徐 芬 鄭媛媛 孫康遠(yuǎn)

1 中國氣象局交通氣象重點開放實驗室，南京 210009 2 江蘇省氣象科學(xué)研究所，南京 210009 3 南京氣象科技創(chuàng)新研究院，南京 210009

提 要：基于江蘇氣候影響評價文件、重要天氣報文、江蘇民政部門龍卷災(zāi)情記錄和其他有關(guān)資料，根據(jù)“增強藤田級別”龍卷級別分類標(biāo)準(zhǔn)，對2006—2018年13年間江蘇龍卷的時空分布、等級分布、天氣背景特征和風(fēng)暴形態(tài)特征進(jìn)行了統(tǒng)計分析。主要結(jié)果如下：2006—2018年共記錄到27個龍卷日發(fā)生龍卷41次，年均3.2次，其中EF2級強龍卷事件發(fā)生最多，占比為39%，EF4級龍卷只被記錄到一次，為“6·23”阜寧強龍卷。21世紀(jì)以來，江蘇尚未記錄到EF5級極端龍卷事件，而EF0和EF1級的弱龍卷因災(zāi)情小可能被忽略，其統(tǒng)計數(shù)量可能被明顯低估；龍卷主要分布于東部沿海、中部沿江及淮北西部地區(qū)。相較過去江蘇中部龍卷高發(fā)中心有南移趨勢，東部沿海地區(qū)高發(fā)中心則呈現(xiàn)北抬特征，鹽城、徐州、揚州依次為龍卷高發(fā)城市，宿遷、連云港、常州、鎮(zhèn)江四市近年未有龍卷發(fā)生；龍卷主要集中在春、夏兩季發(fā)生，7—8月龍卷發(fā)生個數(shù)約占全年的90%；發(fā)生起始時間為10—20時，約78%的龍卷集中發(fā)生于15—20時；約50%的龍卷發(fā)生于梅汛期間，27%為臺前龍卷，鹽城地區(qū)為梅汛期龍卷高發(fā)區(qū)域，揚州—泰州地區(qū)為盛夏副熱帶高壓邊緣龍卷高發(fā)區(qū)域，臺前龍卷無明顯高發(fā)區(qū)域；江蘇地區(qū)超過50%的龍卷產(chǎn)生于鑲嵌在多單體風(fēng)暴系統(tǒng)中的超級單體中氣旋內(nèi)，約30%的龍卷產(chǎn)生于準(zhǔn)線性對流系統(tǒng)，與美國孤立對流單體形態(tài)易產(chǎn)生龍卷的結(jié)果不同的是，我國華東地區(qū)(以江蘇省為主)產(chǎn)生龍卷的孤立對流單體相對頻率最低，13年間只有2個龍卷產(chǎn)生于孤立對流單體，相對頻率為5%。

引 言

與美國等龍卷高發(fā)國家相比，在中國龍卷屬低概率天氣，發(fā)生頻率不及美國的十分之一(范雯杰和俞小鼎，2015)，但由于我國龍卷高發(fā)地區(qū)主要集中在東部平原、珠江三角洲等人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)(魏文秀和趙亞民，1995；范雯杰和俞小鼎，2015；Yao et al,2015；馮佳瑋等，2017)，即使是弱龍卷事件也可造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此我國氣象工作者圍繞中國龍卷不同區(qū)域特征和災(zāi)損情況分析工作開展了基于不同時序、不同區(qū)域的調(diào)查研究(薛德強和楊成芳，2003；許遐禎等，2010；馮婧等，2012)。近年隨著觀測資料的增加、智能手機(jī)的拍攝功能及無人機(jī)航拍技術(shù)的發(fā)展為及時捕捉龍卷漏斗云特征，獲取災(zāi)區(qū)實況等提供了豐富手段，特別是1999年以來全國范圍內(nèi)多普勒天氣雷達(dá)觀測網(wǎng)的布設(shè)，為獲取更為真實的龍卷事件特征提供了大量素材，氣象學(xué)者們利用天氣雷達(dá)觀測資料開展了2004年以來的龍卷事件統(tǒng)計分析工作，以期揭示更為客觀真實的龍卷區(qū)域分布特征。范雯杰和俞小鼎(2015)對2004—2013年間中國EF1級或以上等級龍卷做了時空分布特征分析，并與1961—2010年間的結(jié)果進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)EF1級龍卷在中國最西部過去認(rèn)為非龍卷發(fā)生區(qū)域亦有發(fā)生；王秀明等(2015)分析了近十年東北地區(qū)龍卷環(huán)境特征，發(fā)現(xiàn)東北地區(qū)龍卷風(fēng)暴主要由干線及其伴隨的強邊界層輻合觸發(fā)；黃先香等(2019a;2019b)統(tǒng)計了2005年以來珠江三角洲臺風(fēng)龍卷的活動特征及環(huán)境條件,發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)中心在廣東湛江—廣西東南部或北部灣附近時是珠江三角洲龍卷發(fā)生的高風(fēng)險區(qū)；Bai et al(2020)利用2006—2018年間發(fā)生的臺前龍卷事件系統(tǒng)分析了我國登陸熱帶氣旋環(huán)境下的龍卷及超級單體特征。上述利用豐富的觀測資料、災(zāi)情實況等信息開展的龍卷相關(guān)研究工作不僅更加細(xì)致揭示了不同區(qū)域、不同天氣背景下龍卷事件發(fā)生的異同，也發(fā)現(xiàn)近年我國龍卷發(fā)生頻次趨勢有所下降、但強龍卷發(fā)生區(qū)域分布有所擴(kuò)大的客觀事實。

