李婉儀 黃先香 蔡康龍 植江玲 張晶晶 周曉儀 田良鈺

（1 廣東省佛山市高明區(qū)氣象局/佛山市高明區(qū)突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，佛山 528000；2 廣東省佛山市氣象局/佛山市龍卷風(fēng)研究中心，佛山 528000）

0 引言

龍卷是對(duì)流云產(chǎn)生的破壞力極大的小尺度災(zāi)害系統(tǒng)，雖然持續(xù)時(shí)間短，但其產(chǎn)生的強(qiáng)烈陣風(fēng)常造成重大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡[1]。與短時(shí)強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)等類型強(qiáng)對(duì)流相比，龍卷屬于小概率事件，短臨預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)欠缺。為加強(qiáng)龍卷研究，最大程度做好龍卷防災(zāi)工作，不少學(xué)者對(duì)龍卷在我國(guó)的地域分布[1-4]、龍卷發(fā)生的大氣環(huán)流形勢(shì)、物理量條件和雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)特征[5-13]進(jìn)行了分析，并對(duì)開展超級(jí)單體龍卷和非超級(jí)單體龍卷的監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)進(jìn)行了深入探討[14-18]。

佛山是珠三角及廣東龍卷最為高發(fā)的地區(qū)之一，根據(jù)影響天氣系統(tǒng)，佛山龍卷大致分為四類：臺(tái)風(fēng)外圍型、鋒面暖區(qū)型、地面輻合線型和熱帶擾動(dòng)型[19]，其中，鋒面暖區(qū)型和地面輻合型主要發(fā)生在西風(fēng)帶系統(tǒng)的環(huán)流背景中。佛山龍卷以臺(tái)風(fēng)外圍龍卷為主[17,20-24]，西風(fēng)帶系統(tǒng)龍卷相對(duì)較少。從龍卷落區(qū)看，佛山龍卷主要發(fā)生在佛山東部的平原地帶，西部山區(qū)和丘陵地帶鮮有發(fā)生[19]。2020年5月31日19時(shí)（北京時(shí)，下同）左右，佛山市西部的高明區(qū)丘陵地帶發(fā)生了龍卷災(zāi)害，這在歷史上是少見的。為此，本文利用預(yù)報(bào)員日常可獲取的多種氣象資料，對(duì)此次龍卷進(jìn)行細(xì)致分析，旨在為此類極端天氣過程監(jiān)測(cè)預(yù)警提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 龍卷災(zāi)情概況

2020年5月31日11—21時(shí)，佛山高明區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)雷雨天氣，更合鎮(zhèn)、明城鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨，最大陣風(fēng)6級(jí)。其中，19時(shí)許佛山市高明區(qū)更合鎮(zhèn)停步工業(yè)區(qū)附近出現(xiàn)大風(fēng)災(zāi)害，造成兩家公司嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，沒有人員傷亡。經(jīng)佛山市龍卷風(fēng)研究中心和高明區(qū)氣象局對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)沿線的目擊者走訪、影像資料收集、勘查取證、無(wú)人機(jī)航拍等方式，再結(jié)合天氣雷達(dá)等多種氣象數(shù)據(jù)綜合分析研判，確認(rèn)局地風(fēng)災(zāi)為龍卷造成的。龍卷影響時(shí)間是18：59—19：01，龍卷主要在停步工業(yè)區(qū)造成明顯破壞痕跡，最大破壞直徑80 m，影響路徑長(zhǎng)度約670 m，兩棵直徑10 cm的芒果樹被攔腰截?cái)?，龍卷破壞程度?duì)應(yīng)我國(guó)龍卷強(qiáng)度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)，相當(dāng)于EF1級(jí)；目擊者拍攝的多個(gè)視頻以及工廠監(jiān)控視頻可見，被卷起的廠房鐵皮頂及其他碎片逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)上升，且旋轉(zhuǎn)時(shí)間超過1 min（圖1a—1d）；航拍破壞現(xiàn)場(chǎng)可見，破壞痕跡狹長(zhǎng)，縱橫比大，是明顯的龍卷風(fēng)破壞特征（圖1e）。該龍卷大風(fēng)范圍小，周邊區(qū)域氣象自動(dòng)站布設(shè)仍較稀疏，距離龍卷發(fā)生地最近的3個(gè)氣象站均在3 km以上，僅有處龍卷發(fā)生地下游方向的歌樂村委站錄得極大風(fēng)速達(dá)6級(jí)（12.9 m/s）。

