廣西兩次系列龍卷過(guò)程多尺度對(duì)比分析*

李向紅 ，胡 靜 ，伍 靜，劉 鋒，鄭傳新

(1.桂林市氣象局，廣西 桂林 541001，2.柳州市氣象局，廣西 柳州545001)

廣西兩次系列龍卷過(guò)程多尺度對(duì)比分析*

李向紅1，胡 靜1，伍 靜1，劉 鋒2，鄭傳新1

(1.桂林市氣象局，廣西 桂林 541001，2.柳州市氣象局，廣西 柳州545001)

利用常規(guī)觀測(cè)資料、fnl資料和雷達(dá)等資料分析了2015年5月10日和2013年4月17日發(fā)生在桂林、柳州的龍卷天氣形勢(shì)及雷達(dá)產(chǎn)品特征，及其預(yù)警的可能性，表明：兩次龍卷都發(fā)生于低壓帶中,0417過(guò)程的觸發(fā)機(jī)制是邊界層的小低渦，0510過(guò)程觸發(fā)機(jī)制是低層切變。兩次過(guò)程都有低層高溫高濕的特征。由探空計(jì)算的CAPE值并不能體現(xiàn)幾個(gè)小時(shí)后大氣的對(duì)流不穩(wěn)定，0510過(guò)程通過(guò)對(duì)CAPE值的訂正可預(yù)見(jiàn)幾小時(shí)后大氣的對(duì)流不穩(wěn)定性增強(qiáng)，0417過(guò)程通過(guò)判斷龍卷發(fā)生區(qū)位于fnl分析場(chǎng)的CAPE值梯度大值區(qū)，也能判斷幾小時(shí)后對(duì)流不穩(wěn)定可能加大。兩次龍卷的雷達(dá)中氣旋有共同特征就是入流與出流并不平衡，形成系列龍卷的中氣旋比單個(gè)龍卷的中氣旋發(fā)展更強(qiáng)，0417系列龍卷徑向風(fēng)切變最大達(dá)到36m/s(應(yīng)該是對(duì)應(yīng)龍卷的中氣旋或微氣旋的切變),不同于0510單個(gè)龍卷中氣旋徑向風(fēng)切變最大只有15m/s。0417龍卷影響范圍比0510過(guò)程大，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。龍卷徑向速度剖面顯示,在低層3km以下有輻合，在 6km有輻散，同時(shí)表現(xiàn)為傾斜。兩次龍卷反射率剖面顯示在龍卷的初生到最強(qiáng)階段，反射率剖面具有懸垂特征，推測(cè)在龍卷發(fā)生的同時(shí)伴有冰雹。0417龍卷反射率剖面顯示有強(qiáng)反射率核心迅速下降特征，有下?lián)舯┝飨喟殡S。兩過(guò)程都存在提前預(yù)警困難的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)溫度對(duì)數(shù)壓力圖的訂正和判斷對(duì)流有效位能梯度大值區(qū)，將預(yù)測(cè)未來(lái)幾小時(shí)對(duì)流有效位能的增幅，盡力提前預(yù)警龍卷，同時(shí)，通過(guò)對(duì)雷達(dá)產(chǎn)品的分析達(dá)到對(duì)龍卷臨近預(yù)報(bào)的時(shí)間盡可能提前。

