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(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081 3 中國(guó)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(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站測(cè)得60.3 m·s-1的瞬時(shí)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(dòng)氣象站測(cè)得50.7 m·s-1的瞬時(shí)極大風(fēng)速，兩地均出現(xiàn)比較明顯的風(fēng)災(zāi)。通過(guò)分析監(jiān)控視頻、無(wú)人機(jī)航拍資料、現(xiàn)場(chǎng)勘察和走訪(fǎng)目擊者，獲得如下結(jié)論：21:09—21:14臨桂國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站及周邊區(qū)域的風(fēng)災(zāi)過(guò)程是一次EF2級(jí)微下?lián)舯┝?，時(shí)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┝?，其中包?個(gè)β小尺度(40～400 m)微下?lián)舯┝?；?zāi)害現(xiàn)場(chǎng)呈現(xiàn)出受災(zāi)區(qū)域的縱橫比小、災(zāi)情不連續(xù)和樹(shù)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(guò)程是一次EF3級(jí)的強(qiáng)龍卷，持續(xù)時(shí)間約為7 min，龍卷路徑長(zhǎng)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(shí)間極短的旋轉(zhuǎn)性大風(fēng)。相對(duì)于臨桂微下?lián)舯┝?，龍卷?zāi)害現(xiàn)場(chǎng)具有風(fēng)災(zāi)破壞帶縱橫比大、災(zāi)情連續(xù)和多處樹(shù)木倒向呈現(xiàn)輻合的特征。

引 言

龍卷和下?lián)舯┝鞯戎聻?zāi)對(duì)流性大風(fēng)通常影響時(shí)間短，造成的災(zāi)害重。目前我國(guó)已經(jīng)建立了比較完備的氣象業(yè)務(wù)觀(guān)測(cè)體系，但由于受業(yè)務(wù)雷達(dá)時(shí)空分辨率的局限性和地面氣象觀(guān)測(cè)站分布不均的制約，單憑這些資料難以準(zhǔn)確評(píng)估風(fēng)災(zāi)類(lèi)型和對(duì)風(fēng)災(zāi)強(qiáng)度定級(jí)；當(dāng)風(fēng)災(zāi)發(fā)生在大雨和漆黑的夜晚，沒(méi)有目擊者及相關(guān)拍攝視頻時(shí)，情況更是如此。所以現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)創(chuàng)性工作之后，美國(guó)廣泛開(kāi)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(guó)，俞小鼎等(2006a；2006b；2008)分別對(duì)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^(guò)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(duì)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(jí)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(guó)尚屬首次。Meng et al(2016)和鄭永光等(2016a)對(duì)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(duì)2015年10月4日發(fā)生在廣東順德的臺(tái)風(fēng)彩虹外圍雨帶EF3級(jí)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(guò)程的監(jiān)控視頻對(duì)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(guò)實(shí)例加以說(shuō)明。張一平等(2019)對(duì)2017年7月6日河南周口龍卷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，根據(jù)樹(shù)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(lèi)型。黃先香等(2019)利用災(zāi)情調(diào)查資料，總結(jié)了2018年全國(guó)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(zhǎng)，破壞帶中會(huì)有明顯輻合狀樹(shù)木倒伏；而下?lián)舯┝髟斐善茐膮^(qū)域一般比較寬，樹(shù)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?yàn)橄聯(lián)舯┝魍l(fā)生在多個(gè)尺度，同時(shí)會(huì)伴隨小尺度渦旋，同一區(qū)域會(huì)受多個(gè)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(duì)龍卷進(jìn)行災(zāi)害調(diào)查總結(jié)基礎(chǔ)上，提出藤田等級(jí)(F等級(jí))，但是藤田等級(jí)在風(fēng)速范圍識(shí)別方面并不考慮建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，會(huì)高估結(jié)構(gòu)質(zhì)量差的建筑的風(fēng)速等級(jí)；當(dāng)風(fēng)災(zāi)路徑中沒(méi)有破壞指示物(DI)時(shí)會(huì)造成低估的情況(McDonald，2001)。由于這些局限的存在，美國(guó)得克薩斯技術(shù)大學(xué)通過(guò)對(duì)F等級(jí)的完善，在2004年提出了改進(jìn)的藤田等級(jí)(EF等級(jí))，包括從EF0～EF5的6個(gè)等級(jí)，其中EF0等級(jí)最低，EF5是最高風(fēng)速和破壞等級(jí)。EF等級(jí)包含了更多不同結(jié)構(gòu)的破壞指標(biāo)，風(fēng)速估計(jì)值也對(duì)應(yīng)進(jìn)行了修正(Doswell III et al，2009；Texas Tech University，2004)，因此EF等級(jí)(WSEC，2006)得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)龍卷強(qiáng)度定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)已于2019年8月1日實(shí)施(姚聃等，2019；以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(jiǎn)化EF等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(范雯杰和俞小鼎，2015)和《龍卷強(qiáng)度等級(jí)》(中國(guó)氣象局，2019)對(duì)風(fēng)災(zāi)風(fēng)力強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。針對(duì)龍卷災(zāi)情制定的F級(jí)或EF級(jí)標(biāo)準(zhǔn)同樣適用于下?lián)舯┝骷捌浒殡S的直線(xiàn)型對(duì)流大風(fēng)的災(zāi)情等級(jí)確定。