2016年6月23日下午，江蘇阜寧地區(qū)發(fā)生了歷史罕見的EF4級強龍卷事件，導(dǎo)致99人死亡、800多人受傷，大量基礎(chǔ)設(shè)施被損毀。該事件的發(fā)生給龍卷預(yù)警預(yù)報科研業(yè)務(wù)工作提出了前所未有的急迫需求，圍繞龍卷，多項科研業(yè)務(wù)攻關(guān)工作給予集中展開，如龍卷災(zāi)后調(diào)查手段的提升、我國風(fēng)速等級標(biāo)準(zhǔn)存在問題的探討(鄭永光等，2016)、強龍卷超級單體風(fēng)暴中尺度結(jié)構(gòu)研究(周海光，2018；黃先香等，2019a;2019b；鄭艷等，2017)、強龍卷數(shù)值模擬改進(jìn)(陳鋒等，2019)、龍卷可預(yù)警性綜合分析(張一平等，2019)等，中國氣象局也在該地區(qū)組織開展龍卷觀測試驗、龍卷預(yù)警業(yè)務(wù)可行性探索等集中試驗性工作。系統(tǒng)梳理近年發(fā)生在江蘇的龍卷事件分布特征，將對保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生命財產(chǎn)安全等國民經(jīng)濟(jì)和社會各項事業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展具有重大現(xiàn)實意義。本文利用2006—2018年期間發(fā)生在江蘇的龍卷事件對該地區(qū)的龍卷時空分布特征進(jìn)行統(tǒng)計分析，以期為江蘇龍卷環(huán)境特征研究、龍卷雷暴單體特征研究、龍卷多發(fā)地區(qū)觀測試驗儀器布局及掃描策略制定等科研工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

另外，隨著天氣雷達(dá)觀測龍卷個例的不斷積累，為利用天氣雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析產(chǎn)生龍卷的風(fēng)暴形態(tài)提供了可能。美國氣象學(xué)者圍繞龍卷風(fēng)暴形態(tài)開展了較多工作。Trapp and Weisman(2003)對1998—2000年3 828個美國本土的龍卷統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，79%龍卷為塊狀孤立對流單體結(jié)構(gòu)(single cell)，18%為準(zhǔn)線狀對流系統(tǒng)(QLCS)，3%為其他風(fēng)暴形態(tài)。Gallus et al(2008)和Duda and Gallus(2010)的研究指出，美國大平原及密西西比河上游和中游的龍卷有35%是QLCS。Grams et al(2012)在對美國強龍卷進(jìn)行統(tǒng)計研究時，將產(chǎn)生EF2級以上龍卷的風(fēng)暴形態(tài)分為三類：第一類為相對的單體聚集成圓形或橢圓形的孤立對流單體(discrete cell)，第二類為QLCS，第三類為多個單體聚集成團(tuán)并且難以區(qū)分是非連續(xù)的還是線狀的多單體風(fēng)暴系統(tǒng)(cluster)。并對美國2000—2008年強龍卷分析發(fā)現(xiàn)，約70%以上的強龍卷為孤立對流單體結(jié)構(gòu)。由于產(chǎn)生龍卷的對流系統(tǒng)形態(tài)復(fù)雜，為能更準(zhǔn)確地刻畫產(chǎn)生龍卷的對流系統(tǒng)形態(tài)，Smith et al(2012)又將三種類型對流形態(tài)細(xì)分成五種：QLCS、線性混合體(linear hybrid)、超級單體(supercell)、邊緣型(marginal)、無組織型(disorganized)。他們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與美國南部和大平原地區(qū)龍卷多產(chǎn)生于右移超級單體中(right-moving supercell)相比，發(fā)生在俄亥俄山谷的龍卷對流組織形式更傾向于QLCS，產(chǎn)生龍卷的風(fēng)暴形態(tài)類型與區(qū)域有較大關(guān)系。美國風(fēng)暴預(yù)報中心預(yù)報人員將上述統(tǒng)計結(jié)果投入業(yè)務(wù)應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)，可利用出現(xiàn)塊狀的孤立對流單體形態(tài)去預(yù)估美國大平原長生命史的龍卷強度。由此可見對龍卷風(fēng)暴形態(tài)的系統(tǒng)研究可幫助預(yù)報人員預(yù)估龍卷的強度。我國氣象學(xué)者對龍卷風(fēng)暴也初步開展了類似分類，吳芳芳等(2012)對2005—2008年鹽城龍卷風(fēng)暴進(jìn)行了分類：一類產(chǎn)生于孤立的對流單體中，一類產(chǎn)生于鑲嵌在颮線上的對流單體中，還有一類產(chǎn)生于熱帶氣旋前部或江淮暴雨天氣型中低頂?shù)膶α鲉误w中；張小玲等(2016)參考Grams et al(2012)對流形態(tài)分類準(zhǔn)則，對2016年6月23日江蘇阜寧EF4級強龍卷分析發(fā)現(xiàn)該龍卷對流形態(tài)為多單體風(fēng)暴系統(tǒng)形態(tài)。但對龍卷風(fēng)暴形態(tài)尚缺乏規(guī)范且系統(tǒng)的研究，且江蘇龍卷是否多發(fā)于多單體風(fēng)暴系統(tǒng)值得做進(jìn)一步統(tǒng)計研究，因此本文第3節(jié)也利用天氣雷達(dá)反射率因子圖像統(tǒng)計分析了江蘇龍卷的風(fēng)暴形態(tài)特征，以期建立龍卷易發(fā)風(fēng)暴形態(tài)模型，為龍卷預(yù)警預(yù)報工作提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 資料來源與篩選

