賈旭軒 李得勤 馮呈呈 張立鵬

(1.大連市氣象臺(tái)，遼寧 大連 116001；2.中國(guó)氣象局沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

引言

龍卷是一種伴隨著高速旋轉(zhuǎn)漏斗狀云柱的強(qiáng)風(fēng)渦旋，也是最猛烈的強(qiáng)對(duì)流天氣，其產(chǎn)生的最大地面風(fēng)速可達(dá)140 m·s-1，破壞力巨大，經(jīng)過(guò)之處造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。美國(guó)由于龍卷頻發(fā)，相關(guān)研究也比較早，在20世紀(jì)60—70年代，一些研究人員就開始結(jié)合地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、龍卷圖片以及龍卷災(zāi)情對(duì)龍卷展開了大量研究工作[1-2]。為了更好地研究龍卷，科研工作者設(shè)計(jì)了大量的觀測(cè)設(shè)備，1996年成功地觀測(cè)到了龍卷內(nèi)部的溫、壓、風(fēng)、濕數(shù)據(jù)[3]，對(duì)龍卷鉤狀回波和內(nèi)部熱力動(dòng)力結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

中國(guó)也是受龍卷影響較多的國(guó)家之一。隨著中國(guó)新一代多普勒天氣雷達(dá)完成布網(wǎng),對(duì)中、小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)方面的研究提供了有力支撐，龍卷的研究有了較大的進(jìn)展，深入分析了龍卷的活動(dòng)規(guī)律、天氣尺度背景、中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的特征[4-5]。從空間分布來(lái)看，龍卷主要發(fā)生在中國(guó)東北、東部沿海和南部(海南、廣東、廣西和云南)等地。中國(guó)東北地區(qū)的龍卷多發(fā)生在東北冷渦背景下，直接影響系統(tǒng)為冷渦南側(cè)次天氣尺度短波槽，且常出現(xiàn)在槽區(qū)或前傾槽后；較之夏季中國(guó)江淮流域和華南龍卷，中國(guó)東北龍卷環(huán)境溫度直減率較大；低層水汽含量及濕層厚度與江淮及華南龍卷相比顯著偏低[6-7]。俞小鼎等[8]應(yīng)用合肥新一代多普勒天氣雷達(dá)對(duì)2003年7月8日安徽省無(wú)為市的龍卷進(jìn)行了分析，提出雷達(dá)反射率因子呈現(xiàn)出超級(jí)單體的特征：低層弱回波區(qū)和中高層回波懸垂結(jié)構(gòu)，這也是中國(guó)第一次探測(cè)到龍卷過(guò)程中多普勒天氣雷達(dá)回波的演變情況。此后，有氣象工作者[9-12]對(duì)中國(guó)出現(xiàn)的龍卷進(jìn)行了分析。孫繼松等[13]提出了對(duì)流風(fēng)暴的組織結(jié)構(gòu)和強(qiáng)弱及單體生存時(shí)間的關(guān)鍵因子是垂直風(fēng)切變，強(qiáng)的垂直風(fēng)切變破壞了雷暴的自毀機(jī)制，使對(duì)流得以較長(zhǎng)時(shí)間地維持和發(fā)展，在對(duì)流風(fēng)暴的形成、傳播和分裂過(guò)程中起關(guān)鍵作用。張小玲等[14]對(duì)2016年6月23日發(fā)生在梅雨期地面暖鋒南側(cè)的罕見EF4級(jí)阜寧龍卷進(jìn)行了天氣學(xué)分析。EF4級(jí)的龍卷比較罕見，即便在龍卷高發(fā)地美國(guó)發(fā)生概率也極低，僅占1%，但67%的人員死亡由這類龍卷造成[15-17]。開原強(qiáng)龍卷是遼寧記錄到的第一個(gè)EF4級(jí)龍卷，觀測(cè)資料均比較完整。本文分析了開原強(qiáng)龍卷衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波的演變過(guò)程，為氣象工作者進(jìn)一步了解和研究開原強(qiáng)龍卷提供參考。

