蔡康龍 俞小鼎 李彩玲 黃先香,2 炎利軍 何秋蕊 麥文強(qiáng) 陳志芳

1 廣東省佛山市氣象局/佛山市龍卷風(fēng)研究中心，佛山 528315 2 中國氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國家重點實驗室,北京 100081 3 中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院，北京 100081

提 要： 2019年3月21日21:13廣西桂林市臨桂區(qū)國家氣象觀測站測得60.3 m·s-1的瞬時極大風(fēng)速，2019年4月13日14:11廣東湛江市徐聞縣下屬和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府自動氣象站測得50.7 m·s-1的瞬時極大風(fēng)速，兩地均出現(xiàn)比較明顯的風(fēng)災(zāi)。通過分析監(jiān)控視頻、無人機(jī)航拍資料、現(xiàn)場勘察和走訪目擊者，獲得如下結(jié)論：21:09—21:14臨桂國家氣象觀測站及周邊區(qū)域的風(fēng)災(zāi)過程是一次EF2級微下?lián)舯┝?，時間尺度大于6 min，空間尺度約為1.6 km×2.0 km，屬于α小尺度(400～4 000 m)微下?lián)舯┝鳎渲邪?個β小尺度(40～400 m)微下?lián)舯┝?；?zāi)害現(xiàn)場呈現(xiàn)出受災(zāi)區(qū)域的縱橫比小、災(zāi)情不連續(xù)和樹木倒向有明顯輻散的特征。14:09—14:15廣東湛江徐聞的風(fēng)災(zāi)過程是一次EF3級的強(qiáng)龍卷，持續(xù)時間約為7 min，龍卷路徑長約為3.2 km，寬約為30～280 m，監(jiān)控視頻顯示在龍卷發(fā)生地附近出現(xiàn)了持續(xù)時間極短的旋轉(zhuǎn)性大風(fēng)。相對于臨桂微下?lián)舯┝?，龍卷?zāi)害現(xiàn)場具有風(fēng)災(zāi)破壞帶縱橫比大、災(zāi)情連續(xù)和多處樹木倒向呈現(xiàn)輻合的特征。

引 言

龍卷和下?lián)舯┝鞯戎聻?zāi)對流性大風(fēng)通常影響時間短，造成的災(zāi)害重。目前我國已經(jīng)建立了比較完備的氣象業(yè)務(wù)觀測體系，但由于受業(yè)務(wù)雷達(dá)時空分辨率的局限性和地面氣象觀測站分布不均的制約，單憑這些資料難以準(zhǔn)確評估風(fēng)災(zāi)類型和對風(fēng)災(zāi)強(qiáng)度定級；當(dāng)風(fēng)災(zāi)發(fā)生在大雨和漆黑的夜晚，沒有目擊者及相關(guān)拍攝視頻時，情況更是如此。所以現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查是分析龍卷和下?lián)舯┝鞯戎行〕叨戎聻?zāi)性大風(fēng)災(zāi)情特征精細(xì)分布的重要手段(鄭永光等，2016b)。

繼Fujita(1971；1981)的開創(chuàng)性工作之后，美國廣泛開展了龍卷和下?lián)舯┝鞯臑?zāi)害調(diào)查，以分析推斷龍卷和下?lián)舯┝鞯孛鏋?zāi)情特征(Doswell Ⅲ and Burgess，1988;Doswell Ⅲ，2003；Marshall，2002；Wakimoto et al，2003)。在中國，俞小鼎等(2006a；2006b；2008)分別對2003年7月8日和2005年7月30日發(fā)生在安徽的龍卷以及2003年6月6日發(fā)生在安徽的下?lián)舯┝鬟^程的多普勒天氣雷達(dá)回波特征和天氣背景進(jìn)行了詳細(xì)分析。Meng and Yao(2014)對2012年7月21日北京特大暴雨期間發(fā)生在通州區(qū)的EF3級龍卷做了規(guī)范的災(zāi)情調(diào)查和多普勒天氣雷達(dá)回波分析，這種規(guī)范的龍卷災(zāi)情調(diào)查在中國尚屬首次。Meng et al(2016)和鄭永光等(2016a)對2015年6月1日發(fā)生在湖北監(jiān)利的下?lián)舯┝鲗?dǎo)致“東方之星”游輪傾覆事件的災(zāi)情調(diào)查做了總結(jié)分析。Bai et al(2017)和李兆慧等(2017)對2015年10月4日發(fā)生在廣東順德的臺風(fēng)彩虹外圍雨帶EF3級龍卷的災(zāi)情調(diào)查和多普勒天氣雷達(dá)回波特征進(jìn)行了闡述。鄭艷等(2017)結(jié)合拍攝龍卷形成過程的監(jiān)控視頻對2016年6月5日的海南文昌龍卷進(jìn)行災(zāi)情分析。鄭永光等(2018)介紹了龍卷和下?lián)舯┝鳛?zāi)情調(diào)查的基本原則和規(guī)范，并通過實例加以說明。張一平等(2019)對2017年7月6日河南周口龍卷進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，根據(jù)樹木扭斷及輻合狀倒伏的災(zāi)情特征及視頻資料可以快速判斷風(fēng)災(zāi)類型。黃先香等(2019)利用災(zāi)情調(diào)查資料，總結(jié)了2018年全國龍卷的明顯災(zāi)情特征。