用于本文特征統(tǒng)計的龍卷資料來源主要基于江蘇省氣象局2006—2018年江蘇氣候影響評價文件、重要天氣報文、地方志、江蘇民政部門龍卷災(zāi)情記錄、龍卷災(zāi)情調(diào)查資料等，并結(jié)合各級氣象部門門戶網(wǎng)站、官方媒體等互聯(lián)網(wǎng)媒介公布的龍卷現(xiàn)場采訪、實錄、圖片和視頻等對龍卷個例進(jìn)行佐證與補充。在上述龍卷事件搜集整理的基礎(chǔ)上，為確保龍卷事件的真實性，本文采用如下準(zhǔn)則來確定上述記錄的龍卷個例真?zhèn)危?/p>

(1)有目擊者看到伴隨強風(fēng)的漏斗云。該記錄可通過視頻記錄、目擊者口頭描述，由于漏斗云為形容龍卷風(fēng)外型特征的專業(yè)術(shù)語，亦有目擊者稱為“一條黑龍自上而下到地面……。”也被認(rèn)定為龍卷的漏斗云特征；

(2)比較狹長的路徑。該實況的確定主要來自于災(zāi)后調(diào)查記錄；

(3)在報道龍卷出現(xiàn)的位置，在多普勒天氣雷達(dá)徑向速度圖上有明顯中氣旋或龍卷渦旋特征(TVS)與之對應(yīng)。由于報道時間常存在一定的滯后性，中氣旋或龍卷渦旋特征出現(xiàn)的時刻與報道時間可以有提前30 min以內(nèi)的誤差；

(4)除上述三條外，作為龍卷個例已發(fā)表于國內(nèi)外核心期刊文獻(xiàn)。

上述四項條件只要滿足其中一條，即確定為龍卷個例。通過嚴(yán)格篩選和綜合判斷，剔除了過去資料中記錄為龍卷，但也有可能是陣風(fēng)鋒、下?lián)舯┝鞯戎行〕叨葘α飨到y(tǒng)造成的大風(fēng)個例；亦剔除了記錄不夠清晰完整，疑似龍卷的個例，盡可能使得龍卷事件的特征分布能夠得以真實呈現(xiàn)。需要說明的是水龍卷不包括在本文統(tǒng)計范圍內(nèi)。

1.2 龍卷定級的制定

本文對龍卷事件的定級方法依據(jù)范雯杰和俞小鼎(2015)做法，根據(jù)歸納后的“增強藤田級別”強度分類標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一對龍卷強度進(jìn)行判定。當(dāng)有官方認(rèn)定的龍卷定級結(jié)果，如“6·23”阜寧龍卷已被確定為EF4級，則不再進(jìn)行定級；若已有龍卷等級結(jié)果，但不是采用“增強藤田級別”強度分類標(biāo)準(zhǔn)，則重新認(rèn)定等級；對災(zāi)情描述不詳、龍卷級別高低難辨的個例，在判定等級時取較低級別。由于EF等級是完全基于災(zāi)害程度確定的風(fēng)速等級方法，因此龍卷強度等級的確定高度依賴個人主觀判斷，易造成判斷標(biāo)準(zhǔn)的前后不一，同一龍卷災(zāi)害被認(rèn)定為不同級別也常發(fā)生。如本文搜集的部分龍卷事件災(zāi)后調(diào)查結(jié)果中災(zāi)情描述“電線桿倒伏”，有專家認(rèn)為該結(jié)果符合EF2級破壞現(xiàn)象描述“瘦長結(jié)構(gòu)的金屬電桿倒塌”，應(yīng)定為EF2級，也有專家認(rèn)為中國農(nóng)村電線桿基建較淺，風(fēng)力大時易折斷倒伏，應(yīng)定為EF1級。為盡量減少龍卷事件定級的主觀因素，本文按照范雯杰和俞小鼎(2015)制定的各等級龍卷特征所歸納的破壞現(xiàn)象去對照龍卷災(zāi)情所描述的現(xiàn)象，當(dāng)有一種描述災(zāi)情符合某一破壞現(xiàn)象時，則被定為該破壞現(xiàn)象所屬的龍卷等級，例如上文導(dǎo)致“電線桿倒伏”的龍卷等級被定為EF2級，并不主觀考慮每一地區(qū)電線桿土建情況。

EF2級及以上等級龍卷為強龍卷，EF2級以下等級龍卷為弱龍卷。

1.3 基于天氣雷達(dá)的風(fēng)暴形態(tài)分類準(zhǔn)則

本文統(tǒng)一采用CINRAD/SA天氣雷達(dá)產(chǎn)品中組合反射率圖像作為龍卷風(fēng)暴形態(tài)分類的基礎(chǔ)圖像。一般采用距離龍卷事件發(fā)生區(qū)域最近的雷達(dá)站組合反射率圖像進(jìn)行分析，當(dāng)該雷達(dá)站組合反射率圖像特征受到較大數(shù)據(jù)污染時(如嚴(yán)重的超折射影響)，則采用多仰角基本反射率圖像進(jìn)行綜合判斷分析。

