登陆台风“温比亚”引发的龙卷过程分析

邱阳阳，程向阳，杨祖祥，周昆，李慧敏

(1.安徽省气象灾害防御技术中心，合肥 230061；2.安徽省气象台，合肥 230031)

引言

众所周知，龙卷是一个剧烈旋转的狭窄空气柱，表现为一个从积雨云底悬挂至地面的漏斗云，是直径几十米到几百米的小尺度灾害性天气，生命期几分钟到几小时，其中心风速可超过140 m·s-1，多与雷暴、冰雹和短时强降水相伴(魏文秀等，1995；Davis-Jones et al.，2001；俞小鼎等，2006b；张劲梅和莫伟强，2013；范雯杰等，2015)。美国约59%的登陆台风会产生龙卷(McCaul et al.，1991)，日本有40%的登陆台风产生了龙卷(Mitsuta et al.，1983)。龙卷个例统计显示，安徽省平原丘陵地带的江淮东部为龙卷多发区，85%以上的龙卷发生在6—8月，其中7月中旬至8月，台风影响下的龙卷个例约占20%，因此台风是引发龙卷的主要天气系统之一(姚叶青等，2012)。国内外气象学者研究指出台风龙卷发生的环流形势主要表现为高层反气旋辐散气流、中低层偏东或东南急流的动热量和水汽输送、地面的小波槽及弱冷空气入侵等(Ryzhkov et al.，2002；吴俞等，2015；唐嘉惠等，2019)。强的低层(0—1 km)风垂直切变,丰富的低层水汽含量，低于1 200 m(约925 hPa)的抬升凝结高度(LCL)，较大的风暴水平相对螺旋度(SRH)等是有利于龙卷发生的重要物理量条件(郑媛媛等，2015；黄先香等，2019)。龙卷主要产生于台风外围螺旋雨带上的低质心微超级单体，中气旋尺度更小，伸展高度较低(郑媛媛等，2015；朱文剑等，2016；张建云等，2018；黄先香等，2018，2019；李彩玲等，2019)。McCaul(1991)还认为螺旋度增加是导致龙卷出现在台风右前侧的原因。

长三角经济社会发达、人口稠密，台风龙卷极易造成重大气象灾害(黄大鹏等，2016)。对长三角登陆台风引发的龙卷过程研究还甚少，是否存在自身的区域性特点也尚未知晓。由于龙卷空间尺度较小，时间尺度较短，长期以来是气象监测预警的难点，目前，对龙卷的监测预警主要依靠天气雷达。Donaldson(1970)首次利用多普勒天气雷达探测到超级单体钩状回波中的中气旋。Brown等(1978)发现一个可能伴随龙卷过程的比中气旋尺度更小的涡旋特征，即龙卷涡旋特征(Tornado Vortex Signature,TVS)。Ryzhkov等(2002)在1999年用S波段双偏振雷达在超级单体钩状回波的末端处探测到龙卷碎片特征(Tornadic Debris Signature，TDS)。本文主要利用灾害现场调查资料、自动气象站观测资料、欧洲细网格再分析资料及雷达回波资料，针对2018年8月18 日发生在长三角西部安徽北部平原地区的灵璧龙卷，从其发生时的气象要素特征、大气环流背景、关键物理量、雷达回波特征等方面展开分析，期望能够在天气预报业务中提高该地区的登陆台风所引发龙卷的监测、潜势预报预警能力，以减轻台风龙卷带来的灾害影响。

