā)現(xiàn)龍卷風特征后再去做出的預報，預報時效相對較低，如果能通過分析天氣形勢和物理量，找出容易出現(xiàn)龍卷風的天氣形勢和物理量值，這樣在預報中當遇到具有這類特征時，提醒預報員提前對龍卷風進行關注，后期再通過分析云圖和雷達資料掌握天氣變化，及時發(fā)布預報預警，減少龍卷風這類強對流天氣造成的災害。據(jù)魏文秀等對我國的龍卷風特征研究結果[5]，淮北地區(qū)是處在龍卷風高發(fā)區(qū)中心附近，地處龍卷風多發(fā)地帶。在此，筆者對發(fā)生在蘇皖北部的10次龍卷風過程進行分析，研究該地區(qū)龍卷風發(fā)生前天氣形勢和各物理量特征，通過掌握其發(fā)生前的天氣特征及物理量指標，對今后做好龍卷風這種小尺度高危害的強對流預報將有一定指導意義。

1資料與方法

據(jù)歷史資料統(tǒng)計，1980～2011年宿州市及周邊地區(qū)龍卷風次數(shù)分別為宿州26次、滁州30次、阜陽18次、亳州8次，但由于龍卷風多發(fā)生在鄉(xiāng)鎮(zhèn)空曠地帶，可以通過圖片資料和視頻記錄來確認是龍卷風的過程較少，因此在災情收集時，對過程是否為龍卷風的定性，主要根據(jù)目擊者描述、災情現(xiàn)場后期勘察分析以及圖片視頻資料來判斷，其中存在因雷雨大風過程強度大或災情嚴重時，由于其他人為因素被定義為龍卷風的，這樣對后期分析勢必造成一定的誤導。如1980～2011年宿州市范圍內(nèi)共出現(xiàn)龍卷風26次，其中1980～1999年出現(xiàn)17次，2000～2011年出現(xiàn)9次，但僅2008年6月20日出現(xiàn)在靈璧縣城周邊的一次龍卷風過程有圖片和視頻記錄，龍卷風特征明顯，是一次典型的龍卷風過程；2005年7月30日出現(xiàn)在靈璧韋集的龍卷風，則是目擊者描述看到漏斗云，有人被卷入空中；其余過程也均是后期現(xiàn)場調(diào)查，根據(jù)目擊者對過程的描述以及現(xiàn)場災情特征來定義為龍卷風的，往往容易與雷雨大風混淆。為了避免在分析時出現(xiàn)過大的偏差，選取的個例為宿州市和周邊地區(qū)基本能確認為是龍卷風的10次過程，分別為2005年7月30日安徽靈璧11：30～11：50、2006年6月29日安徽泗縣06：45、2008年6月20日安徽靈璧14：26（有視頻資料）、2010年7月17日安徽碭山19：19、2003年7月8日安徽無為23：00（經(jīng)典個例）、2006年7月4日江蘇鹽城（多地）07：00～16：00、2007年7月3日安徽滁州天長16：57和江蘇高郵19：24、2007年7月25日安徽阜陽潁上05：30～06：10、2008年7月23日安徽阜陽潁上13：00、2013年7月7日安徽滁州天長16：00和江蘇高郵儀征20：09（有視頻資料）。

2天氣形勢特征分析

2.1200 hPa天氣形勢

發(fā)生在蘇皖北部10次龍卷風過程（其中2003年7月8日無為龍卷風除外），在青藏高原上空附近均有一閉合的高壓（青藏高壓、南亞高壓），脊線位置位于25°～35°N（圖1）。由于青藏高原平均海拔4 500 m，聳立在對流層中部，高原加熱作用形成青藏高壓，這種加熱作用使中、下層產(chǎn)生巨大的輻合，高空產(chǎn)生巨大的輻散。青藏高壓（青藏副高、大陸副高、南亞高壓）位于副熱帶，但與副熱帶高壓不同，青藏高壓為上升氣流（海上副高控制下為下沉氣流），龍卷風發(fā)生地點位于高壓西北或北部偏西氣流中，高空輻散場為龍卷風的發(fā)生提供了有利條件[6]。

2.2500 hPa天氣形勢

龍卷風發(fā)生地區(qū)處在副高邊緣西北部西南暖濕急流中，副高脊線位置處在20°～35°N，副高588 dagpm線西伸位置在110°～120°E，在100°～115°E區(qū)域內(nèi)有強弱不等的低槽或低渦存在（圖1）。除了2007年7月25日那次過程外，低槽強度并不是很強，而2007年7月25日前后4～5 d在蒙古地區(qū)有一深厚的氣旋維持，導致26、27日在皖北和蘇北地區(qū)出現(xiàn)多次雷雨大風天氣，在蘇北地區(qū)和安徽滁州還出現(xiàn)了龍卷風。