2019年3月21日21時(shí)前后廣西桂林市臨桂區(qū)國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站(以下簡(jiǎn)稱(chēng)臨桂站)測(cè)得60.3 m·s-1(17級(jí))的瞬時(shí)風(fēng)速，刷新了廣西氣象觀(guān)測(cè)站測(cè)量到的最大瞬時(shí)風(fēng)記錄(也刷新了除臺(tái)風(fēng)外我國(guó)氣象觀(guān)測(cè)站測(cè)得的最大對(duì)流性陣風(fēng)記錄)，同時(shí)伴有短時(shí)強(qiáng)降水、雷電、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣(以下簡(jiǎn)稱(chēng)臨桂個(gè)例)。2019年4月13日14時(shí)左右廣東湛江市徐聞縣下屬和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府自動(dòng)氣象站(以下簡(jiǎn)稱(chēng)和安站)測(cè)得50.7 m·s-1(15級(jí))的瞬時(shí)風(fēng)速，并伴有短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣(以下簡(jiǎn)稱(chēng)徐聞個(gè)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(duì)這兩次風(fēng)災(zāi)進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情調(diào)查。本文通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情調(diào)查資料，總結(jié)兩次風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的特征并確定災(zāi)害影響范圍、風(fēng)力等級(jí)強(qiáng)度評(píng)估和風(fēng)災(zāi)類(lèi)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(chǎng)調(diào)查結(jié)果(鄭永光等，2016a；2016b)進(jìn)行對(duì)比分析，為今后開(kāi)展龍卷和下?lián)舯┝鞯戎聻?zāi)對(duì)流大風(fēng)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 災(zāi)情調(diào)查和個(gè)例概況

1.1 災(zāi)害調(diào)查概況

自2015年10月4日佛山EF3級(jí)強(qiáng)龍卷(麥雪湖等，2015；李彩玲等，2016；朱文劍等，2016)過(guò)程起，佛山市龍卷風(fēng)研究中心災(zāi)害調(diào)查組(以下簡(jiǎn)稱(chēng)災(zāi)調(diào)組)開(kāi)始使用無(wú)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(guó)范圍內(nèi)對(duì)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(wú)人機(jī)(配備10塊電池)、手持云臺(tái)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(chǎng)一般分兩個(gè)小組開(kāi)展調(diào)查，第一小組主要負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)航拍，現(xiàn)場(chǎng)勘查取證；第二小組主要負(fù)責(zé)分析天氣形勢(shì)，收集當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)監(jiān)測(cè)資料，匯總影像資料和現(xiàn)場(chǎng)走訪(fǎng)目擊者。災(zāi)情調(diào)查過(guò)程還需收集災(zāi)情的細(xì)節(jié)信息，比如：樹(shù)木倒伏和折斷要考慮樹(shù)木是否健康，是否有病蟲(chóng)害，樹(shù)冠大小和根系深淺等因素，進(jìn)而判斷EF等級(jí)(Jim and Liu，1997)。

1.2 臨桂個(gè)例概況

現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情調(diào)查區(qū)域包括臨桂站、桂林師范專(zhuān)科學(xué)院臨桂校區(qū)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)師專(zhuān))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(shù)木(主要有桂花樹(shù)、小葉桉樹(shù)、樟樹(shù)和構(gòu)樹(shù)，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(gè)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(zhǎng)度約達(dá)1.8 km，東西方向長(zhǎng)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(lèi)型的目擊者和相關(guān)手機(jī)拍攝資料。