1 资料与方法

使用的资料包括以下5种：(1)龙卷灾害现场调查资料，包括通过现场踏勘、走访村民得到的龙卷致灾情况、发生时间、移动路径等资料；(2)中央气象台台风网2018年18号台风“温比亚”时间、路径资料；(3)2018年8月18日16∶00—17∶30(北京时，下同)安徽省灵璧县娄庄镇自动站(I1661)5 min的气温气压和安徽省空间分辨率约为10 km的地面风场、气温、降水量等加密观测资料；(4)2018 年8 月18 日08∶00—20∶00 空间分辨率为0.25°×0.25°的欧洲细网格再分析资料(ERA5)；(5)2018年8月18日15∶00—17∶00安徽省蚌埠多普勒天气雷达约6 min一次的反射率和径向风资料，阜阳S波段双偏振雷达约6 min一次的反射率、径向风、差分反射率(ZDR)、零滞后相关系数(CC)资料。

首先，通过灾情调查判定灵璧龙卷强度。然后，利用观测数据和ERA5数据分析龙卷发生时的气象要素特征和假相当位温(θse)、涡度(Vor)、风垂直切变(Shr)、对流有效位能(CAPE)、对流抑制能量(CIN)、水平相对螺旋度(SRH)和垂直螺旋度(H3l)等参数，重点分析龙卷发生前18 日16∶00 的天气形势配置和关键物理量特征。最后，用雷达资料分析龙卷发生时的回波特征。其中，θse、Vor、Shr、SRH和H3l通过计算(Bolton，1980；盛裴轩等，2013；岳彩军等，2006)得到，计算所需物理量及文中其它物理量从ERA5数据中获取。

2 龙卷灾情调查

2018年8月18日下午16∶00—17∶00，安徽省宿州市灵璧县发生了龙卷。其后，安徽气象灾害防御技术中心对此次龙卷进行了详细的实地灾情调查。图1为2018年8月18日16∶40左右发生的龙卷致灾路径示意图。图中曲线AF为根据村民口述及现场灾害痕迹手工绘制的路径，因而无法获取龙卷发生的精确时刻及持续时间。龙卷自陈营向北偏东方向移动，到达南王庄东侧后转向东北方向移动到F 点，龙卷持续时间5～6 min，路径长度约为2.5 km，由此推断出该龙卷移速约为8.3 m·s-1。距离灾害发生地最近的气象观测站为安徽省娄庄镇自动站(I1661)，位于灾害发生地偏北约3.5 km 处，尽管龙卷移动路径并未通过该自动站，但由于相距较近，仍采用其观测资料大致判断龙卷发生时气象要素的变化情况。

图1 2018年8月18日16∶40左右发生的龙卷致灾路径示意图(曲线AF为根据村民口述及现场灾害痕迹所作路径，其中B处房屋毁损，C处电线杆倒伏，D处树木被扭断，E处玉米倒伏；●为娄庄镇自动站位置，下同)Fig.1 The track of the tornado occurred at about 16∶40 BT on 18 August 2018.Curve AF represents the track of the tornado according to villagers’oral narration and traces of the disaster site,the house at point B is damaged,the telegraph poles at point C are fallen,the trees at point D are twisted and the corn at point E is destroyed,the dot“●”represents Louzhuang Town station,same below.

图2 为龙卷移动路径上倒塌的房屋和扭断的树木，它们出现在图1 中B、D 等处，根据现场仔细勘察，树木被扭断，电线杆塔和大树倒伏方向不一，这是龙卷区别于下击暴流、雷暴大风等其它灾害性天气的较为特殊的致灾特征。根据《龙卷灾害调查技术规范》(GB/T 34301—2017)，判定此次龙卷强度为EF0级。根据安徽省民政局调查统计，此次龙卷共造成1人死亡、17人受伤，直接经济损失约8 200万元。

图2 龙卷移动路径上倒塌的房屋(a，位于图1中B处)和扭断的树木(b，位于图1中D处)Fig.2 (a)The pictures of damaged house(point B in fig.1)and(b)the twisted trees(point D in fig.1)on the tornado path.