1 資料與方法

使用2019年7月3日16:00—18:00的氣象資料， 歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心再分析資料，空間格距為0.125°×0.125°，時(shí)間間隔為1 h。地面加密觀測(cè)資料，時(shí)間間隔為5 min。沈陽(yáng)SC天氣雷達(dá)資料，時(shí)間間隔為6 min?？?號(hào)(Himawari-8)衛(wèi)星資料，水平分辨率為1 km，時(shí)間間隔為10 min。利用再分析資料和地面自動(dòng)站觀測(cè)資料，從天氣學(xué)角度分析了開原龍卷發(fā)生的大氣環(huán)流形勢(shì)、地面要素變化及大氣層結(jié)特征。使用葵花8號(hào)衛(wèi)星資料和沈陽(yáng)天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)分析了開原龍卷發(fā)生期間衛(wèi)星云圖和雷達(dá)回波的演變特征。

2 結(jié)果分析

2.1 龍卷概況

2019年7月3日遼寧北部、吉林部分地區(qū)受東北冷渦影響出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，遼寧鐵嶺開原遭受龍卷災(zāi)害，造成6人死亡、190多人受傷。張濤等[18]調(diào)查確認(rèn)開原龍卷于7月3日17:15在鐵嶺開原市金鉤子鎮(zhèn)金英村北約1 km處形成，向南移動(dòng),先后影響了金英村、開原工業(yè)區(qū)北園(近距離擦過(guò)開原亨泰精細(xì)化工廠儲(chǔ)物罐)、“馨萱蘭苑”小區(qū)、義和村、“尚品銘城”小區(qū)、開原工業(yè)園南區(qū)、瓜臺(tái)子村，擦過(guò)榆樹堡村，17:47左右消散(圖1)。全程約14 km，歷時(shí)約30 min，移動(dòng)速度約40 km·h-1，觸地毀損寬度200—400 m，嚴(yán)重毀損寬度50—100 m。由于開原強(qiáng)龍卷的直徑遠(yuǎn)小于開原地區(qū)自動(dòng)氣象觀測(cè)站的間隔距離，所以在龍卷發(fā)生期間沒有觀測(cè)到較大的地面風(fēng)。中國(guó)在2019年8月1日頒布了氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《龍卷強(qiáng)度等級(jí)》(QX/T 478—2019)，用于龍卷強(qiáng)度的判定，在標(biāo)準(zhǔn)中提供了美國(guó)EF-Scale等級(jí)與中國(guó)龍卷強(qiáng)度等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開原龍卷為最強(qiáng)等級(jí)、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)四級(jí)(相當(dāng)于美國(guó)EF4級(jí))。

圖1 2019年7月3日遼寧省開原龍卷移動(dòng)路徑示意圖及部分點(diǎn)的受災(zāi)時(shí)間

2.2 天氣背景分析

2019年7月3日開原強(qiáng)龍卷天氣過(guò)程的大尺度影響系統(tǒng)是東北冷渦。3日17:00，500 hPa東北冷渦中心位于黑龍江中部地區(qū)(圖2a)，龍卷發(fā)生地位于冷渦底部。在850 hPa高度上，龍卷發(fā)生地為偏西風(fēng)、暖平流，吉林西部為偏北風(fēng)、冷平流，暖舌向偏東方向伸至冷渦底后部下方(圖2b)，切變線位于內(nèi)蒙古與遼寧交界至吉林中部。遼寧北部處于冷、暖平流交匯處，500 hPa冷渦后部向下的冷空氣覆蓋在850 hPa暖平流上，形成了低層暖高層冷的配置結(jié)構(gòu)。強(qiáng)烈的冷暖交匯,在遼寧北部形成了強(qiáng)烈不穩(wěn)定區(qū)域。

