吳語(yǔ)燕，田 慷，張明明

(1.淮南市氣象局，安徽 淮南232000；2.池州市氣象局，安徽 池州247100)

1 引言

安徽省池州市東南部以九華山、牯牛降為主體構(gòu)成南部山區(qū)骨架，是皖南山區(qū)的組成部分，中部為崗沖相間的丘陵區(qū)，西北部沿江地帶為洲圩區(qū)，地勢(shì)低平，河湖交錯(cuò)。池州市的主要?dú)庀鬄?zāi)害是暴雨，而龍卷極少發(fā)生。根據(jù)姚葉青等的研究[1]，1960－2009年安徽128次龍卷主要出現(xiàn)在淮河到長(zhǎng)江的江淮地區(qū)(不包括大別山區(qū))，尤其是江淮之間的東部地區(qū)；池州市作為龍卷的少發(fā)地，僅在1973年8月1日東至站記錄到1次龍卷。

2016年8月6日15時(shí)，在池州市東至縣升金湖的湖面上出現(xiàn)了罕見(jiàn)的水龍卷，更為難得的是有多位村民用手機(jī)視頻記錄到這一現(xiàn)象，在視頻中甚至可以清晰地看到龍卷的雙層結(jié)構(gòu)[2]。氣象學(xué)者對(duì)于本地的龍卷研究早已開(kāi)展[3～6]，而對(duì)于池州市的龍卷研究尚屬空白，加之民眾對(duì)此次水龍卷事件表示高度的關(guān)注，因此很有必要對(duì)此次水龍卷過(guò)程開(kāi)展研究。本文將選取常規(guī)觀測(cè)資料、安慶站多普勒雷達(dá)數(shù)據(jù)、NCEP再分析資料對(duì)此次水龍卷過(guò)程進(jìn)行分析。

2 天氣實(shí)況

2016年8月6日15時(shí)左右，在池州市東至縣升金湖湖面的東南段出現(xiàn)了水龍卷(圖1a)。水龍卷移動(dòng)速度緩慢，在湖面上向偏南方向移動(dòng)，累計(jì)移動(dòng)距離在1 km左右(圖1b)。由于水龍卷的路徑上及附近幾千米范圍內(nèi)無(wú)自動(dòng)氣象站，因此沒(méi)有地面觀測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)視頻資料及實(shí)地調(diào)查，水龍卷持續(xù)的時(shí)間在10 min左右；水龍卷在各高度層上的直徑并不相同，平均直徑不足100 m；水龍卷僅對(duì)升金湖的部分水箱養(yǎng)殖網(wǎng)造成損壞，未造成人員傷亡。綜上所述，此次水龍卷應(yīng)屬于F0級(jí)。

圖1 a.水龍卷視頻截圖，b.水龍卷移動(dòng)路徑

3 成因分析

3.1 天氣背景

2016年8月6日08時(shí)，500 hPa上伊朗副熱帶高壓和西北太平洋副熱帶高壓分別控制著我國(guó)西部地區(qū)和我國(guó)沿海地區(qū)，池州市處在西太平洋副熱帶高壓邊緣，在兩高之間有一低壓槽位于華中地區(qū)；2016年第5號(hào)臺(tái)風(fēng)“奧麥斯”位于24.3°N，147.6°E的西北太平洋上，離我國(guó)大陸尚有2000 km以上的距離(圖2a)。與500 hPa的低槽相對(duì)應(yīng)，在700 hPa和850 hPa上華中地區(qū)都有切變線存在，但切變線附近的風(fēng)速并不大，達(dá)不到急流標(biāo)準(zhǔn)(圖2b，圖2c)。地面圖上，我國(guó)中東部的廣大地區(qū)都處在均壓場(chǎng)中(圖2d)。溫度場(chǎng)上，在陜西和山西交界處有弱冷空氣堆，與兩高之間的低渦的位置基本重合。

圖2 8月6日08時(shí)高度場(chǎng)