3 气象要素特征

图3 为2018 年8 月18 日16∶40 地面风场、温度场及15∶00—16∶00的雨量分布。由图可知，在龙卷发生前(15∶00—16∶00)，地面已出现东南-西北走向的强降水带，最大小时雨强可达80 mm以上。随着强降水的产生，地面出现了和雨带走向一致的冷舌区，娄庄镇位于冷舌的东侧，气温约为25 ℃，它与东侧的偏东暖湿气流区形成了较强的锋区。从图中还可以看到，在娄庄镇附近出现了明显的风切变，其附近最大阵风可达10级左右。

图3 2018年8月18日16∶40地面风场、温度场及15∶00—16∶00的雨量分布(填色表示温度，单位:℃；等值线表示雨量，单位:mm；▲代表龙卷发生位置，下同；棕色实线为地面切变线)Fig.3 Surface wind field,air temperature(shaded,unit:℃)at 16∶40 BT and rainfall distribution(isoline,unit:mm)from 15∶00 BT to 16∶00 BT on 18 August 2018.The triangle represents the location of the tornado(same below),and the brown solid line represents wind shear line.

为了解此次龙卷发生时的气象要素特征，对灵璧县娄庄镇自动站观测资料进行分析。图4是2018年8月18 日16∶00—17∶20 灵璧县娄庄镇自动站气压、气温时序图，由图可知，龙卷发生前后，单站气压“漏斗”明显，5 min 降压/升压幅度达-1 hPa/1.1 hPa；单站气温30 min 内从28 ℃下降到25 ℃。这种气压陡降陡升、气温剧烈下降的现象与龙卷发生时的气象要素变化特征一致。

图4 2018年8月18日16∶00—17∶20灵璧县娄庄镇自动站气压、气温时序图(红线处为灾害发生时刻)Fig.4 Temporal variation of air pressure and temperature at the automatic station in Louzhuang Town of Lingbi County from 16∶00 BT to 17∶20 BT on 18 August 2018.The red line represents the occur time of the disaster.

4 龙卷的发生与台风“温比亚”的位置关系

图5 是台风“温比亚”登陆后的移动路径、阜阳和蚌埠雷达站位置及龙卷发生时的位置和时刻。龙卷发生时，2018年第18号台风“温比亚”中心位于河南省境内。17日04∶05“温比亚”在上海浦东新区南部登陆，登陆时中心气压为982 hPa，中心风力为10级(25 m·s-1)，登陆后继续往西北方向移动。36 h 后，即18 日16∶40左右，“温比亚”向偏北方向移动时，其东北象限约285 km 处灵璧出现龙卷。Bai 等(2020)对2006—2018年中国热带气旋龙卷进行统计研究，同样发现龙卷主要生成于距离热带气旋中心250～500 km 的东北象限内。

图5 台风“温比亚”登陆后的移动路径、阜阳和蚌埠雷达站位置及龙卷发生的位置和时刻(代表台风中心位置，下同；红色圆点表示阜阳和蚌埠雷达站的位置，虚线圆代表雷达每100 km探测圈，红色虚线为16∶40龙卷与台风中心位置连线)Fig.5 Typhoon movement path(http://typhoon.nmc.cn/web.html),distribution of Fuyang and Bengbu radar stations,time and site of tornado.The represents the location of the typhoon center(same below),the red dot represents the location of the Fuyang and Bengbu radar stations,and the dotted circle represents the 100 km radar detection circle,the red dotted line connects the center of the tornado and the typhoon at 16∶40 BT.

