海南龍卷統(tǒng)計(jì)特征

鄭艷 林正揚(yáng) 蔣賢玲

（1 海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，?？?570203；2 海南省氣象臺(tái)，?？?570203；3 海南省三沙市氣象局，三沙 573199）

0 引言

龍卷是最強(qiáng)烈的強(qiáng)對(duì)流天氣，最大地面風(fēng)速可達(dá)140 m /s，因其具有突發(fā)性強(qiáng)、生命史短等特點(diǎn)，實(shí)際業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)和預(yù)警難度較大。隨著我國多普勒雷達(dá)陸續(xù)布網(wǎng)投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，業(yè)務(wù)一線的預(yù)報(bào)員[1-7]先后對(duì)廣東、江蘇、安徽、湖南和東北地區(qū)多個(gè)龍卷個(gè)例的雷達(dá)回波特征進(jìn)行分析，為龍卷業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)和短臨預(yù)警提供依據(jù)。

近年來，多位學(xué)者對(duì)中國以及區(qū)域的龍卷時(shí)空特征和環(huán)境條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)龍卷這種小概率的極端天氣用相似法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)[8]。王秀明等[9]對(duì)發(fā)生在東北的13個(gè)龍卷個(gè)例環(huán)境特征進(jìn)行分析，表明東北龍卷多發(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，龍卷風(fēng)暴主要由干線及其伴隨的強(qiáng)邊界層輻合觸發(fā)。曾明劍等[10]對(duì)江蘇梅雨期龍卷天氣的環(huán)境特征進(jìn)行合成分析，表明地面中尺度氣旋的右側(cè)附近（100 km）、對(duì)流層低層中尺度低渦右下方約200～300 km處和低空急流左后側(cè)之間區(qū)域是龍卷易發(fā)區(qū)。黃先香等[11]分析珠江三角洲臺(tái)風(fēng)龍卷的活動(dòng)特征，指出多數(shù)龍卷位于臺(tái)風(fēng)中心的東北象限，臺(tái)風(fēng)中心在廣東湛江—廣西東南部或北部灣附近時(shí)是珠江三角洲龍卷發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)期。范雯杰等[12]對(duì)1961—2010年中國165次EF2或以上級(jí)強(qiáng)龍卷統(tǒng)計(jì)分析表明，強(qiáng)龍卷主要分布在中國江淮地區(qū)、兩湖平原、華南地區(qū)、東北地區(qū)和華北地區(qū)東南部等平原地區(qū)。

海南省屬于熱帶海洋性氣候，也是我國龍卷多發(fā)的省份之一[13]，EF2級(jí)龍卷往往造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，加強(qiáng)龍卷過程統(tǒng)計(jì)分析對(duì)防災(zāi)減災(zāi)意義重大。目前對(duì)海南龍卷的研究?jī)H限于個(gè)例分析[14-17]。本文對(duì)2004—2019年海南龍卷進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)分析，以期對(duì)熱帶地區(qū)的龍卷預(yù)報(bào)預(yù)警提供依據(jù)和參考。

1 資料來源和個(gè)例說明

1.1 資料來源

龍卷資料主要來源于《海南省氣象災(zāi)情報(bào)表》《海南省氣象災(zāi)害大事記》《中國氣象災(zāi)害年鑒》等。2004年以來，收到災(zāi)情后，海南省氣象臺(tái)和市縣氣象局相關(guān)人員一般均能在第一時(shí)間趕赴受災(zāi)地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查、走訪，結(jié)合加密自動(dòng)站和雷達(dá)資料等對(duì)龍卷進(jìn)行定級(jí)，并通過災(zāi)情直報(bào)系統(tǒng)上傳至中國氣象局。

1.2 個(gè)例統(tǒng)計(jì)范圍和分類

龍卷個(gè)例僅限于出現(xiàn)在海南島及其沿海（不包括南海海域）的陸龍卷和水龍卷。我國龍卷主要分為西風(fēng)帶龍卷和熱帶氣旋龍卷[18-19]。在弱的大尺度大氣背景下，由于午后海陸熱力差異，海南島北半部地區(qū)維持的中尺度海陸風(fēng)輻合線觸發(fā)的龍卷不能歸屬為西風(fēng)帶龍卷，因此本文將海南陸龍卷分為熱帶氣旋龍卷和非熱帶氣旋龍卷。