2 天氣背景和環(huán)境條件

2.1 天氣背景

由2 0 2 0 年5 月3 1 日0 8時(shí)環(huán)流形勢(shì)（圖2）可見，500 hPa副熱帶高壓（以下簡(jiǎn)稱副高）較為強(qiáng)盛，588線控制廣東，但受高原上西風(fēng)槽東移下滑和云桂交界處短波槽東傳的影響，副高有所減弱，廣東處于短波槽槽前和副高不穩(wěn)定邊緣間不斷增大的西南風(fēng)場(chǎng)中，廣東中西部一帶的西南風(fēng)風(fēng)速由08時(shí)的14 m/s增至20時(shí)的16 m/s。700～925 hPa貴州附近有低渦發(fā)展，廣東受低渦東南側(cè)與副高西北側(cè)之間的強(qiáng)盛西南氣流影響，700、850、925 hPa存在一支風(fēng)速分別為12、10、8 m/s的顯著西南氣流，由海上向珠江口西側(cè)輸送水汽和不穩(wěn)定能量。同時(shí)，200 hPa廣東處于南亞高壓西北側(cè)和高空急流軸右側(cè)之間的輻散區(qū)內(nèi)。31日午后，地面暖低壓槽穩(wěn)定少動(dòng)，佛山處于槽前，南部沿海風(fēng)力較大，有利于海上水汽向廣東輸送，且珠江口北側(cè)經(jīng)佛山有一條東北—西南走向的地面輻合線，佛山高明區(qū)正好處于輻合區(qū)（圖略）。綜上所述，低層輻合、高層輻散的配置以及中低層顯著西南氣流在珠江口西側(cè)的疊加匯聚，為強(qiáng)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 2020年5月31日18：59高明區(qū)更合鎮(zhèn)龍卷視頻截圖（a—d）和災(zāi)情（e）（弧線箭頭為飛物方向）Fig. 1 Video screenshots (a-d) and disaster situation (e) of the tornado occurred in Genghe Town, Gaoming District on May 31, 2020 (The arc arrows show direction of flying objects)

圖2 2020年5月31日08時(shí)高空形勢(shì)綜合圖Fig. 2 High altitude situation data at 08:00 BT 31 May 2020

2.2 環(huán)境條件

圖3給出了2020年5月31日08時(shí)龍卷發(fā)生地周邊的清遠(yuǎn)和陽(yáng)江站T-lnP圖?？梢钥吹?，佛山高明區(qū)周邊大氣具有較大的對(duì)流不穩(wěn)定能量，對(duì)流有效位能CAPE在2100～2700 J/kg，用14時(shí)高明區(qū)更合地面自動(dòng)站氣溫和露點(diǎn)資料訂正后，CAPE高達(dá)4000 J/kg以上，呈現(xiàn)出強(qiáng)的條件不穩(wěn)定；整個(gè)對(duì)流層的濕度都很大，接近或基本處于飽和狀態(tài)；對(duì)流抑制很小，CIN為0 J/kg，抬升凝結(jié)高度LCL很低，在350 m以下，有利于深厚濕對(duì)流的觸發(fā)。

龍卷等強(qiáng)天氣的產(chǎn)生與抬升凝結(jié)高度及垂直風(fēng)切變特別是低層的垂直風(fēng)切變有密切的關(guān)系。表1給出了具體的環(huán)境參數(shù)，可以看到，清遠(yuǎn)0～6 km垂直風(fēng)切變?yōu)?3.0 m/s，屬于中等偏弱的深層垂直風(fēng)切變，陽(yáng)江站0～6 km垂直風(fēng)切變只有7.0 m/s，屬于弱的深層垂直風(fēng)切變；兩個(gè)站的0～3 km的垂直風(fēng)切變?yōu)?0 m/s，屬于較大的中層垂直風(fēng)切變；0～1 km垂直風(fēng)切變分別為5.7、7.1 m/s，屬于較弱的低空垂直風(fēng)切變。31日18：30—19：00廣州雷達(dá)VWP風(fēng)廓線顯示0.3～1.2 km的風(fēng)矢量差值為12.0 m/s，是一個(gè)相對(duì)比較大的低層垂直風(fēng)切變值。另外，風(fēng)暴相對(duì)螺旋度SRH和能量螺旋度EHI也是判別超級(jí)單體風(fēng)暴和龍卷形成的重要指標(biāo)[25]。從表1還可以看到，風(fēng)暴相對(duì)螺旋度SRH在48～65 m2/s2，明顯小于珠三角臺(tái)風(fēng)龍卷發(fā)生的SRH值[26]；能量螺旋度EHI在0.6～1.0，用14時(shí)高明更合地面氣溫和露點(diǎn)資料訂正后EHI在1.4～1.9，環(huán)境條件有利于超級(jí)單體風(fēng)暴發(fā)展的潛勢(shì)。