3.2 物理量特征

姚葉青等[1]研究指出，環(huán)境低的抬升凝結(jié)高度使得龍卷風(fēng)暴的底部較低，有利于地面龍卷的產(chǎn)生；王毅等[3]的研究表明，龍卷易發(fā)生在整層較濕的環(huán)境中。從8月6日08時(shí)安慶站探空資料(圖3)可以看出：整層大氣都接近飽和，850 hPa的比濕高達(dá)15.25 g/kg，地面的相對(duì)濕度達(dá)到100%，因而抬升凝結(jié)高度(LCL)在地面?？紤]到水龍卷發(fā)生是在15時(shí)左右，再利用NCEP1.0°×1.0°再分析資料做6日14時(shí)點(diǎn)(30°N、117°E)的探空曲線作對(duì)比(圖4)。14時(shí)的露點(diǎn)層結(jié)曲線與08時(shí)變化不大，但由于地面氣溫的日變化，近地層的相對(duì)濕度下降明顯，抬升凝結(jié)高度在900hPa附近。綜上所述，本次過(guò)程的水汽條件有利于水龍卷的產(chǎn)生。

圖3 8月6日08時(shí)安慶站探空資料

圖4 8月6日14時(shí)點(diǎn)(30°N、117°E)探空曲線

6日08時(shí)大氣的不穩(wěn)定能量十分充足，CAPE值達(dá)到3135.8 J/kg，沙氏指數(shù)SI＝－1.54，K指數(shù)36℃，并且有弱的對(duì)流抑制有效位能CIN＝10.6 J/kg。到14時(shí)能量條件變化不大，CAPE值2454 J/kg，沙氏指數(shù)SI＝－5，K指數(shù)35℃，對(duì)流抑制有效位能CIN＝9 J/kg。對(duì)點(diǎn)(30°N、117°E)做假相當(dāng)位溫的時(shí)間垂直剖面(圖5)可以看出，從5日08時(shí)到6日08時(shí)1000 hPa與800 hPa之間假相當(dāng)位溫等值線密集，平均差值在16℃左右，說(shuō)明不穩(wěn)定能量主要集中在800 hPa以下的低層大氣。6日08時(shí)起，1000 hPa與850 hPa之間假相當(dāng)位溫等值線變得更加密集，尤其是925 hPa與850 hPa之間；在6日20時(shí)之后，等值線又迅速變得稀疏。說(shuō)明在6日白天低層大氣存在一個(gè)能量的積累過(guò)程，在6日20時(shí)前再將能量大量釋放。

圖5 點(diǎn)(30°N、117°E)假相當(dāng)位溫垂直剖面

但是，與國(guó)內(nèi)外大多數(shù)龍卷不同的是，此次過(guò)程的垂直風(fēng)切變很小。由于池州市受到西太平洋副熱帶高壓的控制，600 hPa以下接近于靜風(fēng)。6日08時(shí)，盡管925 hPa與850 hPa的風(fēng)向相反，但由于風(fēng)速僅為1 m/s，因此垂直風(fēng)切變僅為2.7×10－3s－1；地面與925 hPa間的垂直風(fēng)切變僅為0.3×10－3s－1。

3.3 地形條件

龍卷的發(fā)生與下墊面的性質(zhì)關(guān)系很大，龍卷的發(fā)生與地形有很大關(guān)系，即易出現(xiàn)在地形較為平坦的地區(qū)，附近的江河湖泊對(duì)龍卷的產(chǎn)生可能也有一定的促進(jìn)作用，而山區(qū)的地形不利于龍卷的產(chǎn)生[1]。此次水龍卷發(fā)生在升金湖的東南段(圖6)，一方面寬廣的湖面為龍卷的發(fā)生提供了平坦的下墊面；一方面湖面附近的水汽更充沛；一方面升金湖北面是沿江平原，南面是丘陵地區(qū)，6日15時(shí)沿江地區(qū)以偏北風(fēng)為主，在升金湖的南岸會(huì)形成地形強(qiáng)迫抬升；另一方面，相對(duì)于寬廣的湖面，水龍卷發(fā)生處是一個(gè)不規(guī)則的喇叭口地形，氣流經(jīng)過(guò)此處，將產(chǎn)生地形輻合。