為了能更好分析江蘇龍卷風(fēng)暴形態(tài)特征與其他強對流系統(tǒng)風(fēng)暴形態(tài)特征異同，本文還分析了同時期江蘇強冰雹事件(落地冰雹直徑≥2 cm的冰雹事件)。

本文以Grams et al(2012)風(fēng)暴形態(tài)分類方法為基礎(chǔ)，結(jié)合江蘇產(chǎn)生龍卷的對流系統(tǒng)形態(tài)特征，將風(fēng)暴形態(tài)分為以下四類，分析區(qū)域的雷達(dá)反射率因子閾值≥35 dBz：

第一類：為相對孤立的單體聚集成圓形或橢圓形的孤立對流單體(discrete cell)，最大回波強度達(dá)50 dBz以上，對流形態(tài)如圖1a白框內(nèi)所示的孤立對流單體；

第二類：為主軸長度超過100 km并且至少是短軸3倍且有共同前導(dǎo)邊界移動的準(zhǔn)線性對流系統(tǒng)(QLCS)，包含颮線和弓狀回波系統(tǒng)，形態(tài)如圖1b白框內(nèi)的對流系統(tǒng)；

第三類：為多個單體聚集成團(tuán)并且難以區(qū)分是非連續(xù)的還是線狀的多單體風(fēng)暴系統(tǒng)(cluster)，其40 dBz以上回波區(qū)域范圍至少為2 500 km2；如圖1c白框內(nèi)對流系統(tǒng)所示；

風(fēng)暴形態(tài)分類示意如圖1所示。

圖1 2006—2018年江蘇龍卷風(fēng)暴形態(tài)分類

2 江蘇龍卷時空分布特征

2006—2018年江蘇省共記錄到27個龍卷日發(fā)生龍卷41次，年均3.2次，遠(yuǎn)低于利用1956—2005年江蘇龍卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果年均21.4次(許遐禎等,2010)。一方面說明由于過去對龍卷事件客觀認(rèn)定存在一定難度，其真實性很難佐證，導(dǎo)致統(tǒng)計結(jié)果有所偏差；另一方面也應(yīng)看到近年尤其進(jìn)入21世紀(jì)后，江蘇龍卷發(fā)生概率有逐步下降的趨勢。統(tǒng)計龍卷日發(fā)生龍卷頻次發(fā)現(xiàn)，27個龍卷日中有19個龍卷日每日只發(fā)生一次龍卷，占總體約70%；有3個龍卷日發(fā)生了3次·d-1以上龍卷事件，其中2006年7月3日江蘇全省自西北向東南共產(chǎn)生6個龍卷，屬最多龍卷事件日?？傮w來看江蘇屬于龍卷日低發(fā)龍卷頻次地區(qū)。

2.1 龍卷等級分布特征

根據(jù)1.2節(jié)龍卷定級方法統(tǒng)計江蘇龍卷等級特征，結(jié)果如圖2所示，2006—2018年江蘇產(chǎn)生EF2級強龍卷事件最多，為39%，其次為EF1級龍卷事件，EF4級龍卷只被記錄到一次，為“6·23”阜寧強龍卷(鄭永光等，2016；張小玲等，2016)。21世紀(jì)以來，江蘇尚未記錄到EF5級極端龍卷事件。弱龍卷(EF0～EF1)與強龍卷(EF2～EF4)事件次數(shù)之比約為1.05∶1，幾乎相等。該統(tǒng)計結(jié)果不是很合理，其原因可能是一些EF0級甚至EF1級弱龍卷因為較弱而沒有被觀察到，尤其是一些發(fā)生在夜間的弱龍卷，可能發(fā)生在空曠的田野里，因為沒有災(zāi)情而被忽略；同時這類弱龍卷中非超級單體龍卷占大多數(shù)，距離雷達(dá)一定距離以外時，徑向速度圖上也看不到任何明顯特征。另外也可能因江蘇工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，農(nóng)田、植被大范圍覆蓋地區(qū)也有較高的人口密度和建筑，電桿、路燈、高壓鐵塔、以及各種結(jié)構(gòu)的民房廠房等標(biāo)志性建筑分布密集，導(dǎo)致龍卷過境時破壞現(xiàn)象明顯，表現(xiàn)出更強的致災(zāi)性，因此EF2級或以上等級龍卷被漏掉或沒有觀測到的可能性較小。再深入分析江蘇強龍卷等級分布特征：強龍卷EF2級與EF3級或以上等級強龍卷的事件次數(shù)之比約為4∶1，該比值低于1961—2010年的全國強龍卷相應(yīng)等級之比(7∶1)(范雯杰和俞小鼎，2015)，進(jìn)一步說明江蘇龍卷的致災(zāi)性更強。

