2018年8月31日廣東熱帶擾動(dòng)龍卷天氣分析

李婉儀，黃先香，葉智明，曾海媚，蔡康龍，植江玲，張晶晶

（1.佛山市高明區(qū)氣象局，廣東佛山 528000；2.佛山市龍卷風(fēng)研究中心，廣東佛山 528000）

龍卷是地球大氣中最為劇烈和最具有破壞性的天氣現(xiàn)象，可在短時(shí)間內(nèi)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失［1］。廣東是我國(guó)龍卷比較高發(fā)的省份之一，EF1或以上級(jí)龍卷在全國(guó)排第3位［2］。近年來(lái)，隨著我國(guó)科技發(fā)展，天氣觀測(cè)網(wǎng)得以加密建設(shè)，強(qiáng)對(duì)流天氣監(jiān)測(cè)資料獲取渠道增多并加以積累，我國(guó)氣象學(xué)者對(duì)龍卷的研究取得了一定的成果［3－6］。以往研究表明，廣東龍卷根據(jù)天氣形勢(shì)和影響天氣系統(tǒng)劃分，可以分為西風(fēng)帶系統(tǒng)龍卷、臺(tái)風(fēng)外圍龍卷、熱帶擾動(dòng)龍卷等［7］。目前關(guān)于廣東臺(tái)風(fēng)外圍龍卷［8－14］和西風(fēng)帶系統(tǒng)龍卷［15－18］的發(fā)生環(huán)境和雷達(dá)觀測(cè)特征的研究表明，兩種類型的龍卷均發(fā)生在大的垂直風(fēng)切變、大的風(fēng)暴相對(duì)螺旋度（SRH）和低的抬升凝結(jié)高度（LCL）環(huán)境條件下，雷達(dá)觀測(cè)上通常能探測(cè)到超級(jí)單體風(fēng)暴或微型超級(jí)單體風(fēng)暴及中等以上強(qiáng)度中氣旋。中等偏強(qiáng)的熱力不穩(wěn)定和較大的能量螺旋度是西風(fēng)帶系統(tǒng)龍卷發(fā)生的有利熱力條件［15－18］，而臺(tái)風(fēng)外圍龍卷對(duì)應(yīng)的對(duì)流有效位能和能量螺旋度通常較?。?－9，11，13］；龍卷容易出現(xiàn)在地形相對(duì)平坦的地區(qū)，江河、沿海和喇叭口地形對(duì)龍卷的發(fā)生有促進(jìn)作用［11，15］。

熱帶擾動(dòng)型龍卷，通常指發(fā)生在熱帶或副熱帶地區(qū)大氣中各種尺度的擾動(dòng)，包括輻合帶波動(dòng)、季風(fēng)低壓、東風(fēng)波等東風(fēng)帶系統(tǒng)環(huán)流背景中的龍卷。2018年8月中下旬，季風(fēng)低壓在臺(tái)灣附近海域生成，而后沿著副高脊線西移，自東向西穿過(guò)廣東。8月31日下午，受季風(fēng)低壓擾動(dòng)影響，廣州番禺區(qū)石樓鎮(zhèn)出現(xiàn)了龍卷，給當(dāng)?shù)卦斐梢欢ǖ慕?jīng)濟(jì)損失。目前對(duì)廣東熱帶擾動(dòng)龍卷的分析還很少，其發(fā)生的環(huán)境條件和雷達(dá)觀測(cè)特征尚不清楚?，F(xiàn)利用現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)調(diào)資料、Micaps資料、地面自動(dòng)站資料和廣州SA多普勒天氣雷達(dá)資料等，對(duì)該次龍卷過(guò)程發(fā)生的環(huán)境條件和雷達(dá)觀測(cè)特征進(jìn)行分析，為今后此類型天氣背景下的龍卷監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)及預(yù)警工作提供參考。

1 龍卷過(guò)程概況

2018年8月31日14：25前后（北京時(shí)，下同），廣州番禺區(qū)石樓鎮(zhèn)岳溪村出現(xiàn)龍卷天氣，造成附近的一個(gè)鐵皮廠房頂被掀翻，附近市民有拍到龍卷視頻。根據(jù)佛山市龍卷風(fēng)研究中心和番禺區(qū)氣象局對(duì)龍卷破壞現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地調(diào)查、龍卷影像的分析，并結(jié)合當(dāng)天雷達(dá)資料等氣象數(shù)據(jù)分析，判定該龍卷路徑長(zhǎng)度約80 m，最大破壞寬度約52m，破壞面積約2 600m2。根據(jù)“增強(qiáng)的藤田級(jí)別”（EF－Scale）龍卷定強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)［18］，可以確定該次龍卷災(zāi)害破壞強(qiáng)度為EF1級(jí)，屬于弱龍卷。