龍卷；形成機(jī)制；對(duì)流不穩(wěn)定；雷達(dá)特征；預(yù)警；廣西

龍卷是小尺度的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的由雷暴云底伸展至地面的漏斗狀小渦旋，是破壞力極大的對(duì)流風(fēng)暴[1-2]，是在強(qiáng)烈不穩(wěn)定天氣條件下產(chǎn)生的一種小尺度旋轉(zhuǎn)風(fēng)，風(fēng)速為30～100 m/s，最大風(fēng)速可達(dá)140 m/s。龍卷風(fēng)生成和消亡迅速，持續(xù)時(shí)間由十幾分鐘到幾小時(shí)不等。襲擊范圍很小，只有幾米到數(shù)百米之間，但破壞力大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，1961-2010年50年間中國(guó)年均發(fā)生龍卷的次數(shù)不低于85次，EF1或以上級(jí)龍卷年均發(fā)生21次。龍卷強(qiáng)度分為6個(gè)級(jí)別[3]。龍卷大多發(fā)生在春、夏兩季，其路徑長(zhǎng)度與強(qiáng)度之間可能存在一定的正相關(guān)關(guān)系。大多數(shù)龍卷有中等強(qiáng)度中氣旋配合，龍卷風(fēng)發(fā)生時(shí)強(qiáng)回波有斷裂和突前特征。超級(jí)單體組成，低質(zhì)心的對(duì)流系統(tǒng)，伴隨有大風(fēng)短時(shí)強(qiáng)降水，與冰雹的高質(zhì)心對(duì)流系統(tǒng)有明顯區(qū)別[4-6]。龍卷風(fēng)常常發(fā)生在低空急流的北端左側(cè)以及高濕中心和水汽輻合中心的交匯處[7]。龍卷也可以發(fā)生在在副熱帶高壓邊緣西南氣流影響出現(xiàn)區(qū)域暴雨和大暴雨過(guò)程中，龍卷也可發(fā)生于地面中尺度氣旋的右側(cè)和低空急流左后側(cè)之間區(qū)域，也可以發(fā)生在低空急流左側(cè)的對(duì)流不穩(wěn)定區(qū)域及地面較暖濕的環(huán)境中，配合有中低層的低渦、切變線、急流[8-9]等。關(guān)于龍卷的觸發(fā)，研究表明：超級(jí)單體中心為強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng), 致使超級(jí)單體本身形成了一個(gè)完整的垂直環(huán)流[10]。 邊界層內(nèi)強(qiáng)的垂直風(fēng)切變促進(jìn)了龍卷風(fēng)暴內(nèi)氣旋性渦度的迅速增強(qiáng)，風(fēng)暴單體間的合并和相互作用可能激發(fā)龍卷的產(chǎn)生。關(guān)于龍卷的預(yù)警，研究表明：中氣旋(M)產(chǎn)品和龍卷渦旋特征(TVS)產(chǎn)品對(duì)龍卷預(yù)警有較好的指示作用，當(dāng)中氣旋底高較低且中氣旋切變值明顯增強(qiáng)時(shí)，發(fā)生龍卷天氣的可能性較大[11]。

廣西地處華南，是強(qiáng)對(duì)流天氣多發(fā)地[12-14]，龍卷時(shí)有發(fā)生，如1985年7月18日，滿載乘客的“漓江14號(hào)”游船從桂林至陽(yáng)朔途中遭遇大風(fēng)，致使船舶向左舷傾斜翻沉，死亡32人。據(jù)氣象部門(mén)的勘察分析，認(rèn)定事故發(fā)生時(shí)的風(fēng)力達(dá)到10級(jí)，風(fēng)速為26 m/s。近幾年由于雷達(dá)的監(jiān)測(cè)作用，在桂林、柳州等地逐漸發(fā)現(xiàn)了龍卷。

1 兩次龍卷災(zāi)害對(duì)比

2015年5月10日17時(shí)左右，桂林市全州多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受龍卷風(fēng)侵襲，鳳凰鎮(zhèn)受災(zāi)最為嚴(yán)重。根據(jù)“增強(qiáng)藤田級(jí)別”中各等級(jí)龍卷特征所歸納的破壞現(xiàn)象比對(duì)[4-5]，本次龍卷級(jí)別可以分為EF1級(jí)。2013年4月17日05時(shí)，廣西柳州融安縣遭受了龍卷風(fēng)襲擊，到17日07時(shí)桂林市七星區(qū)又遭受龍卷風(fēng)襲擊，兩次龍卷發(fā)生地相距大概100 km，從對(duì)流單體的觀測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，兩次龍卷過(guò)程為同一系列對(duì)流超級(jí)單體向東移動(dòng)發(fā)展而來(lái)，因而造成的龍卷稱為系列龍卷。龍卷風(fēng)發(fā)生時(shí)伴有雷電、短時(shí)強(qiáng)暴雨、冰雹和下?lián)舯┝鲗?dǎo)致的短時(shí)大風(fēng)。據(jù)融安縣氣象局氣象資料統(tǒng)計(jì)，2013年4月17日05:10-05:25僅15 min降雨量就達(dá)50 mm以上。同時(shí)，05:12瞬間極大風(fēng)速達(dá)到14.9m/s。桂林市七星區(qū)朝陽(yáng)鄉(xiāng)17日08時(shí)僅1 h雨量達(dá)到52 mm。受降雨影響的氣溫在1 h內(nèi)下降1.5℃，為20℃，龍卷過(guò)后，氣溫迅速回升，到13時(shí)達(dá)到27℃。根據(jù)“增強(qiáng)藤田級(jí)別”中各等級(jí)龍卷特征所歸納的破壞現(xiàn)象比對(duì)[4-5]，本次龍卷可以確定為EF2級(jí)。兩次龍卷過(guò)程，從影響范圍、持續(xù)時(shí)間和之致災(zāi)程度看來(lái)，0417龍卷要比0510龍卷要嚴(yán)重。

