广西合浦核电站周边地区龙卷风特征分析*

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广西合浦核电站周边地区龙卷风特征分析*

1. 广西壮族自治区气象服务中心 2. 广西壮族自治区气候中心
何 如1,2苏 志1,2罗红磊1,2卢小凤1

[摘要]该文根据广西合浦核电站周边300 km×300 km区域范围内1962—2012年龙卷风资料，对龙卷风的时间分布和灾害特征进行了分析。结果表明：龙卷风具有明显的时间分布特点，一年内主要集中在春、夏两季，以4月最多；一天之中，白天比夜间多，傍晚18:00～18:59最多；龙卷风持续时间大多在60min之内，其中20min之内的占64.7%；近51年里，20世纪80年代龙卷风出现最为频繁；龙卷风出现时，富士达风力等级集中出现在F0、F1级，最大可达F3级，但出现的几率较小。

[关键词]核电站 龙卷风 时间分布 强度分级

1 概述

龙卷风的特点是范围小、生消快、风力强、破坏性大。龙卷风风速一般超过12级，中心气压最低能达到500～700hPa以下[1]，因此龙卷风犹如一个特殊的吸泵，往往把它所触及的水和沙尘、树木、农林作物、人畜、汽车等吸卷至高空，然后再扔向地面，极易导致建筑物被推倒或扭曲以及大型容器产生瞬间爆裂等严重的损害。另外，由于龙卷风的发生与强烈雷暴的出现密切相关，因此伴随龙卷风而来的冰雹、暴雨等同样会导致严重灾害损失[2-7]。

随着能源约束趋紧的形势越来越严峻，核电在低碳能源的发展中继续扮演着重要的角色[8]。核安全是核电最重要的前提条件，龙卷风虽属小概率事件，但其巨大的破坏力可能会对核电站造成致命的影响[9]。合浦核电站位于广西壮族自治区沿海，由于海、陆下垫面的共同影响，天气系统复杂多变，龙卷风时有发生。因此，开展核电站周边地区龙卷风时间分布与灾害特征研究，对合浦核电站的科学选址和安全设计具有十分重要的意义。

2 资料与方法

2.1 资料来源

根据核安全技术的规定[10]，本研究以合浦核电站为中心、300km范围内的方形区域为龙卷风的考察区域，区域内包括38个市（县），其中，广西壮族自治区22个，广东省15个。龙卷风考察年限为1962—2012年，共51年。

依据气象灾害大典、气象灾害年鉴、气候影响评价、地面气象观测月报表、广西气象灾情数据库等文献资料记载，以及民政、三防等相关部门的灾情调查记录和媒体报道，本研究收集到合浦核电站区域发生的龙卷风事件共82次。

2.2 研究方法

根据上述收集到的龙卷风资料，对龙卷风出现的概率、时间分布、强度等级、破坏程度等进行统计分析，并依据82次龙卷风过程的灾情记录，采取专家组评级方式对龙卷风进行定量评级对龙卷风进行等级划分。经过来自气象、能源、电力、环境等行业的15名专家对照富士达风力等级（F等级）分类表（表1）[6]，将龙卷风的定性灾情描述经过定量判断后，对每一个台风个例进行F级别评定，选取众数确定为其等级。

表1 龙卷风富士达F等级对应风速及破坏程度

3 龙卷风时间分布特征

3.1 年及年代际变化

近51年合浦核电站考察区域共出现82次龙卷风（见图1），平均每年出现1.6次，其中1981年最多，出现了8次；其次是1986年、1987年、2008年，各出现了5次；其余年份都在3次以下，其中有8个年份出现3次，11个年份出现2次，13个年份出现1次，15个年份没有出现龙卷风。出现龙卷风的年份占总年数的70.6%，其中出现8次、5次、3次龙卷风的年份分别占总年数的2.0%、5.9%和15.7%，出现1～2次龙卷风的年份占47.1%，没有出现龙卷风的年份占29.4%。

图1 核电站考察区域龙卷风次数的逐年变化(横线为平均值)

龙卷风年代际变化较明显（表2、图2），龙卷风出现次数最多的是上世纪80年代，次多是21世纪头10年，分别为28次和26次，各占龙卷风总次数的34.1%和31.7%；上世纪70年代、90年代龙卷风出现次数分别为12次和8次,各占总次数的14.6%和9.8%；60年代相对较少，仅有5次，这可能与早期资料记录不完整有关。