圖a黑色實(shí)線為位勢(shì)高度，單位為dagpm，填色為水汽云圖;圖b黑色實(shí)線為溫度，單位為℃，●為龍卷發(fā)生地

將2019年7月3日開原強(qiáng)龍卷的路徑與5 min地面氣象自動(dòng)觀測(cè)風(fēng)、溫度、降水分布疊加后發(fā)現(xiàn)，龍卷出現(xiàn)之前，16:00龍卷初生地附近大部分觀測(cè)站溫度均為29—30 ℃。16:30龍卷初生地東側(cè)出現(xiàn)弱降水，溫度降至27—28 ℃，東西兩側(cè)形成了2 ℃的溫度差。17:00初生地東側(cè)開原金溝子(L7556)氣象觀測(cè)站30 min降水9 mm，溫度降至24 ℃，開原老城鎮(zhèn)(L7561)30 min降水0.1 mm，溫度降至26 ℃，分別比初生地西側(cè)開原八寶(L7563)溫度低，存在3—5 ℃的溫度差。在17:15龍卷生成時(shí)(圖3a)，開原金溝子(L7556)15 min降水2 mm，溫度降至23 ℃，開原老城鎮(zhèn)(L7561)15 min降水0.2 mm，溫度降至24 ℃，分別比初生地西側(cè)開原八寶(L7563)溫度低，溫差6—7 ℃。龍卷強(qiáng)度達(dá)到EF4級(jí)時(shí)，17:35(圖3b)龍卷移動(dòng)路徑東側(cè)開原清河張湘(L7593)35 min降水20 mm，溫度19 ℃，西側(cè)開原業(yè)民鎮(zhèn)(L7569)無(wú)降水，溫度30 ℃，兩側(cè)溫度差11 ℃，比初生時(shí)大5 ℃。龍卷消失后其移動(dòng)路徑西側(cè)也開始出現(xiàn)降水，溫度下降，兩側(cè)溫度差減小。從溫度和降水的變化過(guò)程可以看到，龍卷發(fā)生前東西兩側(cè)地面溫度差約為2—5 ℃。龍卷生成后，強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在龍卷移動(dòng)路徑的東側(cè)，在下沉氣流的作用下，東側(cè)存在明顯的地面冷池，東西兩側(cè)溫度差最大達(dá)11 ℃。鄭永光等[19]指出開原強(qiáng)龍卷期間的地面冷池，在初生階段，是有利于龍卷形成的近地面機(jī)制，消亡階段，溫差超過(guò)7 ℃，冷池抑制了近地面垂直渦度維持。張晰瑩等[9]也提到過(guò)龍卷初生時(shí)地面溫度梯度大的分布特征。地面冷池所產(chǎn)生的斜壓區(qū)域?qū)埦砩捎兄匾绊慬20-22]。由于地面自動(dòng)氣象觀測(cè)站間隔距離較大，龍卷路徑位于觀測(cè)站間隙處，地面風(fēng)場(chǎng)并未監(jiān)測(cè)到大風(fēng)，龍卷路徑兩側(cè)附近觀測(cè)站風(fēng)速均在10 m·s-1以下(圖3)。

圖中帶●的黑色實(shí)線為龍卷移動(dòng)路徑，點(diǎn)上方標(biāo)值為累積降水，下方標(biāo)值為溫度，一個(gè)風(fēng)羽為4 m·s-1

探空?qǐng)D是分析大氣層結(jié)的重要工具，Thompson等[23]統(tǒng)計(jì)分析美國(guó)龍卷風(fēng)數(shù)據(jù)后，得到產(chǎn)生強(qiáng)龍卷0—6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?8—31 m·s-1，0—1 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.5—15.5 m·s-1，抬升凝結(jié)高度為751—1322 m，對(duì)流有效位能(CAPE)為1084—3646 J·kg-1，風(fēng)暴相對(duì)螺旋度(SRH)為60—282 m2·s-2。根據(jù)ERA5再分析資料，計(jì)算了2019年7月3日17:00開原龍卷初生地的大氣層結(jié)特征值，如圖4所示，大氣層結(jié)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，0—6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?2.8 m·s-1，0—1 km垂直風(fēng)切變?yōu)?.6 m·s-1，抬升凝結(jié)高度為922 m，CAPE為2321 J·kg-1，0—1 km SRH為103.2 m2·s-2，各物理量參數(shù)均滿足Thompson等總結(jié)的美國(guó)強(qiáng)龍卷指標(biāo)。與2016年6月23日江蘇阜寧EF4級(jí)龍卷相比[14]，0—1 km風(fēng)切變和阜寧的8 m·s-1相近，0—6 km風(fēng)切變比阜寧的27 m·s-1弱，抬升凝結(jié)高度大于阜寧的240 m。