以下从大气环流背景和相关物理量的诊断入手，分析台风背景下龙卷发生的环境条件，以期能够得到台风中心东北象限内有利于龙卷发生的特殊环境配置。另外，蚌埠多普勒天气雷达和阜阳S 波段双偏振雷达同时观测到了这次龙卷，可进行对比分析，以进一步研究此次龙卷发生时的回波特征。

5 环流背景与物理量诊断

5.1 大气环流背景

图6 为2018 年8 月18 日16∶00 的200 hPa 风矢量和水平风速，500 hPa 位势高度场、温度场、风矢量和云液态水含量，850 hPa 相对湿度、风矢量和水平风速，以及地面气压场和24 h 变温。由图6a 可知，高层200 hPa 高空急流轴位于华北至东北地区，安徽位于急流区南侧，灵璧处于高空反气旋环流之下，高层辐散较强(图略)。图6b 表明，500 hPa 台风“温比亚”位于副热带高压以西并向偏北方向移动，华北低槽伴有冷温槽，灵璧位于“温比亚”外围环流和副热带高压之间的强盛偏南气流中，云液态水含量显示灵璧上空水汽可达0.6 g·kg-1，为大值中心。图6c 显示，850 hPa等压面上“温比亚”东侧的东南急流明显，灵璧盛行12 m·s-1以上的偏南风，同时相对湿度超过80%，水汽充沛。图6d 显示，地面上安徽北部有996 hPa的低压中心，灵璧处于“温比亚”北侧倒槽内。地面24 h 变温场在“温比亚”北侧有降温区，中心达-6 ℃，“温比亚”东侧为升温区，表明近地面有冷空气渗透侵入“温比亚”所在的地面暖区中，灵璧附近温度梯度增大。

图6 2018年8月18日16∶00(a)200 hPa风矢量(箭头，单位:m·s-1)和水平风速(填色，单位:m·s-1)；(b)500 hPa位势高度场(实线，单位:gpm)、温度场(虚线，单位:℃)、风矢量(箭头，单位:m·s-1)和云液态水含量(填色，单位:g·kg-1)；(c)850 hPa相对湿度(填色)、风矢量(箭头，单位:m·s-1)和水平风速(等值线，单位：m·s-1)；(d)地面气压场(等值线，单位:hPa)及24 h变温(填色，单位:℃)Fig.6 (a)The horizontal wind vector(arrow,unit:m·s-1)and speed(shaded,unit:m·s-1)at 200 hPa,(b)geopotential height(solid lines,unit:gpm),temperature(dashed line,unit:℃),wind vector(arrow,unit:m·s-1)and cloud liquid water content(shaded,unit:g·kg-1)at 500 hPa,(c)relative humidity(shaded,unit:%),wind vector(arrow,unit:m·s-1)and speed(contour,unit:m·s-1)at 850 hPa,(d)the surface pressure(contour,unit:hPa)and 24 h temperature variability(shaded,unit:℃)at 16∶00 BT on 18 August 2018.

综上所述，龙卷发生时，受“温比亚”影响，其中心东北象限的灵璧对流层高层为反气旋辐散气流、中层为偏南急流、低层为东南急流，地面为低压倒槽，有冷空气侵入“温比亚”北侧，地面水平温度梯度大，对流层整层水汽充沛，这样的大气环流背景为龙卷的发生提供良好的环境条件。

5.2 物理量诊断

因为龙卷为小尺度系统，其发生发展更依赖于当地大气的热力、动力、水汽等条件。通过分析龙卷发生时各种物理量的分布，发现与姚叶青等(2012)、Don⁃aldson(1970)的研究结论一致：区别于雷雨大风、冰雹等其它强天气，不稳定层结、低层风垂直切变和螺旋度对龙卷有更好的指示意义，因此重点对这三个物理量的发展演变进行分析。

5.2.1 大气不稳定层结

图7 是2018 年8 月18 日08∶00—20∶00 龙卷发生点上空1°×1°范围内500 hPa 和1 000 hPa 假相当位温差的平均值(Δθse)及16∶00 CAPE 和CIN 分布。由图7a 可知，18 日08∶00 大气已处于对流不稳定状态，至14∶00 Δθse由-10.7 ℃降低至-27.1 ℃，对流不稳定持续增强，16∶00 Δθse为-21.5 ℃，不稳定度仍较强。进一步分析CAPE，18 日08∶00 灵璧附近的CAPE 较小(约为136.8 J·kg-1，图略)，至16∶00 (图7b)灵璧位于“温比亚”中心的东北象限，其CAPE 值迅速增大为1 591.5 J·kg-1；而此时CIN 值为31.4 J·kg-1，这是一个较合适的值，据统计，龙卷的发生需要一定的CIN 值，如果值太小，能量不易于聚积而轻易释放，对流不会有较强的发展，如果CIN＞50 J·kg-1则会抑制对流活动，龙卷不易发生(姚叶青等，2012；Bai et al.，2020)。