2 天氣背景和環(huán)境條件

2.1 天氣背景

2018年8月31日08：00，500 hPa副熱帶高壓呈方頭狀（簡(jiǎn)稱副高），位置偏東、脊線偏北（30°N附近），越南北部有季風(fēng)低壓活動(dòng)，廣東處于低壓東側(cè)與副高西側(cè)之間的西南偏西氣流中。700～925 hPa，廣東處于季風(fēng)低壓東側(cè)與高壓西側(cè)之間的強(qiáng)盛西南氣流影響，從南海中南部經(jīng)海南、粵西一帶有一支顯著西南偏南氣流伸向珠江口西側(cè)一帶，香港探空站西南風(fēng)風(fēng)速分別為12、13、11 m／s，達(dá)急流強(qiáng)度；清遠(yuǎn)站西南偏南風(fēng)風(fēng)速分別為8、12、8 m／s，珠江口附近存在西南低空急流的風(fēng)速輻合。同時(shí)，200 hPa廣東處于南亞高壓東南側(cè)的明顯風(fēng)場(chǎng)輻散區(qū)，對(duì)中低層大氣有抽吸作用。14：00，珠江口東、西兩側(cè)的地面風(fēng)場(chǎng)存在“人”字形輻合線，輻合中心位于廣州番禺附近。珠江口附近低層輻合、高層輻散的配置及中低空西南急流的疊加交匯為該次龍卷天氣的發(fā)生發(fā)展提供了較為有利的天氣尺度條件（圖1）。

圖1 2018年8月31日08：00高空形勢(shì)及地面形勢(shì)綜合圖

2.2 環(huán)境條件

圖2給出了8月31日08：00龍卷發(fā)生地周邊的清遠(yuǎn)站和香港站探空?qǐng)D。

圖2 2018年8月31日08：00清遠(yuǎn)站（a）和香港站（b）探空?qǐng)D

由圖2可以看到，對(duì)流有效位能CAPE在1 400～2 000 J／kg之間，達(dá)到中等大小，為強(qiáng)天氣的發(fā)生提供了有利的對(duì)流不穩(wěn)定層結(jié)條件，不穩(wěn)定層主要位于700 hPa以下；濕層十分深厚，從地面向上延伸至400～300 hPa，t－td≤2℃達(dá)到飽和或基本接近飽和狀態(tài)；抬升凝結(jié)高度（LCL）很低，香港站LCL約為330m，清遠(yuǎn)站LCL幾乎接近地面；對(duì)流抑制CIN很小，在30 J／kg以下，容易導(dǎo)致濕對(duì)流天氣的發(fā)生。清遠(yuǎn)站近地面吹弱東南風(fēng)，925～850 hPa為南西南風(fēng)，風(fēng)力逐漸增大，500 hPa轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，該站風(fēng)向隨著高度呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；而香港探空站近地面存在弱東南風(fēng)轉(zhuǎn)西南風(fēng)，925～700 hPa受強(qiáng)盛西南風(fēng)影響，500 hPa風(fēng)向順轉(zhuǎn)為偏西風(fēng)，兩個(gè)探空站均表現(xiàn)出風(fēng)向隨高度增長(zhǎng)而順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、風(fēng)力逐漸增強(qiáng)的特征，表明此時(shí)珠三角地區(qū)低層到近地面存在暖平流，伴有明顯的上升氣流。中低空西南氣流較前一天明顯增強(qiáng)，西南風(fēng)風(fēng)速達(dá)12 m／s，為風(fēng)暴發(fā)展提供較好的抬升條件。另外，龍卷等強(qiáng)天氣的產(chǎn)生還與垂直風(fēng)切變特別是低層的垂直風(fēng)切變和風(fēng)暴相對(duì)螺旋度（SRH）和能量螺旋度（EHI）等密切相關(guān)。