1.3 徐聞個(gè)例概況

現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)吊車(chē)估重為2 t)被吹離距原位置35 m處，多處水泥電線(xiàn)桿折斷，鐵制路燈和金屬旗桿彎曲，樹(shù)木被連根拔起和扭斷，窗戶(hù)玻璃破碎，以及圍墻倒塌等。風(fēng)災(zāi)路徑長(zhǎng)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(shù)木主要有小葉欖仁和樟樹(shù)，都屬于硬木。徐聞個(gè)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(chǎng)有強(qiáng)中氣旋，表明是由超級(jí)單體風(fēng)暴引起的對(duì)流性大風(fēng)(龍卷或下?lián)舯┝?，但缺少可直接判斷風(fēng)災(zāi)類(lèi)型的照片和視頻。

2 監(jiān)控視頻分析

2.1 臨桂個(gè)例監(jiān)控視頻分析

災(zāi)調(diào)組獲得臨桂個(gè)例中的臨桂區(qū)觀(guān)測(cè)站東北角監(jiān)控?cái)z像機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)監(jiān)控1)向西北拍攝和觀(guān)測(cè)場(chǎng)西南角監(jiān)控?cái)z像機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)監(jiān)控2)向北拍攝的兩個(gè)監(jiān)控視頻。由于受17級(jí)大風(fēng)(陣風(fēng))影響導(dǎo)致臨桂區(qū)觀(guān)測(cè)站監(jiān)控?cái)嚯?，監(jiān)控視頻只錄制到當(dāng)天21:12:50，與臨桂站測(cè)量到的最大瞬時(shí)風(fēng)速時(shí)間對(duì)應(yīng)。從監(jiān)控1的視頻(時(shí)間段是21:09:00—21:12:50)分析，21:09 前監(jiān)控畫(huà)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(dòng)軌跡)，畫(huà)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(fǎng)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(shí)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(shí)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(zhuān)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(dòng)的軌跡(圖2d中白色條跡)可以判斷出監(jiān)控2該時(shí)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(guò)前后會(huì)出現(xiàn)風(fēng)向反轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)(Meng and Yao，2014)，而且這個(gè)風(fēng)向的轉(zhuǎn)變往往發(fā)生在十幾秒內(nèi)，然而這兩個(gè)視頻都沒(méi)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(huà)面，故初步推斷龍卷影響此觀(guān)測(cè)場(chǎng)的概率較低。

圖2 臨桂個(gè)例風(fēng)災(zāi)前(a，c)、風(fēng)災(zāi)過(guò)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(gè)例監(jiān)控視頻分析

在湛江徐聞收集到和安鎮(zhèn)郵政局(簡(jiǎn)稱(chēng)郵政局)的2個(gè)監(jiān)控視頻(具體位置見(jiàn)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(zhǎng)度約為25 m)的時(shí)間約為14:12:03—14:12:15，期間能清楚觀(guān)察到逆時(shí)針的渦旋，圖3a是14:12:05出現(xiàn)的渦旋。在圖3b中，白色虛線(xiàn)圈起來(lái)區(qū)域分別表示大風(fēng)影響前三輪車(chē)和電動(dòng)車(chē)所在位置，白色箭頭是根據(jù)郵政局監(jiān)控視頻畫(huà)出的移動(dòng)路徑及移動(dòng)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(shuō)明是龍卷，需結(jié)合其他資料分析判斷。

2.3 監(jiān)控視頻對(duì)比分析

臨桂個(gè)例在幾分鐘時(shí)間內(nèi)風(fēng)向基本不變，而徐聞個(gè)例在十幾秒時(shí)間內(nèi)看到渦旋和旋轉(zhuǎn)風(fēng)。臨桂站瞬時(shí)風(fēng)大于17.9 m·s-1，持續(xù)時(shí)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(gè)例中監(jiān)控視頻顯示大風(fēng)只持續(xù)13 s 左右，持續(xù)時(shí)間比臨桂個(gè)例短得多，期間風(fēng)向變化劇烈。初步判斷是臨桂個(gè)例為微下?lián)舯┝?而徐聞個(gè)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(gè)例