圖4 2019年7月3日17:00龍卷初生地探空?qǐng)D

2.3 衛(wèi)星云圖演變特征

在可見光云圖上，2019年7月3日龍卷生成前，開原市北部強(qiáng)對(duì)流天氣活動(dòng)頻繁，云團(tuán)自東向西呈直線排列(圖5a)，對(duì)流云團(tuán)C的西側(cè)有多個(gè)新生的中γ對(duì)流云團(tuán)，東側(cè)的對(duì)流云團(tuán)正處于發(fā)展階段。16:50對(duì)流云團(tuán)C和其東側(cè)的云團(tuán)都增強(qiáng)，云團(tuán)C面積增大，東側(cè)云團(tuán)出現(xiàn)上沖云頂(圖5b)。對(duì)流云團(tuán)C繼續(xù)增強(qiáng)出現(xiàn)上沖云頂(圖5c)，邊界更加清晰，其東側(cè)云團(tuán)減弱，上沖云頂消失。此時(shí)龍卷還沒有形成，對(duì)流云團(tuán)C正處于發(fā)展階段。

圖5 2019年7月3日16:40(a)、16:50(b)、17:00(c)葵花8可見光云圖

2019年7月3日17:10對(duì)流云團(tuán)C進(jìn)一步增強(qiáng)，上沖云頂存在明顯的陰影，云砧呈現(xiàn)出偏心結(jié)構(gòu)向南伸展，其西側(cè)有新生成的中γ對(duì)流云團(tuán)D1、D2(圖6a)。圖6b中對(duì)流云團(tuán)C的云砧結(jié)構(gòu)緊湊，水平尺度增大，其西側(cè)D1、D2云團(tuán)逐漸靠近云團(tuán)C。下一時(shí)次(圖6c)對(duì)流云團(tuán)C的上沖云頂陰影區(qū)更加明顯。17:40(圖6d)對(duì)流云團(tuán)C的云砧面積增大，其西側(cè)D1匯入云團(tuán)C中，但云團(tuán)C的上沖云頂陰影區(qū)比前一次減小。17:50(圖6e)對(duì)流云團(tuán)C的上沖云頂陰影區(qū)增大，其西側(cè)D2云團(tuán)靠近云團(tuán)C，云砧的邊界開始變模糊。18:00(圖6f)對(duì)流云團(tuán)C的上沖云頂陰影區(qū)消失，云砧結(jié)構(gòu)變松散。

圖6 2019年7月3日17:10(a)、17:20(b)、17:30(c)、17:40(d)、17:50(e)、18:00(f)葵花8號(hào)可見光云圖

從可見光圖像能夠看出，龍卷生成時(shí)，對(duì)流云團(tuán)云砧的水平尺度明顯增大，西側(cè)中γ尺度云團(tuán)開始靠近對(duì)流云團(tuán)C主體云系。發(fā)展階段，對(duì)流云團(tuán)發(fā)展最為劇烈的時(shí)期，上沖云頂?shù)年幱皡^(qū)明顯，結(jié)構(gòu)緊湊，西側(cè)有中γ尺度云團(tuán)匯入。消失階段，對(duì)流云團(tuán)云砧結(jié)構(gòu)首先變得松散，水平尺度變化不大。消失階段雖然也有云團(tuán)靠近，但云團(tuán)C的結(jié)構(gòu)松散，云砧邊界模糊。

