臺風(fēng)“艾云尼”（2018）外圍兩次近距離龍卷的環(huán)境條件和雷達(dá)特征

李彩玲，吳乃庚，王碩甫，蔡康龍，李兆明

(1.佛山市氣象局/佛山市龍卷風(fēng)研究中心，廣東佛山528000；2.中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所/廣東省區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報(bào)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510641)

1 引 言

龍卷是破壞性極強(qiáng)的災(zāi)害性天氣，可造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。我國是龍卷高發(fā)地區(qū)，不少學(xué)者對我國龍卷及其災(zāi)害的特點(diǎn)、成因等進(jìn)行了研究。魏文秀等[1]、范雯杰等[2]對我國1980—1993年的龍卷分布情況和1961—2010年EF2級以上龍卷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，中國有兩個(gè)龍卷多發(fā)帶，一個(gè)是自長江三角洲經(jīng)蘇北平原至黃淮平原，另一個(gè)是在廣東和廣西，而廣東省珠江三角洲（簡稱珠三角，下同）地區(qū)地勢平坦，喇叭口地形和西北高東南低地勢容易觸發(fā)強(qiáng)對流天氣，也有利于龍卷的生成；文獻(xiàn)[3-10]對中國龍卷天氣進(jìn)行了個(gè)例分析和氣候統(tǒng)計(jì)研究，指出有利于龍卷發(fā)生的環(huán)流背景及中小尺度對流系統(tǒng)的特征；文獻(xiàn)[11-18]針對龍卷和相關(guān)風(fēng)災(zāi)天氣進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查和分析工作，指出通過現(xiàn)場調(diào)查判斷風(fēng)災(zāi)類型的技巧和不同角度揭示了龍卷的雷達(dá)特征和致災(zāi)機(jī)理等。

部分龍卷的產(chǎn)生與臺（颶）風(fēng)有關(guān)，已有研究指出日本和美國分別有40%、59%的登陸臺風(fēng)會產(chǎn)生龍卷[19-20]。北美的颶風(fēng)龍卷研究表明，相對于颶風(fēng)的向前移動(dòng)，距離颶風(fēng)中心180～460 km且位于右前側(cè)的區(qū)域被確定為龍卷生成的有利區(qū)域[21-23]，而相對于颶風(fēng)中心東北象限是龍卷最多發(fā)的區(qū)域[24]。鄭媛媛等[9]對2005—2014年我國東部10個(gè)臺風(fēng)龍卷的環(huán)境背景和F2-F3級以上龍卷過程雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并與西風(fēng)帶龍卷的特征進(jìn)行初步對比指出臺風(fēng)龍卷大多出現(xiàn)在臺風(fēng)前進(jìn)方向的東北側(cè)，位于0～1 km垂直風(fēng)切變和相對風(fēng)暴螺旋度大值區(qū)，引起在臺風(fēng)龍卷的風(fēng)暴屬于微超級單體風(fēng)暴，臺風(fēng)龍卷的中氣旋比西風(fēng)帶龍卷的中氣旋尺度小，伸展高度低。華南是臺風(fēng)龍卷比較高發(fā)的區(qū)域，王東海等[25]研究指出，華南地區(qū)強(qiáng)龍卷超過一半發(fā)生在臺風(fēng)外圍環(huán)流中，且臺風(fēng)外圍龍卷屬于淺對流龍卷。通過對影響珠三角佛山地區(qū)龍卷統(tǒng)計(jì)表明，影響佛山的臺風(fēng)龍卷絕大部分發(fā)生在距離臺風(fēng)中心360～550 km的右前象限，且產(chǎn)生于臺風(fēng)的減弱階段，龍卷與強(qiáng)的低層垂直風(fēng)切變關(guān)系密切[26-29]。