表2 核电站考察区域龙卷风次数的年代际变化

图2 核电站考察区域龙卷风次数的年代际变化

3.2 季、月变化

从调查区域龙卷风次数逐月变化来看（图3），除10月份没有龙卷风出现外，其余月份均有龙卷风出现，4～7月为龙卷风出现的高峰期，出现的次数占龙卷风总数的68.3%，其中4月份出现次数最多，占26.8%，5月次之，占17.1%，6月位居第三，占13.4%， 2月、3月、8月略少，其余月份偶有发生。

图3 核电站考察区域龙卷风次数逐月变化

从考察区域春、夏、秋、冬四季龙卷风出现的次数来看（图4），春、夏季龙卷风较多，秋、冬季较少。其中春季最多，出现了42次，占总数的51.2%，夏季次之，出现了27次，占总数的32.9%。春、夏季的龙卷风占总数的84.1%。这是由于核电站厂址地处北部湾，具有明显的海洋性季风气候特点，春夏之交气温升降率较大，气流变化猛烈，下垫面局地受热不均匀，强对流天气出现频繁，较易出现龙卷风。

图4 核电站考察区域龙卷风次数四季变化

3.3 日变化

本次考察区域内发生的82次龙卷风中共50次有确切记载发生的时间。经统计分析，龙卷风绝大部分出现在白天07:00～20:00时之间，共出现37次，占总数的74.0%，其中18:00～18:59之间出现次数最多，为6次，其次是08:00-08:59之间和14:00～14:59之间，各出现了4次（图5）。龙卷风白天多于夜间，这是由于龙卷风多产生于强对流天气，白天日出后下垫面受辐射增温，导致大气上下对流旺盛，有利于强对流天气形成，易发生龙卷风。

图5 核电站考察区域龙卷风次数的日变化

3.4 持续时间

本次考察共有34次，确切记录了龙卷风从发生到结束的具体时间。龙卷风的持续时间在0～l0min、11～20min、21～30min、31～40min、41～50min、51～60min、60min以上的分别为13、9、2、5、0、1、4次（图6），其中20min之内的共出现22次，占64.7%，60min之内共出现30次，占88.2%。持续时间最短的出现在横县（1981年），持续仅1min，其次是钦州（1987年），持续仅2min。

图6 核电站考察区域龙卷风持续时间

4 龙卷风强度分析

对考察区域内收集到的82次龙卷风记录采用专家组评级方式按照富士达F等级龙卷风分类标准[10]，依据物象破坏的程度（风力仅作参考），对龙卷风强度进行分级。分级结果为：考察区域内发生的82次龙卷风可划分为F0、F1、F2、F3四个等级，其中F0级48次，F1级21次，F2级10次，F3级3次（图7），分别占龙卷风出现总次数的58.5%、25.6%、12.2% 和3.7%。

由此可见，近51年合浦核电站考察区域出现的龙卷风风力风级按富士达F等级法，大多为F0、F1级。

图7 核电站考察区域龙卷风强度等级

5 最强龙卷风的破坏程度

在考察区域内收集到龙卷风中，破坏力最强的达到了F3级，其破坏程度主要有：刮走拖拉机、刮平房屋、 打翻渔船、吹断桅杆、人畜伤亡等（见表3）。

表3 最强龙卷风造成的灾情

6 结论

（1）1962—2012年合浦核电站周边地区共出现82次龙卷风，平均每年1.6次，其中1981年出现次数多达8次，1986年、1987年、2008年各出现了5次，有15个年份没有出现龙卷风；80年代出现的龙卷风最多，达28次，其次是21世纪00年代，为26次，60年代和90年代出现的龙卷风较少，分别为5次和8次。

（2）龙卷风主要发生在春、夏两季，以春季最多，夏季次之，分别占全年总数的51.2%和32.9%；按月而论，4月出现的龙卷风最多，约占全年总数的26.8%，其次是5月、6月，分别占全年的17.1%和13.4%。

（3）龙卷风存在着明显的日变化，白天比夜间多，主要集中发生在07时至20时时段，占全天龙卷风次数的74%，其中傍晚18时段最多；龙卷风持续时间大多为60min之内，约占总数的88.2%；龙卷风持续时间最短仅为1min。

（4）根据富士达F等级法，合浦核电站区域的龙卷风可划分为F0、F1、F2、F3四个等级，多以低级别（F0、F1）为主，占总数的84.1%，F2级占12.2%，F3级较少，仅占3.7%。

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* 基金项目：广西自然科学基金项目（2015GXNSFBA139189）。