圖3 2020年5月31日08時(shí)陽(yáng)江站和清遠(yuǎn)站T-lnP圖Fig. 3 T-lnP data of Yangjiang station and Qingyuan station at 08:00 BT 31 May 2020

2.3 地面風(fēng)場(chǎng)

根據(jù)區(qū)域氣象自動(dòng)站監(jiān)測(cè)資料（圖4）可以看出，18：00—18：30肇慶到云浮有地面切變線發(fā)展，并緩慢東移，南風(fēng)加大，在更合鎮(zhèn)與偏東風(fēng)輻合，兩條輻合線逐漸并攏，呈人字形分布，并在高要與高明邊界形成小尺度渦旋；18：50—19：00隨著南風(fēng)進(jìn)一步加強(qiáng)，輻合線發(fā)展，兩區(qū)交界處及更合鎮(zhèn)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流，并出現(xiàn)12.7 m/s陣風(fēng)（6級(jí)），離龍卷發(fā)生地最近的3個(gè)自動(dòng)站（圍繞龍卷發(fā)生地呈三角分布）錄得風(fēng)向呈現(xiàn)向龍卷發(fā)生地輻合分布，意味著這段時(shí)間內(nèi)龍卷發(fā)生地處于輻合中心的上升區(qū)域，當(dāng)渦旋與輻合上升區(qū)相遇，便有可能由于渦旋拉伸，使旋轉(zhuǎn)加速形成龍卷；地面輻合線減弱，高明中西部地區(qū)轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，小尺度渦旋消散。

高明區(qū)處于珠三角西翼，呈西、南、北部三面環(huán)山、自西南向東北傾斜的地形。本次龍卷發(fā)生地更合鎮(zhèn)處于高明區(qū)西北側(cè)，四周以低山丘陵為主，故本次龍卷過程持續(xù)時(shí)間短，強(qiáng)度弱。

表1 2020年5月31日08時(shí)清遠(yuǎn)和陽(yáng)江探空站環(huán)境參數(shù)Table 1 Environmental parameters at Yangjiang station and Qingyuan station at 08:00 BT 31 May 2020

圖4 2020年5月31日18：00—19：00地面氣象要素（箭頭為氣流，實(shí)線為輻合線、圓圈為小尺度氣旋式環(huán)流）Fig. 4 Surface meteorological elements between 18:00 and 19:00 BT 31 May 2020 (Arrows show airflows, solid lines show convergence lines, circles show small-scale cyclonic circulations)

