諶志剛 李海燕 肖柳斯 傅佩玲 周芯玉

(1 廣州市氣象局，廣州 511430；2 廣州市氣象臺(tái)，廣州 511430)

引 言

龍卷是一種尺度小、突發(fā)性強(qiáng)、強(qiáng)度大、生命史短、危害嚴(yán)重的天氣系統(tǒng)[1-2]。臺(tái)風(fēng)龍卷通常是由熱帶氣旋外圍雨帶上的微型超級(jí)單體引發(fā)的，但維持時(shí)間通常較短、強(qiáng)度較弱，且由于臺(tái)風(fēng)上層有云系遮擋，難以識(shí)別，使臺(tái)風(fēng)龍卷的預(yù)報(bào)預(yù)警面臨巨大的挑戰(zhàn)。沈樹勤[3]、吳俞等[4]、彭霞云等[5]均對(duì)生在臺(tái)風(fēng)前部龍卷過程進(jìn)行了詳細(xì)分析；朱文劍等[6]、李彩玲等[7]、肖柳斯等[8]先后對(duì)臺(tái)風(fēng)“彩虹”的外圍龍卷從其發(fā)生的熱動(dòng)力條件和雷達(dá)特征進(jìn)行了分析，但基本都是對(duì)單次龍卷過程進(jìn)行分析，缺少系統(tǒng)性對(duì)比；鄭媛媛等[9]對(duì)十余次臺(tái)風(fēng)龍卷過程的環(huán)境背景及其回波結(jié)構(gòu)演變特征進(jìn)行了對(duì)比分析，指出龍卷主要出現(xiàn)在0～1 km風(fēng)切變和相對(duì)風(fēng)暴螺旋度大值區(qū)；黃先香等[10]對(duì)佛山發(fā)生的兩次臺(tái)風(fēng)龍卷環(huán)境背景及雷達(dá)特征進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)低層輻合、高層輻散及中低空強(qiáng)勁東南急流在珠江三角洲疊加是影響臺(tái)風(fēng)龍卷形成的重要特征。以上研究均未涉及廣州的龍卷個(gè)例分析，尤其是對(duì)相似臺(tái)風(fēng)環(huán)境場在廣州地區(qū)相近位置重復(fù)出現(xiàn)龍卷的對(duì)比分析較少。

為此，本文借助ECMWF高分辨率(0.125°×0.125°)再分析資料，結(jié)合廣州多普勒雷達(dá)資料，對(duì)比分析廣州發(fā)生的兩次臺(tái)風(fēng)龍卷過程的致災(zāi)情況、發(fā)生發(fā)展環(huán)境、中尺度特征以及雷達(dá)回波特征等，并挑選了一個(gè)路徑相似但未發(fā)生龍卷的臺(tái)風(fēng)個(gè)例做對(duì)比分析，探討其中的共同特征和差異，增強(qiáng)對(duì)廣州發(fā)生臺(tái)風(fēng)龍卷的天氣特征與雷達(dá)特征的識(shí)別能力，以期為臺(tái)風(fēng)龍卷監(jiān)測預(yù)警提供參考。

1 兩次臺(tái)風(fēng)龍卷過程概況

2015年10月4日下午，1522號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”(超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí))外圍環(huán)流觸發(fā)的小尺度龍卷分別襲擊了佛山順德、廣州番禺以及汕尾海豐等地。其中，4日17時(shí)(北京時(shí)，下同)左右發(fā)生在番禺的龍卷，導(dǎo)致該區(qū)多間房屋受損，3人死亡、134人受傷。根據(jù)現(xiàn)場專家的勘測，該龍卷地面直徑僅100 m左右，根據(jù)風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場破壞情況，對(duì)照藤田級(jí)數(shù)，破壞程度在EF3級(jí)[7]。