調(diào)查組進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情調(diào)研，走訪(fǎng)了圖4 中臨桂區(qū)觀(guān)測(cè)站、小山頭、師專(zhuān)、桂林醫(yī)學(xué)院等風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，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(gè)4 K高清視頻，時(shí)長(zhǎng)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(jiàn)，受災(zāi)區(qū)域以臨桂區(qū)秧塘村南部為起點(diǎn)，向南影響到店頭和師專(zhuān)，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(zhuān)、桂林醫(yī)學(xué)院和臨桂站，該區(qū)域包括小樹(shù)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(zhǎng)約為1.6 km(圖4中藍(lán)色虛線(xiàn))，寬約為2.0 km(圖4中的紅色虛線(xiàn))，縱橫比(圖4中藍(lán)色虛線(xiàn)與紅色虛線(xiàn)長(zhǎng)度的比值)為0.8，縱橫比小。圖4中的白色箭頭為樹(shù)木倒伏方向，黃色箭頭為根據(jù)樹(shù)木倒伏方向畫(huà)出的大致流場(chǎng)。由圖4可見(jiàn)，該受災(zāi)區(qū)域樹(shù)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(chǎng)M中包含了至少7個(gè)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(shù)一致向東南偏南方向倒伏(圖5a)，同時(shí)與位置B向東南偏東方向折斷的直徑約為25 cm的構(gòu)樹(shù)(圖5b)均成輻散狀，判斷此處災(zāi)害等級(jí)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(shù)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(zhǎng)度約為200 m、寬度約為110 m，樹(shù)木傾倒集中在水泥路右側(cè)(圖6a中白色箭頭代表樹(shù)木倒向)，鐵皮屋掀頂(圖6a中紅框所示位置)。該處樹(shù)木主要倒向是東南偏東方向，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅逼黠L(fēng)；其中多株直徑大于30 cm的樟樹(shù)被連根拔起(圖6b，對(duì)應(yīng)于圖6a中藍(lán)框所示位置)，其倒向?yàn)檩椛?。水泥路左?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(jí)為EF2，對(duì)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(shù)木倒向呈輻散狀，判斷出此處是EF2級(jí)別的微下?lián)舯┝鳌Ｆ渌麕讉€(gè)微下?lián)舯┝髌茐膸?nèi)樹(shù)木倒向都有較為明顯的輻散特征，強(qiáng)度等級(jí)為EF1～EF2，具體災(zāi)情細(xì)節(jié)不再贅述。

圖3 徐聞個(gè)例郵政局后門(mén)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(guò)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(shù)木倒向分布所表征的兩種尺度流場(chǎng)(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(shù)木倒向判斷出來(lái)的風(fēng)向；黃色帶箭頭線(xiàn)表示大致的流場(chǎng)；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(shù)木倒向(圖5a是手機(jī)拍攝照片，位置A處的構(gòu)樹(shù)向東南偏南方向傾倒；圖5b是無(wú)人機(jī)航拍照片，位置B處構(gòu)樹(shù)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(guān)測(cè)站東邊無(wú)人機(jī)拍攝(a)和手機(jī)拍攝(b，c)的樹(shù)木倒伏(a，b；白色箭頭為樹(shù)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(gè)例受災(zāi)區(qū)域縱橫比小，風(fēng)災(zāi)路徑寬，風(fēng)災(zāi)點(diǎn)多且不連續(xù)，樹(shù)林倒向有明顯輻散的特征，是一次尺度范圍在2.0 km以?xún)?nèi)的微下?lián)舯┝鬟^(guò)程，微下?lián)舯┝鲀?nèi)部包含多個(gè)β小尺度輻散破壞帶，災(zāi)情等級(jí)為EF2級(jí)(行標(biāo)三級(jí))。Fujita and Byers(1977)、Fujita and Wakimoto(1981)對(duì)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(guò)程中自動(dòng)站瞬時(shí)風(fēng)數(shù)據(jù)滿(mǎn)足此條件的時(shí)間段為21:09—21:14，持續(xù)了約6 min，考慮臨桂區(qū)觀(guān)測(cè)站只是整個(gè)風(fēng)災(zāi)區(qū)域局部，由此判斷本次過(guò)程的下?lián)舯┝鲿r(shí)間尺度應(yīng)該大于6 min。