图7 2018年8月18日(a)08∶00—20∶00龙卷发生点上空1°×1°范围内500 hPa和1 000 hPa假相当位温差的平均值(Δθse,单位:℃)及(b)16∶00的CAPE(填色，单位:J·kg-1)及CIN(等值线，单位:J·kg-1)分布Fig.7 (a)Temporal variation of the pseudo-equivalent potential temperature difference(Δθse,contour,unit:℃)between 500 hPa and 1 000 hPa over the disaster site in 1°×1°from 08∶00 BT to 20∶00 BT,and(b)CAPE(shaded,unit:J·kg-1)and CIN(contour,unit:J·kg-1)distribution at 16∶00 BT on 18 August 2018.

5.2.2 风切变

在大气层结不稳定的条件下，较大的风垂直切变有利于强对流天气的增强和维持(俞小鼎等，2006b；黄先香等，2019)。图8 是2018 年8 月18 日16∶00 的0—1 km、0—3 km风垂直切变和龙卷发生点上空1 000—500 hPa 风速风向。由图8a 可知，16∶00 的0—1 km 和0—3 km 风垂直切变大值中心位于“温比亚”西北部，其分别达22、18 m·s-1，灵璧处分别为12、16 m·s-1。图8b中显示，龙卷发生地上空1 000 hPa为南风，风向随高度逆转，至500 hPa 已转为东风，地面至925 hPa 风速有较大的增加。强的低层风垂直切变为龙卷等强对流风暴的触发与组织提供了较好的动力条件(许薇等，2012)。

图8 2018年8月18日16∶00的0—1 km(红实线)和0—3 km(蓝虚线)风垂直切变(单位:m·s-1)分布(a)以及龙卷发生点上空1 000—500 hPa风速风向变化(b)Fig.8 (a)The vertical wind shear(unit:m·s-1)of 0-1 km(the red solid line)and 0-3 km(the blue dotted line),and(b)wind speed and direction from 1 000 hPa to 500 hPa over the disaster site at 16∶00 BT on 18 August 2018.

5.2.3 螺旋度

在风垂直切变较大的环境中(>10 m·s-1)，低层水平涡度矢量主要是沿风暴入流方向进入上升支，强烈的上曳气流将水平涡度转变为垂直涡度，促进风暴发展(Lilly，1986)，螺旋度可以描述上述过程。与冰雹(73 m2·s-2)和雷雨大风(52 m2·s-2)相比，龙卷0—3 km SRH平均可达303 m2·s-2(姚叶青等，2012)。为了更清楚地认识灵璧龙卷发生时的螺旋度分布及变化特征，对水平相对螺旋度(SRH)和垂直螺旋度(H3l)分别进行了计算，15∶00—16∶00 灵璧地区的0—3 km SRH由335 m2·s-2增加到360 m2·s-2(图略)。Bai 等(2020)统计了2006—2018 年产生龙卷的台风中心四个象限的关键物理量，指出0—1 km SRH对龙卷的指示意义略好于0—3 km SRH，因此重点对“温比亚”中心四个象限的0—1km SRH进行分析。图9为2018年8月18日16∶00 0—1 km SRH分布，以及龙卷发生点上空0—1 km SRH和925 hPa H3l时序图。图9a显示，16∶00 0—1 km SRH大值区位于“温比亚”中心的东北和西北象限，为360 m2·s-2以上。由图9b 可知，15∶00—16∶00 灵璧地区的0—1 km SRH 由143 m2·s-2增加到149 m2·s-2，同时H3l由3×10-6Pa·s-2上升至10×10-6Pa·s-2，是沿气流方向的水平涡度和水平方向的入流增强使SRH增大，并且向H3l转化，导致H3l有较大增加，预示龙卷发生的概率增大。