水汽圖像上色調(diào)淺白的區(qū)域?yàn)閷?duì)流層上部的濕區(qū)，黑色的區(qū)域?yàn)榇髿庵械母蓞^(qū)。水汽圖像上的干濕邊界特征，對(duì)天氣系統(tǒng)的發(fā)展與否有明顯的指示意義。2019年7月3日17:30水汽云圖可見(圖2a)，開原強(qiáng)龍卷是一個(gè)典型的冷渦云型，呈氣旋性彎曲，尾部水汽圖像最白亮。冷渦中心位于吉林中部與黑龍江交界處，吉林中西部、黑龍江西部為干區(qū)，有干空氣入侵，龍卷發(fā)生地形成了明顯的水平梯度濕度場(chǎng)。500 hPa冷渦前呈疏散狀，有利于強(qiáng)對(duì)流云高空輻散抽吸作用以及大氣的垂直運(yùn)動(dòng)。垂直結(jié)構(gòu)上，850—500 hPa的比濕從9 g·kg-1減小到1 g·kg-1說(shuō)明存在著下濕上干的垂直結(jié)構(gòu)。從水汽通道(6.2 μm)與紅外通道(10.4 μm)上沖云頂亮溫變化上可以看出(圖7)，兩個(gè)通道亮溫的變化與可見光圖像上沖云頂?shù)淖兓恢?，?dāng)出現(xiàn)上沖云頂，亮溫降低；上沖云頂消失，亮溫也開始升高[24]。17:40亮溫升高，上沖云頂減弱，此時(shí)龍卷進(jìn)入消亡階段，17:50亮溫降低，上沖云頂增強(qiáng)，這與圖6d、圖6e中上沖云頂陰影區(qū)變化一致。

圖7 2019年7月3日17—18時(shí)開原龍卷上沖云頂亮溫時(shí)間變化

2.4 雷達(dá)回波演變特征

2.4.1 反射率因子

通過(guò)比較對(duì)流風(fēng)暴高、中、低層反射率因子的結(jié)構(gòu)，可判斷該對(duì)流風(fēng)暴是屬于強(qiáng)風(fēng)暴還是非強(qiáng)風(fēng)暴，而超級(jí)單體風(fēng)暴與其他強(qiáng)風(fēng)暴的本質(zhì)區(qū)別在于超級(jí)單體風(fēng)暴含有一個(gè)持久深厚的中氣旋[25-26]。利用沈陽(yáng)SC型多普勒天氣雷達(dá)資料分析開原強(qiáng)龍卷的雷達(dá)回波演變特征。2019年7月3日16:00在遼寧昌圖縣南部地區(qū)出現(xiàn)對(duì)流單體并不斷加強(qiáng)，形成多單體對(duì)流風(fēng)暴。16:27(圖8a)在多單體風(fēng)暴移動(dòng)方向的右后方出現(xiàn)了新單體(單體C)，回波中心初始高度8 km，最大反射率因子40 dBz，與普通對(duì)流單體初始回波高度1 km左右形成了鮮明的對(duì)比。該回波初始高度與脈沖風(fēng)暴比較類似，但從后期發(fā)展來(lái)看，該回波持續(xù)時(shí)間比脈沖風(fēng)暴長(zhǎng)，并最終出現(xiàn)了龍卷。16:32—16:38單體C繼續(xù)增強(qiáng)，各層均出現(xiàn)大于40 dBz的回波。16:49單體C低層反射率因子大值區(qū)位于中心，從反射率因子核心向各個(gè)方向的反射率因子梯度大致相同(圖8b)，剖面圖上(圖9a)中、低層強(qiáng)回波區(qū)位置幾乎重合，回波頂位于低層回波最強(qiáng)區(qū)域之上，此時(shí)單體C為多單體非強(qiáng)風(fēng)暴。

圖a為3.4°仰角，圖b至圖l為0.5°仰角，圖b、圖c、圖e、圖j紅色直線為圖9剖面位置

圖9 2019年7月3日16:49(a)、17:06(b)、17:17(c)和17:44(d)雷達(dá)反射率因子剖面

17:06和17:11(圖8c和圖8d)0.5°仰角單體C反射率因子梯度大值區(qū)出現(xiàn)偏心結(jié)構(gòu)，西側(cè)回波梯度大于東側(cè)。17:06垂直剖面圖上(圖9b)，回波大值中心逐漸向上發(fā)展，55 dBz以上的回波大值區(qū)在6 km處向低層入流側(cè)和弱回波區(qū)彎曲，回波頂部出現(xiàn)尖刺狀突出，此時(shí)單體C為多單體強(qiáng)風(fēng)暴。