另外，還可以看到，0～6 km垂直風(fēng)切變?cè)?0～11 m／s之間，偏小；但0～3 km垂直風(fēng)切變?cè)?.4～11.7 m／s之間，0～1 km垂直風(fēng)切變?cè)?.2～11.0 m／s之間，屬于較大的低空垂直風(fēng)切變；香港站風(fēng)暴相對(duì)螺旋度SRH為88 m2／s2，能量螺旋度EHI為1.1，環(huán)境條件有利于超級(jí)單體風(fēng)暴發(fā)展的潛勢(shì)。對(duì)比廣東臺(tái)風(fēng)外圍龍卷發(fā)生環(huán)境條件［11］，可以發(fā)現(xiàn)，該次熱帶擾動(dòng)類龍卷的對(duì)流不穩(wěn)定能量（CAPE和EHI）更大，但低空及深層的垂直風(fēng)切變及風(fēng)暴相對(duì)螺旋度等動(dòng)力環(huán)境條件明顯更弱，這也可能是該次龍卷強(qiáng)度較弱的重要原因之一。

2.3 地面中小尺度

8月31日上午，廣東中南部地區(qū)受偏南到東南氣流控制，與粵西北的東北風(fēng)形成輻合，使珠三角西部地區(qū)風(fēng)場(chǎng)呈氣旋式彎曲；午后珠江口以西地區(qū)地面切變線東移南壓，珠江口附近南風(fēng)風(fēng)力加強(qiáng)，切變線在珠江口兩側(cè)呈“入”字形分布，在珠江口北部形成小尺度渦旋。31日下午珠三角地區(qū)自動(dòng)站逐小時(shí)資料可見(jiàn)，13：00前后“入”字形輻合線在廣佛上空交匯，廣州開(kāi)始出現(xiàn)小渦旋，番禺區(qū)風(fēng)場(chǎng)也呈現(xiàn)出氣旋式彎曲；14：00（圖3）小尺度渦旋位于番禺區(qū)，龍卷發(fā)生地大致處于地面小尺度渦旋的輻合中心內(nèi)，小尺度渦旋的輻合抬升作用有利于強(qiáng)天氣的發(fā)生。

圖3 珠江口周邊地區(qū)8月31日14：00地面風(fēng)場(chǎng)分布（單位：m／s）

3 雷達(dá)觀測(cè)特征

廣州多普勒雷達(dá)0.5°反射率因子產(chǎn)品顯示，2018年8月31日季風(fēng)槽雨帶不斷從海上自西南向東北方向移動(dòng)，范圍覆蓋廣東大部分地區(qū)。14：00—14：12，強(qiáng)降雨回波帶開(kāi)始移入番禺區(qū)境內(nèi)，強(qiáng)降雨帶移動(dòng)緩慢（圖略），低層最強(qiáng)反射率因子大于50 dBz。

圖4為2018年8月31日14：18廣州雷達(dá)0.5°、1.5°、2.4°反射率因子（圖4a、b、c）及14：18（圖4d、g）、14：24（圖4e、h）、14：30（圖4f、i）廣州雷達(dá)0.5°反射率因子和徑向速度圖。

圖4 2018年8月31日14：18廣州雷達(dá)0.5°（a）、1.5°（b）、2.4°（c）仰角反射率因子及14：18（d、g）、14：24（e、h）、14：30（f、i）廣州雷達(dá)0.5°反射率因子和徑向速度圖

由圖4可以看出，14：18，強(qiáng)降雨回波帶中有多個(gè)微型超級(jí)單體發(fā)展，低層反射率因子圖上探測(cè)到鉤狀回波和入流缺口，產(chǎn)生龍卷的母體微型超級(jí)單體位于強(qiáng)雨帶南端（圖4a），最強(qiáng)反射率因子為57.5 dBz，對(duì)應(yīng)0.5°仰角上徑向速度圖探測(cè)到氣旋式旋轉(zhuǎn)的速度對(duì)（圖4g），此時(shí)旋轉(zhuǎn)速度約7 m／s，底高約0.3 km，直徑4 km，距雷達(dá)約11 km。14：24，速度對(duì)強(qiáng)度增強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)速度增大至約10m／s（圖4h），底高約0.3 km，直徑尺寸明顯縮小，約1.6 km，距雷達(dá)約12 km，達(dá)到弱中氣旋標(biāo)準(zhǔn)，中氣旋一直擴(kuò)展至2.4°仰角（約700 m），龍卷發(fā)生在此時(shí)刻前后（14：25），出現(xiàn)在鉤狀回波頂端附近和中氣旋中心。14：30，低層仍能觀測(cè)到鉤狀回波和速度對(duì)（圖4f、圖4i），但旋轉(zhuǎn)速度減弱為7.3 m／s，直徑增大至4 km左右，距雷達(dá)約13.5 km，龍卷消亡。微型超級(jí)單體中氣旋一直維持至15：00（圖略），但直徑不斷增大。