图9 2018年8月18日16∶00 0—1 km SRH(填色，单位:m2·s-2)分布(a)以及龙卷发生点上空0—1 km SRH(黑实线，单位:m2·s-2)和925 hPa H3l(红实线，单位:10-6 Pa·s-2)时序图(b)Fig.9 (a)The 0-1 km SRH(shaded,unit:m2·s-2)at 16∶00 BT,and(b)temporal variation of 0-1 km SRH(black line,unit:m2·s-2)and 925 hPa vertical helicity(red line,unit:10-6 Pa·s-2)over the disaster site on 18 August 2018.

Bai等(2020)指出，台风中心东北象限CAPE和0—1 km SRH 的配置最有利于龙卷的发生。由以上分析可知，灵璧龙卷发生时，CAPE在“温比亚”中心的东北和东南象限数值较大，0—1 km SRH 在“温比亚”中心的东北和西北象限数值较大，因此同样“温比亚”中心东北象限具有CAPE和0—1 km SRH的最佳配置，且灵璧上空的0—1 km SRH 最大为149 m2·s-2，符合Bai 等(2020)研究统计的0—1 km SRH 值(100～180 m2·s-2)，对龙卷的发生有重要的指示意义。

6 雷达回波特征

天气雷达是监测预警龙卷的有效工具(张建云等，2018)，以往对龙卷的研究多利用单部雷达资料，而本次龙卷发生时，蚌埠多普勒天气雷达(距龙卷约78 km)探测到了龙卷母体即带钩状回波的超级单体的典型结构、中气旋产品、TVS 产品，同时阜阳S 波段双偏振雷达(距龙卷约165 km)还探测到了TDS。用两部雷达联合分析可以更加细致了解此次龙卷发生时的回波特征。

6.1 龙卷母体钩状回波特征

图10 是2018 年8 月18 日15∶01、16∶20、16∶42 蚌埠多普勒雷达0.5°仰角受灾点附近的基本反射率及16∶42 基本反射率在图10c 中线段AB 处的垂直分布。由图10a可知，15∶01蚌埠雷达站西北方向有西北东南走向的线状强对流风暴带，在对流风暴带东南方向有若干单体风暴，此后这些单体风暴向西北方向移动且不断合并，风暴单体的连续合并对其迅速增强为超级单体有重要作用(朱江山等，2015)。图10b显示，16∶20单体风暴已合并进入强对流风暴带，并移动到灵璧附近，在灵璧附近开始形成一个超级单体，中心强度达到55 dBz。此后，超级单体向西北方向移动并逐步发展成熟。图10c显示，16∶42超级单体回波中心强度增大到60 dBz，其移动方向左后侧方出现“V”型缺口，形成有界弱回波区，超级单体南端回波呈钩状，而龙卷多起源于具有典型钩状回波的超级单体(周海光，2018)，此次龙卷就出现于钩状回波顶端的强回波与有界弱回波交界处。经过图10c 中的线段AB 做垂直剖面如图10d 所示，钩状部分50 dBz 强回波的高度达5 km，回波向北偏东方向倾斜，在1.5 km 高度处有回波悬垂。有界弱回波前侧的强回波高度更高，伸展到8 km，整个超级单体的回波顶高超过12 km。研究表明超级单体龙卷发生时，雷达回波多呈钩状，具有悬垂结构(俞小鼎等，2006a)，本次发生的龙卷超级单体回波特征与此相符。