圖6 水龍卷發(fā)生地地形

4 雷達(dá)回波特征

水龍卷發(fā)生地距離安慶雷達(dá)站40 km，距離銅陵雷達(dá)站108 km。6日14時(shí)32分，一個(gè)對(duì)流單體在升金湖的東部開(kāi)始生成，而在升金湖以南的山區(qū)已經(jīng)有大量的分散性的對(duì)流單體在發(fā)展東移。該對(duì)流單體在發(fā)展的同時(shí)向南緩慢移動(dòng)，于15時(shí)00分至15時(shí)24分發(fā)展至成熟階段，并且恰好經(jīng)過(guò)升金湖的東南段。從15時(shí)30分開(kāi)始，升金湖的對(duì)流單體快速消散。

圖7 安慶站雷達(dá)產(chǎn)品

從安慶站雷達(dá)的1.5°仰角反射率因子圖上看，升金湖上的對(duì)流單體回波較小，與南部山區(qū)的回波在形態(tài)上無(wú)明顯區(qū)別(圖7a)。沿著安慶站雷達(dá)的徑向方向經(jīng)過(guò)龍卷發(fā)生地做反射率因子的垂直剖面。在14時(shí)54分，對(duì)流單體的反射率因子核心位于4 km高度上，強(qiáng)度達(dá)到50 dBz，在2 km以下的近地層以及6 km以上的對(duì)流層中上層，反射率因子都小于35 dBz(圖7b)。僅過(guò)了6 min左右，在15時(shí)00分，對(duì)流單體的中層發(fā)展得非常迅速，50 dBz以上的回波范圍擴(kuò)展到了1～6 km的高度范圍，反射率因子核心下降到了3 km高度上，強(qiáng)度增強(qiáng)到55 dBz(圖7c)。在15時(shí)12分，反射率因子核心的下降更加明顯，已經(jīng)下降到了1 km高度上，強(qiáng)度依然維持在55 dBz，同時(shí)云頂高度也在不斷增加(圖7d)。到了15時(shí)24分，盡管仍有50 dBz以上的回波區(qū)，但是整體的強(qiáng)度有所降低，對(duì)流單體的結(jié)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始變得松散，并且云頂高度也開(kāi)始下降(圖7e)。

較為遺憾的是，從速度類的雷達(dá)產(chǎn)品(包括基本徑向速度、中氣旋、TVS、相對(duì)風(fēng)暴徑向速度)中，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的強(qiáng)對(duì)流特征，這可能與此次水龍卷的尺度太小有關(guān)。此外，通過(guò)云頂高度的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，水龍卷所在的對(duì)流單體的云頂高度達(dá)到14 km，明顯高于南部山區(qū)的普通對(duì)流單體。

綜合以上分析，產(chǎn)生此次升金湖水龍卷的對(duì)流單體不屬于超級(jí)單體，僅是普通的雷暴單體。因此，該水龍卷應(yīng)屬于非超級(jí)單體龍卷。

5 結(jié)論

2016年8月6日發(fā)生在池州市東至縣升金湖的水龍卷屬于F0級(jí)，其主要是由于高溫高濕的低層大氣中大量不穩(wěn)定能量集中釋放所產(chǎn)生的，在這其中，作為下墊面的升金湖水面寬廣且平坦，加之周邊特殊的地形條件均有利于此次水龍卷的發(fā)生。

升金湖水龍卷發(fā)生時(shí)，存在反射率因子核迅速下降的現(xiàn)象，但在速度類雷達(dá)產(chǎn)品中都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流的特征，因此其應(yīng)屬于非超級(jí)單體龍卷。值得注意的是，由于受到西太平洋副熱帶高壓的控制，池州大氣層結(jié)600 hPa以下都接近于靜風(fēng)，導(dǎo)致此次過(guò)程中的低層垂直風(fēng)切變很小，這一特點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外大多數(shù)龍卷有所不同。