台风龙卷的环境背景和雷达回波结构分析

利用NCEP再分析资料、常规观测和地面加密观测资料及多普勒雷达资料,对10次台风龙卷过程的环境背景和其中F2~F3级以上龙卷过程的回波结构演变特征进行了详细分析,主要结果如下:(1)台风龙卷所处环境基本为弱对流有效位能(200~1000 J·kg^(-1))和风随高度强烈顺转的强低空风的垂直切变环境,0~1 km风的垂直切变超过10^(-2)s^(-1),风暴的相对螺旋度很大,台前龙卷环境的粗理查孙数很小,平均在40以下。台风龙卷大多数出现在台风前进方向的东北侧,位于0~1km风切变和相对风暴螺旋度大值区。龙卷主要产生于台风外围螺旋雨带上,台前龙卷往往产生前地面已存在风向切变和风速的辐合,但温度梯度不大。(2)在台风影响环境下导致龙卷的风暴属于微超级单体风暴,有水平尺度2~4 km的中气旋;垂直涡度限制在4 km以下;风暴单体的质心在2 km左右,风暴伸展高度在5~7 km。

三维粒子特效技术在气象影视节目制作中的应用

介绍了三维粒子技术的概况和特点以及运用三维动画软件MAYA制作台风和龙卷风的具体过程。在台风制作中,应用到了绘制粒子作为发射器添加涡旋场来模拟;在龙卷风制作中,运用了blendshape(形状融合变形器)。把三维粒子技术应用在气象影视节目当中,可提高气象节目的水平,丰富节目内容,更好更直观地传递气象信息、普及气象科普知识。

1710号台风“海棠”外围龙卷大气环境条件和雷达特征分析

2017年8月1日18:10—18:30受1710号台风"海棠"外围螺旋雨带影响,江苏省淮安市淮安区出现EF1级龙卷。利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、多普勒雷达资料等,对龙卷过程进行分析。结果显示:龙卷发生在"海棠"残留低压和副高边缘间的东南暖湿急流中,其发生前1h地面出现小尺度涡旋并沿着地面辐合线移动。龙卷影响时,相邻地面自动站观测到气压上升、气温和露点下降、风力明显增大。逐渐增大的对流有效位能、小的对流抑制能量、较大的0~1km垂直风切变、1km以下的抬升凝结高度、干侵入等环境场特征均有利于本次龙卷风暴的生成。淮安多普勒雷达探测到入流缺口、TVS特征、气旋性风场结构。通过垂直螺旋度分析和双多普勒雷达风场反演等方法,发现在龙卷发生前低层环境垂直风切变有利于小尺度涡旋生成,中低层水平风场以辐合为主。当出现龙卷时,气旋式辐合中心下降有利于涡旋触地,龙卷发生地位于低层涡旋移动方向左前侧与1km高度切变线附近。

1713号台风“天鸽”外围龙卷特征及成因分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料和区域加密自动站资料对1713号台风"天鸽"外围的龙卷过程进行分析,结果表明:(1)此次龙卷过程发生在台风外围螺旋云带前部,物理量分析表明广西东南部具有较大的不稳定度能量,抬升凝结高度较低,低层垂直风切变较大,具有利于龙卷发生的环境热力和动力条件。中尺度地面辐合线触发出新生对流单体,该对流单体在高温高湿和强不稳定状态环境中最终发展为龙卷。(2)此次龙卷为微超级单体风暴,具有低层有钩状回波、中高层回波悬垂和有界弱回波区(BWER)等典型超级单体特征,低层钩状回波的演变与龙卷的生消密切相关。(3)中气旋先于低层钩状回波出现,钩状回波形成于强中气旋附近。龙卷发生时中气旋底高在2㎞左右,TVS切变底部高度0.5㎞左右并且不断下降,与龙卷漏斗状云柱高度逐渐下降接地的趋势一致。

强台风“山神”外围超级单体引发的龙卷分析

利用雷达、探空、自动站等资料及数值模拟对2012年10月南海强台风"山神"引发龙卷的外围雨带中超级单体的结构特征和环境场特征进行分析,结果表明:⑴超级单体既有大陆性超级单体特征(有弱回波区、强的回波悬垂和中气旋等),又有热带对流回波特征(回波质心高度和强的回波高度低);⑵当超级单体发展时,云内有较强的倾斜下沉气流,下沉气流向前流出有利于右后侧气流的流入,使得单体进一步发展,同时下沉气流使得云底高度下降,加大发生龙卷的概率;⑶龙卷发生前的环境场中层有干冷空气侵入,增加了大气不稳定度,同时低层具备较强的垂直风切变和低的抬升凝结高度的有利条件;⑷除地形摩擦辐合抬升有利于垂直涡度增加外,局地的三角洲地形也有利于局地垂直涡度增加,大大增加发生龙卷的概率。