17:17，0.5°仰角雷達(dá)反射率因子圖上出現(xiàn)了鉤狀回波(圖8e)，單體C的剖面圖上(圖9c)，回波頂向西移過(guò)低層反射率因子的高梯度區(qū)，位于有界弱回波區(qū)之上，有回波懸垂特征，此時(shí)單體C為超級(jí)單體風(fēng)暴，多單體風(fēng)暴中其他的單體都已減弱。17:22在龍卷超級(jí)單體C后側(cè)出現(xiàn)弱單體D(圖8f)，強(qiáng)度為40 dBz，高度為5 km。17:27(圖8g)單體D回波強(qiáng)度達(dá)到47 dBz，高度降低到3 km。17:33—17:44(圖8h、圖8i和圖8j)單體D與龍卷超級(jí)單體C合并，使得單體C增強(qiáng)。Lee等[27]研究指出，對(duì)流單體的合并對(duì)強(qiáng)對(duì)流的發(fā)展起著重要的作用。17:44單體C垂直剖面上(圖9d),中層回波懸垂反射率因子大于60 dBz，明顯比17:17回波懸垂強(qiáng)度大。17:39在單體C的西側(cè)又生成單體E，高度約5 km，強(qiáng)度42 dBz，并逐漸增強(qiáng)。17:50單體C在低層依然維持鉤狀回波(圖8k)，單體E發(fā)展成為非強(qiáng)單體風(fēng)暴，回波頂高5 km。17:55，0.5°仰角反射率因子鉤狀回波特征消失，單體E與單體C合并(圖8l)。18:01強(qiáng)回波中心高度降低，減弱后向南移動(dòng)(圖略)。

綜上所述，2019年7月3日開原龍卷是典型的超級(jí)單體龍卷，在龍卷發(fā)展的過(guò)程中，單體合并起到了重要作用。17:55雖然也發(fā)生了單體合并，但此時(shí)龍卷已消散，合并僅使得單體C的回波強(qiáng)度增強(qiáng)，最終回波繼續(xù)減弱消失。因此單體不同的發(fā)展階段，合并后風(fēng)暴發(fā)展也不同。

2.4.2 徑向速度

大部分中氣旋都伴有大風(fēng)、冰雹、龍卷等強(qiáng)對(duì)流天氣，但并不是每一個(gè)出現(xiàn)中氣旋的風(fēng)暴都與冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)應(yīng)，要將中氣旋與強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生相對(duì)應(yīng)，需要滿足中氣旋時(shí)間持續(xù)性的條件[28]。方翀和鄭媛媛[29]研究指出，持續(xù)時(shí)間在3個(gè)體掃以上的中氣旋與龍卷有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。開原強(qiáng)龍卷發(fā)生期間，中氣旋的持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3個(gè)體掃。16:38在1.5°仰角徑向速度圖上出現(xiàn)中氣旋，高度3 km，正速度為30 m·s-1，負(fù)速度為-15.5 m·s-1，旋轉(zhuǎn)速度為22.75 m·s-1，距離雷達(dá)87 km，該中氣旋為強(qiáng)中氣旋[25]，此時(shí)其他仰角無(wú)中氣旋特征。16:54中氣旋向上發(fā)展，2.4°仰角出現(xiàn)中氣旋，高度達(dá)到4 km。17:11，0.5°仰角上出現(xiàn)中氣旋，高度1 km，低層出現(xiàn)渦旋。龍卷發(fā)生期間，對(duì)流風(fēng)暴的中氣旋特征一直維持。單體合并后，17:44龍卷距離雷達(dá)75 km，0.5°仰角中氣旋正速度為26 m·s-1，負(fù)速度為-29 m·s-1，旋轉(zhuǎn)速度為27.5 m·s-1(圖10a)；1.5°仰角中氣旋正速度為30 m·s-1，負(fù)速度為-29 m·s-1，旋轉(zhuǎn)速度為29.5 m·s-1(圖10b)，都屬于強(qiáng)中氣旋。開原強(qiáng)龍卷發(fā)生期間，風(fēng)暴的中氣旋特征一直維持，龍卷消失后，風(fēng)暴的中氣旋特征還維持一段時(shí)間。

