韓楓

摘要對(duì)發(fā)生在蘇皖北部的10次龍卷風(fēng)過程進(jìn)行分析，研究該地區(qū)龍卷風(fēng)發(fā)生前天氣形勢(shì)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(biāo)。結(jié)果表明，10次龍卷風(fēng)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(cè)有一條明顯且狹窄的低空急流，并有明顯的風(fēng)速（風(fēng)向）切變存在，與槽前類雷雨大風(fēng)有較大區(qū)別；與雷雨大風(fēng)和冰雹比較，200 hPa青藏高壓強(qiáng)度較強(qiáng)，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(fēng)發(fā)生在濕度梯度大值區(qū)內(nèi)；溫度場(chǎng)850 hPa在新疆地區(qū)附近、925 hPa發(fā)生地區(qū)南部各有一個(gè)高溫區(qū)，地面處在南北溫度梯度大值區(qū)內(nèi)；龍卷風(fēng)發(fā)生前大氣十分不穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞龍卷風(fēng)；天氣形勢(shì)；物理量指標(biāo)；蘇皖北部

中圖分類號(hào)S161文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）06-01769-03

龍卷風(fēng)（Tornado）是一種強(qiáng)烈的、小范圍的空氣渦旋，是在極不穩(wěn)定天氣下由空氣強(qiáng)烈對(duì)流運(yùn)動(dòng)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(qiáng)烈的旋風(fēng)，其風(fēng)力可達(dá)12級(jí)以上，一般伴有雷雨，有時(shí)也伴有冰雹。成熟的龍卷風(fēng)具有水平尺度小、持續(xù)時(shí)間短、中心氣壓極低、風(fēng)速大、破壞性大、多為直線移動(dòng)6個(gè)特征[2]。龍卷風(fēng)發(fā)生在對(duì)流層的高度以內(nèi)，即最高不會(huì)超過12 000 m，比較多的是在5 000 m以內(nèi)。關(guān)于龍卷風(fēng)形成的原因目前尚無定論，有關(guān)其形成機(jī)制也有多種理論[2-3]，但無論哪種理論都有幾個(gè)共同點(diǎn)，即龍卷風(fēng)的產(chǎn)生有3個(gè)必要條件：濕潤(rùn)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(fēng)必須與低空風(fēng)相反，從而產(chǎn)生風(fēng)切變將上升的空氣移走。3個(gè)條件同時(shí)出現(xiàn)，則可能發(fā)生龍卷風(fēng)。龍卷風(fēng)是否會(huì)形成取決于第3個(gè)必要因素，即高空中必須要有風(fēng)切變，才能使上升氣流中通過對(duì)流上升的空氣散去。鋒面和急流均可以導(dǎo)致風(fēng)切變。所有這些因素共同構(gòu)成一種模式，在存在高空風(fēng)切變的條件下，潮濕的不穩(wěn)定空氣的強(qiáng)對(duì)流可以出現(xiàn)在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)[4]。