台风派比安外围龙卷天气分析

0606号台风派比安于8月3日19:20在电白至阳西之间沿海地区登陆后,8月4日其外围云带引发的一系列威力超强的龙卷风分别袭击了高要金渡、三水白坭镇、清远石角镇、南海大沥等地,并给上述地区造成了严重的灾害。笔者使用天气图资料分析龙卷风形成的天气形势背景,结合散度、涡度、垂直速度、垂直风切变、k指数等物理量及卫星云图、多普勒雷达回波资料分析其环境场和云带、回波的演变过程。

两次台风衍生龙卷的环境背景和雷达特征对比分析

利用ECMWF高分辨率再分析资料及广州多普勒天气雷达资料,对1522号台风"彩虹"外围衍生的广州番禺龙卷和1806号台风"艾云尼"外围衍生的广州南沙龙卷进行对比分析,同时还挑选了一个未发生龙卷的台风做外围环境参数对比。结果表明:两次强龙卷都发生在登陆台风的东北象限,中低空急流明显、低层辐合、高层辐散在珠江三角洲地区叠加是产生龙卷的有利天气背景。环境影响因子均表现为对流有效位能较大、低层风速较大、垂直风切变较强、抬升凝结高低较低、抬升指数较小、风暴相对螺旋度较大:相比之下,未发生龙卷的台风外围中低空急流依然明显,但其他环境影响因子大多数未达到发生龙卷的条件阈值。雷达反射率上均表现为一些超级单体特征,最强反射率均在59 dBZ以上,且低仰角都存在明显的速度对。由于"彩虹"龙卷过程的对流有效位能、中低层风速、低层风切变、抬升指数及中气旋强度等环境影响因子均明显强于"艾云尼"龙卷过程,导致其强度明显强于"艾云尼"龙卷。

圣帕(0709)台风外围温州强龙卷风特征分析

当2007年8月18日夜间0709号超强台风圣帕(Sepat)靠近福建海岸时,23:07～23:20在其移动方向的右前方约300 km的温州市苍南县龙港镇衍生一强龙卷风,造成严重灾害。利用多普勒雷达探测分析该强龙卷,除密切关注有利于产生龙卷的天气背景条件,如不稳定天气过程、垂直风切变等外,还仔细分析了多普勒雷达观测的反射率因子、垂直风切变、相对风暴径向速度等要素,我们发现产生强龙卷风的一些典型特征,如像素到像素的速度切变、中气旋的形成等,要特别注意与龙卷有密切关系的低层中气旋的形成。在日常雷达探测业务中,除应密切注意中气旋预警外,还应仔细分析其识别参数如中气旋顶高、底高,顶高、底高直径等参数的演变趋势。多普勒雷达连续跟踪观测过程中,还需密切注意微涡旋的形成、演变过程。微涡旋的合并将会产生更大的微涡旋,该涡旋在受到迅速形成的对流母体上升气流的拉升作用时,易形成龙卷。同时,利用地面加密观测资料,探讨强龙卷风发生地的局地特征,如喇叭口地形辐合抬升,弱冷空气低层侵入,局地热源产生剧烈不稳定等动力和热力效应对衍生强龙卷风起重要的增强作用。

