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/佛山市龍卷風研究中心，佛山 528000）

0 引言

龍卷是對流云產(chǎn)生的破壞力極大的小尺度災害系統(tǒng)，雖然持續(xù)時間短，但其產(chǎn)生的強烈陣風常造成重大的財產(chǎn)損失和人員傷亡[1]。與短時強降水、雷雨大風等類型強對流相比，龍卷屬于小概率事件，短臨預報預警技術欠缺。為加強龍卷研究，最大程度做好龍卷防災工作，不少學者對龍卷在我國的地域分布[1-4]、龍卷發(fā)生的大氣環(huán)流形勢、物理量條件和雷達回波結構特征[5-13]進行了分析，并對開展超級單體龍卷和非超級單體龍卷的監(jiān)測預警技術進行了深入探討[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：臺風外圍型、鋒面暖區(qū)型、地面輻合線型和熱帶擾動型[19]，其中，鋒面暖區(qū)型和地面輻合型主要發(fā)生在西風帶系統(tǒng)的環(huán)流背景中。佛山龍卷以臺風外圍龍卷為主[17,20-24]，西風帶系統(tǒng)龍卷相對較少。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（北京時，下同）左右，佛山市西部的高明區(qū)丘陵地帶發(fā)生了龍卷災害，這在歷史上是少見的。為此，本文利用預報員日常可獲取的多種氣象資料，對此次龍卷進行細致分析，旨在為此類極端天氣過程監(jiān)測預警提供經(jīng)驗參考。

1 龍卷災情概況

2020年5月31日11—21時，佛山高明區(qū)出現(xiàn)強雷雨天氣，更合鎮(zhèn)、明城鎮(zhèn)出現(xiàn)暴雨，最大陣風6級。其中，19時許佛山市高明區(qū)更合鎮(zhèn)停步工業(yè)區(qū)附近出現(xiàn)大風災害，造成兩家公司嚴重經(jīng)濟損失，沒有人員傷亡。經(jīng)佛山市龍卷風研究中心和高明區(qū)氣象局對災害現(xiàn)場沿線的目擊者走訪、影像資料收集、勘查取證、無人機航拍等方式，再結合天氣雷達等多種氣象數(shù)據(jù)綜合分析研判，確認局地風災為龍卷造成的。龍卷影響時間是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，影響路徑長度約670 m，兩棵直徑10 cm的芒果樹被攔腰截斷，龍卷破壞程度對應我國龍卷強度行業(yè)標準二級，相當于EF1級；目擊者拍攝的多個視頻以及工廠監(jiān)控視頻可見，被卷起的廠房鐵皮頂及其他碎片逆時針方向旋轉上升，且旋轉時間超過1 min（圖1a—1d）；航拍破壞現(xiàn)場可見，破壞痕跡狹長，縱橫比大，是明顯的龍卷風破壞特征（圖1e）。該龍卷大風范圍小，周邊區(qū)域氣象自動站布設仍較稀疏，距離龍卷發(fā)生地最近的3個氣象站均在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速達6級（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時環(huán)流形勢（圖2）可見，500 hPa副熱帶高壓（以下簡稱副高）較為強盛，588線控制廣東，但受高原上西風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場中，廣東中西部一帶的西南風風速由08時的14 m/s增至20時的16 m/s。700～925 hPa貴州附近有低渦發(fā)展，廣東受低渦東南側與副高西北側之間的強盛西南氣流影響，700、850、925 hPa存在一支風速分別為12、10、8 m/s的顯著西南氣流，由海上向珠江口西側輸送水汽和不穩(wěn)定能量。同時，200 hPa廣東處于南亞高壓西北側和高空急流軸右側之間的輻散區(qū)內(nèi)。31日午后，地面暖低壓槽穩(wěn)定少動，佛山處于槽前，南部沿海風力較大，有利于海上水汽向廣東輸送，且珠江口北側經(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的疊加匯聚，為強天氣的發(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時高空形勢綜合圖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時龍卷發(fā)生地周邊的清遠和陽江站T-lnP圖?？梢钥吹?，佛山高明區(qū)周邊大氣具有較大的對流不穩(wěn)定能量，對流有效位能CAPE在2100～2700 J/kg，用14時高明區(qū)更合地面自動站氣溫和露點資料訂正后，CAPE高達4000 J/kg以上，呈現(xiàn)出強的條件不穩(wěn)定；整個對流層的濕度都很大，接近或基本處于飽和狀態(tài)；對流抑制很小，CIN為0 J/kg，抬升凝結高度LCL很低，在350 m以下，有利于深厚濕對流的觸發(fā)。

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

圖3 2020年5月31日08時陽江站和清遠站T-lnP圖Fig. 3 T-lnP data of Yangjiang station and Qingyuan station at 08:00 BT 31 May 2020

2.3 地面風場

根據(jù)區(qū)域氣象自動站監(jiān)測資料（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，南風加大，在更合鎮(zhèn)與偏東風輻合，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隨著南風進一步加強，輻合線發(fā)展，兩區(qū)交界處及更合鎮(zhèn)出現(xiàn)強對流，并出現(xiàn)12.7 m/s陣風（6級），離龍卷發(fā)生地最近的3個自動站（圍繞龍卷發(fā)生地呈三角分布）錄得風向呈現(xiàn)向龍卷發(fā)生地輻合分布，意味著這段時間內(nèi)龍卷發(fā)生地處于輻合中心的上升區(qū)域，當渦旋與輻合上升區(qū)相遇，便有可能由于渦旋拉伸，使旋轉加速形成龍卷；地面輻合線減弱，高明中西部地區(qū)轉為偏北風，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，四周以低山丘陵為主，故本次龍卷過程持續(xù)時間短，強度弱。

表1 2020年5月31日08時清遠和陽江探空站環(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 雷達回波特征

根據(jù)廣州多普勒雷達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，強度逐漸加強。18：36，對流風暴移入更合境內(nèi)，強度繼續(xù)加強。18：48，對流風暴發(fā)展為超級單體，最強反射率因子為63 dBZ，低層開始出現(xiàn)鉤狀回波和入流缺口，中層出現(xiàn)回波懸垂結構（圖5a—5c）；徑向速度圖0.5°仰角上探測到氣旋式旋轉的速度對，底高約1.4 km，旋轉速度約8 m/s，距離廣州雷達約86 km，速度對尺度較大，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可觀測到有界弱回波區(qū)，水平尺度約5 km，該超級單體的強反射率因子頂高約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，回波強度略有減弱，最強反射率因子為58 dBZ，但鉤狀回波更加明顯，速度對旋轉速度增強至10 m/s，距離廣州雷達約85 km，達到弱中氣旋標準，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），此時超級單體弱回波區(qū)仍隱約可見，強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）?？梢?，引發(fā)本次龍卷的超級單體風暴中氣旋直徑較大。

4 結論

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，配合地面輻合線長時間維持，為強天氣的發(fā)生提供了有利的天氣背景。大的CAPE、較強的低層垂直風切變和低的抬升凝結高度為龍卷的發(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中尺度超級單體風暴，雷達監(jiān)測到較為明顯的鉤狀回波、回波懸垂和低層中等強度中氣旋，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，屬于尺度較大而強度較弱的中氣旋，因此龍卷強度也較弱。

圖5 2020年5月31日18：48廣州雷達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。本次天氣過程的對流云團在高明及高要邊界丘陵地帶的迎風波得到進一步發(fā)展加強，進入高明境內(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)時間短、強度弱。對于復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一步研究。