3 雷達(dá)回波特征

根據(jù)廣州多普勒雷達(dá)0.5°反射率因子產(chǎn)品顯示，2020年5月31日18：00—18：30云浮到高要方向有零散雷雨云團(tuán)向東移近高明西北部地區(qū)，并在高要與高明邊界處連成西南—東北向的帶狀回波，強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)。18：36，對(duì)流風(fēng)暴移入更合境內(nèi)，強(qiáng)度繼續(xù)加強(qiáng)。18：48，對(duì)流風(fēng)暴發(fā)展為超級(jí)單體，最強(qiáng)反射率因子為63 dBZ，低層開始出現(xiàn)鉤狀回波和入流缺口，中層出現(xiàn)回波懸垂結(jié)構(gòu)（圖5a—5c）；徑向速度圖0.5°仰角上探測(cè)到氣旋式旋轉(zhuǎn)的速度對(duì)，底高約1.4 km，旋轉(zhuǎn)速度約8 m/s，距離廣州雷達(dá)約86 km，速度對(duì)尺度較大，直徑約8km（圖略）。沿著與穿過中氣旋中心的方向做反射率因子和徑向速度的垂直剖面（圖5j—5k），18：48可觀測(cè)到有界弱回波區(qū)，水平尺度約5 km，該超級(jí)單體的強(qiáng)反射率因子頂高約8 km，中氣旋從底部2 km處向上延展至5 km左右，并在13 km左右高度上，氣流成反氣旋式向外輻散。18：54—19：00，回波強(qiáng)度略有減弱，最強(qiáng)反射率因子為58 dBZ，但鉤狀回波更加明顯，速度對(duì)旋轉(zhuǎn)速度增強(qiáng)至10 m/s，距離廣州雷達(dá)約85 km，達(dá)到弱中氣旋標(biāo)準(zhǔn)，其直徑逐漸縮小至6.8 km左右，高明更合龍卷發(fā)生在19時(shí)前后，龍卷出現(xiàn)在鉤狀回波的弱回波區(qū)附近和弱中氣旋中心（圖5d—5i），此時(shí)超級(jí)單體弱回波區(qū)仍隱約可見，強(qiáng)反射率因子頂高仍保持在7～8 km，中氣旋延伸高度下降至3～4 km（圖略）。可見，引發(fā)本次龍卷的超級(jí)單體風(fēng)暴中氣旋直徑較大。

4 結(jié)論

1）本次龍卷過程發(fā)生在較有利的大氣環(huán)流背景和環(huán)境條件下。高層輻散與低層輻合的上下配置，中低層深厚的顯著西南暖濕氣流匯聚疊加，配合地面輻合線長(zhǎng)時(shí)間維持，為強(qiáng)天氣的發(fā)生提供了有利的天氣背景。大的CAPE、較強(qiáng)的低層垂直風(fēng)切變和低的抬升凝結(jié)高度為龍卷的發(fā)生提供了較為有利的環(huán)境條件。

2）地面輻合線是有利于龍卷發(fā)生的中小尺度系統(tǒng)。這次過程發(fā)生在珠江口暖濕氣流與滲透到廣東省中部弱冷空氣交匯處，高明區(qū)處在“人”字形地面輻合線上，有利于形成小尺度渦旋，進(jìn)而有助于龍卷的發(fā)生發(fā)展。

3）龍卷產(chǎn)生于β中尺度超級(jí)單體風(fēng)暴，雷達(dá)監(jiān)測(cè)到較為明顯的鉤狀回波、回波懸垂和低層中等強(qiáng)度中氣旋，龍卷出現(xiàn)在鉤狀回波頂端和中氣旋中心附近；中氣旋維持4個(gè)掃體，但其尺度較大，龍卷觸地前后中氣旋直徑在6 km以上，屬于尺度較大而強(qiáng)度較弱的中氣旋，因此龍卷強(qiáng)度也較弱。

圖5 2020年5月31日18：48廣州雷達(dá)0.5°、2.4°、4.3°反射率因子（單位：dBZ）（a—c）和18：54—19：00廣州雷達(dá)0.5°反射率因子（單位：dBZ）和0.5°、1.5°徑向速度（單位：m/s）（d—f，g—i）（三角形為龍卷發(fā)生地，圓圈為中氣旋所在位置）和18：48反射率因子（單位：dBZ）（j）、徑向速度（單位：m/s）垂直剖面（k）Fig. 5 Guangzhou Radar 0.5°, 2.4°, 4.3°reflectivity factor at 18:48 BT 31 May 2020 (a-c) and Guangzhou radar 0.5°reflectivity factor and 0.5°, 1.5°radial velocity diagram between 18:54 and 19:00 (d-f, g-i) (The triangle show the place where the tornado occurs, circles show the location of the mesocyclone)and reflectivity factor (j), vertical profile (k) at 18:48

高明多山地丘陵，發(fā)生龍卷的概率極低。本次天氣過程的對(duì)流云團(tuán)在高明及高要邊界丘陵地帶的迎風(fēng)波得到進(jìn)一步發(fā)展加強(qiáng)，進(jìn)入高明境內(nèi)在較為有利的環(huán)境條件下觸發(fā)了龍卷，但很可能是受地理地貌影響，龍卷持續(xù)時(shí)間短、強(qiáng)度弱。對(duì)于復(fù)雜下墊面如何影響龍卷的發(fā)生發(fā)展還需要通過模式進(jìn)一步研究。