2018年6月8日凌晨，受1804號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾云尼”(熱帶風(fēng)暴級(jí))外圍環(huán)流觸發(fā)，廣州南沙橫瀝鎮(zhèn)出現(xiàn)了龍卷，造成1人死亡、8人受傷。根據(jù)風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場破壞情況，對(duì)照藤田級(jí)數(shù)，強(qiáng)度相當(dāng)于EF1級(jí)。

2 兩次臺(tái)風(fēng)龍卷大尺度環(huán)境背景對(duì)比分析

2.1 天氣形勢分析

兩次龍卷均發(fā)生在登陸后臺(tái)風(fēng)的外圍螺旋雨帶中(圖1)。其中1522號(hào)臺(tái)風(fēng)“彩虹”(超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí))于2015年10月4日14時(shí)10分在湛江市坡頭區(qū)沿海登陸，隨后繼續(xù)向西北移動(dòng)，16時(shí)前后到達(dá)湛江麻章區(qū)，中心風(fēng)力52 m·s-1，受外圍環(huán)流影響，南沙區(qū)黃閣鎮(zhèn)附近有氣旋性渦旋生成，并繼續(xù)發(fā)展北移，17時(shí)左右廣州番禺發(fā)生龍卷(圖1c)，龍卷位于臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)方向右前側(cè)大約390 km處[11]。此時(shí)副熱帶高壓西伸呈東西塊狀分布，西脊點(diǎn)在110°E附近，脊線位于24°N，臺(tái)風(fēng)“彩虹”處于副熱帶高壓南側(cè)東南氣流引導(dǎo)下，番禺處于臺(tái)風(fēng)外圍偏南氣流和副熱帶高壓邊緣的東南氣流的輻合區(qū)中，其上空925 hPa、850 hPa、700 hPa和500 hPa各層次均存在明顯的急流，其中500 hPa和850 hPa風(fēng)速分別達(dá)到25.4 m·s-1和24.4 m·s-1(圖2a、b)；番禺區(qū)域地面自動(dòng)站存在明顯的風(fēng)速輻合區(qū)(圖略)，200 hPa則存在明顯的高空輻散(圖略)，輻散度達(dá)到2.3×10-5s-2。中低層深厚的急流區(qū)存在(尤其是低空急流出現(xiàn))對(duì)于能量和水汽的輸送至關(guān)重要，同時(shí)也有利于中低空的垂直風(fēng)切變的產(chǎn)生。

圖1 (a)2015年10月4日(藍(lán)色點(diǎn))和2018年6月8日(紫色點(diǎn))兩次龍卷對(duì)應(yīng)的中氣旋的路徑；(b)龍卷與臺(tái)風(fēng)“艾云尼”位置示意；(c)龍卷與臺(tái)風(fēng)“彩虹”位置示意Fig.1 (a)Mesocyclone tracks of tornadoes on October 4，2015(blue circles)and June 8 2018(purple circles); (b) the location of thetornado corresponds with typhoon “Mujigate” ;(b) the location of the tornado corresponds with typhoon “Ewiniar”

1804號(hào)臺(tái)風(fēng)“艾云尼”(熱帶風(fēng)暴級(jí))于2018年6月7日20時(shí)30分在陽江海陵島再次登陸，之后繼續(xù)北移，8日01時(shí)前后到達(dá)陽江大八鎮(zhèn)，中心風(fēng)力20 m·s-1，此時(shí)在南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)附近有氣旋性渦旋生成，并向北發(fā)展，01時(shí)30分前后廣州南沙橫瀝鎮(zhèn)發(fā)生龍卷(圖1b)，龍卷位于臺(tái)風(fēng)中心移動(dòng)方向右前側(cè)大約180 km處，與常規(guī)認(rèn)識(shí)中的臺(tái)風(fēng)外圍龍卷形成區(qū)域存在差異。2018年6月7日20時(shí)，副熱帶高壓強(qiáng)度偏弱，主體位置偏東，脊線位于25°N。珠三角地區(qū)處于副熱帶高壓西南緣的偏南氣流與臺(tái)風(fēng)“艾云尼”在外圍東側(cè)的偏南氣流的輻合區(qū)中，其上空925 hPa、850 hPa、700 hPa、500 hPa各層次依然存在均存在明顯的東南風(fēng)或偏南風(fēng)，其中850 hPa和500 hPa風(fēng)速分別達(dá)到13.2 m·s-1和15.9 m·s-1(圖2c、d)，即低層850 hPa也達(dá)到了急流強(qiáng)度。南沙區(qū)域地面自動(dòng)站存在較弱的風(fēng)速輻合區(qū)(圖略)，200 hPa高層亦存在弱的輻散(圖略)，輻散度為0.74×10-5s-2。