2 影響系統(tǒng)對(duì)比分析

0515過(guò)程發(fā)生于鋒前暖區(qū)，主要影響系統(tǒng)是高空槽、中低層切變及地面鋒面，是受深厚的從華北過(guò)來(lái)的高空槽和低層切變線共同影響觸發(fā)。2015年5月10日08時(shí)開(kāi)始，500 hPa槽位于105°E，到晚上10日20時(shí)，高空槽東移到109°E，到11日08時(shí)高空槽北段隨東北低渦過(guò)110°E，但南段還位于109°E。全州鳳凰鄉(xiāng)龍卷發(fā)生于10日17:28-17:58，在500 hPa槽東移逼近的過(guò)程中。龍卷也發(fā)生在850 hPa位于高原東部四川一帶的NE-SW向的槽線逐漸順轉(zhuǎn)為切變線的過(guò)程中。地面等壓線表明，10日08時(shí)在四川是一個(gè)大低渦，冷空氣在貝湖一帶堆積，東海是一個(gè)相對(duì)高壓區(qū)，桂林位于大低壓帶內(nèi)，冷空氣南下，龍卷發(fā)生在低渦被冷空氣逐漸填塞的過(guò)程中。2015年5月10日08時(shí)中尺度環(huán)境條件配置圖顯示，200 hPa高空急流位于貴州湖南，桂林位于高空急流的右側(cè)，500hPa急流從廣西中北部一直東伸到江西，700 hPa低空急流不明顯，850 hPa急流位于湖南江西境內(nèi)(圖1a)。所以高空急流右側(cè)的上升區(qū)，500hPa高空槽逼近和暖濕地面低壓被冷空氣逐漸侵入觸發(fā)了龍卷的發(fā)生。

0417過(guò)程重要影響系統(tǒng)為500 hPa小槽、700 hPa和850 hPa的切變線和地面熱低壓。2013年4月16日08時(shí)500 hPa亞歐中高緯為一槽一脊形勢(shì)，從東西北利亞到我國(guó)東北沿海為一低槽，而西面巴爾喀什湖北部高壓脊塌陷，不斷有分裂小槽攜帶冷空氣分裂東移影響華南地區(qū)，在青藏高原東部形成階梯槽，同時(shí)孟加拉灣南支槽發(fā)展。高原東部小槽攜帶的干冷空氣與南支槽攜帶的暖濕氣流東移并在廣西北部交匯，受高層小槽和冷空氣東移的強(qiáng)迫影響，在700 hPa和850 hPa形成從東北沿海到貴州的切變線。受500 hPa小槽強(qiáng)迫抬升和正渦度平流加強(qiáng)，以及700 hPa和850 hPa切變線南部的暖濕氣流加強(qiáng)影響，對(duì)流不穩(wěn)定也加強(qiáng)，有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生。地面形勢(shì)為從四川到廣西一帶為一熱低壓系統(tǒng)，在華東有弱冷鋒，冷空氣從東路南下，地面低層冷空氣嵌入850hPa暖濕氣流之下，觸發(fā)了龍卷天氣的發(fā)生。由于短波小槽不斷東移和東路冷空氣的不斷補(bǔ)充影響，使得切變線維持時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致柳州融安和桂林朝陽(yáng)鄉(xiāng)相繼出現(xiàn)龍卷天氣。龍卷發(fā)生時(shí)伴隨雷雨大風(fēng)、局地強(qiáng)降水和小冰雹。數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品顯示在16日20時(shí)切變線位于芷江與桂林之間，到17日08時(shí)，桂林850 hPa轉(zhuǎn)為北風(fēng)，弱冷平流和渦度平流是導(dǎo)致龍卷發(fā)生的原因。2013年4月16日20時(shí)中尺度環(huán)境條件配置圖顯示，200 hPa高空急流位于長(zhǎng)江流域，桂林位于高空急流的右側(cè)，500 hPa急流從廣西北部一直東伸到福建與浙江交界沿海，急流軸心經(jīng)過(guò)桂林，700 hPa低空急流從廣西中部東伸到福建沿海，850 hPa急流位于廣東境內(nèi)。