如圖1所示，從地面災(zāi)情特征可以區(qū)分災(zāi)情是由龍卷或者下?lián)舯┝魉?，龍卷破壞帶一般狹長，破壞帶中會有明顯輻合狀樹木倒伏；而下?lián)舯┝髟斐善茐膮^(qū)域一般比較寬，樹木倒伏方向則是明顯輻散特征。值得注意的是，下?lián)舯┝鞯牟淮_定性比龍卷大，主要是因為下?lián)舯┝魍l(fā)生在多個尺度，同時會伴隨小尺度渦旋，同一區(qū)域會受多個下?lián)舯┝骱蜏u旋影響，從而導(dǎo)致復(fù)雜地面災(zāi)情。

圖1 龍卷(a)和不同下?lián)舯┝?b)流形[圖1a引自Doswell Ⅲ(2003),圖1b引自Fujita(1985)]Fig.1 Tornado (a) and downburst (b) flow patterns [Fig.1a cited from Doswell Ⅲ (2003), Fig.1b cited from Fujita (1985)]

Fujita(1971)在對龍卷進(jìn)行災(zāi)害調(diào)查總結(jié)基礎(chǔ)上，提出藤田等級(F等級)，但是藤田等級在風(fēng)速范圍識別方面并不考慮建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，會高估結(jié)構(gòu)質(zhì)量差的建筑的風(fēng)速等級；當(dāng)風(fēng)災(zāi)路徑中沒有破壞指示物(DI)時會造成低估的情況(McDonald，2001)。由于這些局限的存在，美國得克薩斯技術(shù)大學(xué)通過對F等級的完善，在2004年提出了改進(jìn)的藤田等級(EF等級)，包括從EF0～EF5的6個等級，其中EF0等級最低，EF5是最高風(fēng)速和破壞等級。EF等級包含了更多不同結(jié)構(gòu)的破壞指標(biāo)，風(fēng)速估計值也對應(yīng)進(jìn)行了修正(Doswell III et al，2009；Texas Tech University，2004)，因此EF等級(WSEC，2006)得到廣泛應(yīng)用。我國龍卷強(qiáng)度定級標(biāo)準(zhǔn)已于2019年8月1日實施(姚聃等，2019；以下簡稱行標(biāo))，本文將使用包含飛射物(指被風(fēng)卷起并拋落至距原地一定距離外的人或物體)的簡化EF等級標(biāo)準(zhǔn)(范雯杰和俞小鼎，2015)和《龍卷強(qiáng)度等級》(中國氣象局，2019)對風(fēng)災(zāi)風(fēng)力強(qiáng)度進(jìn)行評估。針對龍卷災(zāi)情制定的F級或EF級標(biāo)準(zhǔn)同樣適用于下?lián)舯┝骷捌浒殡S的直線型對流大風(fēng)的災(zāi)情等級確定。

2019年3月21日21時前后廣西桂林市臨桂區(qū)國家氣象觀測站(以下簡稱臨桂站)測得60.3 m·s-1(17級)的瞬時風(fēng)速，刷新了廣西氣象觀測站測量到的最大瞬時風(fēng)記錄(也刷新了除臺風(fēng)外我國氣象觀測站測得的最大對流性陣風(fēng)記錄)，同時伴有短時強(qiáng)降水、雷電、冰雹等強(qiáng)對流天氣(以下簡稱臨桂個例)。2019年4月13日14時左右廣東湛江市徐聞縣下屬和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府自動氣象站(以下簡稱和安站)測得50.7 m·s-1(15級)的瞬時風(fēng)速，并伴有短時強(qiáng)降水等強(qiáng)對流天氣(以下簡稱徐聞個例)。兩地風(fēng)災(zāi)發(fā)生后，佛山市龍卷風(fēng)研究中心立即匯同當(dāng)?shù)貧庀缶纸M成災(zāi)害調(diào)查組對這兩次風(fēng)災(zāi)進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查。本文通過分析現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查資料，總結(jié)兩次風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場的特征并確定災(zāi)害影響范圍、風(fēng)力等級強(qiáng)度評估和風(fēng)災(zāi)類型(龍卷或下?lián)舯┝?，并同“東方之星”翻沉事件和江蘇阜寧龍卷的現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果(鄭永光等，2016a；2016b)進(jìn)行對比分析，為今后開展龍卷和下?lián)舯┝鞯戎聻?zāi)對流大風(fēng)災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)研提供借鑒經(jīng)驗。