統(tǒng)計(jì)龍卷觸地前后的風(fēng)暴質(zhì)心和速度對(duì)強(qiáng)度變化表明，14：18風(fēng)暴質(zhì)心高度約1 km，速度對(duì)強(qiáng)度較弱（旋轉(zhuǎn)速度約7 m／s），直徑較大（4 km左右）；14：24風(fēng)暴質(zhì)心明顯下降，最強(qiáng)反射率因子高度在300 m左右，速度對(duì)增強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)速度約10 m／s，直徑明顯縮小，約1.6 km；14：30風(fēng)暴質(zhì)心明顯抬升，再次升至1 km左右高度，速度對(duì)旋轉(zhuǎn)速度減弱至7 m／s，直徑增大至4 km左右。

4 結(jié)論

利用現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)調(diào)資料、Micaps資料、地面加密自動(dòng)站資料及廣州SA多普勒天氣雷達(dá)資料等，對(duì)2018年8月31日廣州番禺龍卷發(fā)生的環(huán)境條件和雷達(dá)觀測(cè)特征等進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下：

1）該次龍卷發(fā)生在季風(fēng)低壓移動(dòng)方向后側(cè)的雨帶中，屬于熱帶擾動(dòng)型龍卷。2018年8月31日季風(fēng)低壓以西移進(jìn)入中南半島，番禺龍卷發(fā)生在當(dāng)天14：25前后，路徑長(zhǎng)度約80 m，最大破壞寬度約52 m，龍卷破壞等級(jí)為EF1級(jí)，屬于弱龍卷。而臺(tái)風(fēng)外圍型龍卷一般發(fā)生在臺(tái)風(fēng)前進(jìn)方向的右前側(cè)。

2）在季風(fēng)低壓活動(dòng)天氣背景下，低層輻合、高層輻散的配置及中低空西南急流的疊加交匯是該次龍卷天氣過(guò)程發(fā)生發(fā)展的有利天氣尺度條件。臺(tái)風(fēng)外圍型龍卷也發(fā)生在大尺度環(huán)流有利于風(fēng)雨持續(xù)的環(huán)流形勢(shì)中。

3）該次熱帶擾動(dòng)龍卷發(fā)生在較大的對(duì)流有效位能、深厚的濕層和極低的抬升凝結(jié)高度環(huán)境條件下，0～6 km垂直風(fēng)切變較小，但低空垂直風(fēng)切變、風(fēng)暴相對(duì)螺旋度和能量螺旋度較大，為超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)展提供了有利的動(dòng)力條件潛勢(shì)；相較于廣東臺(tái)風(fēng)外圍龍卷發(fā)生的環(huán)境條件，該次熱帶擾動(dòng)類龍卷的對(duì)流不穩(wěn)定能量（CAPE和EHI）更大，但低空及深層的垂直風(fēng)切變及風(fēng)暴相對(duì)螺旋度等動(dòng)力環(huán)境條件明顯偏弱。龍卷發(fā)生前，地面存在明顯的中尺度輻合線和小尺度渦旋，是龍卷母體風(fēng)暴觸發(fā)的有利中小尺度系統(tǒng)。

4）龍卷發(fā)生在強(qiáng)降雨回波帶中的微型超級(jí)單體風(fēng)暴中，伴有明顯的低層入流缺口和鉤狀回波特征，龍卷母體風(fēng)暴中的中氣旋強(qiáng)度較弱，約10 m／s，為弱中氣旋，這也是龍卷強(qiáng)度較弱的原因；龍卷觸地前后，風(fēng)暴質(zhì)心明顯下降至約300 m高度，并伴隨中氣旋強(qiáng)度的加強(qiáng)和直徑尺寸明顯縮小（約1.6 km），龍卷出現(xiàn)在鉤狀回波頂端附近和中氣旋中心。

致謝：感謝廣州市番禺區(qū)氣象局在現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)調(diào)中提供的支持和幫助！