這些研究成果對推進(jìn)臺風(fēng)龍卷的預(yù)報(bào)預(yù)警提供了很多有益的參考，但龍卷突發(fā)性強(qiáng)、尺度小、發(fā)展迅速，對龍卷的深入細(xì)致認(rèn)識仍然十分不足、龍卷預(yù)警能力提升仍是科研和業(yè)務(wù)的難點(diǎn)，利用更高精度的現(xiàn)代探測設(shè)備加強(qiáng)其精細(xì)特征研究，對龍卷的監(jiān)測預(yù)警能力提升十分重要。為加強(qiáng)中小尺度強(qiáng)天氣監(jiān)測能力，廣東省在2014年通過珠澳合作的國內(nèi)首部業(yè)務(wù)S波段雙偏振天氣雷達(dá)投入運(yùn)行，并于2015—2018年陸續(xù)開展了對省內(nèi)8部單偏振雷達(dá)進(jìn)行了雙偏振升級。針對龍卷頻發(fā)的佛山地區(qū)，在佛山的三水、南海、順德、高明四個(gè)區(qū)建成了4部X波段雙偏振多普勒天氣雷達(dá)（圖1），并于2018年3月完成了4部雷達(dá)的組網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間分辨率小于1 min、空間分辨率達(dá)75 m，雷達(dá)間距小于50 km的X波段雙偏振多普勒雷達(dá)網(wǎng)。這些新一代雷達(dá)網(wǎng)建設(shè)，為進(jìn)一步加強(qiáng)珠三角龍卷的監(jiān)測預(yù)警和分析研究提供了良好的探測條件。

2018年6月8日，在距臺風(fēng)“艾云尼”中心80 km、160 km的廣州市南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)、佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)罕見地先后出現(xiàn)了近距離臺風(fēng)龍卷天氣（以下分別簡稱南沙龍卷和南海龍卷）（圖1）。南沙龍卷發(fā)生地距離廣州S波段雙偏振雷達(dá)（以下簡稱廣州雷達(dá)）約30 km，距離南沙風(fēng)廓線雷達(dá)10 km；南海龍卷發(fā)生地距離廣州雷達(dá)約26 km，距離南海X波段雙偏振雷達(dá)（以下簡稱南海雷達(dá)）約13 km，距離三水風(fēng)廓線雷達(dá)約26 km。這些新一代雷達(dá)設(shè)備布網(wǎng)為細(xì)致分析兩地臺風(fēng)龍卷特征提供了非常好的觀測基礎(chǔ)。本文使用地面自動(dòng)氣象站、加密探空、風(fēng)廓線雷達(dá)等觀測資料對兩地龍卷發(fā)生前后的環(huán)境條件進(jìn)行分析，重點(diǎn)使用廣州雷達(dá)和佛山四部X波段雷達(dá)（組網(wǎng)）資料對兩次臺風(fēng)近距離龍卷的中小尺度雷達(dá)特征進(jìn)行分析，并對比兩地龍卷過程雷達(dá)特征差異，以期為今后臺風(fēng)龍卷的精細(xì)監(jiān)測預(yù)警提供參考依據(jù)。

2 龍卷現(xiàn)場調(diào)查和環(huán)境條件分析

2.1 龍卷現(xiàn)場調(diào)查

由于我國龍卷災(zāi)情調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，文中采用美國天氣局2007年起啟用的“增強(qiáng)藤田級別”（Enhanced Fujita Scale，EF-Scale） 對龍卷強(qiáng)度進(jìn)行定級，“增強(qiáng)藤田級別”將龍卷強(qiáng)度分為EF0、EF1、EF2、EF3、EF4、EF5 共 6 個(gè)等級[30]，其中 EF1級對災(zāi)情的主要描述包括：中等破壞。棚舍倒塌，刮掉質(zhì)量較差房屋（木質(zhì)棚屋、活動(dòng)板房等）的屋頂表面；車拖活動(dòng)房屋被推倒；金屬結(jié)構(gòu)房屋的天花板或墻板被吹走；不結(jié)實(shí)的木質(zhì)電桿、路燈被摧毀，高壓鐵塔有所損壞；軟木類樹木斷、折；硬木（多為闊葉樹）類樹木被連根拔起等。