3.2 徐聞個(gè)例

災(zāi)調(diào)組走訪(fǎng)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(chǎng)，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(gè)4 K高清視頻，時(shí)長(zhǎng)約為100 min。災(zāi)調(diào)小組發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)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(shù)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(zhǎng)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(gè)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(dòng)方向相符。由雷達(dá)資料可估計(jì)出龍卷移動(dòng)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(guò)此監(jiān)控區(qū)域的時(shí)間，估算此段龍卷破壞路徑時(shí)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(shù)枝折斷(對(duì)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(duì)應(yīng)，標(biāo)有阿拉伯?dāng)?shù)字的顏色區(qū)域表示各個(gè)災(zāi)害指示物(damage indicator,DI)的位置，對(duì)應(yīng)的EF級(jí)別是EF0(行標(biāo)一級(jí))。其EF等級(jí)評(píng)估細(xì)節(jié)見(jiàn)表1，表1中包括DI、損毀級(jí)別(degrees of damage,DOD)、災(zāi)害描述和EF等級(jí)。隨后龍卷以正弦曲線(xiàn)軌跡經(jīng)過(guò)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(shù)木主樹(shù)干折斷(圖7b所示，表1中的位置b；樹(shù)木主要是木麻黃，屬于硬木)，樹(shù)干直徑為20～50 cm，此DI滿(mǎn)足較多、較粗樹(shù)木被折斷的EF2級(jí)(行標(biāo)三級(jí))要求(鄭永光，2016a)，因此圖7b所示的DI達(dá)到EF2級(jí)別(行標(biāo)三級(jí))。此外，表1中位置b和位置c的樹(shù)木倒向都呈輻合狀(圖7b所示對(duì)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(shù)木倒向所畫(huà))。在龍卷從圖7c移動(dòng)到圖7d過(guò)程中，在其移動(dòng)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(yú)塘為主，樹(shù)木和簡(jiǎn)易建筑很少，留下的痕跡不明顯，并不能說(shuō)明龍卷在此區(qū)域減弱。

龍卷接著以約165°方位穿過(guò)和安鎮(zhèn)，造成多根水泥電線(xiàn)桿折斷(圖7d，表1中位置d;等級(jí)為EF3，行標(biāo)三級(jí))，再往南造成多間瓦房頂超過(guò)20%面積的破損(圖7e，表1中位置e;等級(jí)為EF1，行標(biāo)二級(jí))。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(dòng)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(méi)有拍攝到集裝箱，根據(jù)多個(gè)當(dāng)?shù)鼐用衩枋龅弥b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(cè)量底座長(zhǎng)度與集裝箱的長(zhǎng)寬相符；居民還描述了雖然當(dāng)時(shí)風(fēng)聲非常大，但是很快就平靜了，周?chē)黄墙澹b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(jí)為EF3，行標(biāo)三級(jí))和圍墻倒塌。龍卷到達(dá)和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府廣場(chǎng),造成5顆樹(shù)木被折斷(圖7g，表1中位置g；等級(jí)EF2，行標(biāo)三級(jí))，此區(qū)域還有樹(shù)木的主樹(shù)干被扭曲(圖8b)和大量輻合狀倒伏的樹(shù)木(圖略)。隨后，龍卷向東南方向移動(dòng)經(jīng)過(guò)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(jí)為EF1，行標(biāo)二級(jí))，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(shù)木倒伏(圖7i，表1中位置i；等級(jí)為EF0，行標(biāo)一級(jí))。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(gè)例龍卷災(zāi)害路徑(黑色虛線(xiàn))、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(shù)木倒向，不同顏色橢圓表示不同EF等級(jí)，紫色三角表示郵政局后門(mén)監(jiān)控位置；圖7a、7c、7d、7e和7i是無(wú)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(gè)例21處龍卷破壞災(zāi)情的詳細(xì)EF等級(jí)表Table 1 Details of the EF rating of tornado damage at the 21 positions in Xuwen Case

圖8 徐聞個(gè)例郵政局后門(mén)監(jiān)控視頻位置、集裝箱災(zāi)情前后位置對(duì)比(a)和安鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府扭曲倒伏的樹(shù)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(zhǎng)破壞帶之外，還會(huì)出現(xiàn)輻合狀倒向的樹(shù)木，所以近地面風(fēng)的輻合是龍卷另一個(gè)重要的特征。在金雞村南邊的倒伏樹(shù)木呈現(xiàn)輻合狀(圖7b所示位置兩個(gè)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(duì)應(yīng)于圖9a和9b)，圖9a是在龍卷中心路徑(圖7黑色虛線(xiàn))約25 m 處向東南偏東折斷的樹(shù)，再往南的樹(shù)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(duì)應(yīng)實(shí)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(shù)。