图10 2018年8月18日15∶01(a)、16∶20(b)、16∶42(c)蚌埠多普勒雷达0.5°仰角受灾点附近的基本反射率及16∶42基本反射率在图10c中线段AB处的垂直分布(d,单位:dBz)(虚线椭圆为超级单体大致位置，实线圆圈处为钩状回波)Fig.10 Basic reflectivity factor(unit:dBz)around the disaster site at 0.5°elevation angle from Bengbu Doppler radar at(a)15∶01 BT,(b)16∶20 BT and(c)16∶42 BT,and(d)vertical cross sections of basic reflectivity factor along the black solid line from A to B in(c)at 16∶42 on 18 August 2018.The dashed ellipse is marked as the approximate position of the super cell,and the circle is marked as hook echo.

6.2 中气旋和TVS

龙卷的发生发展与中气旋的发展密切相关，雷达中气旋产品能够显示与三维相关切变及中气旋的识别有关的信息(俞小鼎等，2006a)。图11 为2018 年8月18 日16∶42 蚌埠多普勒雷达0.5°仰角受灾点附近的径向速度，雷达产品显示此时灵璧北边约11 km 处有一三维相关切变，此三维相关切变于16∶14 开始出现在灵璧东南方向约10 km 处，此后向西北方向移动，16∶31 增强为中气旋，16∶36 中气旋尺度进一步增大。

图11 2018年8月18日16∶42蚌埠多普勒雷达0.5°仰角受灾点附近径向速度(单位:m·s-1)图(黑色圆圈为编号为“W0”的单体风暴移动路径，其中粗圆圈标识为中气旋，细圆圈标识为三维相关切变)Fig.11 Radial velocity(unit:m·s-1)around the disaster site at 0.5°elevation angle from Bengbu Doppler radar at 16∶42 BT on 18 August 2018.The black circles are marked as the sites of tornado storm cell numbered“W0”,the thick circles are marked as medium cyclones,and the thin circles are marked as three-dimensional related shear.

表1 为2018 年8 月18 日16∶31—16∶42 中气旋及TVS参数特征。从中看到，16∶31—16∶36中气旋顶高由7.0 km下降为5.7 km，径向直径维持2.8 km，方位直径由1.8 km 增大为2.2 km，中气旋形状由椭圆形逐步接近圆形，表明旋转运动趋向于对称，此时出现了TVS，娄庄镇发生龙卷灾害。16∶42，最大风切变维持80×10-3s-1，表明涡度仍保持较大水平，低层径向速度差由25 m·s-1增至51 m·s-1，表明低层旋转明显增强。

表1 2018年8月18日16∶31—16∶42中气旋及TVS参数特征Table 1 Characteristics of mesocyclone and TVS from 16∶31 BT to 16∶42 BT on 18 August 2018.

6.3 龙卷碎片特征

龙卷在双偏振雷达上出现TDS特征，是因为龙卷将杂物碎片卷到空中，这些杂物碎片随机的方向、不规则的形状、大的尺寸和高的介电常数产生高反射率因子、低ZDR和异常低的CC。TDS在龙卷监测预警业务中具有重要作用(张建云等，2018)。

图12 是2018 年8 月18 日16∶38 阜阳S 波段双偏振雷达0.5°仰角在灵璧附近的基本反射率、径向速度、差分反射率和零滞后相关系数。由图12a 可见，阜阳双偏振雷达能探测到165 km 处的灵璧龙卷母体超级单体的钩状回波，且图12b 中的速度场上对应有明显的正负速度对(黑色虚线椭圆处)。双偏振雷达还探测到了TDS：对应图12a 中超级单体的钩状回波末端处(黑色圆圈所示)，图12c中ZDR有0 dB左右的低值区，图12d 中CC也有0.85 左右的低值区。雷达0.5°仰角在165 km 的探测高度约4.2 km，也能在16∶44 探测到TDS(图略)，说明龙卷可以将杂物卷到4 km 左右的高空中。