登陆台风“摩羯”(1814)在山东引发龙卷的灾情调查与天气雷达识别

2018年8月13—14日,1814号台风“摩羯”(YAGI)由强热带风暴逐渐减弱成热带低压,在山东省境内造成强降水,并引发了系列龙卷。龙卷发生后,气象部门对龙卷进行了详细的实地灾情调查。通过对6处龙卷路径无人机航拍的高分辨率图像和现场勘察的建筑物损毁、树木折断、庄稼倒伏等状况的综合分析,判断发生在滨州市姜楼镇、东营市盐窝镇的龙卷达到EF2级,其他为EF0/EF1级。上述龙卷都发生在残余低压环流中心移动方向的右前方,且集中在残余低压环流外围偏北段雨带中的小型超级单体内;其中在滨州引发的龙卷距离残余低压环流中心最近,约150 km,在潍坊引发的龙卷距离残余低压环流中心最远,约400 km。这些小型超级单体在雨带中,自南向北或者自东南向西北方向移动,尺度都很小,发展高度较低,强反射率因子核位于风暴的底部,低层反射率因子的南端有入流缺口,呈钩状回波特征;低层径向速度产品有较强的正负速度对。用雷达系统原适配参数值计算表明,在调查的6次龙卷中,仅有1次龙卷发生前算出了中气旋(M)产品,2次算出龙卷涡旋特征(TVS)产品;用修改的适配参数值进行计算,在6次龙卷发生前都算出了M产品,4次算出TVS产品,优化适配参数可提前将弱的M和TVS识别出来,对龙卷的临近预警具有指导作用。

特异气候下大型冷却塔表面风荷载特性

对台风气候及龙卷风气候的风场特性进行了阐述,针对台风气候提出了包含台风风环境特性、表面风压特性及结构动力特性的等效静风荷载计算公式,并与规范定义的风荷载进行对比,研究表明:A类、B类场地下沿冷却塔高度方向台风气候引起的表面风荷载与规范值各有大小;龙卷风气候下冷却塔内、外表面均呈现较大吸力,龙卷风距离塔筒中心越近,内、外表面吸力越大;针对这两种常见的特异气候建议进行结构风效应和风致失稳的专项研究。

江苏台风龙卷环境条件与雷达关键特征分析

利用常规观测、自动站、多普勒天气雷达以及美国环境预报中心的全球再分析资料,分析江苏2007—2018年间的台风龙卷活动时空分布特征、龙卷产生的环境条件及多普勒雷达关键特征,并与广东台风龙卷相应特征进行对比。结果表明:江苏台风龙卷与过去相比发生频次有所增加,主要集中在7—8月,且主要发生于午后的16—20时;比起广东台风龙卷多发生于台风登陆后的24 h以内,江苏台风龙卷多发生于登陆24 h之后,位于台风中心的东北象限,多集中于江淮中部以及西北部地区;低空急流输送充足的水汽和不稳定能量,为龙卷的发生提供了有利的环境条件,地面辐合线是龙卷发生发展的重要系统;江苏和广东龙卷均发生在对流不稳定能量不大、抬升凝结高度较低、深层(0~6 km)和低层(0~1 km)垂直风切变较大以及风暴相对螺旋度较大的环境下,但从均值来看,广东龙卷的对流有效位能和对流抑制能更小,抬升凝结高度更低,具有更大的深层(0~6 km)和低层(0~1 km)垂直风切变,且风暴相对螺旋度较小;江苏台风龙卷单体约有2/3伴随龙卷涡旋特征(TVS),产生强龙卷的雷暴单体生命期同时伴随有中气旋和TVS特征。当TVS的最低仰角速度差超过23 m·s^(-1)时,更易产生强龙卷。与广东台风龙卷TVS关键特征量对比显示,江苏地区产生龙卷的TVS最低仰角速度差和最大切变值均偏小(最大切变值为广东的1/3)。

1804号台风“艾云尼”龙卷分析

2018年6月8日,在1804号台风"艾云尼"螺旋雨带中发生了两次陆龙卷天气,分别袭击了广州市南沙区横沥镇和佛山市南海区大沥镇。利用广州CINRAD/SA多普勒天气雷达、佛山CINRAD/XD多普勒天气雷达、5 min间隔的地面自动气象站和MICAPS等资料,研究了两次陆龙卷的天气背景、环境参数和龙卷风暴中尺度结构特征。结果表明:广州南沙龙卷为台风环流外围龙卷,位于台风中心的东北象限,强度为EF3级;佛山南海龙卷为台风环流内部龙卷,位于台风中心的东侧,强度为EF1级。龙卷均发生在中低空强东南急流在珠江口附近上下叠加和高层辐散的有利大尺度环流背景下。环境条件表现为较强的低层风垂直切变和较大的风暴相对螺旋度(SRH)、较小的对流有效位能(CAPE)和对流抑制能量(CIN)、极低的抬升凝结高度(LCL);地面存在中尺度辐合线和小尺度涡旋。广州S波段雷达探测到两次龙卷母风暴的低层钩状回波和入流缺口回波特征及低层中等强度中气旋,龙卷出现在钩状回波顶端、中气旋中心附近。佛山X波段双偏振雷达清晰地探测到佛山南海区大沥龙卷的微型超级单体和龙卷碎片特征(TDS)。