2018年6月8日凌晨01:40左右（北京時(shí)，下同），廣州市南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)云水雅苑及附近工地遭受龍卷襲擊，8日上午由廣東省氣象局、廣州市氣象局、南沙區(qū)氣象局、佛山市龍卷風(fēng)研究中心共同組成的調(diào)查組前往龍卷發(fā)生地進(jìn)行實(shí)地調(diào)研。由于龍卷發(fā)生在凌晨，調(diào)查組走訪了多位親歷者，均表示沒有拍攝到龍卷的視頻和照片。通過調(diào)閱龍卷發(fā)生地周邊監(jiān)控視頻，發(fā)現(xiàn)位于云水雅苑大門東北向的監(jiān)控?cái)z像頭拍攝到龍卷來時(shí)路燈斷電、風(fēng)向迅速轉(zhuǎn)換以及飛屑物逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)等龍卷風(fēng)災(zāi)特征（圖2）。災(zāi)情調(diào)查現(xiàn)場可見，鐵皮廠房倒塌，移動(dòng)板房吹翻，水泥電線桿吹斷，樹木連根拔起或折斷等特征，根據(jù)“增強(qiáng)藤田級別”標(biāo)準(zhǔn)判斷南沙龍卷強(qiáng)度為EF1級。6月8日14：03佛山市南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)瀝東社區(qū)博美鋁材五金城遭受龍卷襲擊，佛山市氣象局15:30收到龍卷目擊者報(bào)料視頻后立即組成調(diào)查組前往受災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)研，并于9—11日多次前往龍卷發(fā)生地調(diào)研。從目擊者拍攝的視頻和描述得知（圖3），視頻拍攝到龍卷在五金城上空掀起鐵皮的鏡頭，由于當(dāng)時(shí)雨大，拍攝距離較遠(yuǎn)，且龍卷持續(xù)時(shí)間很短，拍攝背景灰暗，看不到龍卷的漏斗云結(jié)構(gòu)，但可辨認(rèn)有多塊鐵皮逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，隨后落下。五金城西南向攝像頭拍攝到風(fēng)向短時(shí)間內(nèi)迅速逆時(shí)針轉(zhuǎn)換。通過走訪多位目擊者印證了龍卷的觸地點(diǎn)在萱琳鋁業(yè)裝飾材料店屋頂附近，龍卷卷起屋頂石棉瓦和輕薄鐵皮，此時(shí)強(qiáng)度為EF0級，向東北方向移向五金城過程中加強(qiáng)，在五金城掀翻了金屬結(jié)構(gòu)的廠房屋頂，此時(shí)強(qiáng)度達(dá)到EF1級，隨后減弱消失。

圖1 臺風(fēng)“艾云尼”路徑和外圍龍卷發(fā)生地以及廣州、佛山雷達(dá)觀測設(shè)備分布

圖2 2018年6月8日南沙龍卷影響范圍、路徑和強(qiáng)度定級 紅色箭頭為龍卷移動(dòng)路徑，黑色虛線為龍卷影響范圍。

調(diào)查組通過查看受災(zāi)現(xiàn)場破壞程度、走訪目擊者、多渠道獲取視頻照片資料等方式判斷：南沙龍卷自東南向西北方向移動(dòng)，路徑長度約1 100 m，最寬影響直徑約200 m，影響時(shí)間約40 s，強(qiáng)度為EF1級；南海龍卷自西南向東北方向移動(dòng)，路徑長度約380 m，影響時(shí)間約30 s，強(qiáng)度為EF1級。兩地龍卷均為臺風(fēng)外圍龍卷，影響時(shí)間短、范圍小、強(qiáng)度弱。

圖3 2018年6月8日南海龍卷影響范圍、路徑和強(qiáng)度定級 紅色箭頭為龍卷移動(dòng)路徑，黑色虛線為龍卷影響范圍。

2.2 環(huán)境條件分析

2018年第4號臺風(fēng)“艾云尼”6月7日20：30在廣東陽江海陵島登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力8級，7日夜間到8日“艾云尼”向東北方向移動(dòng)，珠三角受“艾云尼”東側(cè)東南到偏南氣流影響，強(qiáng)降雨區(qū)從南部沿海向廣東省中北部一帶推進(jìn)，南沙和南海的龍卷先后發(fā)生在臺風(fēng)外圍環(huán)流中。其中，南沙龍卷發(fā)生在臺風(fēng)中心右前方約160 km的螺旋雨帶中（圖4a），南海龍卷發(fā)生在臺風(fēng)中心右后方約80 km的螺旋雨帶中（圖4b），兩地龍卷發(fā)生時(shí)間相隔12 h。分析7日20時(shí)—8日08時(shí)大尺度環(huán)境條件可見（圖4c、4d），200 hPa高空槽在廣西中部緩慢東移，廣東省處于槽前輻散區(qū)，且珠三角存在風(fēng)速輻散，高層輻散條件對強(qiáng)對流發(fā)生十分有利；臺風(fēng)環(huán)流東側(cè)的珠三角中低層偏南急流進(jìn)一步北推，西南急流和東南急流在珠三角附近匯合；同時(shí)低層850 hPa、925 hPa溫度露點(diǎn)差＜1℃，水汽十分飽和。南沙龍卷發(fā)生前（7日20時(shí)）850 hPa偏南急流和925 hPa東南急流在南沙南部輻合，地面中尺度輻合線位于廣東省南部沿海一帶，南海龍卷發(fā)生前（8日08:00），低層西南急流和東南急流輻合區(qū)北抬至佛山南部一帶，地面輻合線在廣東省中部。從兩地龍卷發(fā)生前中尺度區(qū)域自動(dòng)氣象站風(fēng)場分析看（圖4a、4b），8日01:36南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)附近處于東北風(fēng)和偏東風(fēng)輻合區(qū)，14:00南海區(qū)大瀝鎮(zhèn)處于東南風(fēng)、偏東風(fēng)和東北風(fēng)輻合區(qū)。綜上所述，6月8日珠三角低層輻合、高層輻散環(huán)流特征為龍卷的發(fā)生提供了十分有利的天氣形勢條件，且水汽飽和，兩地龍卷發(fā)生前中低層偏南或西南急流和東南急流在龍卷發(fā)生地附近交匯，龍卷發(fā)生在地面中尺度輻合線附近。