龍卷風(fēng)雖然是小尺度的強(qiáng)對(duì)流天氣，相對(duì)其他強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)次數(shù)也較少，但其造成的災(zāi)害卻是最大的，根據(jù)宿州市2000～2011年幾種強(qiáng)對(duì)流天氣造成的災(zāi)害統(tǒng)計(jì)結(jié)果，55%的人員傷亡是由龍卷風(fēng)造成的。目前，對(duì)如何預(yù)報(bào)龍卷風(fēng)已經(jīng)有了大量的總結(jié)和研究成果，但在實(shí)際工作中預(yù)報(bào)成功率仍很低，更多的是根據(jù)云圖和雷達(dá)資料特征，在短時(shí)臨近預(yù)報(bào)中提前發(fā)現(xiàn)龍卷風(fēng)特征，但最終發(fā)布龍卷風(fēng)預(yù)報(bào)很少，預(yù)報(bào)結(jié)論基本以雷雨大風(fēng)形式對(duì)外分布。由于龍卷風(fēng)從出現(xiàn)到結(jié)束時(shí)間很短，通過云圖或雷達(dá)資料分析發(fā)現(xiàn)龍卷風(fēng)特征后再去做出的預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)時(shí)效相對(duì)較低，如果能通過分析天氣形勢(shì)和物理量，找出容易出現(xiàn)龍卷風(fēng)的天氣形勢(shì)和物理量值，這樣在預(yù)報(bào)中當(dāng)遇到具有這類特征時(shí)，提醒預(yù)報(bào)員提前對(duì)龍卷風(fēng)進(jìn)行關(guān)注，后期再通過分析云圖和雷達(dá)資料掌握天氣變化，及時(shí)發(fā)布預(yù)報(bào)預(yù)警，減少龍卷風(fēng)這類強(qiáng)對(duì)流天氣造成的災(zāi)害。據(jù)魏文秀等對(duì)我國(guó)的龍卷風(fēng)特征研究結(jié)果[5]，淮北地區(qū)是處在龍卷風(fēng)高發(fā)區(qū)中心附近，地處龍卷風(fēng)多發(fā)地帶。在此，筆者對(duì)發(fā)生在蘇皖北部的10次龍卷風(fēng)過程進(jìn)行分析，研究該地區(qū)龍卷風(fēng)發(fā)生前天氣形勢(shì)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(biāo)，對(duì)今后做好龍卷風(fēng)這種小尺度高危害的強(qiáng)對(duì)流預(yù)報(bào)將有一定指導(dǎo)意義。

1資料與方法

據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì)，1980～2011年宿州市及周邊地區(qū)龍卷風(fēng)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(fēng)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(rèn)是龍卷風(fēng)的過程較少，因此在災(zāi)情收集時(shí)，對(duì)過程是否為龍卷風(fēng)的定性，主要根據(jù)目擊者描述、災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)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(fēng)過程強(qiáng)度大或?yàn)?zāi)情嚴(yán)重時(shí)，由于其他人為因素被定義為龍卷風(fēng)的，這樣對(duì)后期分析勢(shì)必造成一定的誤導(dǎo)。如1980～2011年宿州市范圍內(nèi)共出現(xiàn)龍卷風(fēng)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(fēng)過程有圖片和視頻記錄，龍卷風(fēng)特征明顯，是一次典型的龍卷風(fēng)過程；2005年7月30日出現(xiàn)在靈璧韋集的龍卷風(fēng)，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(chǎng)調(diào)查，根據(jù)目擊者對(duì)過程的描述以及現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情特征來定義為龍卷風(fēng)的，往往容易與雷雨大風(fēng)混淆。為了避免在分析時(shí)出現(xiàn)過大的偏差，選取的個(gè)例為宿州市和周邊地區(qū)基本能確認(rèn)為是龍卷風(fēng)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(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)16：00和江蘇高郵儀征20：09（有視頻資料）。

2天氣形勢(shì)特征分析

2.1200 hPa天氣形勢(shì)

發(fā)生在蘇皖北部10次龍卷風(fēng)過程（其中2003年7月8日無為龍卷風(fēng)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(duì)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(fēng)發(fā)生地點(diǎn)位于高壓西北或北部偏西氣流中，高空輻散場(chǎng)為龍卷風(fēng)的發(fā)生提供了有利條件[6]。

2.2500 hPa天氣形勢(shì)

龍卷風(fēng)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(qiáng)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(qiáng)度并不是很強(qiáng)，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(dǎo)致26、27日在皖北和蘇北地區(qū)出現(xiàn)多次雷雨大風(fēng)天氣，在蘇北地區(qū)和安徽滁州還出現(xiàn)了龍卷風(fēng)。

2.3700和850 hPa天氣形勢(shì)

龍卷風(fēng)發(fā)生地區(qū)附近均有一個(gè)有利于對(duì)流發(fā)生發(fā)展的切變（風(fēng)向、風(fēng)速）或低渦系統(tǒng)，低層有明顯輻合（圖1）。切變或低渦南側(cè)或上空，龍卷風(fēng)發(fā)生地區(qū)的上游、上空或右側(cè)附近，在一個(gè)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(shì)

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(fēng)發(fā)生地區(qū)南部均有一個(gè)明顯的高溫區(qū)（圖1）。

2.5地面形勢(shì)