圖2 “彩虹”(a、b)和 “艾云尼”(c、d)臺(tái)風(fēng)龍卷發(fā)生時(shí)500 hPa和850 hPa風(fēng)場分布特征(單位：m·s-1)：(a、c)500 hPa; (b、d)850 hPaFig.2 The 500 hPa and 850 hPa wind when the tornado occur corresponding with (a，b) the typhoon “Mujigate” and (c，d) the typhoon “Ewiniar”(unit：m·s-1)：(a,c)500 hPa; (b,d)850 hPa

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩次龍卷均出現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向的右前象限，龍卷發(fā)生時(shí)，臺(tái)風(fēng)均處于登陸后的減弱階段，強(qiáng)度維持熱帶風(fēng)暴量級(jí)或以上，兩次臺(tái)風(fēng)龍卷發(fā)生時(shí)的大尺度環(huán)流背景非常相近；龍卷發(fā)生地與臺(tái)風(fēng)中心相距180～390 km，說明非臺(tái)風(fēng)的外圍孕育地帶依然可能會(huì)出現(xiàn)龍卷。低層都存在強(qiáng)的東南和偏南急流匯合區(qū)，低空急流風(fēng)速在13 m·s-1以上，地面自動(dòng)站均存在風(fēng)速輻合區(qū)，高層200 hPa存在高空輻散區(qū)，龍卷發(fā)生在中低空急流、低層輻合與高層輻散交匯處附近。

2.2 環(huán)境參數(shù)對(duì)比

McCual[13]總結(jié)了有利于熱帶氣旋外圍環(huán)流下龍卷發(fā)生的環(huán)境影響因子及其閾值(表1)，Schneider, et al[14]將其應(yīng)用于個(gè)例分析并發(fā)現(xiàn)具有較高的參考價(jià)值。利用ECMWF再分析場資料，分別對(duì)比兩次龍卷發(fā)生前的影響因子及其閾值，其中“彩虹”龍卷過程取2015年10月4日14時(shí)，“艾云尼”龍卷過程取2018年6月8日20時(shí)。涉及的主要影響因子含義及計(jì)算方法如下：

對(duì)流有效位能(Convective Available Potential Energy, CAPE)是指氣塊上升過程中所有因溫度差異形成的正浮力對(duì)氣塊所做的功。計(jì)算公式為：

(1)

其中：ZLFC為自由對(duì)流高度；ZEL為平衡高度；Tvp為氣塊的虛溫；Tve為環(huán)境的虛溫。

垂直風(fēng)切變，指風(fēng)的垂直方向上的變化，本文計(jì)算了0～1 km、0～3 km、0～6 km，公式為:

(2)

其中：ΔV為上下層的風(fēng)速差，

(3)

其中：v1和v2分別表示兩層等壓面上的經(jīng)向風(fēng)速；u1和u2分別表示兩層等壓面上的緯向風(fēng)速；ΔZ為上下層的高度差。

粗里查遜數(shù)BRi，反映垂直風(fēng)切變與靜力不穩(wěn)定兩者之間的某種平衡關(guān)系。公式為：

(4)