2.3700和850 hPa天氣形勢

龍卷風發(fā)生地區(qū)附近均有一個有利于對流發(fā)生發(fā)展的切變（風向、風速）或低渦系統(tǒng)，低層有明顯輻合（圖1）。切變或低渦南側或上空，龍卷風發(fā)生地區(qū)的上游、上空或右側附近，在一個比較狹窄的地帶中存在一條明顯的低空急流。弱冷空氣的侵入多在700 hPa。

2.4925 hPa天氣形勢

天氣系統(tǒng)表現(xiàn)不是很統(tǒng)一，有的過程在925 hPa系統(tǒng)表現(xiàn)反而不是十分明顯，有的過程在925 hPa仍有急流存在，但在925 hPa龍卷風發(fā)生地區(qū)南部均有一個明顯的高溫區(qū)（圖1）。

2.5地面形勢

地面圖上處在低壓區(qū)內(nèi)，龍卷風前其發(fā)生地區(qū)附近有地面輻合，地面輻合兩側的溫度差異較大，輻合南側為高溫區(qū)，而北側溫度明顯較低，溫度梯度大。2.6高空風場特征

高空400 hPa以上低層切變西北部為偏西風（偏西、偏西北、偏西南），400 hPa以上為大風速區(qū)，到了500 hPa以下風速明顯減弱；而在低層切變西南部，400 hPa以上風速較弱，500 hPa開始風速明顯加大（圖2）。龍卷風發(fā)生地區(qū)的上游、上空或右側附近，在一個比較狹窄的地帶中存在一條明顯的低空急流，其最大風速在16～18 m/s[7]，個別站點超過20 m/s。有的過程低層風速還比500 hPa風速大。在龍卷風風速發(fā)生地區(qū)附近有明顯的風速（風向）切變，水平風速差可達12～16 m/s，風向切變在90°～180°。這一特征與槽前類雷雨大風風場有較大區(qū)別，槽前類雷雨大風發(fā)生前500 hPa以下風場表現(xiàn)得相對較弱，即使有急流也只是500 hPa以下1～2層存在。由于槽前類雷雨大風發(fā)生前天氣形勢和物理量與龍卷風發(fā)生前比較相似，因此這一風場特征在一定程度上可以幫助區(qū)分這2種天氣現(xiàn)象發(fā)生前的天氣形勢。但2005年7月30日靈璧龍卷風過程就沒有出現(xiàn)低空急流，還有待探討。2.7典型過程回帶對比

2013年7月7日發(fā)生在安徽滁州天長強對流是一次典型的龍卷風過程（有視頻資料），從此次過程的天氣發(fā)生前各層天氣形勢圖（圖3）可以看到，其形勢與前面總結的龍卷風天氣特征均比較符合。另外2008年6月20日靈璧龍卷風過程（有視頻資料）也比較符合。

3物理量特征分析

3.1濕度場分布特征

龍卷風發(fā)生前整層濕度分布深厚，整層濕度均較好，低層850 hPa以下為溫度露點差<4 ℃的大面積的高溫高濕區(qū)，而在700和500 hPa，當有弱冷空氣侵入時有一明顯干舌配合，龍卷風通常發(fā)生在濕度水平梯度大值區(qū)內(nèi)，在龍卷風發(fā)生地區(qū)的上空或上游區(qū)濕區(qū)比較狹窄，并有充足的水汽輸送。這樣當受到合適的外力觸發(fā)后低空暖濕空氣則會產(chǎn)生強烈的上升運動，有利強對流天氣的發(fā)生發(fā)展。

3.2溫度場分布

400 hPa以上西部為相對高溫區(qū)，有時可以延伸至500 hPa；弱冷空氣的侵入多發(fā)生在500和700 hPa，在龍卷風發(fā)生地區(qū)以北為冷區(qū)或降溫區(qū)，弱冷空氣多從北路侵入；低層850 hPa在新疆附近地區(qū)為高溫區(qū)，溫度脊線在35°～45°N；925 hPa南部為一個高溫區(qū)，龍卷風發(fā)生地區(qū)溫度梯度較大（圖4）。地面上，地面輻合兩側的溫度差異較大，輻合南側為高溫區(qū)，而北側溫度明顯較低，溫度梯度大。