1 災(zāi)情調(diào)查和個例概況

1.1 災(zāi)害調(diào)查概況

自2015年10月4日佛山EF3級強(qiáng)龍卷(麥雪湖等，2015；李彩玲等，2016；朱文劍等，2016)過程起，佛山市龍卷風(fēng)研究中心災(zāi)害調(diào)查組(以下簡稱災(zāi)調(diào)組)開始使用無人機(jī)進(jìn)行空中大范圍航拍以全面了解風(fēng)災(zāi)特征。2016年5月至2019年7月，該災(zāi)調(diào)組已經(jīng)在全國范圍內(nèi)對龍卷、下?lián)舯┝鞯蕊L(fēng)災(zāi)進(jìn)行了36次災(zāi)害調(diào)查。主要使用的調(diào)查工具包括：大疆無人機(jī)(配備10塊電池)、手持云臺相機(jī)、智能手機(jī)(具有拍攝、GPS定位、高德地圖和指南針等功能)和軟卷尺。

災(zāi)調(diào)組在災(zāi)害現(xiàn)場一般分兩個小組開展調(diào)查，第一小組主要負(fù)責(zé)無人機(jī)航拍，現(xiàn)場勘查取證；第二小組主要負(fù)責(zé)分析天氣形勢，收集當(dāng)?shù)貧庀蟛块T監(jiān)測資料，匯總影像資料和現(xiàn)場走訪目擊者。災(zāi)情調(diào)查過程還需收集災(zāi)情的細(xì)節(jié)信息，比如：樹木倒伏和折斷要考慮樹木是否健康，是否有病蟲害，樹冠大小和根系深淺等因素，進(jìn)而判斷EF等級(Jim and Liu，1997)。

1.2 臨桂個例概況

現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查區(qū)域包括臨桂站、桂林師范?？茖W(xué)院臨桂校區(qū)(以下簡稱師專)和桂林醫(yī)學(xué)院臨桂校區(qū)的范圍，大風(fēng)造成了大量樹木(主要有桂花樹、小葉桉樹、樟樹和構(gòu)樹，都屬于硬木)被連根拔起和折斷、房頂(其中28間材料為鐵皮，45間材料為木棉瓦或者瓦片)受損、三個地方的磚墻(使用砂漿砌合)倒塌等災(zāi)害。風(fēng)災(zāi)區(qū)域南北方向長度約達(dá)1.8 km，東西方向長度約為1.6 km，除了草地、植被稀疏的小山坡外，其他區(qū)域受災(zāi)比較明顯。由于此次風(fēng)災(zāi)發(fā)生在晚上，缺少可直接判斷風(fēng)災(zāi)類型的目擊者和相關(guān)手機(jī)拍攝資料。

1.3 徐聞個例概況

現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查區(qū)域包括金雞村、衛(wèi)生院宿舍、鎮(zhèn)政府、中心小學(xué)和陳村等。明顯的災(zāi)害主要有集裝箱(尺寸規(guī)格為2.2 m×1.8 m×1.6 m，由現(xiàn)場吊車估重為2 t)被吹離距原位置35 m處，多處水泥電線桿折斷，鐵制路燈和金屬旗桿彎曲，樹木被連根拔起和扭斷，窗戶玻璃破碎，以及圍墻倒塌等。風(fēng)災(zāi)路徑長度約為3.2 km，路徑方向是西北偏北向東南偏南，路徑的最大寬度為230 m。折斷的樹木主要有小葉欖仁和樟樹，都屬于硬木。徐聞個例中湛江的SA型多普勒天氣雷達(dá)反射率因子強(qiáng)度較強(qiáng)，有明顯勾狀回波特征，徑向速度場有強(qiáng)中氣旋，表明是由超級單體風(fēng)暴引起的對流性大風(fēng)(龍卷或下?lián)舯┝?，但缺少可直接判斷風(fēng)災(zāi)類型的照片和視頻。

2 監(jiān)控視頻分析

2.1 臨桂個例監(jiān)控視頻分析

災(zāi)調(diào)組獲得臨桂個例中的臨桂區(qū)觀測站東北角監(jiān)控攝像機(jī)(簡稱監(jiān)控1)向西北拍攝和觀測場西南角監(jiān)控攝像機(jī)(簡稱監(jiān)控2)向北拍攝的兩個監(jiān)控視頻。由于受17級大風(fēng)(陣風(fēng))影響導(dǎo)致臨桂區(qū)觀測站監(jiān)控斷電，監(jiān)控視頻只錄制到當(dāng)天21:12:50，與臨桂站測量到的最大瞬時風(fēng)速時間對應(yīng)。從監(jiān)控1的視頻(時間段是21:09:00—21:12:50)分析，21:09 前監(jiān)控畫面左上側(cè)可以清晰看到雙配電箱、百葉箱和風(fēng)塔(圖2a中的藍(lán)色方框)，隨后風(fēng)速急劇增大，降雨增強(qiáng)(圖2b中白色條跡是雨滴運(yùn)動軌跡)，畫面中的雙配電箱和風(fēng)塔逐漸變模糊(圖2b中藍(lán)色方框)。從監(jiān)控視頻拍攝內(nèi)容和與臨桂站值班人員采訪內(nèi)容可判斷風(fēng)災(zāi)前后的監(jiān)控鏡頭拍攝方向基本一致。根據(jù)在視頻中雨水在風(fēng)中的方向，可以判斷監(jiān)控1該時間段風(fēng)向基本是西北偏北(圖2b中紅色箭頭)。而從監(jiān)控2的視頻(時間段與監(jiān)控1的一樣)中可知，在21:09前可以清楚看到臨桂站正南方向師專建筑的燈光(圖2c中的藍(lán)色方框)，隨后逐漸不可辨認(rèn)(圖2d中的藍(lán)色方框)，根據(jù)雨滴運(yùn)動的軌跡(圖2d中白色條跡)可以判斷出監(jiān)控2該時間段風(fēng)向基本是西北偏北(圖2d中紅色箭頭)，這跟臨桂站的風(fēng)向數(shù)據(jù)基本一致。通常龍卷經(jīng)過前后會出現(xiàn)風(fēng)向反轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)(Meng and Yao，2014)，而且這個風(fēng)向的轉(zhuǎn)變往往發(fā)生在十幾秒內(nèi)，然而這兩個視頻都沒有因風(fēng)向反轉(zhuǎn)而出現(xiàn)持續(xù)性的雨滴拍打監(jiān)控鏡頭的畫面，故初步推斷龍卷影響此觀測場的概率較低。