圖2 2006—2018年江蘇龍卷等級分布

2.2 龍卷空間分布特征

從近年江蘇龍卷事件空間分布看(圖3)，整體呈現(xiàn)中東部、西北部多，西部、西南部少的分布特征。該結(jié)果與許遐禎等(2010)分析結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，江蘇龍卷多發(fā)地帶從明顯東南—西北帶狀分布，變?yōu)橹袞|部“T”型分布結(jié)構(gòu)。龍卷高發(fā)中心除淮北西北部地區(qū)高發(fā)中心不變外，江淮地區(qū)的龍卷高發(fā)中心明顯南移：由淮安、揚州北部南移至揚州—泰州地區(qū)中部。東部沿海地區(qū)的高發(fā)中心從鹽城南部移至鹽城西北部。從圖3江蘇13個地級市龍卷分布清晰可見, 位于沿海東部的鹽城是江蘇龍卷發(fā)生次數(shù)最高的城市，13年共發(fā)生12次龍卷，幾乎年均1次；其次為淮北地區(qū)的徐州和沿江中部的揚州。發(fā)生次數(shù)最少的為西部的宿遷、東北部的連云港和沿江以南的常州、鎮(zhèn)江，近年未有龍卷記錄。將上述龍卷分布結(jié)果與同時期江蘇強冰雹事件的分布結(jié)果對比可見(圖3 藍(lán)點所示)，兩者呈現(xiàn)出完全不一樣的分布特征，強冰雹事件東部沿海少，中西部內(nèi)陸多，較為均勻的自北向南分布于江蘇內(nèi)陸區(qū)域。尚無龍卷發(fā)生的連云港、宿遷、鎮(zhèn)江、常州4個市近年均出現(xiàn)了強冰雹事件，這可能因為在江蘇造成強冰雹天氣的對流系統(tǒng)多發(fā)生在華北冷空氣南下的大尺度天氣背景下，而華北冷空氣常常為西北—東南走向南下，初生于山東、安徽兩省的對流系統(tǒng)邊向東南移動邊發(fā)展，南下過程中進(jìn)入江蘇西北內(nèi)陸地區(qū)致災(zāi)，造成了江蘇強冰雹區(qū)域東部沿海少，中西部內(nèi)陸多的分布特點，這與于波等(2013)的研究結(jié)果相吻合。

圖3 2006—2018年江蘇龍卷空間分布

結(jié)合龍卷等級信息再來分析不同強度的龍卷空間分布特征(圖3)：江蘇強龍卷高發(fā)地區(qū)分別位于江蘇東部沿海、淮北西北部以及蘇中地區(qū)。鹽城、徐州、揚州、南通4個龍卷高發(fā)城市近年均出現(xiàn)了EF2級及以上的強龍卷事件，其中徐州市強龍卷事件發(fā)生次數(shù)最多，將近90%的龍卷均為強龍卷事件。蘇州、泰州、南京、無錫四市盡管近年亦有龍卷發(fā)生，但破壞力有限，均為弱龍卷事件。說明江蘇強龍卷的發(fā)生與地形關(guān)系密切，易出現(xiàn)在地勢平坦、湖泊交錯的平原地區(qū)。

2.3 龍卷時間分布特征

2.3.1 年代際變化特征

從龍卷發(fā)生年份看(圖4)，2006—2018年江蘇年均龍卷日數(shù)為2.1 d，年均龍卷事件為3.2個。其中2010年發(fā)生龍卷日數(shù)及龍卷個數(shù)最少，僅為1 d，產(chǎn)生了一個龍卷事件；2008年和2011年龍卷日數(shù)最多，為4 d，其中2008年4 d中共產(chǎn)生7個龍卷，為統(tǒng)計段內(nèi)產(chǎn)生龍卷最多的年份。從產(chǎn)生龍卷個數(shù)趨勢看，增長或下降趨勢并不顯著，但總體遠(yuǎn)低于20世紀(jì)江蘇龍卷的發(fā)生日數(shù)。

圖4 2006—2018年江蘇各年份龍卷日數(shù)和龍卷個數(shù)統(tǒng)計

2.3.2 年變化特征

圖5a給出了2006—2018年江蘇龍卷日數(shù)和龍卷個數(shù)的年變化特征：江蘇龍卷主要集中在春、夏兩季發(fā)生，其中7月和8月最為頻發(fā)，龍卷日數(shù)和龍卷個數(shù)分別約占全年總數(shù)的89%和90%。就單月看，7月最多，在該月有15個龍卷日產(chǎn)生了25個龍卷，也說明7月為多龍卷事件日發(fā)生月。8月次之，共有9個龍卷日產(chǎn)生了12個龍卷。13年間只有一個龍卷發(fā)生于秋季，為2007年10月7日臺風(fēng)羅莎的外圍云系在江蘇蘇州地區(qū)產(chǎn)生了龍卷。其他月份則未見龍卷記錄。

系統(tǒng)在滿足衛(wèi)星云圖、雨情、雷達(dá)、數(shù)值預(yù)報、氣象傳真、熱帶氣旋、降水預(yù)報等防汛信息應(yīng)用服務(wù)的基礎(chǔ)上，集成了實時氣溫（最高、最低和平均）、氣溫距平、少雨日、高溫日、蒸發(fā)能力和氣象干旱指數(shù)、水文干旱指數(shù)、遙感干旱指數(shù)等大量水文氣象干旱信息產(chǎn)品應(yīng)用服務(wù)，真正實現(xiàn)了防汛抗旱信息并重。