兩次過(guò)程廣西北部都位于高空急流右側(cè)，0417過(guò)程發(fā)生于低空急流核的左側(cè)，強(qiáng)烈的低空輻合和高層輻散有利于強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生(圖1b)。

3 不穩(wěn)定條件對(duì)比分析

3.1 溫度對(duì)數(shù)壓力圖的訂正

由于從天氣圖的分析上判斷未來(lái)有龍卷發(fā)生的可能性是個(gè)難題，必須探討不穩(wěn)定能量的可能。兩次系列龍卷在頭天的08時(shí)的溫度對(duì)數(shù)壓力圖分析中，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的對(duì)流不穩(wěn)定特征，但是通過(guò)對(duì)溫度對(duì)數(shù)壓力圖的訂正，可以看到濕有效位能有明顯增大趨勢(shì)。

圖1 中尺度環(huán)境場(chǎng)分析

圖2 桂林2015年5月10日溫度對(duì)數(shù)壓力圖

圖3 桂林2013年4月16日溫度對(duì)數(shù)壓力圖

圖2為桂林2015年5月10日08時(shí)溫度對(duì)數(shù)壓力圖(圖2a)與訂正為下午15時(shí)的溫度對(duì)數(shù)壓力圖(圖2b)。從兩張圖的比較可以看出，2015年5月10日08時(shí)，桂林的K指數(shù)有35℃，沙氏指數(shù)有-0.61℃， 但CAPE值非常小，只有22.5 J/kg。經(jīng)過(guò)對(duì)氣壓、溫度、露點(diǎn)的訂正，到10日15時(shí)，K指數(shù)與沙氏指數(shù)有與08時(shí)相同，但CAPE值明顯要增大很多，達(dá)到1 225.9 J/kg，為預(yù)警龍卷提供了可能性。利用fnl資料的分析可見(jiàn)，0510過(guò)程龍卷發(fā)生地位于強(qiáng)CAPE范圍內(nèi)，強(qiáng)度在900 J/kg。

從2013年4月16日08時(shí)和20時(shí)的不穩(wěn)定參數(shù)去判斷龍卷發(fā)生是有困難的。溫度對(duì)數(shù)壓力圖顯示(圖3)，為桂林2013年4月16日08時(shí)溫度對(duì)數(shù)壓力圖(圖3a)與訂正為17日02時(shí)點(diǎn)的溫度對(duì)數(shù)壓力圖(圖3b)。分析發(fā)現(xiàn)，在16日08時(shí)，K指數(shù)有27℃，沙氏指數(shù)有0.85℃， CAPE值為0 J/kg，到16日20時(shí)(圖略)K指數(shù)有27℃，沙氏指數(shù)有-0.61℃， CAPE值為為394.6 J/kg，所以說(shuō)，無(wú)論從對(duì)流有效位能還是從K指數(shù)都沒(méi)有明顯強(qiáng)對(duì)流天氣特征。

將溫度對(duì)數(shù)壓力圖訂正到17日02時(shí)，K指數(shù)與沙氏指數(shù)有與20時(shí)相同，CAPE值有所增大，

圖4 兩次過(guò)程500hPa流場(chǎng)圖

達(dá)到413.4 J/kg，比起之前有增長(zhǎng)。龍卷在17日05時(shí)后在柳州發(fā)生，07時(shí)左右在桂林發(fā)生，相距02時(shí)有3～5個(gè)小時(shí)，對(duì)流有效位能有可能在這段時(shí)間存在增強(qiáng)。

兩次龍卷過(guò)程在08時(shí)的對(duì)流有效位能(CAPE)都不大，0417過(guò)程略大點(diǎn)為394 J/kg，而0510過(guò)程只有22 J/kg， 但0510龍卷過(guò)程CAPE經(jīng)過(guò)訂正達(dá)到1225 J/kg。對(duì)0417過(guò)程08時(shí)的CAPE的訂值達(dá)到413 J/kg，并不很高，但0417為強(qiáng)烈系列龍卷，可見(jiàn)常規(guī)探空資料計(jì)算的CAPE值對(duì)發(fā)生強(qiáng)對(duì)流發(fā)生潛勢(shì)的只是性非常有限，可能是探空站的時(shí)空分辨率太低，大氣對(duì)流穩(wěn)定度變化大。訂正在凌晨的CAPE值明顯比下午的要低，但仍然可以發(fā)生系列龍卷，可能CAPE值對(duì)溫度、濕度比較敏感的原因，其值訂正在凌晨不如下午大。訂正的CAPE值對(duì)龍卷強(qiáng)度的指示性也是有限的。