图12 2018年8月18日16∶38阜阳S波段双偏振雷达0.5°仰角在灵璧附近基本反射率(a，单位:dBz)、径向速度(b，单位:m·s-1)、差分反射率ZDR(c，单位:dB)和零滞后相关系数CC(d)(图a、c、d中，黑色圆圈表示TDS所在处；图b中虚线椭圆为正负速度对)Fig.12 (a)Basic reflectivity factor(unit:dBz),(b)radial velocity(unit:m·s-1),(c)ZDR(unit:dB),and(d)CC at 0.5°elevation angle from Fuyang S-band dual-polarimetric radar around Lingbi at 16∶38 BT on 18 August 2018.The black circles in a,b and c are marked as the site of TDS,the dotted ellipse in b is marked as a pair of positive and negative velocities.

对比多普勒雷达和双偏振雷达的龙卷回波特征可知：多普勒天气雷达对100 km 以内的钩状回波、中气旋和TVS 具有较好的探测效果(姚叶青等，2012)。目前，我国双偏振雷达正在升级改造、增加站点建设中，其对超级单体的钩状回波等的探测范围尚未有更多的统计和一致的结论。本次龙卷发生时，阜阳双偏振雷达可探测到165 km处的超级单体钩状回波，表明双偏振雷达对100 km以外的回波特征也能有较好的探测，且径向速度图上能够识别出更明显的正负速度对，另外还可以探测到对于不同极化状态电磁波的后向散射信号强度的变化信息，如ZDR、CC等变量，综合这些变量能够识别出TDS，可为龙卷微物理特征及动力学机制的研究提供强有力的手段，对龙卷的探测能力更强。

7 结论和讨论

通过对2018 年8 月18 日16∶40 左右发生的灵璧龙卷现场灾情调查和龙卷发生时的气象要素特征、大气环流背景、关键物理量、雷达回波特征的综合分析，得到结论如下：

(1)龙卷发生在“温比亚”台风登陆后36 h 的减弱阶段，位于台风中心东北象限，强度为EF0级，同时伴随有气压陡降陡升、气温剧烈下降、风向急转、10级瞬时大风和短时强降水。

(2)当龙卷发生时，大气环流背景具有与冰雹、雷雨大风等强天气相似的天气形势配置，但“温比亚”中心东北象限具有CAPE 和SRH 的最佳配置，且该象限内的0—1 km SRH 符合2006—2018 年中国台风龙卷的平均值，螺旋度由水平向垂直转化对龙卷的发生有重要的指示意义。

(3)蚌埠多普勒雷达探测到龙卷发生于“温比亚”外围线状强对流风暴带中超级单体内，有低层钩状回波、回波悬垂、中气旋和TVS。当中气旋的形状由椭圆形向圆形转变，同时TVS的低层径向速度差迅速增大时，灵璧发生龙卷灾害。

(4)阜阳S 波段双偏振雷达可探测165 km 处超级单体的钩状回波，探测范围更广，并且能够识别出TDS和更明显的正负速度对，对龙卷有更强的探测能力。

2018年8月17日安徽省气象台预报了24 h内“温比亚”将给安徽带来大雨到暴雨、局地大暴雨，并指出全省平均风力5级，阵风8～10级，及时发布了台风蓝色预警信号，但漏报了龙卷。龙卷仍为天气预报中的一大挑战。本文仅针对一次由台风引发的龙卷个例进行分析，未来仍需大力推进龙卷等中小尺度灾害性天气现场灾情调查，收集统计大量台风龙卷个例，并且随着大气探测能力的提高和计算机能力的发展，可以使用同化了天气雷达、风廓线雷达资料等的高分辨率区域数值模式对其进行更加全面的分析和深入研究，加深对台风龙卷的机理认识，为强天气预报业务提供更加有效的参考，提升监测预警能力。