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

高空400 hPa以上低層切變西北部為偏西風(fēng)（偏西、偏西北、偏西南），400 hPa以上為大風(fēng)速區(qū)，到了500 hPa以下風(fēng)速明顯減弱；而在低層切變西南部，400 hPa以上風(fēng)速較弱，500 hPa開始風(fēng)速明顯加大（圖2）。龍卷風(fēng)發(fā)生地區(qū)的上游、上空或右側(cè)附近，在一個(gè)比較狹窄的地帶中存在一條明顯的低空急流，其最大風(fēng)速在16～18 m/s[7]，個(gè)別站點(diǎn)超過20 m/s。有的過程低層風(fēng)速還比500 hPa風(fēng)速大。在龍卷風(fēng)風(fēng)速發(fā)生地區(qū)附近有明顯的風(fēng)速（風(fēng)向）切變，水平風(fēng)速差可達(dá)12～16 m/s，風(fēng)向切變?cè)?0°～180°。這一特征與槽前類雷雨大風(fēng)風(fēng)場(chǎng)有較大區(qū)別，槽前類雷雨大風(fēng)發(fā)生前500 hPa以下風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)得相對(duì)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(fēng)發(fā)生前天氣形勢(shì)和物理量與龍卷風(fēng)發(fā)生前比較相似，因此這一風(fēng)場(chǎng)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(shì)。但2005年7月30日靈璧龍卷風(fēng)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(duì)比

2013年7月7日發(fā)生在安徽滁州天長(zhǎng)強(qiáng)對(duì)流是一次典型的龍卷風(fēng)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(shì)圖（圖3）可以看到，其形勢(shì)與前面總結(jié)的龍卷風(fēng)天氣特征均比較符合。另外2008年6月20日靈璧龍卷風(fēng)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(chǎng)分布特征

龍卷風(fēng)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(diǎn)差<4 ℃的大面積的高溫高濕區(qū)，而在700和500 hPa，當(dāng)有弱冷空氣侵入時(shí)有一明顯干舌配合，龍卷風(fēng)通常發(fā)生在濕度水平梯度大值區(qū)內(nèi)，在龍卷風(fēng)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(dāng)受到合適的外力觸發(fā)后低空暖濕空氣則會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，有利強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展。

3.2溫度場(chǎng)分布

400 hPa以上西部為相對(duì)高溫區(qū)，有時(shí)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(fēng)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(gè)高溫區(qū)，龍卷風(fēng)發(fā)生地區(qū)溫度梯度較大（圖4）。地面上，地面輻合兩側(cè)的溫度差異較大，輻合南側(cè)為高溫區(qū)，而北側(cè)溫度明顯較低，溫度梯度大。

3.3各物理量指標(biāo)

龍卷風(fēng)發(fā)生前總指數(shù)TT≥40 ℃，但利用此參數(shù)無法判斷強(qiáng)對(duì)流天氣性質(zhì)。沙氏指數(shù)SI、抬升指數(shù)LI、對(duì)流有效位能CAPE在龍卷風(fēng)發(fā)生前表現(xiàn)不一，受其他因素影響時(shí)可能會(huì)失去指導(dǎo)意義，僅用于判斷大氣不穩(wěn)定狀態(tài)。龍卷風(fēng)發(fā)生前K指數(shù)和修正對(duì)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(qiáng)對(duì)流天氣性質(zhì)。風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)SSI≥230時(shí)容易出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，龍卷風(fēng)與雷雨大風(fēng)過程區(qū)別不大。龍卷風(fēng)發(fā)生前大風(fēng)指數(shù)W大多數(shù)小于20，當(dāng)大風(fēng)指數(shù)W≥20更易出現(xiàn)雷雨大風(fēng)天氣。