再結(jié)合龍卷等級信息，分析同時期江蘇強龍卷和弱龍卷的年變化特征(圖5b)：江蘇強龍卷均發(fā)生于春、夏兩季，就單月看，7月最多，6月次之，這與范雯杰和俞小鼎(2015)統(tǒng)計的1961—2010年江蘇強龍卷日逐月變化的統(tǒng)計特征一致。需要注意的是，8月盡管發(fā)生的龍卷日和龍卷個數(shù)較多，但以弱龍卷事件居多。與范雯杰和俞小鼎(2015)統(tǒng)計結(jié)果有所區(qū)別的是，近10年，江蘇地區(qū)只在6月、7月和8月出現(xiàn)強龍卷記錄；而過去近60年間，江蘇在3月、4月和9月也發(fā)生過強龍卷事件。

上述統(tǒng)計結(jié)果表明，江蘇龍卷的發(fā)生有明顯季節(jié)性。通過疊加對流有效位能(CAPE)和0～1 km垂直風(fēng)切變(shr0-1)的江蘇氣候均值分析可見(圖5b)，龍卷高發(fā)月與CAPE、0～1 km垂直風(fēng)切變的峰值相吻合，7—8月不穩(wěn)定大氣層結(jié)以及近地面較大的垂直風(fēng)切變均是有利于龍卷產(chǎn)生的大氣環(huán)境。冬季及初春，由于大氣層結(jié)相對穩(wěn)定且水汽含量較少，使得觸發(fā)龍卷的熱動力條件難以滿足。盡管秋季江蘇天氣也處于穩(wěn)定少雨階段，但可能受臺風(fēng)活動影響，臺風(fēng)外圍云系仍會在江蘇地區(qū)觸發(fā)龍卷。

圖5 2006—2018年江蘇(a)龍卷日數(shù)和龍卷個數(shù)和(b)不同強度的龍卷個數(shù)、疊加江蘇CAPE和0～1 km垂直風(fēng)切變氣候平均值shr0-1逐月分布

2.3.3 日變化特征

江蘇龍卷除有明顯季節(jié)特征外，也存在明顯日變化特征，圖6給出了2006—2018年江蘇龍卷事件發(fā)生時間的分布特征：約78%的龍卷發(fā)生于15—20時，該期間也是江蘇盛夏午后最易發(fā)生強對流天氣的階段，受白天熱輻射影響，近地面溫度不斷增高，促使午后大氣層結(jié)趨于不穩(wěn)定，為強對流天氣的發(fā)生提供了合適的熱力條件。除此以外約有15%的龍卷發(fā)生于10—14時，05—06時、22時也有極少龍卷發(fā)生，其他時刻則無龍卷發(fā)生。再分析龍卷強度的日變化特征：具有明顯的單峰結(jié)構(gòu)，約88%的強龍卷發(fā)生于14—20時，并且主要集中在15—16時，這與全國強龍卷日變化分布特征較為相似(范雯杰和俞小鼎，2015)；弱龍卷事件發(fā)生時刻主要集中在10—20時，峰值出現(xiàn)在17時。

圖6 2006—2018年江蘇龍卷事件日變化分布

2.4 產(chǎn)生龍卷的天氣背景特征

曾明劍等(2016)、鄭媛媛等(2015)研究工作表明江蘇龍卷多發(fā)生于梅雨季節(jié)，以及臺風(fēng)活動頻繁的時間段，因此本文根據(jù)易發(fā)龍卷的天氣背景特征，按照梅汛期前期(梅前)、梅汛期、梅汛期后(梅后)、臺風(fēng)影響階段(臺前)四種天氣背景進(jìn)行分布特征研究。結(jié)果由圖7可見，2006—2018年，梅汛期是江蘇最易發(fā)生龍卷的天氣背景，約有50%的龍卷事件發(fā)生于此期間，其次約有27%的龍卷發(fā)生于臺風(fēng)影響下的天氣背景中，這兩種天氣背景下的龍卷發(fā)生比例均高于過去類似研究結(jié)果，一方面是因為統(tǒng)計樣本的不一致所導(dǎo)致，另一方面也說明近年來江蘇龍卷發(fā)生時間段更趨于集中，近8成龍卷事件發(fā)生于梅汛期間和臺風(fēng)天氣背景下。

圖7 2006—2018年江蘇產(chǎn)生龍卷的天氣背景特征

再從不同天氣背景下龍卷的空間分布來看，梅汛期間產(chǎn)生的龍卷多分布于江蘇東部沿海地區(qū)、淮北西北部區(qū)域以及沿江中部地區(qū)(圖8)，其中鹽城地區(qū)為梅雨期龍卷的高發(fā)區(qū)域(圖8紅色邊框所示區(qū)域)。梅汛期過后江蘇進(jìn)入盛夏，沿江及東南部地區(qū)常處于副熱帶高壓邊緣，而龍卷則多產(chǎn)生于副熱帶高壓邊緣對流系統(tǒng)中，在該期間，揚州—泰州地區(qū)為龍卷高發(fā)區(qū)域。臺風(fēng)外圍云系在江蘇地區(qū)是否產(chǎn)生龍卷，除與該地區(qū)下墊面及環(huán)境條件有關(guān)外，主要與臺風(fēng)自身活動路徑和強度有直接關(guān)系(另行文敘述)，因此從圖8的臺前龍卷空間分布特征可見，江蘇無明顯臺前龍卷高發(fā)地區(qū)。