圖2 臨桂個例風(fēng)災(zāi)前(a，c)、風(fēng)災(zāi)過程中(b，d)監(jiān)控1(a，b)和監(jiān)控2(c，d)的視頻截圖(紅色箭頭表示根據(jù)雨水判斷的風(fēng)向，藍(lán)色方框表示參照物所在的位置)Fig.2 Video screenshots of surveillance camera 1 (a, b) and surveillance camera 2 (c, d) before wind disaster (a, c), and in the process of wind disaster (b, d) in Lingui Case (Red arrow indicates the wind direction according to the rain, and blue box indicates the position of the reference object)

2.2 徐聞個例監(jiān)控視頻分析

在湛江徐聞收集到和安鎮(zhèn)郵政局(簡稱郵政局)的2個監(jiān)控視頻(具體位置見圖7中所示)。從視頻中可以判斷大風(fēng)影響此拍攝區(qū)域(長度約為25 m)的時間約為14:12:03—14:12:15，期間能清楚觀察到逆時針的渦旋，圖3a是14:12:05出現(xiàn)的渦旋。在圖3b中，白色虛線圈起來區(qū)域分別表示大風(fēng)影響前三輪車和電動車所在位置，白色箭頭是根據(jù)郵政局監(jiān)控視頻畫出的移動路徑及移動方向，這表明地面出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)風(fēng)。監(jiān)控內(nèi)容中的渦旋與阜寧吳灘中心小學(xué)老師拍攝視頻中的局部漏斗云(鄭永光等，2016a)都不能直接說明是龍卷，需結(jié)合其他資料分析判斷。

2.3 監(jiān)控視頻對比分析

臨桂個例在幾分鐘時間內(nèi)風(fēng)向基本不變，而徐聞個例在十幾秒時間內(nèi)看到渦旋和旋轉(zhuǎn)風(fēng)。臨桂站瞬時風(fēng)大于17.9 m·s-1，持續(xù)時間達(dá)6 min(21:09—21:14)，期間風(fēng)向變化不明顯，與視頻監(jiān)控一致；而徐聞個例中監(jiān)控視頻顯示大風(fēng)只持續(xù)13 s 左右，持續(xù)時間比臨桂個例短得多，期間風(fēng)向變化劇烈。初步判斷是臨桂個例為微下?lián)舯┝?而徐聞個例為龍卷所致大風(fēng)，下文將結(jié)合地面災(zāi)害調(diào)查資料進(jìn)一步詳細(xì)分析和確認(rèn)。

3 受災(zāi)情況分析

3.1 臨桂個例

調(diào)查組進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)研，走訪了圖4 中臨桂區(qū)觀測站、小山頭、師專、桂林醫(yī)學(xué)院等風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場，手機(jī)拍攝約400張照片及錄制12段視頻；航拍了圖4中全部區(qū)域，共18個4 K高清視頻，時長約為80 min。

3.1.1 風(fēng)災(zāi)及縱橫比小的破壞帶

從圖4可見，受災(zāi)區(qū)域以臨桂區(qū)秧塘村南部為起點，向南影響到店頭和師專，向東南方向影響到飛虎山的西北邊和桂林醫(yī)學(xué)院的東面，影響區(qū)域有秧塘村、算堽村、店頭村、小山頭村、師專、桂林醫(yī)學(xué)院和臨桂站，該區(qū)域包括小樹林、草地、村莊房屋群、校區(qū)、灘涂和山坡，大風(fēng)在遇到高樓和飛虎山后，破壞痕跡不再明顯。受災(zāi)區(qū)域長約為1.6 km(圖4中藍(lán)色虛線)，寬約為2.0 km(圖4中的紅色虛線)，縱橫比(圖4中藍(lán)色虛線與紅色虛線長度的比值)為0.8，縱橫比小。圖4中的白色箭頭為樹木倒伏方向，黃色箭頭為根據(jù)樹木倒伏方向畫出的大致流場。由圖4可見，該受災(zāi)區(qū)域樹木倒伏方向以東南到東南偏南方向倒伏為主，出現(xiàn)明顯的輻散特征，其尺度屬于α小尺度(400～4 000 m)(在圖4中以紅字M標(biāo)注)，大的輻散場M中包含了至少7個β小尺度(40～400 m)的輻散破壞帶(圖4中以紅字m1～m7標(biāo)注)。