3.3各物理量指標

龍卷風發(fā)生前總指數(shù)TT≥40 ℃，但利用此參數(shù)無法判斷強對流天氣性質(zhì)。沙氏指數(shù)SI、抬升指數(shù)LI、對流有效位能CAPE在龍卷風發(fā)生前表現(xiàn)不一，受其他因素影響時可能會失去指導意義，僅用于判斷大氣不穩(wěn)定狀態(tài)。龍卷風發(fā)生前K指數(shù)和修正對流指數(shù)DCI表現(xiàn)最好（最小值和平均值均≥35 ℃），同樣無法用來判斷強對流天氣性質(zhì)。風暴強度指數(shù)SSI≥230時容易出現(xiàn)強對流天氣，龍卷風與雷雨大風過程區(qū)別不大。龍卷風發(fā)生前大風指數(shù)W大多數(shù)小于20，當大風指數(shù)W≥20更易出現(xiàn)雷雨大風天氣。

3.3.1判斷龍卷風的物理量。

龍卷風發(fā)生前與其他強對流天氣區(qū)別比較明顯的物理量有：①強天氣威脅指數(shù)SWEAT<300時不易出現(xiàn)龍卷風，SWEAT≥300時容易出現(xiàn)龍卷風；②風暴相對螺旋度SRH<200 m/s2時不易出現(xiàn)龍卷風，SRH≥200 m/s2時容易出現(xiàn)龍卷風天氣；③龍卷風發(fā)生前抑制有效位能CIN<50 J/kg，明顯小于其他強對流天氣；④龍卷風發(fā)生前抬升凝結高度均在970 hPa。3.3.2區(qū)別于冰雹的物理量。

A指數(shù)綜合反映了大氣靜力穩(wěn)定度與整層水汽飽和程度，一般A指數(shù)越大，表明大氣越不穩(wěn)定或?qū)α鲗又邢聦语柡统潭仍礁?，對降水越有利，當A指數(shù)<10 ℃時側重考慮冰雹天氣，龍卷風A指數(shù)≥15 ℃；整層比濕積分IQ≥5 000 （g·hPa）/kg時易出現(xiàn)龍卷風、雷雨大風、短時強降水；當潛在下沖氣流指數(shù)MDPI≥2時易出現(xiàn)冰雹，很難出現(xiàn)龍卷風；龍卷風發(fā)生前0 ℃和-20 ℃層在4 800和8 500 m以上；垂直溫度梯度ΔT850-500明顯弱于冰雹，平均在23 ℃左右；龍卷風過程500 hPa以下溫度露點差T-Td<4 ℃，整層濕度條件最好，而冰雹為上干下濕分布。

4總結與討論

（1）幾次龍卷風過程均發(fā)生在副高邊緣西南暖濕急流中，500 hPa西部高空低槽弱于雷雨大風和冰雹，200 hPa青藏高壓強度較強，低空均有切變或低渦存在，地面處在低壓區(qū)內(nèi)。

（2）在龍卷風發(fā)生地區(qū)的上空、上游或右側，在一個比較狹窄的地帶中存在一條明顯的低空急流，其最大風速在16～18 m/s；且在龍卷風發(fā)生地區(qū)附近有明顯的風速（風向）切變，水平風速差可達12～16 m/s，風向切變在90°～180°。這一特征與槽前類雷雨大風風場有較大區(qū)別。

（3）龍卷風發(fā)生前整層濕度較深厚，中低層處在大范圍的濕區(qū)內(nèi)，500 hPa濕區(qū)相對比較狹窄，500或700 hPa當有弱冷空氣侵入時有干舌配合，龍卷風發(fā)生在濕度梯度大值區(qū)內(nèi)。龍卷風發(fā)生前弱冷空氣從500或700 hPa偏北路徑侵入，850hPa在新疆地區(qū)附近和925 hPa在發(fā)生地區(qū)南部各為一個高溫區(qū)，地面處在南北溫度梯度大值區(qū)內(nèi)。

（4）歷史資料中，龍卷風過程記錄存在由于一些人為因素而產(chǎn)生的定性錯誤，有將強度大的雷雨大風定性為龍卷風，這樣會在后期分析時容易造成誤導。

（5）龍卷風發(fā)生前大氣不穩(wěn)定狀態(tài)相對容易判斷，但由于其天氣形勢和物理量與雷雨大風天氣有一定的相似度，除

了關注幾個差異大的物理量外，還需結合天氣形勢分析做出判斷。

（6）以上統(tǒng)計了10次龍卷風過程，僅從天氣形勢和物理量2個方面進行了分析，針對地區(qū)也以皖北和蘇北為主。由于篇幅有限，云圖和雷達資料沒有進行統(tǒng)計分析，地形作用也沒作討論，目前對龍卷風的預報成功率還很低，實際工作中還需要密切關注云圖和雷達資料，做好短時臨近預報。

參考文獻

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