在衛(wèi)生院宿舍東北側(cè)也出現(xiàn)明顯樹(shù)木輻合狀倒伏(圖7d所示位置附近兩個(gè)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(duì)應(yīng)于圖9c和9d)，圖9c所示位置雖然由于位于魚(yú)塘邊樹(shù)木較少，但是可看到瓦片房頂?shù)耐咂⒙浞较蚺c樹(shù)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(shù)木。由于航拍高度較高，從航拍視頻中截取出單個(gè)DI的圖片分辨率不高，故將能清晰識(shí)別的樹(shù)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(shù)木倒伏或者折斷輻合狀的特征。

3.3 個(gè)例對(duì)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(shù)木倒向輻散或者輻合?！皷|方之星”翻沉事件中微下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)災(zāi)特征與臨桂個(gè)例相似，都具有路徑較寬、輻散狀樹(shù)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(duì)應(yīng)的災(zāi)害為楊樹(shù)(軟木)折斷(鄭永光等，2016a)；而臨桂個(gè)例的強(qiáng)度是EF2，該強(qiáng)度對(duì)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(gè)例相似，都具有路徑長(zhǎng)，輻合狀樹(shù)木倒向等特征。江蘇阜寧龍卷強(qiáng)度為EF4(行標(biāo)四級(jí))，該強(qiáng)度對(duì)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(jí))，該強(qiáng)度對(duì)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(píng)估風(fēng)災(zāi)強(qiáng)度的方法類(lèi)似，本文在風(fēng)災(zāi)強(qiáng)度估計(jì)中合理地考慮受災(zāi)指標(biāo)物的具體情況，如臨桂區(qū)觀(guān)測(cè)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(chǎng)的折斷樹(shù)木的數(shù)量和粗細(xì)等。

圖9 徐聞個(gè)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(shù)木輻合狀倒向圖(a)東南偏東方向折斷和倒伏的樹(shù)，(b)西南偏南倒向的樹(shù)，(c)東南倒向的樹(shù)，(d)西南倒向的樹(shù)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和事后分析臨桂個(gè)例和徐聞個(gè)例的風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)資料，得出以下結(jié)論：

(1)引起臨桂17級(jí)大風(fēng)是一次尺度范圍2 km以?xún)?nèi)，時(shí)間尺度大于6 min，強(qiáng)度等級(jí)為EF2級(jí)的微下?lián)舯┝鬟^(guò)程，微下?lián)舯┝鲀?nèi)部包含多個(gè)β小尺度輻散破壞帶。

(2)引起徐聞15級(jí)大風(fēng)是一次路徑長(zhǎng)度為3.2 km，寬約為30～280 m，持續(xù)時(shí)間約為7 min，強(qiáng)度等級(jí)為EF3級(jí)(行標(biāo)三級(jí))的強(qiáng)龍卷過(guò)程。

(3)從監(jiān)控視頻和觀(guān)測(cè)站數(shù)據(jù)可判斷微下?lián)舯┝鬟^(guò)程大風(fēng)持續(xù)時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)一些(約6 min)，風(fēng)向變化不明顯；龍卷過(guò)程旋轉(zhuǎn)大風(fēng)持續(xù)時(shí)間極短(13 s內(nèi))，風(fēng)向突變明顯。

(4)從風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)分析可見(jiàn)微下?lián)舯┝鬟^(guò)程具有樹(shù)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(guò)程具有樹(shù)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(duì)于下?lián)舯┝骱妄埦淼恼{(diào)查并沒(méi)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(guān)測(cè)不能覆蓋的區(qū)域，通過(guò)上述調(diào)查完全可以確定風(fēng)災(zāi)的等級(jí)和性質(zhì)(即確認(rèn)是下?lián)舯┝鬟€是龍卷)。實(shí)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?xún)?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(wú)法給出災(zāi)情級(jí)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(guò)程為龍卷。關(guān)于上述兩個(gè)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(chǎng)災(zāi)情調(diào)查過(guò)程給予的大力支持和協(xié)助。