其中：u和v取為0～6 km的密度加權(quán)風(fēng)與0～500 m近地面層平均風(fēng)之間的風(fēng)速差值的兩個(gè)分量。

風(fēng)暴相對(duì)螺旋度(Storm Relative Helicity, SRH)，指在一定厚度層的大氣中，風(fēng)暴相對(duì)氣流與環(huán)境水平渦度的點(diǎn)積，是螺旋度的簡化形式。在強(qiáng)風(fēng)暴發(fā)生前，渦度的垂直分量一般比風(fēng)的垂直切變小一個(gè)量級(jí)以上；在強(qiáng)天氣發(fā)生之前，垂直速度本身及其在水平方向上的變化不大。 公式為：

(ui-cx)(vi+1-cy)]dz,

(5)

其中：vi、ui分別為Vi環(huán)境風(fēng)矢量在x、y方向的分量；Cxy為風(fēng)暴移動(dòng)速度，本文取為850 hPa和500 hPa之間的平均風(fēng)；z為風(fēng)暴入流厚度，通常取z=3 km；i表示自下向上的分層序號(hào)，i=1，2，3 …N-1，N，本文中N取1 000 hPa到200 hPa，共10層。

抬升指數(shù)(Lifting Index，LI)，是一種表示對(duì)流性不穩(wěn)定的指數(shù)，指地表氣塊絕熱上升至500 hPa時(shí)與環(huán)境的溫度差，公式為：

LI=T500-T＇suf。

(6)

其中：T500為500 hPa的環(huán)境溫度；T＇suf為地表空氣塊絕熱抬升至500 hPa時(shí)的溫度。

兩次龍卷發(fā)生的具體位置，都是在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向0°～120°范圍的高威脅區(qū)內(nèi)。龍卷發(fā)生前，CAPE分別為1 294.6 J·kg-1和506.3 J·kg-1(表1)，兩者都超過了熱帶氣旋外圍環(huán)流衍生龍卷的高威脅區(qū)500 J·kg-1的閾值，但相比臺(tái)風(fēng)“彩虹”過程CAPE要大的多；SRH是衡量風(fēng)暴旋轉(zhuǎn)潛勢的重要指標(biāo)，也是超級(jí)單體出現(xiàn)的重要指標(biāo)[15]，從表1可以看出，兩次龍卷過程，SRH接近高威脅區(qū)閾值的3倍，有利于超級(jí)單體的發(fā)生；除此以外，臺(tái)風(fēng)“彩虹”過程發(fā)生龍卷時(shí)，除了粗里查遜數(shù)BRi外，其他因子都達(dá)到了高威脅區(qū)的條件，相比之下，臺(tái)風(fēng)“艾云尼”過程發(fā)生龍卷時(shí)，0～3 km風(fēng)切變和850 hPa風(fēng)速這兩項(xiàng)重要因子均未達(dá)到高威脅區(qū)的條件，抬升指數(shù)LI也明顯小于臺(tái)風(fēng)“彩虹”過程，這也進(jìn)一步說明了臺(tái)風(fēng)“艾云尼”過程發(fā)生的龍卷要明顯弱于臺(tái)風(fēng)“彩虹”過程的原因。除了McCual[13]提到的9個(gè)影響因子以外，判斷龍卷潛勢的另外兩個(gè)重要對(duì)流參數(shù)分別是LCL和0～1 km低層垂直風(fēng)切變；較低的LCL導(dǎo)致對(duì)流抑制很弱，有利于風(fēng)暴單體強(qiáng)度的維持，進(jìn)而有利于超級(jí)單體的發(fā)生，兩次龍卷發(fā)生前夕，LCL分別為330和272 m，均較低，0～1 km低層垂直風(fēng)切變(圖3)分別為12.4 ×10-3s-1和7.58 ×10-3·s-1，分別超過了Thompson,et al[16]統(tǒng)計(jì)的EF2級(jí)以上龍卷平均值為9.50×10-3s-1、下限為5.50×10-3s-1，可見，中低層的強(qiáng)切變是龍卷的形成重要條件之一，切變強(qiáng)度越強(qiáng)，發(fā)生龍卷的強(qiáng)度也越強(qiáng)。