為了分析兩地龍卷發(fā)生前大氣熱力和動(dòng)力條件，選取距離南沙最近的香港探空站和距離南海最近的清遠(yuǎn)探空站資料進(jìn)行分析（表1），兩地龍卷發(fā)生前6 h整層比濕積分＞5 500 g/kg，強(qiáng)天氣指數(shù)＞270，抬升凝結(jié)高度（LCL）966～993 hPa，約400～500 m，屬于很低的抬升凝結(jié)高度；CAPE值不大，介于26～873 J/kg之間，屬于弱對流有效位能，可能與兩地龍卷發(fā)生前均已出現(xiàn)明顯降雨，消耗掉部分有效位能有關(guān)。俞小鼎等[31]研究曾指出，有時(shí)發(fā)生龍卷的對流有效位能不大，但只要垂直風(fēng)切變很大，仍然可以產(chǎn)生超級單體風(fēng)暴，引起龍卷的發(fā)生。

圖4 區(qū)域自動(dòng)氣象站風(fēng)場和雷達(dá)組合反射率拼圖（a.6月8日01:36；b.6月8日14:00）和基于地面、探空觀測的中尺度分析圖（c.6月7日20:00；d.6月8日08:00）

龍卷通常發(fā)生在低層垂直風(fēng)切變很大的環(huán)境中。為進(jìn)一步了解龍卷發(fā)生的垂直風(fēng)切變條件，計(jì)算南沙風(fēng)廓線雷達(dá)和三水風(fēng)廓線雷達(dá)龍卷發(fā)生前后的0～1 km、0～3 km垂直風(fēng)切變（圖5）。南沙龍卷發(fā)生前（圖5a）的8日00:00—02:00，南沙低層的0～1 km、0～3 km垂直風(fēng)切變都很強(qiáng)，0～1 km 大于 15×10-3s-1，0～3 km 大于8×10-3s-1，且在01:30南沙龍卷發(fā)生前上空的垂直風(fēng)切變有顯著劇增的特征，達(dá)到最高峰值（35×10-3s-1～40×10-3s-1），龍卷發(fā)生之后垂直風(fēng)切變逐漸下降。南海龍卷發(fā)生前（圖5b） 的 8日 12：00—12：30，三水 0～1 km、0～3 km垂直風(fēng)切變同樣出現(xiàn)了劇增過程，此時(shí)間段佛山雖然沒有收到龍卷報(bào)告，但低層強(qiáng)的垂直風(fēng)切變利于中氣旋的加強(qiáng)和發(fā)展，臺風(fēng)外圍螺旋雨帶中有多個(gè)超級單體風(fēng)暴自西南向東北方向移動(dòng)影響佛山地區(qū)。13:30—14:00，三水0～1 km、0～3 km垂直風(fēng)切變有第二次劇增過程，垂直風(fēng)切變分別超過15×10-3s-1和 6×10-3s-1?？梢姡瑑傻卦邶埦戆l(fā)生前低層垂直風(fēng)切變均處于大值，且在龍卷發(fā)生前30～60 min有劇增過程，這種環(huán)境下有利于水平渦度隨上升氣流轉(zhuǎn)化為垂直渦度，垂直渦度發(fā)生扭曲旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致中氣旋的發(fā)生發(fā)展，有利于龍卷的發(fā)生。

