武漢5·14 罕見龍卷風天氣氣象服務回顧

毛以偉 方思達 吳翠紅 王曉玲 王珊珊 韓芳蓉 謝萍

引言

氣象服務工作主要為政府防災減災工作服務，超前、準確的氣象服務可以挽救生命于水火之中，減少重大經(jīng)濟損失。

氣象專家普遍認為，氣候變化會導致極端性天氣增多。2020 年、2021 年湖北省接連出現(xiàn)龍卷風天氣，為氣象專家的結(jié)論增添了實證。龍卷風天氣具有突發(fā)性強、破壞力大、難以被觀測和預報的特點，是公認難啃的“硬骨頭”，能夠有機會開展龍卷風氣象服務更是少有。李峰、李柏、唐曉文等研究了美國龍卷風近20 年探測研究進展，發(fā)現(xiàn)美國的龍卷風平均預警時間達到20 分鐘左右，并針對中國的實際，提出了中國方案。對于我國龍卷風的監(jiān)測、特征及機理等氣象專家也開展了各類研究。本文以2021 年5 月14 日武漢蔡甸區(qū)龍卷風天氣氣象服務為例，分析了龍卷風氣象服務經(jīng)驗與不足，提出改進意見。

武漢蔡甸龍卷風調(diào)查及結(jié)論

（一）現(xiàn)場調(diào)查情況

武漢龍卷風發(fā)生后湖北省氣象局聯(lián)合國家氣象中心、中國氣象科學研究院、佛山市龍卷風研究中心的專家開展了實地調(diào)查，調(diào)查大致沿龍卷風移動路線進行（圖1）。調(diào)查自15 日凌晨2:30開始，至17 日結(jié)束，先后組織4 批次專業(yè)技術人員進入災害現(xiàn)場，針對不同內(nèi)容開展了災情調(diào)查。調(diào)查主要采用：實地觀察、測量；拍照取證災情現(xiàn)場；無人機拍攝及路徑跟蹤，測量嚴重受損寬度、明顯受損寬度； 現(xiàn)場采訪、問詢等方式。16 日和17 日專家組先后兩次召開專門會議，就龍卷影響時間、影響距離、路徑、強度級別等進行了研討（圖2）。

圖1 調(diào)查組調(diào)查路線及順序

調(diào)查發(fā)現(xiàn)房屋屋頂被掀或倒坍，工棚倒塌；大量樹木折斷（最大直徑60 厘米左右）、倒伏，部分樹木呈扭曲折斷或被擼頂；建筑鐵皮卡在樹上，部分呈扭曲狀；建筑塔吊倒塌，廠房掀頂（圖3 ～圖5）。

圖3 蔡甸區(qū)千子山循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)園工地信號塔（左）、建筑塔吊（右）倒塌

圖4 蔡甸區(qū)新集村房屋損毀現(xiàn)場

圖5 蔡甸區(qū)友愛村松樹折斷

調(diào)查組報告顯示，武漢蔡甸龍卷風生成接地時間大約在20:33，至20:50 左右消失，自西南向東北方向移動，途經(jīng)蔡甸區(qū)友愛村、新集村、祝家村、千子山陵園、官蓮湖，以及經(jīng)開區(qū)軍山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)和川江池公園，止于小軍山社區(qū)。移動速度約為54km/h，全長18km 左右（11km 連續(xù)接地），最大破壞直徑1000m 左右，其中11km 左右平均破壞直徑800m 左右。

（二）氣象監(jiān)測情況

地面自動氣象站監(jiān)測顯示，龍卷發(fā)生前的17:00—19:59，龍卷發(fā)生區(qū)域基本無降雨。20—23 時，出現(xiàn)間斷降雨，龍卷北部8 公里左右范圍20—23 時累計雨量30～50毫米，龍卷南部3 公里左右范圍20—23 時累計雨量10 毫米左右。

距離事發(fā)地最近蔡甸奓山站（Q1509）20:39 監(jiān)測到極大風速23.9m/s。武漢新一代天氣雷達監(jiān)測資料監(jiān)測到蔡甸中南部龍卷發(fā)生前后有降水發(fā)生，中心回波強度達60dBZ，并出現(xiàn)了典型勾狀回波和速度模糊，退模糊后評估現(xiàn)場風速可達34～39m/s。