表1 有利于熱帶氣旋外圍環(huán)流下龍卷發(fā)生的環(huán)境影響因子的閾值和番禺、南沙的環(huán)境條件Table 1 Threshold of environmental factors in favor of happening of tornados in outside-region of typhoon and environmental conditions of Panyu and Nansha

圖3 “彩虹”臺(tái)風(fēng)(a)和“艾云尼”臺(tái)風(fēng)(b)龍卷發(fā)生時(shí)0～1 km垂直風(fēng)切變對(duì)比(單位：m·s-1)Fig.3 The wind shear between 0-1 km when the tornado occur corresponding with (a) the typhoon “Mujigate” and (b) the typhoon “Ewiniar”(unit：m·s-1)

綜上，兩次龍卷發(fā)生的環(huán)流背景與黃先香等[12]研究結(jié)果相近，兩次過程都是發(fā)生在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向0°～120°范圍的高威脅區(qū)內(nèi)，大氣熱力不穩(wěn)定顯著，中低層急流明顯，垂直風(fēng)切變較強(qiáng)，LCL較低，熱力和動(dòng)力條件有利于龍卷生成。且由于發(fā)生龍卷時(shí)，臺(tái)風(fēng)“彩虹”強(qiáng)度明顯強(qiáng)于臺(tái)風(fēng)“艾云尼”，“彩虹”外圍所產(chǎn)生的多項(xiàng)環(huán)境影響條件相對(duì)要強(qiáng)于“艾云尼”，進(jìn)而引發(fā)的龍卷強(qiáng)度要大于“艾云尼”。

2.3 路徑相似臺(tái)風(fēng)的大尺度形勢和環(huán)境參數(shù)對(duì)比

為了進(jìn)一步說明大尺度形勢背景和環(huán)境參數(shù)對(duì)臺(tái)風(fēng)外圍衍生龍卷的影響，本文挑選了2017年8月27日臺(tái)風(fēng)“帕卡”作為對(duì)比分析對(duì)象，“帕卡”的路徑和強(qiáng)度介于“彩虹”和“艾云尼”之間，于8月27日09時(shí)前后在江門臺(tái)山以臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度(中心風(fēng)力33 m·s-1)登陸，隨后向西北移動(dòng)，14時(shí)減弱為熱帶風(fēng)暴(中心風(fēng)力23 m·s-1)(圖4a)，從登陸到遠(yuǎn)離減弱，“帕卡”給廣州帶來明顯的大風(fēng)降雨，但珠三角并未有龍卷發(fā)生。針對(duì)臺(tái)風(fēng)“帕卡”再度計(jì)算了27日14時(shí)前后番禺與南沙交界附近的環(huán)境影響因子(表2)，由于“帕卡”位于強(qiáng)盛的副熱帶高壓邊緣的西南側(cè)，導(dǎo)致500 hPa和850 hPa風(fēng)速都較大，分別達(dá)到了17.2 m·s-1和18.9 m·s-1(圖4b)，但從表2可以看出，此次過程抬升凝結(jié)高度為632 m，較前兩次過程明顯偏高；0～3 km風(fēng)矢量差僅1.6 m·s-1， 0～1 km SRH為0.4 m2·s-2，LI僅為0.25，CAPE為52.9 J·kg-1，粗里查遜數(shù)BRi為3.4，這些對(duì)龍卷觸發(fā)有重要影響的因子均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于發(fā)生龍卷的閾值，由此可見，臺(tái)風(fēng)外圍龍卷的發(fā)生僅僅是中低層存在急流還不夠，需要在低層垂直風(fēng)切變、LI、SRH等多個(gè)有利于龍卷發(fā)生的環(huán)境影響因子下滿足條件下才可發(fā)生。