3.1.2 地面風(fēng)的分析

圖4中的位置A約有十棵直徑為20～40 cm的構(gòu)樹一致向東南偏南方向倒伏(圖5a)，同時與位置B向東南偏東方向折斷的直徑約為25 cm的構(gòu)樹(圖5b)均成輻散狀，判斷此處災(zāi)害等級達(dá)到EF1。

臨桂站東側(cè)(圖4中的m2)出現(xiàn)了較大范圍的樹木傾倒、折斷和鐵皮頂砂漿磚墻結(jié)構(gòu)雞舍倒塌。該處主要風(fēng)災(zāi)路徑長度約為200 m、寬度約為110 m，樹木傾倒集中在水泥路右側(cè)(圖6a中白色箭頭代表樹木倒向)，鐵皮屋掀頂(圖6a中紅框所示位置)。該處樹木主要倒向是東南偏東方向，主導(dǎo)風(fēng)向為西北偏西風(fēng)；其中多株直徑大于30 cm的樟樹被連根拔起(圖6b，對應(yīng)于圖6a中藍(lán)框所示位置)，其倒向為輻散狀。水泥路左側(cè)的雞舍(圖6c)倒塌，頂部鐵皮被吹散落于東南方向約10 m遠(yuǎn)處。由于此雞舍磚墻是使用是砂漿進(jìn)行徹合，抗風(fēng)能力不如水泥墻，由此判斷此處的災(zāi)害等級為EF2，對應(yīng)的最大風(fēng)速大致范圍為50～60 m·s-1。此區(qū)域受災(zāi)路徑較寬，樹木倒向呈輻散狀，判斷出此處是EF2級別的微下?lián)舯┝?。其他幾個微下?lián)舯┝髌茐膸?nèi)樹木倒向都有較為明顯的輻散特征，強(qiáng)度等級為EF1～EF2，具體災(zāi)情細(xì)節(jié)不再贅述。

圖3 徐聞個例郵政局后門監(jiān)控視頻拍攝的旋轉(zhuǎn)性大風(fēng)視頻截圖(a，箭頭表示大風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向)和旋轉(zhuǎn)性大風(fēng)過后視頻截圖(b)Fig.3 Rotational wind photo captured by surveillance camera in the Post Office back door (a) and photo after the rotational wind (b) in Xuwen Case

圖4 2019年3月21日臨桂區(qū)風(fēng)災(zāi)后樹木倒向分布所表征的兩種尺度流場(M表示α小尺度微下?lián)舯┝?，m1～m7表示β小尺度微下?lián)舯┝鳎话咨^是根據(jù)樹木倒向判斷出來的風(fēng)向；黃色帶箭頭線表示大致的流場；白色橢圓表示該微下?lián)舯┝饔绊懙拇笾路秶?Fig.4 The picture of two flow fields characterized by the direction of tree falling distribution after wind damage in Lingui District on 21 March 2019 (M is micro-α scale microburst, m1-m7 are micro-β scale microbursts; white arrow is the direction of the wind judged by the direction of fallen trees; yellow arrowhead line represents the approximate flow field; white ellipse indicates the approximate extent of the impact of the microburst)

圖5 臨桂區(qū)秧塘村南部位置A(a)和位置B(b)樹木倒向(圖5a是手機(jī)拍攝照片，位置A處的構(gòu)樹向東南偏南方向傾倒；圖5b是無人機(jī)航拍照片，位置B處構(gòu)樹向東南偏東方向折斷)Fig.5 The direction of tree fall in postions A and B in the south of Yangtang Village in Lingui District (Fig.5a is taken by a mobile phone, the fallen tree in south-southeast direction at position A, Fig.5b is an aerial photograph of the UAV, the snapped tree in east-southeast at position B)

圖6 臨桂區(qū)觀測站東邊無人機(jī)拍攝(a)和手機(jī)拍攝(b，c)的樹木倒伏(a，b；白色箭頭為樹木的倒向)和雞舍倒塌(c)照片F(xiàn)ig.6 The photos of the fallen trees (a， b, white arrow is the direction of the fallen trees) and chicken house collapse (c) by a drone (a), and mobile phones (b, c) at the east of Lingui Observation Station

綜合以上分析判斷，臨桂個例受災(zāi)區(qū)域縱橫比小，風(fēng)災(zāi)路徑寬，風(fēng)災(zāi)點多且不連續(xù)，樹林倒向有明顯輻散的特征，是一次尺度范圍在2.0 km以內(nèi)的微下?lián)舯┝鬟^程，微下?lián)舯┝鲀?nèi)部包含多個β小尺度輻散破壞帶，災(zāi)情等級為EF2級(行標(biāo)三級)。Fujita and Byers(1977)、Fujita and Wakimoto(1981)對下?lián)舯┝鞫x條件之一是地面水平風(fēng)速大于17.9 m·s-1，本次過程中自動站瞬時風(fēng)數(shù)據(jù)滿足此條件的時間段為21:09—21:14，持續(xù)了約6 min，考慮臨桂區(qū)觀測站只是整個風(fēng)災(zāi)區(qū)域局部，由此判斷本次過程的下?lián)舯┝鲿r間尺度應(yīng)該大于6 min。