广东两次台风龙卷的环境背景和雷达回波对比

利用常规气象观测、广州多普勒天气雷达及NCEP/NCAR再分析等资料对比广东省佛山市2015年10月4日EF3级和2006年8月4日EF2级台风外围强龙卷过程。结果表明:两次强龙卷都发生在登陆台风的东北象限,低层辐合、高层辐散及中低空强劲东南急流在珠江三角洲叠加是其产生的相似环境背景。环境参数均表现为较小的对流有效位能、低的对流抑制与抬升凝结高度、强的垂直风切变和大的风暴相对螺旋度。两个龙卷母体均为微型超级单体,前者雷达回波强度更强,钩状回波特征更明显;都存在强中气旋和龙卷涡旋特征(TVS),中气旋都在中低层形成后,向更低层发展最终导致龙卷。TVS比龙卷触地提前1个体扫出现,或与龙卷触地同时发生,中气旋和TVS的底高和顶高均很低。但两次龙卷触地前后,前者中气旋和TVS的底高和顶高出现突降现象,而后者中气旋和TVS的底高和顶高一直维持较低高度。龙卷触地前后,两者风暴单体的最强切变均出现剧增现象,但前者TVS的最强切变更强,比后者大1倍以上。

珠江三角洲台风龙卷的活动特征及环境条件分析

利用常规观测、自动气象站、多普勒雷达等资料分析珠江三角洲台风龙卷的活动特征及其产生的环境条件。结果表明:台风龙卷发生在6-10月,时间多为10-20时,出现在台风登陆后1.3~21.3 h的时段内;多数龙卷位于台风中心的东北象限,台风中心在广东湛江一广西东南部或北部湾附近时是珠江三角洲龙卷发生的高风险期。高层辐散、低层辐合及中低空强东南急流在珠江口附近叠加是龙卷产生的有利环流背景。强或弱龙卷环境条件的共同特征为低抬升凝结高度、强深层和低层垂直风切变及较大风暴相对螺旋度(SRH),主要差异是强龙卷的深层和低层垂直风切变与SRH更大;相似台风路径下,有/无龙卷环境条件的明显差异在于0~1 km低层垂直风切变和SRH,两值越大出现超级单体或中气旋的可能性越大,龙卷发生概率也就越高。台风龙卷风暴母体属于低质心的微型超级单体风暴;低层有强或中等强度中气旋,有时强中气旋中心伴有龙卷涡旋特征(TVS);龙卷出现在钩状回波顶端或TVS附近。与西风带超级单体龙卷相比,台风龙卷中气旋的尺度更小、垂直伸展高度更低。

台风“艾云尼”（2018）外围两次近距离龙卷的环境条件和雷达特征

2018年6月8日在距台风“艾云尼”中心80km、160km的广州市南沙区横沥镇、佛山市南海区大沥镇两地罕见地先后出现了龙卷天气。利用X波段双偏振雷达组网、广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达和区域加密自动站等观测资料对两次近距离台风龙卷过程的环境条件和雷达特征进行了分析。环境条件分析表明,两次龙卷发生地位于低层西南急流和东南急流辐合区,所处环境为弱的对流有效位能(CAPE)、低的抬升凝结高度和强的低层垂直风切变环境中,0~1km垂直风切变值超过15×10-3s-1。中小尺度雷达特征分析表明:(1)两地龙卷由台风外围微型超级单体引起,超级单体在发展强盛阶段有钩状回波、入流缺口、中层回波悬垂等典型特征,最强反射率因子55~60dBz,强度≥50dBz强回波发展高度在4km以下,微型超级单体有水平尺度2~3km的中气旋,由于速度模糊影响,仅在南海龙卷发生前9min广州S波段雷达能自动识别中气旋。(2)与南沙龙卷相联系的中气旋核心高度低,强度进一步加强紧缩导致龙卷发生;而与南海龙卷相联系的中气旋从中层发展,中气旋加强紧缩下降到更低导致龙卷发生。(3)两地弱龙卷发生时广州和南海双偏振雷达没能捕捉到龙卷碎片(TDS)特征,南海X波段雷达能提前30min监测到入流急流,提前27min探测出钩状回波等特征,并通过分析ZDR弧和KDP弧可判断低层强盛的上升气流和强的垂直风切变利于风暴的发展。(4)佛山四部X波段组网雷达反演的1km水平风场可分析出小尺度涡旋结构,对应钩状回波尾端有强的风向切变,这对龙卷发生地点的判断和风暴的流场结构有较好指示意义。