圖4 (a)臺(tái)風(fēng) “帕卡”路徑示意；8月27日14時(shí)(b)500 hPa和(c)850 hPa風(fēng)場分布特征(單位：m·s-1)Fig.4 (a)The path of the typhoon“ Pakhar”; the (b)500 hPa and (c) 850 hPa wind corresponding with the typhoon “ Pakhar” at 14∶00 BST on 27 August

表2 2017年8月27日14時(shí)番禺與南沙交界(22.9 °N，113.47 °E)處各重要影響因子Table 2 Environmental factors in favor of happening of tornados in outside-region of typhoon at border of Panyu and Nansha at 14∶00 BST on August 27 2017

3 龍卷的雷達(dá)回波特征

廣州多普勒雷達(dá)站位于番禺區(qū)，兩次龍卷過程均發(fā)生在雷達(dá)站50 km的范圍內(nèi)，有利于對(duì)龍卷發(fā)生時(shí)低層中氣旋的探測和分析。

3.1 雷達(dá)回波強(qiáng)度特征分析

2015年10月4日16時(shí)12分，受臺(tái)風(fēng)“彩虹”外圍螺旋環(huán)流影響，番禺南部到南沙出現(xiàn)一條西北—東南走向帶狀回波；16時(shí)36分雷達(dá)反射率因子回波上顯示有弓狀結(jié)構(gòu)(圖5a)，龍卷發(fā)生區(qū)域最強(qiáng)的反射率為57 dBZ，但鉤狀回波并不明顯，隨后回波繼續(xù)發(fā)展，16時(shí)42分弓狀區(qū)域弧度增大，1.5°仰角上出現(xiàn)弱的前側(cè)V型缺口，表明存在較強(qiáng)的入流氣流，有利于強(qiáng)單體風(fēng)暴的出現(xiàn)，最強(qiáng)反射率增大到62 dBZ，位于弓狀結(jié)構(gòu)頂端，這種結(jié)構(gòu)特征一直維持到17時(shí)12分才逐漸消散，弓狀回波以及前側(cè)V型缺口的出現(xiàn)，是超級(jí)雷暴單體的重要特征之一，超級(jí)雷暴單體又是龍卷出現(xiàn)的重要參考指標(biāo)之一；但由于距離廣州雷達(dá)較近，從強(qiáng)度剖面看(圖略)，垂直方向的懸垂結(jié)構(gòu)并不明顯。

對(duì)于“艾云尼”臺(tái)風(fēng)龍卷過程，受其外圍環(huán)流影響，2018年6月8日01時(shí)前后，在江門到佛山一帶以及中山到珠海均出現(xiàn)一條螺旋雨帶，但弓狀不明顯，最強(qiáng)反射率因子在55 dBZ；01時(shí)24分，中山到珠海的螺旋雨帶向北移至番禺、南沙附近，最強(qiáng)反射率因子達(dá)到59 dBZ，0.5°仰角出現(xiàn)弱的鉤狀回波(圖5b)，01時(shí)30分鉤狀回波進(jìn)一步區(qū)域明顯，1時(shí)36分鉤狀結(jié)構(gòu)維持，但到01時(shí)42分，鉤狀結(jié)構(gòu)開始填塞，龍卷開始減弱消散；從強(qiáng)度剖面看(圖略)，垂直方向上亦無明顯的懸垂結(jié)構(gòu)。

圖5 “彩虹”臺(tái)風(fēng)(a)和“艾云尼”臺(tái)風(fēng)(b)龍卷發(fā)生時(shí)雷達(dá)反射率因子特征對(duì)比(單位：dBZ)Fig.5 The characteristic of radar reflectivity when the tornado occur corresponding with (a) the typhoon “Mujigate” and (b) the typhoon “Ewiniar”(unit: dBZ)