圖8 2006—2018年不同天氣背景下的江蘇龍卷空間分布特征

3 江蘇龍卷風(fēng)暴形態(tài)特征

3.1 江蘇龍卷風(fēng)暴形態(tài)分型特征

根據(jù)1.3節(jié)制定的龍卷風(fēng)暴形態(tài)準(zhǔn)則，本節(jié)對上述龍卷事件集風(fēng)暴形態(tài)進(jìn)行了分類統(tǒng)計。由于產(chǎn)生龍卷的對流系統(tǒng)隨時間不斷發(fā)展變化，如有些產(chǎn)生龍卷的對流系統(tǒng)初始為孤立對流單體，逐漸發(fā)展并與周邊多個對流單體靠近，在產(chǎn)生龍卷時形態(tài)屬于多單體風(fēng)暴系統(tǒng)，本文把龍卷發(fā)生時刻龍卷雷暴單體所屬的對流系統(tǒng)形態(tài)作為該龍卷事件的風(fēng)暴形態(tài)納入統(tǒng)計。如2009年8月27日江蘇昆山地區(qū)發(fā)生了一次EF0弱龍卷事件，產(chǎn)生該龍卷的雷暴單體對流形態(tài)在15:42時為孤立對流單體(圖9a)，隨著時間推移，該單體逐漸與其周邊發(fā)展增大的對流單體靠近，回波形態(tài)趨于多單體風(fēng)暴系統(tǒng)，16時左右在昆山巴城地區(qū)產(chǎn)生龍卷，該時刻風(fēng)暴單體呈現(xiàn)為多單體風(fēng)暴系統(tǒng)(圖9b)。

圖9 2009年8月27日(a)15:42孤立對流單體，(b)16:00多單體風(fēng)暴系統(tǒng)

江蘇龍卷風(fēng)暴形態(tài)統(tǒng)計結(jié)果如圖10a所示，發(fā)生龍卷的多單體風(fēng)暴系統(tǒng)形態(tài)相對頻率遠(yuǎn)高于其他三類，占比超過50%，準(zhǔn)線性對流系統(tǒng)形態(tài)占比其次，約為30%，產(chǎn)生龍卷的孤立對流單體形態(tài)相對頻率最低，不到10%。針對龍卷等級≥EF2級的強龍卷事件進(jìn)行類似統(tǒng)計，結(jié)果如圖10b所示，與所有龍卷事件的結(jié)果一致，多單體風(fēng)暴系統(tǒng)產(chǎn)生強龍卷的相對頻率最高，孤立對流單體產(chǎn)生強龍卷的相對頻率最低。

圖10 2008—2016年江蘇(a)龍卷風(fēng)暴形態(tài),和(b)強龍卷風(fēng)暴形態(tài)相對頻率

為探討龍卷強度是否與龍卷事件所屬的風(fēng)暴形態(tài)有一定關(guān)系，本文按照龍卷等級，分別統(tǒng)計了不同龍卷等級的風(fēng)暴形態(tài)分布特征(圖11)：無論何種龍卷等級，多單體風(fēng)暴系統(tǒng)形態(tài)相對頻率均最高，產(chǎn)生EF0級龍卷的對流形態(tài)中，多單體風(fēng)暴系統(tǒng)形態(tài)占了近7成的絕對比重。從EF1級開始，隨著龍卷等級的增加，多單體風(fēng)暴系統(tǒng)形態(tài)相對頻率也隨之增加，說明多單體風(fēng)暴系統(tǒng)相比其他風(fēng)暴形態(tài)，不僅易產(chǎn)生龍卷，更易產(chǎn)生強龍卷。其次為準(zhǔn)線性對流系統(tǒng)形態(tài)下易產(chǎn)生龍卷。相較美國孤立對流單體形態(tài)易產(chǎn)生強龍卷的統(tǒng)計結(jié)果(Grams et al,2012)，我國華東地區(qū)(以江蘇省為主)產(chǎn)生龍卷的孤立對流單體占比最低，能產(chǎn)生強龍卷的孤立對流單體占比也最低。

圖11 2008—2016年江蘇龍卷等級與風(fēng)暴形態(tài)的關(guān)系

結(jié)合2.4節(jié)江蘇地區(qū)產(chǎn)生龍卷的天氣背景特征，分析江蘇龍卷多單體風(fēng)暴系統(tǒng)形態(tài)相對頻率遠(yuǎn)高于其他三類的原因：江蘇龍卷分別約有50%和27%發(fā)生在梅汛期間和臺風(fēng)天氣背景下。江淮梅雨期間，梅雨鋒雨帶多呈現(xiàn)為具有多個(強)風(fēng)暴單體或超級單體鑲嵌于其中的對流結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，而該期間產(chǎn)生的龍卷均由鑲嵌于梅雨雨帶中的對流單體發(fā)展引發(fā)；臺風(fēng)外圍云系影響下的降水結(jié)構(gòu)也常呈現(xiàn)類似結(jié)構(gòu)，即多風(fēng)暴單體鑲嵌于雨帶中，從風(fēng)暴形態(tài)分型角度即為多單體風(fēng)暴系統(tǒng)或準(zhǔn)線性對流系統(tǒng)。因此從風(fēng)暴形態(tài)分型角度看發(fā)生龍卷的多單體風(fēng)暴系統(tǒng)相對頻率遠(yuǎn)高于其他三類形態(tài)。