3.2 動(dòng)力條件對(duì)比分析

但是利用fnl資料的分析可見(jiàn)，0417過(guò)程的龍卷發(fā)生地融安和朝陽(yáng)位于CAPE值的梯度大值區(qū)，數(shù)值在300到400 J/kg之間。CAPE值的梯度大值區(qū)意味著對(duì)流有效位能有可能迅速增大。在CAPE值梯度大值區(qū)，也有迅速變高的可能。

從500hPa流場(chǎng)配置可見(jiàn)(圖4)，兩次過(guò)程影響廣西的天氣系統(tǒng)不同。0510過(guò)程是一個(gè)深厚的低槽，冷空氣由深槽引導(dǎo)影響桂林，低層有切變線配合，導(dǎo)致暴雨，龍卷相伴發(fā)生。0417過(guò)程?hào)|北有強(qiáng)大低渦中心，有橫槽，分裂短波槽引導(dǎo)冷空氣影響柳州、桂林，低層為一大低壓帶。

從氣壓的分布可見(jiàn)(圖5)，兩次過(guò)程有相似的地方，0510過(guò)程，在14時(shí)全州的鳳凰鄉(xiāng)，也是處于低壓帶內(nèi)，冷空氣受深槽引導(dǎo)，從東路南下，觸發(fā)了龍卷的發(fā)生。0417過(guò)程，在龍卷發(fā)生前，地面處于東高西低的環(huán)境中，融安和朝陽(yáng)都位于一條低壓帶內(nèi)，由于高原來(lái)的短波槽引導(dǎo)冷空氣進(jìn)入，導(dǎo)致17日02時(shí)后在08時(shí)之間逐漸在融安形成一低壓小環(huán)流，正是由于低壓小環(huán)流的存在，觸發(fā)了龍卷的發(fā)生。

500hPa絕對(duì)渦度(圖6)分析表明，兩次龍卷過(guò)程發(fā)生前，環(huán)境場(chǎng)表現(xiàn)為正渦度。

對(duì)500hPa垂直速度分布分析表明，0510過(guò)程鳳凰的上升運(yùn)動(dòng)并不是很明顯。0417過(guò)程，在龍卷發(fā)生前，融安和朝陽(yáng)已經(jīng)處于強(qiáng)烈的上升帶內(nèi)。

沿25°N的垂直速度、濕度剖面表明(圖7)，在0510過(guò)程(圖8a)，在25°N，110°E有深厚的低槽過(guò)境，同時(shí)是濕度的集中區(qū)，可見(jiàn)0510龍卷是伴隨暴雨發(fā)生的，由于14時(shí)是龍卷前期，對(duì)流運(yùn)動(dòng)還不是很強(qiáng)，所以0510過(guò)程的觸發(fā)條件是高空槽。而0413過(guò)程(圖8b)，高低層都為西南氣流，龍卷發(fā)生于暖濕氣流當(dāng)中，觸發(fā)條件是深厚的西南低空急流。

4 雷達(dá)產(chǎn)品特征比較

4.1 2015年5月10日桂林雷達(dá)產(chǎn)品特征

分析雷達(dá)產(chǎn)品特征，可以發(fā)現(xiàn)全州鳳凰的龍卷為鉤狀(圖9a)，最強(qiáng)反射率達(dá)到65 dbz，徑向速度圖顯示龍卷單體的出流和入流變化很快，正負(fù)速度對(duì)的數(shù)值并不平衡，在10日17：45最強(qiáng)的入流達(dá)到-12 m/s，而出流只有3 m/s(圖9b)。在龍卷最強(qiáng)時(shí)刻反射率的剖面顯示為懸垂，有界弱回波區(qū)達(dá)到5 km高度，50 dbz的強(qiáng)反射率高度達(dá)到8 km高，有界弱回波區(qū)的存在表明有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)表明有冰雹的存在。

龍卷中氣旋的正負(fù)速度入流出流不平衡，不同于冰雹中氣旋,有明顯的正負(fù)速度對(duì)，入流與出流比較平衡。龍卷初生和最強(qiáng)時(shí)刻,反射率剖面有特征，表明有強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng),可能有小冰雹相伴隨。當(dāng)時(shí)觀測(cè)是有暴雨，冰雹不明顯。