黃先香等[32]曾統(tǒng)計(jì)分析指出珠三角臺風(fēng)外圍龍卷通常發(fā)生在臺風(fēng)環(huán)流的東北象限，龍卷發(fā)生地與臺風(fēng)中心相距360～550 km，而這次兩地臺風(fēng)外圍龍卷發(fā)生地距離臺風(fēng)中心相對較近，南海龍卷甚至發(fā)生在臺風(fēng)環(huán)流的東南象限。從大尺度環(huán)境條件和對流參數(shù)看，6月8日珠三角處于臺風(fēng)東側(cè)，有強(qiáng)的低空急流和充沛的水汽輸送，中低層有明顯的輻合區(qū)，龍卷發(fā)生地附近地面有中尺度輻合線，強(qiáng)對流威脅指數(shù)很大，且具有低的對流抬升凝結(jié)高度，雖然對流有效位能（CAPE）不高，但低層垂直風(fēng)切變足夠強(qiáng)，這些環(huán)境條件、對流參數(shù)與文獻(xiàn)[26-29]對影響佛山的龍卷個(gè)例和統(tǒng)計(jì)結(jié)論基本一致。

3 廣州S波段雙偏振雷達(dá)資料分析

3.1 南沙龍卷雷達(dá)特征

影響南沙龍卷的風(fēng)暴單體在8日01:00進(jìn)入南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)，位于廣州雷達(dá)東南方約56 km處，此時(shí)反射率因子強(qiáng)度已達(dá)50 dBz（圖6a），徑向速度圖上對應(yīng)＞27 m/s的東南風(fēng)急流（圖6b）。該風(fēng)暴單體自東南向西北方向移動(dòng)，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，01:24—01:36強(qiáng)度接近 55 dBz（1.5 °仰角），達(dá)到最強(qiáng)（圖6c、6d），01:42強(qiáng)度減弱；沿雷達(dá)徑向做反射率因子的時(shí)間剖面（RCS時(shí)間序列圖）可見（圖6e），01:12—01:18風(fēng)暴單體發(fā)展，低層有入流缺口（白色箭頭），回波發(fā)展高度較低；01:24出現(xiàn)鉤狀回波特征，低層2.0 km以下有明顯的有界弱回波區(qū)（BWER）（圖6e白色圈），中層回波懸垂結(jié)構(gòu)明顯；01:30—01:36強(qiáng)度維持在55 dBz以上，但≥50 dBz強(qiáng)回波核心下降，有界弱回波區(qū)縮小，上升氣流減弱，01:42回波強(qiáng)度減弱，有界弱回波區(qū)消失。可見南沙龍卷發(fā)生（01:40）前，風(fēng)暴單體強(qiáng)度增強(qiáng)，龍卷發(fā)生時(shí)上升氣流減弱，強(qiáng)回波核心下降。

表1 香港和清遠(yuǎn)探空站的環(huán)境參數(shù)

圖5 6月8日廣州南沙(a)和佛山三水(b)風(fēng)廓線雷達(dá)的低空垂直風(fēng)切變時(shí)間演變圖橫坐標(biāo)上的黑色倒三角為龍卷發(fā)生時(shí)間標(biāo)識。

圖6 a～d.廣州雷達(dá) 1.5 °反射率因子和徑向速度圖(a.01:00；b.01:00；c.01:24；d.01:36)；e.沿雷達(dá)徑向做反射率因子的時(shí)間剖面圖。

圖7可見，01:00—01:18中氣旋左側(cè)速度由朝向雷達(dá)轉(zhuǎn)為小的離開雷達(dá)速度，表明中氣旋旋轉(zhuǎn)氣流增強(qiáng)，逐漸能克服風(fēng)暴移動(dòng)對其帶來的影響，同時(shí)中氣旋直徑縮小，徑向直徑大于方位角直徑，呈橢圓狀。01:24中氣旋進(jìn)一步加強(qiáng)，由橢圓形發(fā)展為圓形，表現(xiàn)為氣旋式輻合，有利于對流風(fēng)暴的進(jìn)一步發(fā)展或維持，旋轉(zhuǎn)速度加強(qiáng)到15 m/s；01:30—01:36中氣旋直徑由2.3 km縮減到2.0 km，底高由0.58 km下降到0.52 km，旋轉(zhuǎn)速度為15.3 m/s，接近中等強(qiáng)度中氣旋，處于最強(qiáng)盛階段，01:42中氣旋強(qiáng)度明顯減弱。由于速度模糊，雷達(dá)的中氣旋算法未能自動(dòng)識別中氣旋，通過人工識別中氣旋可見，此次中氣旋核心高度低，0.5°仰角中氣旋特征較1.5°仰角明顯。南沙龍卷發(fā)生在01:36—01:42之間，01:36中氣旋位置離橫瀝鎮(zhèn)云水雅苑較近（黑色倒三角為龍卷發(fā)生地附近），可見龍卷發(fā)生時(shí)中氣旋強(qiáng)度接近中等強(qiáng)度，直徑最小，底高最低。