（三）災情

據(jù)省應急管理部門統(tǒng)計，截至5 月18 日15 時， 武漢經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)、蔡甸區(qū)突發(fā)龍卷風，造成部分村灣房屋受損，大量樹木折斷，部分工棚倒塌，共造成10 人死亡（其中：武漢開發(fā)區(qū)4 人，蔡甸區(qū)6 人），傷230 人，直接經(jīng)濟損失上億元。

（四）調(diào)查結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查相關特點，結(jié)合自動氣象站監(jiān)測和新一代天氣雷達探測情況綜合判定，聯(lián)合調(diào)查組判定此次龍卷風強度為強（三級）（QX/T 478—2019）（標準見表1），最大風力達17 級。

表1 龍卷強度等級劃分

武漢龍卷風成因初探

一般認為，龍卷風是冷空氣穿過熱空氣層迫使暖空氣急速上升時產(chǎn)生的。武漢龍卷風是在中低層西南暖濕氣流強的增暖增濕作用下，導致武漢上空出現(xiàn)深厚暖中心，并形成低值閉合系統(tǒng)，地面在武漢東部偏東氣流的氣旋性輻合和風速輻合下，導致武漢漢口及蔡甸區(qū)異常增溫，發(fā)展成暖中心。傍晚前后西風入侵武漢西部，由于冷空氣的抬升觸發(fā)作用，在暖中心南界氣溫梯度大值區(qū)（蔡甸南部），出現(xiàn)暖空氣急速上升，進而在東、西風輻合作用下，迅速發(fā)展成為龍卷風天氣。

氣象服務情況

（一）上級指導服務情況

決策服務：5 月12 日中國氣象局《重大氣象信息專報》（圖6 左）預報5 月14 日至16 日我國中東部地區(qū)將有大范圍降雨和強對流過程，湖北有大雨或暴雨，局地有大暴雨，湖北東部將伴有8～10級、局地10 級以上雷暴大風或冰雹天氣。建議加強防范雷暴大風、冰雹等強對流天氣對水陸交通、戶外作業(yè)等的不利影響，做好戶外設施等的加固工作。

預警服務：5 月14 日10 時發(fā)布強對流天氣藍色預警，指出14 日14 時至15 日14 時，湖北東部和南部有8～10級雷暴大風或冰雹天氣；5 月14 日18時繼續(xù)發(fā)布強對流天氣藍色預警（圖6右），預 計14 日20 時 至15 日20 時，湖北東部將有8～10 級雷暴大風或冰雹天氣。

圖6 中國氣象局于5月12日 發(fā)布《重大氣象信息專報》（左）、中央氣象臺于5月14日18時發(fā)布強對流天氣預警服務產(chǎn)品（右）部分截圖（藍色雙下劃線為作者加注）

中央氣象臺在強對流決策服務和預警服務的提前量上都具有相當?shù)那罢靶?。在空間分變率和預警信號等級上略顯不足。

（二）當?shù)貧庀蟛块T預報服務情況

決策服務：5 月12 日，湖北省氣象局向湖北省委、省政府及省應急委成員單位發(fā)送《重大氣象信息專報》，指出13～16 日，湖北省有強降雨過程發(fā)生，伴有強對流天氣。并重點提及武漢等地位于強降雨中心，有暴雨到大暴雨天氣過程，局地有短時雷雨大風強對流天氣，雷暴大風可達8～11 級。14 日上午發(fā)布《天氣快報》1 期，再次明確14～15 日武漢有暴雨雷電大風天氣。建議加強防范雷暴大風天氣對水陸交通、戶外作業(yè)等的不利影響，注意高空和臨時搭建物、港口設施等的檢查和加固工作。

預警服務：5 月14 日20 時15 分指導武漢市氣象臺發(fā)布大風黃色預警信號；武漢市氣象臺5 月14 日20 時18 分發(fā)布大風黃色預警信號，預計未來3 小時，蔡甸、東西湖區(qū)局部有8～10 級大風；隨后，其于5 月14 日20 時29 分又發(fā)布大風黃色預警信號，預計未來3 小時，經(jīng)開區(qū)、漢陽、硚口、江漢、江岸、黃陂局部有8～11 級大風（圖7）；武漢中心氣象臺5 月14 日20 時49 分發(fā)布大風橙色預警信號（圖8），預計未來3 小時，武漢地區(qū)有10～12 級雷暴大風，可能有龍卷，請注意防范。該條提示有龍卷的大風橙色預警信號通過三大運營商發(fā)布短信至用戶達672 萬多。