4.2 2013年4月17日龍卷

0417過(guò)程首先在2013年4月17日05：12影響柳州融安縣。 2013年4月17日05：10-05:25僅15 min雨量達(dá)到50 mm，05:12分短時(shí)風(fēng)力達(dá)到14.9 m/s。

當(dāng)龍卷發(fā)生時(shí)回波頂高達(dá)到11.1～12.2 km(圖10b)，這與桂林龍卷的回波頂高是一致的。移動(dòng)速度是11 min達(dá)到11～13 km，即19 m/s，比桂林龍卷的20～25 m/s要漫些。垂直累計(jì)液態(tài)水含量(圖10a)達(dá)到48 kg/m2.

圖5 兩次過(guò)程氣壓分布圖(FH代表鳳凰鄉(xiāng)，YA代表融安，CY代表朝陽(yáng)鄉(xiāng)。單位：hPa)

圖6 兩次過(guò)程絕對(duì)渦度分布圖(FH代表鳳凰鄉(xiāng)，YA代表融安，CY代表朝陽(yáng)鄉(xiāng)。單位：s-1)

圖7 兩次過(guò)程500hPa垂直速度分布圖(FH代表鳳凰鄉(xiāng)，YA代表融安，CY代表朝陽(yáng)鄉(xiāng)。單位：Pa/s)

圖8 兩次過(guò)程沿25°N的垂直速度、濕度剖面圖

從圖11a，即柳州雷達(dá)2.4°仰角反射率圖可以看到，龍卷前期有粗短的鉤狀回波，反射率強(qiáng)度達(dá)到65 dBz，在反射率剖面圖(圖11b)，懸垂回波明顯。而到桂林龍卷發(fā)生時(shí)，鉤狀回波不明顯，桂林龍卷更難預(yù)警。

從柳州雷達(dá)基本徑向速度(Base radial velocity)圖(圖11b)可以看到，在05:05在融安附近有逆風(fēng)區(qū)的存在，表明有中氣旋的存在。同時(shí)融安附近入流達(dá)到-12 m/s，出流達(dá)到24 m/s，表明中氣旋的入流和出流并不平衡，可以判斷是龍卷的存在。基本徑向速度的剖面圖(圖11d)表明低層輻合高層輻散。

圖9 2015年5月10日17：45桂林雷達(dá)2.4°仰角雷達(dá)回波特征

圖10 2013年4月17日柳州雷達(dá)回波特征

圖11 2013年4月17日柳州雷達(dá)1.5°仰角反射率特征

圖12 2013年4月17日桂林雷達(dá)徑向速度特征

圖13 2013年4月17日桂林雷達(dá)剖面

圖14 2013年4月17日07：04柳州雷達(dá)探測(cè)桂林龍卷的雷達(dá)特征

龍卷云團(tuán)影響柳州融安后繼續(xù)東移，在17日07時(shí)，形成新的龍卷影響桂林的七星區(qū)朝陽(yáng)鄉(xiāng)。圖12為2013年4月17日桂林雷達(dá)徑向速度圖，龍卷影響的區(qū)域離桂林雷達(dá)站只有10 km，從桂林天氣雷達(dá)徑向速度圖上可以看到，在17日07:05(圖12a)和17日07:17 (圖12b)有強(qiáng)的出流，強(qiáng)度達(dá)到17 m/s，入流則較弱，這種不平衡就是龍卷的存在。并有明顯的正負(fù)速度對(duì)，表明有中氣旋的存在。從桂林雷達(dá)組合反射率的演變(圖略)可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)對(duì)流單體，三個(gè)體掃之間從臨桂移到桂林秀峰區(qū)，再移動(dòng)到桂林七星區(qū)，共移動(dòng)了15 km左右，移動(dòng)速度為20～25 m/s。強(qiáng)單體的綜合反射率達(dá)到65 dBz。此外由于VIL值只有27 kg/m2，并不是很高。9.9°仰角的強(qiáng)出流區(qū)比2.4°仰角要稍偏東，意味龍卷有傾斜性。此外，從2013年4月17日桂林雷達(dá)徑向速度剖面圖(圖13a)可以發(fā)現(xiàn)，在低層3 km以下有輻合，在 6 km有輻散，同時(shí)表現(xiàn)為傾斜，同時(shí)在低層的出流達(dá)到了20 m/s，可以判斷為龍卷。此外，從桂林雷達(dá)反射率剖面(圖13b)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的鉤狀回波特征，可以發(fā)現(xiàn)強(qiáng)反射率在3～5 km高度，可見(jiàn)有可能存在下?lián)舯┝鳌?/p>