2004—2019年，海南共有8次熱帶氣旋龍卷過程、10個(gè)龍卷，20次非熱帶氣旋龍卷過程、21個(gè)龍卷，3次水龍卷過程、3個(gè)龍卷。

2 熱帶氣旋龍卷統(tǒng)計(jì)特征

2.1 熱帶氣旋龍卷時(shí)間分布

表1給出了2004—2019年海南熱帶氣旋龍卷過程概況。海南熱帶氣旋龍卷均出現(xiàn)在8—10月，其中9月最為多發(fā)，占總數(shù)的62.5%。熱帶氣旋龍卷主要發(fā)生在夜間到次日凌晨，其中有8個(gè)龍卷的發(fā)生起始時(shí)間在21時(shí)—次日06時(shí)，占到總數(shù)的80%，另外2個(gè)龍卷發(fā)生在傍晚17—18時(shí)。夜間到次日凌晨正是中低層干冷空氣容易向南侵入海南島的時(shí)段，中低層干冷空氣激發(fā)熱帶氣旋外圍螺旋雨帶中的超級(jí)單體產(chǎn)生，同時(shí)增大低層垂直風(fēng)切變，從而引發(fā)龍卷[14]。珠江三角洲熱帶氣旋龍卷主要發(fā)生在白天（10—20 時(shí)），白天經(jīng)過太陽輻射后，大氣層結(jié)最不穩(wěn)定、強(qiáng)對(duì)流天氣最易發(fā)生，夜間20時(shí)—次日06時(shí)龍卷較少發(fā)生[11]。海南熱帶氣旋龍卷與珠江三角洲熱帶氣旋龍卷的形成機(jī)理可能有所不同。

表1 2004—2019年海南熱帶氣旋龍卷過程概況Table 1 Tropical cyclone tornado survey in Hainan Province in 2004—2019

2.2 龍卷與臺(tái)風(fēng)路徑

海南熱帶氣旋龍卷主要由臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)引發(fā)的，約占總數(shù)90%，與中國熱帶氣旋龍卷特征不一致[20]。按照龍卷落區(qū)與同時(shí)刻臺(tái)風(fēng)的相對(duì)位置將8次熱帶氣旋龍卷過程分為3類（圖1）：1）龍卷發(fā)生在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向右后側(cè)，占總數(shù)50%；2）龍卷發(fā)生在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向左前側(cè)，約占總數(shù)40%；3）龍卷發(fā)生在臺(tái)風(fēng)移動(dòng)方向右前側(cè)，約占總數(shù)10%。

1類特征：均為秋季臺(tái)風(fēng)（9—10月），龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度為12～15級(jí)（臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)），龍卷強(qiáng)度為EF2級(jí)。海南島南部西行的臺(tái)風(fēng)引發(fā)的龍卷出現(xiàn)在東部沿海，龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)位于109°—110°E、16°—17°N（圖1a）；海南島中部西行的臺(tái)風(fēng)引發(fā)的龍卷出現(xiàn)在北部沿海，龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)位于北部灣海面。這類龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)距離龍卷發(fā)生地200～300 km（圖1b）。

圖1 2004—2019年海南引發(fā)龍卷的臺(tái)風(fēng)路徑（+代表龍卷落區(qū)；代表龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)位置）Fig. 1 The path of the typhoon that triggered the tornado in Hainan Province in 2004—2019（+：tornado；：typhoon position）

2類特征：8—9月臺(tái)風(fēng)自海南島東部西北行；龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度為12～15級(jí)（臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)）；龍卷強(qiáng)度較1類偏弱，秋季臺(tái)風(fēng)引發(fā)的龍卷為EF1級(jí)，夏季臺(tái)風(fēng)引發(fā)的龍卷更弱為EF0級(jí)；龍卷出現(xiàn)在北部沿海；龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)位于109°—110°E、16°—17°N，距離龍卷發(fā)生地220～440 km（圖1c）。

3類特征：2019年8月29日凌晨1912“楊柳”臺(tái)風(fēng)在南海中部向海南島南部西行過程中臺(tái)前颮線中的超級(jí)單體引發(fā)了屯昌、儋州、白沙系列龍卷，龍卷最大強(qiáng)度為EF2級(jí)；龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度為9級(jí)（熱帶風(fēng)暴級(jí)）；龍卷出現(xiàn)在內(nèi)陸地區(qū)；龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)距離龍卷發(fā)生地約400 km（圖1d）。

3 非熱帶氣旋龍卷統(tǒng)計(jì)特征

3.1 非熱帶氣旋龍卷時(shí)空分布

表2給出了2004—2019年海南非熱帶氣旋龍卷過程概況。海南非熱帶氣旋龍卷主要出現(xiàn)在春季（3—5月），其中以5月最為多發(fā)，占總數(shù)的30%。超過90%的非熱帶氣旋龍卷發(fā)生在午后13—17時(shí)，龍卷落區(qū)位于海南島北部和東部沿海地區(qū)，其中?？谧疃酁?0個(gè)，約占總數(shù)47.6%（圖2）；白天地面太陽輻射加熱迅速增大的CAPE值為超級(jí)單體風(fēng)暴的生成提供了有利的環(huán)境條件，海陸風(fēng)效應(yīng)而顯著增大低層垂直風(fēng)切變午后由于海陸熱力差異，海南島北半部地區(qū)維持的中尺度海陸風(fēng)輻合線觸發(fā)的龍卷[15]。