湖北省氣象部門在強對流預警服務提前量上較上級遜色，但在空間分變率和預警信號等級上占上風。

（三）聯(lián)動響應服務

一是上下聯(lián)動響應。14 日20 時15 分指導武漢市氣象臺于20:18 發(fā)布大風黃色預警信號，蔡甸區(qū)氣象臺20:24 隨之發(fā)布，預計未來3 小時，蔡甸局部有8～10 級大風，請注意防范。20 時49 分發(fā)布大風橙色預警信號，武漢市和蔡甸區(qū)氣象臺隨即響應發(fā)布相應預警信號，提出對龍卷的提示預警。

二是部門聯(lián)動響應。大風預警信號在城綜委災害天氣指揮調(diào)度、應急聯(lián)動工作等QQ 群中實時發(fā)布。為中石油、中石化、長江環(huán)保集團湖北公司、地鐵11 號線項目部和主要旅游景區(qū)、旅行社、在建工地提供點對點預警。

（四）災后應對服務

（1）第一時間緊急部署。蔡甸區(qū)出現(xiàn)龍卷風后，湖北省領導高度重視，湖北省氣象局負責人陪同代省長迅速趕往受災現(xiàn)場，組織開展救災服務。隨后召開專題會議，部署應急處置工作。

（2）迅速出動開展災調(diào)。湖北省氣象部門連夜組織專家赴受災現(xiàn)場進行現(xiàn)場氣象服務和災情調(diào)查，開展技術勘察、組織實況反演、分析成災原因，并第一時間電話向中國氣象局值班室報告。

（3）關鍵時刻權威發(fā)聲。國省市聯(lián)動，派出記者深入一線采訪，通過融媒體途徑及時跟進發(fā)聲；加強輿情監(jiān)控，面向公眾及時開展釋疑工作。

（4）及時開展救援氣象服務。武漢氣象部門相關人員于14 日23 時20 分到達災害現(xiàn)場開展救災氣象服務。

小結(jié)與思考

通過災后調(diào)查和評估，確定了本次龍卷風等級為三級強龍卷，極大風速達17 級以上。其生成主要是由于地面冷空氣入侵武漢西部，冷空氣抬升作用導致武漢蔡甸南部暖氣團迅速上升，在東、西風強的輻合作用下，發(fā)展成強龍卷。針對三級強龍卷天氣，四級氣象部門滾動服務、跟蹤預警，但是依然造成了人員傷亡，災害重、影響大。面對頻發(fā)的極端天氣，氣象部門在監(jiān)測、預報、預警、服務能力等方面還存在短板與弱項，服務能力提升需要重點關注以下幾個方面：

一是開展龍卷監(jiān)測系統(tǒng)研究，強化監(jiān)測能力建設。此次龍卷天氣，地面自動站未能捕捉到，新一代天氣雷達時空分辨率不足以精細分辨此類強對流天氣的結(jié)構與演變特征，支撐精確分析研判的監(jiān)測能力不足，需要開展龍卷風監(jiān)測技術系統(tǒng)性研究，布設先進的高時空分辨率的監(jiān)測設備，爭取實現(xiàn)最大程度提升監(jiān)測能力。

二是加強中尺度模式同化技術研究和應用，提升龍卷預報預警和服務水平。目前，對龍卷天氣機理認識不足，提前預報預警難度大，與美國平均預警時間達20 分鐘相比，仍有不小的差距。需要借助于國家龍卷監(jiān)測系統(tǒng)的建設，依靠中尺度數(shù)值模式同化技術，在硬件速度匹配的前提下，將資料同化時間間隔加密到30 分鐘以內(nèi)，提升預報預警和服務能力。

三是協(xié)同聯(lián)動共享機制需健全?；鶎臃杖藛T要充分認識到中國氣象局的技術核心和指導地位。要健全省市縣三級氣象部門預報預警業(yè)務流程，加強災害天氣預警服務的協(xié)同和互動。同時，要倡導和加強與應急、自然資源、水利、住建、交管等部門的信息共享和聯(lián)動機制，有效提升部門協(xié)同應急響應效率，擴大預警覆蓋面，提高災害防御提前量。

四是氣象災害防御科普需擴大覆蓋面。社會公眾對于各種災害天氣的影響以及如何防范等，仍然沒有足夠了解，對災害天氣預警的關注程度和重視還不夠。需要通過各種手段或者聯(lián)合相關部門，加大氣象科普的覆蓋面，提高全民氣象科學素質(zhì)和氣象災害防范自救意識。

致謝：感謝武漢區(qū)域氣候中心、湖北省信息保障中心和湖北省應急減災處提供龍卷服務相關信息。