鄭艷 林正揚 蔣賢玲

（1 海南省南海氣象防災減災重點實驗室，?？?570203；2 海南省氣象臺，?？?570203；3 海南省三沙市氣象局，三沙 573199）

0 引言

龍卷是最強烈的強對流天氣，最大地面風速可達140 m /s，因其具有突發(fā)性強、生命史短等特點，實際業(yè)務預報和預警難度較大。隨著我國多普勒雷達陸續(xù)布網(wǎng)投入業(yè)務應用，業(yè)務一線的預報員[1-7]先后對廣東、江蘇、安徽、湖南和東北地區(qū)多個龍卷個例的雷達回波特征進行分析，為龍卷業(yè)務監(jiān)測和短臨預警提供依據(jù)。

近年來，多位學者對中國以及區(qū)域的龍卷時空特征和環(huán)境條件進行統(tǒng)計分析，以期實現(xiàn)對龍卷這種小概率的極端天氣用相似法進行統(tǒng)計預報[8]。王秀明等[9]對發(fā)生在東北的13個龍卷個例環(huán)境特征進行分析，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，龍卷風暴主要由干線及其伴隨的強邊界層輻合觸發(fā)。曾明劍等[10]對江蘇梅雨期龍卷天氣的環(huán)境特征進行合成分析，表明地面中尺度氣旋的右側(cè)附近（100 km）、對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]分析珠江三角洲臺風龍卷的活動特征，指出多數(shù)龍卷位于臺風中心的東北象限，臺風中心在廣東湛江—廣西東南部或北部灣附近時是珠江三角洲龍卷發(fā)生的高風險期。范雯杰等[12]對1961—2010年中國165次EF2或以上級強龍卷統(tǒng)計分析表明，強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級龍卷往往造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，加強龍卷過程統(tǒng)計分析對防災減災意義重大。目前對海南龍卷的研究僅限于個例分析[14-17]。本文對2004—2019年海南龍卷進行分類統(tǒng)計分析，以期對熱帶地區(qū)的龍卷預報預警提供依據(jù)和參考。

1 資料來源和個例說明

1.1 資料來源

龍卷資料主要來源于《海南省氣象災情報表》《海南省氣象災害大事記》《中國氣象災害年鑒》等。2004年以來，收到災情后，海南省氣象臺和市縣氣象局相關(guān)人員一般均能在第一時間趕赴受災地進行實地調(diào)查、走訪，結(jié)合加密自動站和雷達資料等對龍卷進行定級，并通過災情直報系統(tǒng)上傳至中國氣象局。

1.2 個例統(tǒng)計范圍和分類

龍卷個例僅限于出現(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輻合線觸發(fā)的龍卷不能歸屬為西風帶龍卷，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個龍卷，20次非熱帶氣旋龍卷過程、21個龍卷，3次水龍卷過程、3個龍卷。

2 熱帶氣旋龍卷統(tǒng)計特征

2.1 熱帶氣旋龍卷時間分布

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個龍卷的發(fā)生起始時間在21時—次日06時，占到總數(shù)的80%，另外2個龍卷發(fā)生在傍晚17—18時。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單體產(chǎn)生，同時增大低層垂直風切變，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），白天經(jīng)過太陽輻射后，大氣層結(jié)最不穩(wěn)定、強對流天氣最易發(fā)生，夜間20時—次日06時龍卷較少發(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 龍卷與臺風路徑

海南熱帶氣旋龍卷主要由臺風或強臺風引發(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)與同時刻臺風的相對位置將8次熱帶氣旋龍卷過程分為3類（圖1）：1）龍卷發(fā)生在臺風移動方向右后側(cè)，占總數(shù)50%；2）龍卷發(fā)生在臺風移動方向左前側(cè)，約占總數(shù)40%；3）龍卷發(fā)生在臺風移動方向右前側(cè)，約占總數(shù)10%。

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

圖1 2004—2019年海南引發(fā)龍卷的臺風路徑（+代表龍卷落區(qū)；代表龍卷發(fā)生時臺風位置）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月臺風自海南島東部西北行；龍卷發(fā)生時臺風強度為12～15級（臺風或強臺風級）；龍卷強度較1類偏弱，秋季臺風引發(fā)的龍卷為EF1級，夏季臺風引發(fā)的龍卷更弱為EF0級；龍卷出現(xiàn)在北部沿海；龍卷發(fā)生時臺風位于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”臺風在南海中部向海南島南部西行過程中臺前颮線中的超級單體引發(fā)了屯昌、儋州、白沙系列龍卷，龍卷最大強度為EF2級；龍卷發(fā)生時臺風強度為9級（熱帶風暴級）；龍卷出現(xiàn)在內(nèi)陸地區(qū)；龍卷發(fā)生時臺風距離龍卷發(fā)生地約400 km（圖1d）。

3 非熱帶氣旋龍卷統(tǒng)計特征

3.1 非熱帶氣旋龍卷時空分布

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，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，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值為超級單體風暴的生成提供了有利的環(huán)境條件，海陸風效應而顯著增大低層垂直風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 海風鋒引發(fā)龍卷

海風鋒引發(fā)的龍卷落區(qū)位于海南島北部地區(qū)，最強可達EF2級。邊界層中β尺度海風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)偏南風影響，白天最高氣溫北部地區(qū)普遍升至36～38 ℃，午后海陸風效應增強，海南島北部地區(qū)維持中尺度海風鋒輻合線；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，且低層垂直風切變較大。雷暴在海風鋒輻合線附近觸發(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)，強度較海風鋒引發(fā)的龍卷偏弱，約23%為EF1級，其余77%為EF0級。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)生當日08時，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）為東北風與東南風切變，西路冷空氣（地面冷高中心在110°E以西）為西北風與東南風切變；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，強度為EF0級（表3），較2016年深圳寶安機場附近水龍卷以及2017年東洞庭湖水龍卷明細偏弱[21-22]。由于水龍卷對生命財產(chǎn)沒有造成明顯的影響，目前海南還沒有對水龍卷進行過詳細分析。

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%的龍卷是由臺風或強臺風引發(fā)的，龍卷發(fā)生時臺風中心距離龍卷發(fā)生地約200～400 km；海南島南部西行的臺風引發(fā)的龍卷出現(xiàn)在東部沿海，中部西行的臺風引發(fā)的龍卷出現(xiàn)在北部沿海，東部西北行的臺風龍卷出現(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；海風鋒引發(fā)的龍卷落區(qū)位于海南島北部地區(qū)，最強可達EF2級，邊界層中β尺度海風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，其余77%為EF0級，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，目前海南還沒有對水龍卷進行過詳細分析，有待于今后進一步研究。