3.2 非熱帶氣旋龍卷分類

3.2.1 海風(fēng)鋒引發(fā)龍卷

海風(fēng)鋒引發(fā)的龍卷落區(qū)位于海南島北部地區(qū)，最強(qiáng)可達(dá)EF2級(jí)。邊界層中β尺度海風(fēng)鋒輻合線是這類龍卷發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素[15-16]。龍卷發(fā)生當(dāng)日地面西南熱低壓中心一般在四川盆地附近維持，海南島處于低壓槽控制下，受持續(xù)偏南風(fēng)影響，白天最高氣溫北部地區(qū)普遍升至36～38 ℃，午后海陸風(fēng)效應(yīng)增強(qiáng)，海南島北部地區(qū)維持中尺度海風(fēng)鋒輻合線；大氣環(huán)境整層較干，特別是中層干層顯著，環(huán)境溫度垂直遞減率較大，且低層垂直風(fēng)切變較大。雷暴在海風(fēng)鋒輻合線附近觸發(fā)從而引發(fā)龍卷。

3.2.2 干冷空氣引發(fā)龍卷

干冷空氣引發(fā)的龍卷落區(qū)位于海南島北部和東部地區(qū)，強(qiáng)度較海風(fēng)鋒引發(fā)的龍卷偏弱，約23%為EF1級(jí)，其余77%為EF0級(jí)。邊界層切變線是這類龍卷發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素。龍卷發(fā)生當(dāng)日08時(shí)，地面鋒面一般位于華南沿海，925 hPa切變線南壓至海南島北部地區(qū)，東路冷空氣（地面冷高中心在110°E以東）為東北風(fēng)與東南風(fēng)切變，西路冷空氣（地面冷高中心在110°E以西）為西北風(fēng)與東南風(fēng)切變；大氣環(huán)境中層（600 hPa附近）干層顯著，環(huán)境溫度垂直遞減率較大，且低層垂直風(fēng)切變較大。雷暴在切變線附近觸發(fā)從而引發(fā)龍卷。

表2 2004—2019年海南非熱帶氣旋龍卷過程概況Table 2 Non-tropical Cyclone Tornado survey in Hainan Province in 2004-2019

圖2 2004—2019年海南非熱帶氣旋龍卷個(gè)數(shù)分布Fig.2 Number distribution of Non-tropical Cyclone Tornado in Hainan Province in 2004—2019

4 水龍卷

2004—2019年，海南共觀測(cè)到3次水龍卷過程，均出現(xiàn)在海南島西部的儋州和昌江沿海，強(qiáng)度為EF0級(jí)（表3），較2016年深圳寶安機(jī)場(chǎng)附近水龍卷以及2017年東洞庭湖水龍卷明細(xì)偏弱[21-22]。由于水龍卷對(duì)生命財(cái)產(chǎn)沒有造成明顯的影響，目前海南還沒有對(duì)水龍卷進(jìn)行過詳細(xì)分析。

表3 2004—2019年海南水龍卷過程概況Table 3 Waterspout survey in Hainan Province in 2004-2019

5 結(jié)論

通過統(tǒng)計(jì)分析2004—2019年海南島龍卷過程，得到了如下結(jié)論：

1）熱帶氣旋龍卷均出現(xiàn)在8—10月，其中以9月最為多發(fā)，主要發(fā)生在夜間到次日凌晨；約90%的龍卷是由臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)引發(fā)的，龍卷發(fā)生時(shí)臺(tái)風(fēng)中心距離龍卷發(fā)生地約200～400 km；海南島南部西行的臺(tái)風(fēng)引發(fā)的龍卷出現(xiàn)在東部沿海，中部西行的臺(tái)風(fēng)引發(fā)的龍卷出現(xiàn)在北部沿海，東部西北行的臺(tái)風(fēng)龍卷出現(xiàn)在北部沿海。

2）非熱帶氣旋龍卷主要出現(xiàn)在春季，其中以5月最為多發(fā)，超過90%的非熱帶氣旋龍卷發(fā)生在13—17時(shí)；海風(fēng)鋒引發(fā)的龍卷落區(qū)位于海南島北部地區(qū)，最強(qiáng)可達(dá)EF2級(jí)，邊界層中β尺度海風(fēng)鋒輻合線是這類龍卷發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素；干冷空氣引發(fā)的龍卷落區(qū)位于海南島北部和東部地區(qū)，約23%為EF1級(jí)，其余77%為EF0級(jí)，邊界層切變線是這類龍卷發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素。

另外，目前海南還沒有對(duì)水龍卷進(jìn)行過詳細(xì)分析，有待于今后進(jìn)一步研究。