3.2 徑向速度演變及中氣旋特征

臺(tái)風(fēng)“彩虹”影響期間，龍卷過程發(fā)生時(shí)(16時(shí)36分，圖6a)，0.5°和1.5°、2.4°這3個(gè)仰角能探測到有弱的速度對(duì)存在，其中負(fù)速度的一側(cè)還出現(xiàn)了明顯的速度模糊，1.5°仰角上速度差為14 m·s-1，此時(shí)還未達(dá)到中氣旋級(jí)別。表3給出了“彩虹”龍卷過程風(fēng)暴單體的變化特征，此時(shí)風(fēng)暴單體特征底高430 m；隨著風(fēng)暴的進(jìn)一步北移發(fā)展，16時(shí)48分速度差繼續(xù)增大(圖6b)，0.5°、1.5°和2.4°這3個(gè)仰角均出現(xiàn)了明顯的速度對(duì)，1.5°仰角上速度差為17 m·s-1，達(dá)到了弱中氣旋的標(biāo)準(zhǔn)，特征底高進(jìn)一步下降至300 m；17時(shí)(圖6c)，1.5°仰角中心旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)一步增強(qiáng)至20.5 m·s-1，此時(shí)達(dá)到了中等強(qiáng)度中氣旋的標(biāo)準(zhǔn)，特征底高最低下降至220 m；17時(shí)12分速度對(duì)已不明顯(圖略)。從16時(shí)36分開始發(fā)展至17時(shí)12分結(jié)束，本次中氣旋持續(xù)大約36 min，達(dá)到中等強(qiáng)度，垂直伸展高度比較低，對(duì)龍卷的生成有較明顯的指示作用。

表3 兩次臺(tái)風(fēng)外圍龍卷過程的中氣旋特征Table 3 Characteristics of the mesocyclone about two tornadosin outside-region of typhoon

圖6 “彩虹”臺(tái)風(fēng)龍卷發(fā)生時(shí)雷達(dá)速度(黑色橢圓圈內(nèi)為速度對(duì)所在區(qū)域)：(a)16∶36：0.5°、1.5°、2.4°；(b)16∶48：0.5°、1.5°、2.4°；(c)17∶00：0.5°、1.5°、2.4°Fig.6 The images of radar velocity when the tornado occur corresponding with the typhoon “Mujigate”(the region of black ellipse islocation of speed pair):(a)16∶36 BST：0.5°，1.5°，2.4°；(b)16∶48 BST：0.5°，1.5°，2.4°；(c)17∶00 BST：0.5°，1.5°，2.4°

對(duì)“艾云尼”臺(tái)風(fēng)龍卷過程，龍卷發(fā)生前(01時(shí)12分，圖7a)，0.5°、1.5°、2.4°3個(gè)仰角上能探測到有弱的速度對(duì)存在，其中1.5°仰角上速度差為13 m·s-1；表3顯示此時(shí)風(fēng)暴單體特征底高760 m；隨著風(fēng)暴的進(jìn)一步北移發(fā)展，01時(shí)24分(圖7b)，速度差繼續(xù)增大，1.5°仰角上速度差最大達(dá)到15.5 m·s-1，但依然未達(dá)到中氣旋的標(biāo)準(zhǔn)，特征底高進(jìn)一步下降至640 m；01時(shí)30分強(qiáng)度維持，01時(shí)36分起(圖7c)，1.5°仰角上速度差下降至14 m·s-1，特征底高最低下降至530 m；到01時(shí)42分，速度對(duì)進(jìn)一步減弱，龍卷減弱消失，此次龍卷過程從開始到結(jié)束速度對(duì)始終未能達(dá)到中氣旋級(jí)別。