由于龍卷的發(fā)生地離桂林太近了，為了進(jìn)一步探討其結(jié)構(gòu)，選用了柳州雷達(dá)的數(shù)據(jù)(圖14)。從2013年4月17日柳州雷達(dá)(圖14a)，可以看到龍卷發(fā)生時(shí)其強(qiáng)度達(dá)到65dBz以上，而且有系列對(duì)流單體形成線狀回波，影響桂林的對(duì)流單體特別強(qiáng)，組合反射率(Composite Reflectivity)達(dá)到了63dBz。4月17日07:04柳州雷達(dá)1.5°仰角雷達(dá)徑向速度圖顯示靠近桂林對(duì)流單體的徑向速度達(dá)到27 m/s(圖14 c)，VIL達(dá)到43 kg/m2(圖14 b)，回波頂高達(dá)到1.1～12.2 km(圖14 d)。

此外，也對(duì)柳州的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了剖面，可以發(fā)現(xiàn)，在龍卷的初生階段，即圖15a 、圖15b和圖15c，反射率剖面具有懸垂的特征，強(qiáng)反射率高度在6 km上下， 到地面大風(fēng)增強(qiáng)時(shí)圖15d，懸垂?fàn)钐卣鞑幻黠@，同時(shí)強(qiáng)反射率增強(qiáng)，有下降特征，有點(diǎn)象下?lián)舯┝?，事?shí)上，從地面的災(zāi)害看來(lái)，確實(shí)也有下?lián)舯┝鞯拇嬖凇?/p>

5 兩次龍卷參數(shù)比較

對(duì)兩次龍卷過(guò)程的物理參數(shù)進(jìn)行了比較如表1所示。

表1 兩次龍卷過(guò)程的物理參數(shù)對(duì)比

圖15 2013年4月17日用柳州雷達(dá)探測(cè)桂林龍卷單體的反射率剖面

0417系列龍卷比0510單個(gè)龍卷的影響范圍更大，影響時(shí)間更長(zhǎng)。兩者的觸發(fā)機(jī)制有不同，0417龍卷觸發(fā)機(jī)制高層為短波槽，低層為小低渦；0510龍卷過(guò)程觸發(fā)機(jī)制為深槽和切變線。兩次龍卷過(guò)程的環(huán)境場(chǎng)相似，熱力參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)相當(dāng)，垂直切變相當(dāng)。雷達(dá)產(chǎn)品特征都表現(xiàn)有鉤狀回波；反射率剖面有懸垂，有界弱回波區(qū)的特征，但是0417系列龍卷的回波頂高更高，達(dá)到12.2 km，0510龍卷過(guò)程頂高只有8 km。兩次龍卷過(guò)程的入流都有12 m/s以上 ，但0417過(guò)程中氣旋出流達(dá)到24 m/s，而0510過(guò)程中氣旋出流只有3 m/s，所以，形成系列龍卷的中氣旋比單個(gè)龍卷的中氣旋發(fā)展更旺盛。0417龍卷發(fā)生相伴隨的天氣有下?lián)舯┝骱捅?，?510龍卷與暴雨相伴隨發(fā)生，可能有小冰雹。

6 結(jié)論

(1)兩次龍卷發(fā)生的天氣背景相似，地面都是在低壓帶中，有弱冷空氣南下。0417龍卷觸發(fā)機(jī)制為短波槽和小低渦，0510龍卷觸發(fā)機(jī)制為深槽和切變線。

(2)兩次龍卷中氣旋的入流與出流并不平衡，0417龍卷徑向風(fēng)切變最大達(dá)到35 m/s，出流達(dá)到24 m/s。0510龍卷徑向風(fēng)切變最大達(dá)到15 m/s。兩次龍卷的初生階段，反射率剖面具有懸垂的特征，速度剖面在低層3 km以下有輻合，在 6 km有輻散，同時(shí)表現(xiàn)為傾斜。0417龍卷在龍卷發(fā)生的同時(shí)也有伴有冰雹，也有下?lián)舯┝飨喟殡S。