3.2 徐聞個例

災(zāi)調(diào)組走訪了圖7中的金雞村南部、和安鎮(zhèn)和陳家村北部等風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場，手機(jī)拍攝約500張照片和錄制36段視頻；航拍了圖7中全部區(qū)域，共24個4 K高清視頻，時長約為100 min。災(zāi)調(diào)小組發(fā)現(xiàn)了兩個明顯特征可證明此次災(zāi)害是龍卷造成，分別是狹窄的破壞帶和多處的樹木輻合狀倒伏。

3.2.1 風(fēng)災(zāi)及縱橫比大的破壞帶

狹窄的破壞帶長約為3.2 km，寬約為30～280 m(圖7中紅色陰影部分)，縱橫比大于11(比臨桂個例風(fēng)災(zāi)區(qū)域的縱橫比大得多)，龍卷破壞路徑的方向是西北向東南偏南，該方向與天氣雷達(dá)資料的中氣旋移動方向相符。由雷達(dá)資料可估計出龍卷移動速度約為10 m·s-1，結(jié)合郵政局的視頻監(jiān)控所處位置(圖7中紫色三角所示位置)以及從該監(jiān)控視頻內(nèi)容判斷龍卷經(jīng)過此監(jiān)控區(qū)域的時間，估算此段龍卷破壞路徑時間段約為14:09—14:15。在其生命周期早期階段(圖7a所示位置附近)，龍卷趨于平穩(wěn)，風(fēng)速不強(qiáng)，影響范圍較窄，破壞指示物主要是樹枝折斷(對應(yīng)于圖7a所示位置和表1中位置1和位置2，表1中左側(cè)小圖是圖7龍卷破壞帶的縮略圖，其英文字母所示位置與圖7中英文字母相對應(yīng)，標(biāo)有阿拉伯?dāng)?shù)字的顏色區(qū)域表示各個災(zāi)害指示物(damage indicator,DI)的位置，對應(yīng)的EF級別是EF0(行標(biāo)一級)。其EF等級評估細(xì)節(jié)見表1，表1中包括DI、損毀級別(degrees of damage,DOD)、災(zāi)害描述和EF等級。隨后龍卷以正弦曲線軌跡經(jīng)過海面到達(dá)金雞村的西南側(cè)，影響范圍變大，風(fēng)力增加，造成成片樹木主樹干折斷(圖7b所示，表1中的位置b；樹木主要是木麻黃，屬于硬木)，樹干直徑為20～50 cm，此DI滿足較多、較粗樹木被折斷的EF2級(行標(biāo)三級)要求(鄭永光，2016a)，因此圖7b所示的DI達(dá)到EF2級別(行標(biāo)三級)。此外，表1中位置b和位置c的樹木倒向都呈輻合狀(圖7b所示對應(yīng)的黃色橢圓范圍內(nèi)的紅色箭頭和圖7c綠色橢圓范圍內(nèi)的紅色箭頭，這些箭頭的方向是根據(jù)樹木倒向所畫)。在龍卷從圖7c移動到圖7d過程中，在其移動方向的右側(cè)影響范圍明顯變小，主要原因是航拍發(fā)現(xiàn)地面以魚塘為主，樹木和簡易建筑很少，留下的痕跡不明顯，并不能說明龍卷在此區(qū)域減弱。

龍卷接著以約165°方位穿過和安鎮(zhèn)，造成多根水泥電線桿折斷(圖7d，表1中位置d;等級為EF3，行標(biāo)三級)，再往南造成多間瓦房頂超過20%面積的破損(圖7e，表1中位置e;等級為EF1，行標(biāo)二級)。當(dāng)龍卷到達(dá)郵政局監(jiān)控位置，此監(jiān)控位置正處于圖8a中集裝箱移動前后位置的中間，但由于監(jiān)控視頻拍攝角度較低，監(jiān)控沒有拍攝到集裝箱，根據(jù)多個當(dāng)?shù)鼐用衩枋龅弥?，集裝箱原位置在圖8a中紅色梯形處，集裝箱原位置的四周留下用紅磚墊高的底座，經(jīng)測量底座長度與集裝箱的長寬相符；居民還描述了雖然當(dāng)時風(fēng)聲非常大，但是很快就平靜了，周圍一片狼藉，集裝箱被吹走(圖7f，圖8a所示為集裝箱最后位置，表1中位置f；等級為EF3，行標(biāo)三級)和圍墻倒塌。龍卷到達(dá)和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府廣場,造成5顆樹木被折斷(圖7g，表1中位置g；等級EF2，行標(biāo)三級)，此區(qū)域還有樹木的主樹干被扭曲(圖8b)和大量輻合狀倒伏的樹木(圖略)。隨后，龍卷向東南方向移動經(jīng)過和安中心小學(xué)西南校區(qū)，造成直徑約為80 cm的非洲楝(硬木)被連根拔起(圖7h，表1中的位置h；等級為EF1，行標(biāo)二級)，期間的災(zāi)害都比較零散，直到在陳家村出現(xiàn)數(shù)量比較多的樹木倒伏(圖7i，表1中位置i；等級為EF0，行標(biāo)一級)。最后龍卷破壞痕跡消失，也許是出現(xiàn)跳躍或者再次升起(Fujita and Smith，2013)。