圖7 “艾云尼”臺(tái)風(fēng)龍卷發(fā)生時(shí)雷達(dá)速度(黑色橢圓圈內(nèi)為速度對(duì)所在區(qū)域):(a)01∶12：0.5°、1.5°、2.4°；(b)01∶24：0.5°、1.5°、2.4°；(c)01∶36：0.5°、1.5°、2.4°Fig.7 The images of radar velocity when the tornado occurs corresponding with the typhoon “Ewiniar” (the region of black ellipse islocation of speed pair): (a)01∶12 BST：0.5°，1.5°，2.4°；(b)01∶24 BST：0.5°，1.5°，2.4°；(c)01∶36 BST：0.5°，1.5°，2.4°

4 結(jié)論

通過對(duì)發(fā)生在廣州的兩個(gè)臺(tái)風(fēng)外圍龍卷的環(huán)境背景場、有利于龍卷發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)境因子以及雷達(dá)探測資料等分析，并挑選了一個(gè)未發(fā)生龍卷的臺(tái)風(fēng)做對(duì)比，結(jié)論如下：

(1)兩次臺(tái)風(fēng)龍卷均發(fā)生在臺(tái)風(fēng)登陸后前進(jìn)方向右前側(cè)的外圍螺旋雨帶中，且都在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向0°～120°范圍的高威脅區(qū)內(nèi)。中低空急流明顯、低層輻合、高層輻散在珠江三角洲地區(qū)疊加是產(chǎn)生龍卷的有利天氣背景。兩者差異在于臺(tái)風(fēng)“彩虹”強(qiáng)度明顯強(qiáng)于臺(tái)風(fēng)“艾云尼”，其外圍的低空急流強(qiáng)度更強(qiáng)，高空輻散更加明顯。

(2)產(chǎn)生龍卷的臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)境影響因子均表現(xiàn)為CAPE較大、低層風(fēng)速較大、垂直風(fēng)切變較強(qiáng)、LCL較低、LI較小、粗里查遜數(shù)BRi適中且SRH較大。相對(duì)來說“彩虹”龍卷過程在CAPE、0～1 km、0～3 km風(fēng)切變，850 hPa風(fēng)速及LI等重要指數(shù)均高于“艾云尼”龍卷過程，即有利于龍卷發(fā)生的環(huán)境條件更強(qiáng)，易發(fā)生更強(qiáng)的龍卷；另外，臺(tái)風(fēng)“帕卡”的分析進(jìn)一步說明，龍卷的發(fā)生僅僅是中低層存在急流還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需在低層垂直風(fēng)切變、LI、SRH等多個(gè)有利于龍卷發(fā)生的環(huán)境影響因子下滿足條件下才可能發(fā)生。

(3)雷達(dá)反射率均存在部分超級(jí)單體特征，最強(qiáng)反射率均達(dá)到59 dBZ及以上，且低仰角都存在明顯的速度對(duì)，但強(qiáng)度剖面顯示垂直方向上均無明顯的懸垂結(jié)構(gòu)。其中“彩虹”龍卷過程中強(qiáng)回波具有明顯的弓狀結(jié)構(gòu)，并出現(xiàn)弱的前側(cè)V型缺口，徑向速度上顯示低層有中等中氣旋，發(fā)展高度較低；“艾云尼”龍卷過程強(qiáng)回波則具有明顯的鉤狀回波結(jié)構(gòu)，但速度對(duì)強(qiáng)度未達(dá)到中氣旋標(biāo)準(zhǔn)。

(4)通過對(duì)比分析龍卷的環(huán)境特征以及雷達(dá)特征，能夠發(fā)現(xiàn)龍卷出現(xiàn)時(shí)的一些相似之處，尤其是在大尺度天氣背景及環(huán)境條件有利時(shí)，當(dāng)中等或以上強(qiáng)度中氣旋底高擴(kuò)展到1 km以下，則可發(fā)布臨近龍卷警報(bào)[10]，但對(duì)于類似“艾云尼”龍卷過程，中氣旋特征較弱，環(huán)境條件也相對(duì)局限，提前發(fā)布龍卷警報(bào)可能性較小。