(3)將龍卷單體的雷達(dá)特征與強(qiáng)下?lián)舯┝骱捅⑦M(jìn)行了比較，表明龍卷中氣旋的正負(fù)速度入流出流不平衡，冰雹中氣旋有明顯的正負(fù)速度對(duì)，入流與出流比較平衡。龍卷的反射率剖面有特征，而下?lián)舯┝鳑](méi)有，是強(qiáng)反射率核心垂直下降。

(4)僅僅通過(guò)天氣圖分析預(yù)報(bào)龍卷有困難，通過(guò)對(duì)溫度對(duì)數(shù)壓力圖的訂正，將預(yù)測(cè)未來(lái)幾小時(shí)濕對(duì)流有效位能的增幅，盡力提前預(yù)警龍卷。另外，龍卷發(fā)生地也可以位于對(duì)流有效位能的梯度大值區(qū)。

(5)通過(guò)對(duì)對(duì)流有效位能的分析和雷達(dá)產(chǎn)品的分析達(dá)到對(duì)龍卷臨近預(yù)報(bào)的時(shí)間盡可能提前。

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Multi-scale Contrasting Analysis of Two Tornadoesover Guangxi Province

LI Xianghong1, HU Jing1, WU jing1, LIU Feng2and ZHENG Chuanxin1

(1.GuilinMeteorologicalOffice,Guilin541001,China; 2.LiuzhouMeteorologicalOffice,Liuzhou545001,China)

Basedonconventionalmeteorologicaldata,fnldataandDopplerweatherradardata,thetwotornadoesoccurredinGuilinandLiuzhou，Guangxiprovinceon17April2013andon10May2015wereanalyzed.Theresultsaresummarizedasfollows.Thetwotornadoesbothoccurredinthelowpressurezone.Thetriggeringmechanismoftheprocesson17April2013wasthesmallvortexinboundarylayer.Thetriggermechanismoftheprocesson10May2015waslow-levelshear.Therewerealsohightemperatureandhumiditycharacteristicsatlower-levelinthesetwoprocesses.TheCAPEvaluecalculatedbyradiosoundingdatadidnotreflectconvectiveinstabilityinafewhourslater.TheconvectiveinstabilitycanbepredicttoenhanceinafewhourslaterthroughthecorrectionoftheCAPEvalueintheprocesson10May2015.Thetornadoon17April2013waslocatedintheCAPEgradientlargevaluezonebasingfnldata,soastojudgetheconvectiveinstabilitymayincreaseafewhourslater.Theinflowandoutflowofthemiddlelevelcycloneofthesetwotornadoeswereimbalanced.Themiddlelevelcyclonewhichledseriestornadosdevelopedstronger.Themaximumradialwindshearoftheseriestornadoson17April2013wasabout36m/s,differentthatofthesingletornadoon10May2015,only15m/s.Theseriestornadoson17April2013influencedmorelargerangethanthatofthesingletornadoon10May2015,lastinglongerduration.Radialvelocitycrosssectionshowsconvergencebelow3kmanddivergenceat6km,withtiltingcharacteristics.Intheprimarystagestothestrongeststageoftornadoes,thereflectivitycrosssectionshowshook-shapedechofeature,accompanyingbythehail.Thestrongreflectivitycoreoftheprocesson17April2013descendedverticallyquickly,accompanyingbythedownbursts.Thetwotornadoprocesseswerebothdifficulttobringforwardthewarning.ThroughrevisingtheT-logpdiagramandjudgingtheCAPEgradientlargevaluezone,theincreasingofmoistCAPEinthenextfewhourslatercanbepredict,thetornadowarningmaybeputforwardearly.Meanwhile,throughtheanalysisofradarproductsthetornadoforecastingtimemaybeasearlyaspossible.

tornado;formationmechanism;convectiveinstability;radarsignature;forewarning;Guangxi

2016-11-19

2017-01-08

國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃之重點(diǎn)項(xiàng)目(91437216)；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013GXNSFAA019288)；廣西氣象局項(xiàng)目(桂氣科2016M10);2017年廣西氣象局智慧旅游氣象平臺(tái)重點(diǎn)項(xiàng)目

李向紅(1966-)，女，廣西桂林人，碩士，正研級(jí)高級(jí)工程師，從事短臨天氣預(yù)報(bào)的研究工作. E-mail:gllxh99@163.com

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.03.013.]

X43；P445

A

1000-811X(2017)03-0071-09

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.03.013

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