圖7 徐聞個例龍卷災(zāi)害路徑(黑色虛線)、破壞帶(紅色陰影)在衛(wèi)星地圖上的位置(紅色陰影內(nèi)的白色、藍(lán)色和紅色箭頭表示樹木倒向，不同顏色橢圓表示不同EF等級，紫色三角表示郵政局后門監(jiān)控位置；圖7a、7c、7d、7e和7i是無人機(jī)航照片，其他災(zāi)情圖由手機(jī)拍攝；圖7a拍攝于金雞村東側(cè)，圖7b和7c拍攝于金雞村南側(cè)，圖7d和7e拍攝于衛(wèi)生院宿舍附近，圖7f和7g拍攝于和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府，圖7h拍攝于和安中心小學(xué)，圖7i拍攝于陳家村西側(cè))Fig.7 The tornado track (black dotted line) and damage swath (red shadow) on a satellite image obtained from Google Earth in Xuwen Case (White, blue and red arrows in the red shadow indicate the falled trees, ellipses of different colors represent different EF rating, purple triangle indicates the location of surveillance video at the backdoor of the post office; Figs.7a, 7c, 7d, 7e and 7i were taken by a drone, and other damage photos are taken by mobile phones;Fig.7a was taken in the east of Jinji Village, Figs.7b and 7c were taken in the south of Jinji Village, Figs.7d and 7e were taken near the dormitory of the hospital, Figs.7f and 7g were taken in Heanzhen Town Government, Fig.7h was taken in Hean Primary School and Fig.7i was taken in the west of Chenjia Village)

表1 徐聞個例21處龍卷破壞災(zāi)情的詳細(xì)EF等級表Table 1 Details of the EF rating of tornado damage at the 21 positions in Xuwen Case

圖8 徐聞個例郵政局后門監(jiān)控視頻位置、集裝箱災(zāi)情前后位置對比(a)和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府扭曲倒伏的樹木(b)Fig.8 Location of surveillance camera at the backdoor of the post office， location comparison of containers before and after damage (a), twisted and fallen trees in the Hean Town Government (b) in Xuwen Case

3.2.2 地面風(fēng)的分析

龍卷的災(zāi)情特征除了狹長破壞帶之外，還會出現(xiàn)輻合狀倒向的樹木，所以近地面風(fēng)的輻合是龍卷另一個重要的特征。在金雞村南邊的倒伏樹木呈現(xiàn)輻合狀(圖7b所示位置兩個紅色箭頭，沿龍卷前進(jìn)方向右側(cè)和左側(cè)的紅色箭頭分別對應(yīng)于圖9a和9b)，圖9a是在龍卷中心路徑(圖7黑色虛線)約25 m 處向東南偏東折斷的樹，再往南的樹木折斷方向也是東南偏南為主(圖7中藍(lán)色箭頭，箭頭方向代表折斷方向或者倒伏方向，其對應(yīng)實景圖未給出)，而圖9b是距龍卷中心路徑約30 m處向西南偏南折斷的樹。

在衛(wèi)生院宿舍東北側(cè)也出現(xiàn)明顯樹木輻合狀倒伏(圖7d所示位置附近兩個紅色箭頭，沿龍卷前進(jìn)方向右側(cè)和左側(cè)的紅色箭頭分別對應(yīng)于圖9c和9d)，圖9c所示位置雖然由于位于魚塘邊樹木較少，但是可看到瓦片房頂?shù)耐咂⒙浞较蚺c樹木倒伏的東南方向較為一致，而圖9d則是多棵向西南方向倒伏的樹木。由于航拍高度較高，從航拍視頻中截取出單個DI的圖片分辨率不高，故將能清晰識別的樹木倒伏方向標(biāo)于圖7，以箭頭表示。從圖7可知，在和安中學(xué)西面、和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府和陳家村西面都呈現(xiàn)出樹木倒伏或者折斷輻合狀的特征。