3.3.1判斷龍卷風(fēng)的物理量。

龍卷風(fēng)發(fā)生前與其他強(qiáng)對(duì)流天氣區(qū)別比較明顯的物理量有：①?gòu)?qiáng)天氣威脅指數(shù)SWEAT<300時(shí)不易出現(xiàn)龍卷風(fēng)，SWEAT≥300時(shí)容易出現(xiàn)龍卷風(fēng)；②風(fēng)暴相對(duì)螺旋度SRH<200 m/s2時(shí)不易出現(xiàn)龍卷風(fēng)，SRH≥200 m/s2時(shí)容易出現(xiàn)龍卷風(fēng)天氣；③龍卷風(fēng)發(fā)生前抑制有效位能CIN<50 J/kg，明顯小于其他強(qiáng)對(duì)流天氣；④龍卷風(fēng)發(fā)生前抬升凝結(jié)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?，?duì)降水越有利，當(dāng)A指數(shù)<10 ℃時(shí)側(cè)重考慮冰雹天氣，龍卷風(fēng)A指數(shù)≥15 ℃；整層比濕積分IQ≥5 000 （g·hPa）/kg時(shí)易出現(xiàn)龍卷風(fēng)、雷雨大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水；當(dāng)潛在下沖氣流指數(shù)MDPI≥2時(shí)易出現(xiàn)冰雹，很難出現(xiàn)龍卷風(fēng)；龍卷風(fēng)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(fēng)過程500 hPa以下溫度露點(diǎn)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(jié)與討論

（1）幾次龍卷風(fēng)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(fēng)和冰雹，200 hPa青藏高壓強(qiáng)度較強(qiáng)，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(fēng)發(fā)生地區(qū)的上空、上游或右側(cè)，在一個(gè)比較狹窄的地帶中存在一條明顯的低空急流，其最大風(fēng)速在16～18 m/s；且在龍卷風(fēng)發(fā)生地區(qū)附近有明顯的風(fēng)速（風(fēng)向）切變，水平風(fēng)速差可達(dá)12～16 m/s，風(fēng)向切變?cè)?0°～180°。這一特征與槽前類雷雨大風(fēng)風(fēng)場(chǎng)有較大區(qū)別。

（3）龍卷風(fēng)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(duì)比較狹窄，500或700 hPa當(dāng)有弱冷空氣侵入時(shí)有干舌配合，龍卷風(fēng)發(fā)生在濕度梯度大值區(qū)內(nèi)。龍卷風(fēng)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(gè)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(fēng)過程記錄存在由于一些人為因素而產(chǎn)生的定性錯(cuò)誤，有將強(qiáng)度大的雷雨大風(fēng)定性為龍卷風(fēng)，這樣會(huì)在后期分析時(shí)容易造成誤導(dǎo)。

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

了關(guān)注幾個(gè)差異大的物理量外，還需結(jié)合天氣形勢(shì)分析做出判斷。

（6）以上統(tǒng)計(jì)了10次龍卷風(fēng)過程，僅從天氣形勢(shì)和物理量2個(gè)方面進(jìn)行了分析，針對(duì)地區(qū)也以皖北和蘇北為主。由于篇幅有限，云圖和雷達(dá)資料沒有進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，地形作用也沒作討論，目前對(duì)龍卷風(fēng)的預(yù)報(bào)成功率還很低，實(shí)際工作中還需要密切關(guān)注云圖和雷達(dá)資料，做好短時(shí)臨近預(yù)報(bào)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸海席，安新宇，陸海云，等.一次龍卷風(fēng)的小尺度結(jié)構(gòu)特征分析[J].內(nèi)蒙古氣象，2007（4）：12-13.

[2] 紀(jì)文君，劉正奇，郭湘平，等.龍卷風(fēng)生成機(jī)制的探討[J].海洋預(yù)報(bào)，2003（1）：14-19.

[3] 龍卷風(fēng)等旋轉(zhuǎn)流體的受力分析[J/OL].http：//www.doc.88.com/p-914959461233.html.

[4] 潘文卓，繆啟龍. 江蘇省龍卷風(fēng)特征和災(zāi)害分析[C]//中國(guó)氣象學(xué)會(huì)2007年年會(huì)論文集.中國(guó)氣象學(xué)會(huì)，2007.

[5] 魏文秀，趙亞民.中國(guó)龍卷風(fēng)的若干特征[J].氣象，1995（5）：36-40.

[6] 葉篤正，張捷遷.青藏高原加熱作用對(duì)夏季東亞大氣環(huán)流影響的初步模擬實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)科學(xué)，1974（3）：301-320.

[7] 包澄瀾，趙剛?cè)?上海地區(qū)龍卷風(fēng)的初步分析[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1964，8（1）：166-190.