3.2 江蘇強冰雹風(fēng)暴形態(tài)特征

為更全面地探討江蘇地區(qū)產(chǎn)生極端天氣(龍卷、強冰雹)的降水系統(tǒng)風(fēng)暴形態(tài)特征，本文也統(tǒng)計了同時期發(fā)生在江蘇的強冰雹事件所對應(yīng)的風(fēng)暴形態(tài)分布特征(圖12)：與龍卷風(fēng)暴形態(tài)分布特征一致的是，強冰雹事件仍以多單體風(fēng)暴系統(tǒng)為主，占比更高達(dá)到了2/3；不同的是，孤立對流單體產(chǎn)生的強冰雹事件位居第二，準(zhǔn)線性對流系統(tǒng)產(chǎn)生的強冰雹事件最少，且沒有第四類風(fēng)暴形態(tài)。綜合可見在江蘇地區(qū)，嵌有多(強)風(fēng)暴單體的對流性降水系統(tǒng)，配合一定的熱動力條件，更易產(chǎn)生包括龍卷、強冰雹等極端強對流天氣。

圖12 2008—2016年江蘇強冰雹風(fēng)暴形態(tài)分布特征

4 結(jié) 論

本文統(tǒng)計了2006—2018年13年間江蘇龍卷的時空分布、龍卷等級分布、龍卷天氣背景和龍卷風(fēng)暴形態(tài)分型特征。主要結(jié)論如下：

(1)2006—2018年間，江蘇共記錄到27個龍卷日發(fā)生龍卷41次，年均3.2次，遠(yuǎn)低于1956—2005年間江蘇龍卷發(fā)生頻率；從龍卷等級分布看，近13年,江蘇EF2級強龍卷事件發(fā)生最多，占比39%，其次為EF1級龍卷事件，EF4級龍卷只被記錄到1次，為“6·23”阜寧強龍卷。21世紀(jì)以來，江蘇尚未記錄到EF5級極端龍卷事件；需要強調(diào)的是，EF0和EF1等級的弱龍卷因災(zāi)情小可能被忽略，其統(tǒng)計數(shù)量可能被明顯低估。

(2)從龍卷空間分布看，江蘇呈現(xiàn)中東部、西北部多，西部、西南部少的分布特征。江淮地區(qū)的龍卷高發(fā)中心由淮安和揚州北部南移至揚州—泰州地區(qū)中部，東部沿海地區(qū)高發(fā)中心從鹽城南部北抬至鹽城西北部。鹽城是江蘇龍卷發(fā)生次數(shù)最高的城市，其次為徐州和揚州。位于江蘇西部的宿遷、東北部的連云港和沿江以南的常州、鎮(zhèn)江四個地級市未有龍卷記錄。

(3)從龍卷發(fā)生時間分布看，江蘇龍卷主要集中在春、夏兩季發(fā)生，其中7月和8月最為頻發(fā)；EF2級及以上強龍卷均發(fā)生于春、夏兩季，7月最多，6月次之；江蘇龍卷除有明顯季節(jié)特征外，也存在明顯日變化特征：10—20時均有產(chǎn)生龍卷的可能，其中約78%的龍卷發(fā)生于15—20時；龍卷強度的日變化具有明顯的單峰結(jié)構(gòu)，約88%的強龍卷發(fā)生于14—20時，并且主要集中在15—16時。

(4)2006—2018年約有50%的江蘇龍卷發(fā)生于梅汛期間，其次27%為臺前龍卷。梅汛期間產(chǎn)生的龍卷多分布于江蘇東部沿海地區(qū)、淮北西北部區(qū)域以及沿江中部地區(qū)，其中鹽城地區(qū)為梅雨期龍卷的高發(fā)區(qū)域；梅汛期后盛夏期間，江蘇沿江揚州—泰州地區(qū)為龍卷高發(fā)區(qū)域；臺前龍卷無明顯高發(fā)區(qū)域。

(5)把產(chǎn)生龍卷的對流系統(tǒng)按照其形態(tài)分為孤立對流單體、準(zhǔn)線性對流系統(tǒng)、多單體風(fēng)暴系統(tǒng)和其他類型四類。統(tǒng)計表明江蘇地區(qū)超過50%的龍卷產(chǎn)生于鑲嵌在多單體風(fēng)暴系統(tǒng)中的超級單體中氣旋內(nèi)，其次為準(zhǔn)線性對流系統(tǒng)，約為30%；相較美國孤立對流單體形態(tài)易產(chǎn)生龍卷的統(tǒng)計結(jié)果，我國華東地區(qū)(以江蘇省為主)產(chǎn)生龍卷的孤立對流單體相對頻率最低(5%)，13年間只有2個龍卷產(chǎn)生于孤立對流單體。多單體風(fēng)暴系統(tǒng)形態(tài)相比其他風(fēng)暴形態(tài)，不僅易產(chǎn)生龍卷，更易產(chǎn)生強龍卷。

最后需要說明的是2019年江蘇無龍卷事件發(fā)生，應(yīng)正確認(rèn)識到盡管江蘇屬于龍卷高發(fā)地區(qū)，但也只相對中國其他區(qū)域而言。龍卷仍屬于極低概率強對流天氣事件，與美國年均超1 000個的發(fā)生頻率相比，統(tǒng)計分析工作仍缺乏足夠樣本，對其預(yù)警預(yù)報技術(shù)研發(fā)工作的有效開展仍是極大挑戰(zhàn)。