3.3 個例對比分析

微下?lián)舯┝骱妄埦淼娘L(fēng)災(zāi)特征區(qū)別在于風(fēng)災(zāi)路徑縱橫比大小和樹木倒向輻散或者輻合。“東方之星”翻沉事件中微下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)災(zāi)特征與臨桂個例相似，都具有路徑較寬、輻散狀樹木倒向和空間分布不連續(xù)性等特征?！皷|方之星”翻沉事件的微下?lián)舯┝鲝?qiáng)度是EF1，該強(qiáng)度對應(yīng)的災(zāi)害為楊樹(軟木)折斷(鄭永光等，2016a)；而臨桂個例的強(qiáng)度是EF2，該強(qiáng)度對應(yīng)的災(zāi)害為雞舍磚墻倒塌。江蘇阜寧龍卷的災(zāi)情特征與徐聞個例相似，都具有路徑長，輻合狀樹木倒向等特征。江蘇阜寧龍卷強(qiáng)度為EF4(行標(biāo)四級)，該強(qiáng)度對應(yīng)的災(zāi)害是二層鋼筋混凝土房屋完全被毀(鄭永光等，2016b)；徐聞龍卷的強(qiáng)度為EF3(行標(biāo)三級)，該強(qiáng)度對應(yīng)的災(zāi)害是兩噸重的鐵制集裝箱被卷離原地30 m遠(yuǎn)。與鄭永光等(2016b)評估風(fēng)災(zāi)強(qiáng)度的方法類似，本文在風(fēng)災(zāi)強(qiáng)度估計中合理地考慮受災(zāi)指標(biāo)物的具體情況，如臨桂區(qū)觀測站東側(cè)附近雞舍磚墻的材質(zhì)和徐聞和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府廣場的折斷樹木的數(shù)量和粗細(xì)等。

圖9 徐聞個例金雞村南側(cè)(a，b；圖7b附近位置紅色箭頭)和衛(wèi)生院宿舍東北側(cè)(c，d；圖7d附近位置紅色箭頭)樹木輻合狀倒向圖(a)東南偏東方向折斷和倒伏的樹，(b)西南偏南倒向的樹，(c)東南倒向的樹，(d)西南倒向的樹Fig.9 Photos of the convergent tree-fall pattern in the south of Jinji Village(a, b; the red arrows in Fig.7b) and northeast of health center dormitory(c, d; the red arrows in the Fig.7d) in Xuwen Case (a) the fallen trees in east-southeast direction, (b) the fallen trees in south-southwest direction, (c) the fallen trees in southeast direction, (d) the fallen trees in southwest direction

4 結(jié)論與討論

通過現(xiàn)場調(diào)查和事后分析臨桂個例和徐聞個例的風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場資料，得出以下結(jié)論：

(1)引起臨桂17級大風(fēng)是一次尺度范圍2 km以內(nèi)，時間尺度大于6 min，強(qiáng)度等級為EF2級的微下?lián)舯┝鬟^程，微下?lián)舯┝鲀?nèi)部包含多個β小尺度輻散破壞帶。

(2)引起徐聞15級大風(fēng)是一次路徑長度為3.2 km，寬約為30～280 m，持續(xù)時間約為7 min，強(qiáng)度等級為EF3級(行標(biāo)三級)的強(qiáng)龍卷過程。

(3)從監(jiān)控視頻和觀測站數(shù)據(jù)可判斷微下?lián)舯┝鬟^程大風(fēng)持續(xù)時間相對長一些(約6 min)，風(fēng)向變化不明顯；龍卷過程旋轉(zhuǎn)大風(fēng)持續(xù)時間極短(13 s內(nèi))，風(fēng)向突變明顯。

(4)從風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場分析可見微下?lián)舯┝鬟^程具有樹木倒向呈輻散狀，受災(zāi)范圍縱橫比小,風(fēng)災(zāi)分布不連續(xù)的特征；龍卷過程具有樹木倒向沿龍卷前進(jìn)路徑呈輻合狀，受災(zāi)范圍具有縱橫比值大、風(fēng)災(zāi)分布連續(xù)的特征。

需要指出的是，以上對于下?lián)舯┝骱妄埦淼恼{(diào)查并沒有充分使用多普勒天氣雷達(dá)資料。即便在多普勒天氣雷達(dá)觀測不能覆蓋的區(qū)域，通過上述調(diào)查完全可以確定風(fēng)災(zāi)的等級和性質(zhì)(即確認(rèn)是下?lián)舯┝鬟€是龍卷)。實際上，2019年3月21日廣西臨桂下?lián)舯┝靼l(fā)生在距離桂林SB型多普勒天氣雷達(dá)50 km 以內(nèi)，低層徑向速度呈現(xiàn)強(qiáng)烈輻散特征，僅憑雷達(dá)回波特征就基本上可以確認(rèn)是下?lián)舯┝?，只是無法給出災(zāi)情級別。2019年4月13日湛江龍卷發(fā)生地距離湛江SA型多普勒天氣雷達(dá)也不遠(yuǎn)，雷達(dá)回波上呈現(xiàn)明顯中氣旋，龍卷發(fā)生在中氣旋之中，結(jié)合災(zāi)情調(diào)查可以進(jìn)一步確認(rèn)此次過程為龍卷。關(guān)于上述兩個例子的天氣背景和多普勒天氣雷達(dá)回波特征，將有論文進(jìn)一步分析。

致 謝:感謝廣西壯族自治區(qū)桂林市氣象局和廣東省湛江市徐聞縣氣象局在現(xiàn)場災(zāi)情調(diào)查過程給予的大力支持和協(xié)助。