珠江三角洲台风龙卷预警技术与2018年两次龙卷预警试验

利用常规观测、自动气象站、多普勒天气雷达等资料,分析珠江三角洲台风龙卷活动特征、龙卷产生的环境场特征等,给出了珠江三角洲台风龙卷的天气概念模型和预报预警指标,建立了珠江三角洲台风龙卷预报预警方法与流程,并应用于2018年两次台风龙卷预警试验。结果表明,依托该方法分别提前58min、37min成功预警了6月8日佛山市南海区的"艾云尼"台风龙卷、9月17日佛山市三水区的"山竹"台风龙卷,证实该方法流程是可行的。

1710号台风“海棠”前部龙卷天气分析

使用NCAR/NCEP再分析资料、国家气象中心提供的逐时热带气旋资料和淮安S波段多普勒雷达观测资料,分析了1710号台风"海棠"环流前部的一次龙卷过程。结果表明:此次龙卷过程由台风残留低压引发,环境分析显示淮安地区低层位于急流辐合区,高层500 hPa位于辐散区,有利于对流发展。雷达径向速度资料分析显示龙卷发生前后存在正负速度对涡旋形成和发展。底层强垂直风切变和垂直速度不均匀分布,有利于激发龙卷天气的发生或者促进龙卷天气的维持发展。

1814号台风“摩羯”引发鲁北平原一次罕见龙卷特征

利用常规观测、探空、区域气象观测站、ERA5、多普勒雷达等资料对2018年8月14日台风“摩羯”在鲁北平原引发的1个EF2级龙卷的环境背景和雷达回波进行分析。结果表明:(1)龙卷发生时台风“摩羯”已减弱为温带气旋并停止编号。(2)低层辐合、高层辐散,上下重叠度较好的急流轴,低空强的垂直风切变和风暴相对螺旋度等,构成龙卷风暴发生的有利环境条件。(3)龙卷母风暴属于小型超级单体风暴,低层反射率因子具有钩状回波形态;在速度剖面上具有龙卷涡旋轴线和小尺度风场辐合特征,对应谱宽剖面上有谱宽大值区。(4)降低雷达系统中气旋探测算法和龙卷涡旋探测算法部分适配参数阈值后,系统提前60 min给出中气旋特征,提前7 min给出龙卷涡旋特征(tornado vortex signature,TVS);中气旋顶高、最大切变高度快速上升和下降的过程对应小尺度涡旋的增强和触地,最大切变值骤降对应龙卷快速释放能量。

1522号强台风“彩虹”环流中的龙卷风过程分析

利用常规地面和高空观测资料、地面加密资料、FNL1°×1°实时分析资料以及广州多普勒雷达资料，对2015年10月4日17：00左右发生在广州市番禺区的龙卷过程进行了分析，结果表明：该龙卷出现在台风登陆后迅速减弱阶段，在台风中心移动方向右前侧大约390km处。龙卷发生前，地面有辐合线存在且有弱冷空气低层侵入，低层到中层为强盛东南风与偏南风辐合区。低空较强的垂直风切变、极不稳定的大气层结和深厚的正涡度区，为龙卷的发生发展提供了热力和动力条件。雷达产品特征表明，该次龙卷过程反射率因子呈弓形特征，回波中心强度在53～58dBz之间，但未出现超级单体通常具有的钩状回波和悬垂结构；从速度图上可看到有中气旋存在，从生成到消亡，大概经历了5个体扫时间，其演变方式为从低层开始加强，然后向上扩展。

一次台风前部龙卷的多普勒天气雷达分析

通过分析2004年8月25日发生在浙江省宁波市的一次台风前部龙卷发生发展的环境特征,发现该龙卷发生在台风前部风切变区里,尽管当时涡度、散度等物理量对于深对流发展不是非常有利,但下湿中干、强的垂直风切变及地形条件等还是有利于局地弱龙卷的产生;在宁波新一代天气雷达产品上表现为强的钩状回波,速度场上有相邻的正负速度中心及强的组合切变值等。通过多个反射率产品、剖面产品等综合分析了该风暴的三维结构,初步了解此类弱龙卷的发生机理,为以后的预报提供一些经验。