圖7 6月8日01:00—01:42廣州雷達(dá)0.5°仰角徑向速度圖(退模糊后)

3.2 南海龍卷雷達(dá)特征

6月8日中午到下午，臺風(fēng)外圍螺旋雨帶中不斷有一些強(qiáng)度較強(qiáng)的對流單體自西南向東北方向移動(dòng)影響佛山市，13:30起位于順德區(qū)樂從鎮(zhèn)境內(nèi)的對流單體明顯加強(qiáng)（距廣州雷達(dá)西南偏西方向約30 km），回波強(qiáng)度＞50 dBz，對應(yīng)徑向速度圖上有一旋轉(zhuǎn)速度為10 m/s的正負(fù)速度對。13:30—13:36（圖略）最強(qiáng)回波強(qiáng)度50～55 dBz，強(qiáng)度≥45 dBz的回波伸展到4～5 km，強(qiáng)度≥50 dBz強(qiáng)回波高度發(fā)展到3 km，低層2 km處有弱回波區(qū)；沿雷達(dá)徑向做反射率因子的時(shí)間剖面（圖8a）可見，13:42—14:00發(fā)展為微型超級單體風(fēng)暴，最強(qiáng)回波強(qiáng)度55～60 dBz，有界弱回波區(qū)明顯，其中在龍卷發(fā)生前兩個(gè)體掃（13:54—14:00）達(dá)到最強(qiáng)盛，強(qiáng)度≥45 dBz的回波高度發(fā)展到7 km，強(qiáng)度≥50 dBz的回波高度達(dá)到3 km。紫色圓點(diǎn)和黑色圓點(diǎn)分別表示45 dBz、50 dBz強(qiáng)回波頂高，從曲線變化趨勢可見，龍卷發(fā)生前強(qiáng)回波頂高升高，到14:00達(dá)到最大值，14:06龍卷風(fēng)發(fā)生后，強(qiáng)回波高度明顯下降，有界弱回波區(qū)消失。

沿中氣旋中心垂直于雷達(dá)徑向做徑向速度圖的剖面圖(雷達(dá)在垂直于紙方向的外面)（圖8b），13:30—13:48中氣旋伸展高度由2 km伸展到3 km，旋轉(zhuǎn)速度由10 m/s增加到13 m/s，發(fā)展為弱的中氣旋；13：54雷達(dá)算法自動(dòng)識別出中氣旋，此時(shí)中氣旋直徑3 km，最強(qiáng)切變18×10-3s-1，底高0.7 km，13：54—14：00 中氣旋發(fā)展到最強(qiáng)盛，旋轉(zhuǎn)速度16 m/s，達(dá)到中等強(qiáng)度，中氣旋頂高急劇下降，由3 km下降到1 km，直徑減小到2 km左右，底高400 m以下，14:03龍卷發(fā)生，14:06中氣旋旋轉(zhuǎn)速度減弱?？梢娕c南海龍卷相關(guān)的中氣旋從中層發(fā)展，強(qiáng)度加強(qiáng)，達(dá)到中等強(qiáng)度中氣旋伴隨直徑縮小，頂高下降時(shí)龍卷發(fā)生。

圖8 6月8日13:42—14:06廣州雷達(dá)反射率因子和徑向速度剖面圖

3.3 兩地龍卷雷達(dá)特征異同

引起兩地龍卷的超級單體風(fēng)暴最強(qiáng)反射率因子強(qiáng)度55～60 dBz，中氣旋尺寸2～3 km，底高0.6 km以下，回波伸展高度在13 km以下，50 dBz強(qiáng)度回波伸展高度在4 km以下，強(qiáng)回波質(zhì)心高度在2 km以下，風(fēng)暴單體的發(fā)展高度低，尺度小，為臺風(fēng)外圍微型超級單體風(fēng)暴。廣州雷達(dá)能提前15～20 min監(jiān)測到龍卷風(fēng)暴垂直方向上的懸垂結(jié)構(gòu)、入流缺口和有界弱回波區(qū)。