圖10 2019年7月3日17:44 0.5°仰角(a)和 1.5°仰角(b)雷達(dá)徑向速度

3 結(jié)論與討論

(1)2019年7月3日這次強(qiáng)龍卷過(guò)程受東北冷渦的影響，發(fā)生地開原位于冷渦底部，低層850 hPa有明顯的暖濕氣流，冷渦底部的干侵入與低層暖平流形成了下濕上干的不穩(wěn)定層結(jié)。0—6 km有22.8 m·s-1、0—1 km有7.6 m·s-1強(qiáng)垂直風(fēng)切變。地面風(fēng)場(chǎng)為西南氣流，有利于近地面層水汽向開原地區(qū)輸送。

(2)龍卷出現(xiàn)前，遼寧北部大氣層結(jié)不穩(wěn)定，不斷有中尺度強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生， 2019年7月3日16:00—17:00龍卷初生地東西兩側(cè)有2—5 ℃的溫度差；龍卷生成后，強(qiáng)降水出現(xiàn)在龍卷移動(dòng)路徑東側(cè)，下沉氣流造成地面明顯降溫，最低溫度19 ℃，與西側(cè)溫差最大達(dá)11 ℃。

(3)開原龍卷發(fā)生階段是對(duì)流單體云團(tuán)發(fā)展最為劇烈的時(shí)期。龍卷生成時(shí)，云砧水平尺度明顯增大，云頂升高，亮溫降低。強(qiáng)龍卷階段，云砧褶皺加深，龍卷西側(cè)新生成中γ尺度單體云團(tuán)匯入龍卷云系。

(4)遼寧地區(qū)的龍卷多出現(xiàn)在沿海地區(qū)和遼河平原[30]，此次開原強(qiáng)龍卷發(fā)生地正位于遼河平原北部?jī)?nèi)陸地區(qū)。此次強(qiáng)龍卷天氣過(guò)程中，對(duì)流風(fēng)暴的中氣旋特征持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，2019年7月3日16:38出現(xiàn)，17:47龍卷消散后，中氣旋特征持續(xù)了一段時(shí)間后才消失。結(jié)合雷達(dá)反射率因子的演變特征，開原龍卷對(duì)流風(fēng)暴經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：16:27—16:49為多單體非強(qiáng)風(fēng)暴；16:54—17:11為多單體強(qiáng)風(fēng)暴；17:17—17:50為超級(jí)單體風(fēng)暴，開原強(qiáng)龍卷為超級(jí)單體風(fēng)暴。從中氣旋的演變特征可見，16:38—17:06在3 km高度出現(xiàn)強(qiáng)中氣旋，隨后向上發(fā)展，17:11向下伸展到低層1 km，旋轉(zhuǎn)在對(duì)流風(fēng)暴西側(cè)引起強(qiáng)烈持續(xù)低層入流，在其作用下，風(fēng)暴移動(dòng)方向的右后側(cè)首先出現(xiàn)了指狀回波[31]，隨著對(duì)流單體發(fā)展為超級(jí)單體，出現(xiàn)鉤狀回波。超級(jí)單體階段，對(duì)流單體合并對(duì)開原強(qiáng)龍卷風(fēng)暴的發(fā)展起了重要的作用，開原強(qiáng)龍卷的最強(qiáng)等級(jí)就出現(xiàn)在單體合并時(shí)。

(致謝：感謝國(guó)家氣象中心朱文劍高級(jí)工程師在雷達(dá)資料處理方面給予的指導(dǎo)和幫助)