南沙龍卷中氣旋產(chǎn)品沒能自動(dòng)識別中氣旋，龍卷發(fā)生前16 min監(jiān)測到鉤狀回波以及有界弱回波區(qū)特征，龍卷發(fā)生前4～16 min中氣旋強(qiáng)度最強(qiáng)，接近中等強(qiáng)度，中氣旋核心高度低，龍卷發(fā)生在中氣旋直徑緊縮底高下降階段。南海龍卷，廣州雷達(dá)在龍卷發(fā)生前9 min雷達(dá)算法自動(dòng)識別中氣旋，龍卷發(fā)生在強(qiáng)回波頂高急劇下降，中氣旋直徑緊縮下降階段。

4 佛山X波段雙偏振雷達(dá)探測分析

目前雙偏振雷達(dá)在龍卷監(jiān)測上的主要應(yīng)用是捕捉龍卷碎片特征（TDS），TDS通常是在龍卷發(fā)生區(qū)域?qū)?yīng)有高的反射率因子（Z），低的差分反射率（ZDR）和低的零相關(guān)系數(shù)（CC）[33-34]。但是是否能監(jiān)測到TDS特征通常與龍卷強(qiáng)度、發(fā)展高度以及與雷達(dá)距離和方位等多方面因素相關(guān)，這次兩地龍卷廣州雷達(dá)和南海雷達(dá)均沒有探測到TDS。相關(guān)研究結(jié)果[33-35]指出，中氣旋及超級單體有明顯的雙偏振參量特征，超級單體風(fēng)暴中低層可觀測到大的ZDR弧、KDP弧，中高層有ZDR和KDP柱等特征，這些特征與強(qiáng)的底層入流或上升氣流有關(guān)，也與強(qiáng)的垂直風(fēng)變化和風(fēng)暴相對螺旋度有關(guān)，可為預(yù)報(bào)員提供風(fēng)暴強(qiáng)度趨勢的判斷。南海雷達(dá)采用快速掃描模式（掃描1.8°和2.8°兩個(gè)仰角），以下重點(diǎn)分析南海雷達(dá)對南海龍卷風(fēng)暴在中低層的探測優(yōu)勢。

從圖9可見，南海雷達(dá)在13：34—13：36監(jiān)測到樂從境內(nèi)的風(fēng)暴單體第1次明顯加強(qiáng)，最強(qiáng)反射率因子強(qiáng)度為50～55 dBz，有鉤狀回波特征，單體右后側(cè)有明顯的入流缺口，對應(yīng)在徑向速度圖上是＞27 m/s的東南風(fēng)急流（退模糊后速度）。分析差分反射（ZDR）和差分相位移（KDP）1 km高度的CAPPI可見，有＞3 dB的ZDR弧和＞7 deg/km的KDP弧，在風(fēng)暴入流缺口對應(yīng)是4～5 dB的ZDR大值，推測可能是強(qiáng)的上升氣流把大的降水粒子托住，導(dǎo)致ZDR出現(xiàn)大值[33-36]，這表明超級單體風(fēng)暴在強(qiáng)的入流一側(cè)配合有強(qiáng)的上升氣流，有利于風(fēng)暴單體的進(jìn)一步發(fā)展。13:48—13:56是風(fēng)暴單體第2次快速加強(qiáng)階段，此時(shí)最強(qiáng)反射率因子強(qiáng)度為55～60 dBz，鉤狀回波、入流缺口特征更明顯，對應(yīng)中氣旋為輻合式中氣旋，直徑由3 km縮減到2 km，核心高度由1 km降低到0.6 km，正負(fù)速度差增大，旋轉(zhuǎn)速度為19 m/s，達(dá)到中等強(qiáng)度中氣旋；13：55（圖10），1 km高度的ZDR和KDP分析可見，在超級單體前懸回波南側(cè)有強(qiáng)度為2～3 dB的ZDR弧，鉤狀回波尾端有強(qiáng)的KDP腳，研究表明，一般這種雙偏振特征發(fā)生在龍卷發(fā)生前，ZDR弧和KDP腳與強(qiáng)的垂直風(fēng)變化和風(fēng)暴相對螺旋度有關(guān)[35]。13:57—14:03反射率因子強(qiáng)度維持，但鉤狀回波結(jié)構(gòu)逐漸消失，中氣旋直徑由輻合式中氣旋轉(zhuǎn)為輻散式中氣旋，旋轉(zhuǎn)速度為16 m/s，南海龍卷發(fā)生在14:03前后，14：04起中氣旋迅速減弱。

從風(fēng)暴最強(qiáng)盛階段13:55的雷達(dá)反射率拼圖和1 km高度的風(fēng)場反演分析可見（圖11），風(fēng)暴處于西南風(fēng)、偏南風(fēng)和偏東風(fēng)輻合處，在鉤狀回波的末端，有一明顯渦旋存在，風(fēng)向有較大的切變，這與中氣旋結(jié)構(gòu)和位置吻合，遺憾的是南海雷達(dá)垂直方向上資料缺失，我們沒法分析更多垂直方向上的結(jié)構(gòu)。

南海X波段雷達(dá)由于探測精度高，時(shí)間更新快，監(jiān)測到南海龍卷風(fēng)暴更詳細(xì)的發(fā)展變化情況：龍卷發(fā)生前30 min監(jiān)測到超級單體風(fēng)暴鉤狀回波、入流缺口、東南急流等特征，配合差分反射率（ZDR）和差分相位移（KDP）等雙偏振量分析出強(qiáng)的上升氣流。在龍卷發(fā)生前8 min鉤狀回波特征進(jìn)一步加強(qiáng)，ZDR弧和KDP腳特征與強(qiáng)的垂直風(fēng)變化和風(fēng)暴相對螺旋度有關(guān)，可作為強(qiáng)風(fēng)暴進(jìn)一步發(fā)展的預(yù)報(bào)指標(biāo)。

圖9 6月8日13:36南海X波段雷達(dá)1.8°反射率因子(a)、徑向速度(b)、差分反射率為1 km的CAPPI(c)和差分相位移為1 km的CAPPI(d)

圖10 同圖9，但為6月8日13:55

圖11 6月8日13:55佛山X波段雷達(dá)組網(wǎng)拼圖(a)和1 km高度水平風(fēng)場反演(b)

5 小 結(jié)

本文通過現(xiàn)場調(diào)查，對2018年6月8日發(fā)生在廣州南沙、佛山南海兩地龍卷的大尺度環(huán)境條件和中小尺度雷達(dá)特征進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。

（1）兩地龍卷為臺風(fēng)外圍弱龍卷，影響時(shí)間30～40 s，影響路徑幾百米到1.1 km，發(fā)生在1804號臺風(fēng)“艾云尼”東側(cè)螺旋云系中，距離臺風(fēng)中心相對較近（80 km、160 km）。

（2）大尺度環(huán)境條件有利于臺風(fēng)外圍龍卷的發(fā)生，龍卷發(fā)生地附近處于中低層?xùn)|南急流和西南或偏南急流匯合區(qū)，K指數(shù)較大、強(qiáng)對流威脅指數(shù)很大，且具有低的抬升凝結(jié)高度，對流有效位能（CAPE）不高，低層0～1 km垂直風(fēng)切變很強(qiáng)。

（3）引起兩地龍卷的微型超級單體發(fā)展高度低、尺度小，鉤狀回波、回波懸垂、有界弱回波區(qū)（BWER）等特征明顯。中氣旋接近或達(dá)到中等強(qiáng)度中氣旋，中氣旋不斷加強(qiáng)，直徑緊縮，頂高和底高下降到最低時(shí)龍卷發(fā)生。

（4）廣州和南海雙偏振雷達(dá)沒能捕捉到龍卷碎片（TDS）特征，但南海雷達(dá)能更好地監(jiān)測到超級單體風(fēng)暴的發(fā)展演變和精細(xì)結(jié)構(gòu)，提前監(jiān)測到龍卷風(fēng)暴的鉤狀回波、入流急流等特征，并通過分析ZDR弧、KDP弧判斷低層強(qiáng)的上升氣流利于風(fēng)暴的進(jìn)一步發(fā)展。

（5）通過佛山四部X波段雷達(dá)組網(wǎng)反演出1 km高度風(fēng)場可見，在中氣旋出現(xiàn)的地方有明顯的小尺度渦旋結(jié)構(gòu)，對應(yīng)鉤狀回波尾端有強(qiáng)的風(fēng)向切變，這對龍卷發(fā)生地點(diǎn)的判斷和風(fēng)暴的流場結(jié)構(gòu)有較好的指導(dǎo)意義。