桐鄉(xiāng)“7.12”颮線和局地龍卷風(fēng)過程的診斷分析

范玉芬 陳政豫 楊冬晨 潘士雄

（1 浙江省桐鄉(xiāng)市氣象局，桐鄉(xiāng) 314500；2 浙江省嘉興市氣象局，嘉興 314000）

桐鄉(xiāng)“7.12”颮線和局地龍卷風(fēng)過程的診斷分析

范玉芬1陳政豫1楊冬晨1潘士雄2

（1 浙江省桐鄉(xiāng)市氣象局，桐鄉(xiāng) 314500；2 浙江省嘉興市氣象局，嘉興 314000）

2014年7月12日浙江省桐鄉(xiāng)市一次颮線過境，導(dǎo)致局地出現(xiàn)12級狂風(fēng)，造成倒房死傷人的重大災(zāi)害。通過對大風(fēng)災(zāi)情的實(shí)地調(diào)查，環(huán)境背景場強(qiáng)對流參數(shù)和周邊杭州、湖州多普勒天氣雷達(dá)回波特征分析，發(fā)現(xiàn)這是一次強(qiáng)中氣旋發(fā)展伴隨局地龍卷風(fēng)發(fā)生的過程，龍卷風(fēng)發(fā)生在颮線弓形回波前沿凸起部分。對本次過程的分析表明，環(huán)境場中最佳對流有效位能（BCAPE）和風(fēng)暴相對螺旋度（SRH）增大、抬升凝結(jié)高度低，則出現(xiàn)局地龍卷風(fēng)的可能性越大。在龍卷風(fēng)等突發(fā)強(qiáng)對流事件的預(yù)報(bào)中，風(fēng)廓線產(chǎn)品中西南急流的加強(qiáng)和中心軸下沉、中高層冷空氣的契入等，對風(fēng)暴的觸發(fā)、雷暴系統(tǒng)的加強(qiáng)有預(yù)報(bào)提前量。此外，大風(fēng)重災(zāi)發(fā)生后，災(zāi)區(qū)實(shí)況及周邊多普勒雷達(dá)徑向速度場資料是判斷風(fēng)災(zāi)類型和級別的重要數(shù)據(jù)資料。

颮線前沿龍卷，災(zāi)情調(diào)查，環(huán)境背景，多普勒天氣雷達(dá)回波特征

0 引言

2014年7月12日19—21時，浙江湖州、嘉興有一次颮線天氣過境，帶來7～9級以上大風(fēng)、短時暴雨和密集雷電。本次災(zāi)害前的預(yù)警和災(zāi)后深入的分析表明，新一代多普勒天氣雷達(dá)CINRAD/SA中重要的產(chǎn)品，如中氣旋（M）、弱回波區(qū)（WER）、龍卷渦漩特征（TVS） 等能為龍卷風(fēng)的監(jiān)測預(yù)警提供警示。中氣旋往往與強(qiáng)對流天氣有關(guān)，根據(jù)多年雷達(dá)資料統(tǒng)計(jì)，大部分中氣旋伴有雷雨大風(fēng)、冰雹等，5%～20%的中氣旋伴有龍卷風(fēng)[1]。一些研究表明[2-3]，有利于F2級（藤田級數(shù)）以上強(qiáng)龍卷生成的兩個有利條件分別是低的抬升凝結(jié)高度和較大的低層（0～1km）垂直風(fēng)切變。0～1km的垂直風(fēng)切變越大，抬升凝結(jié)高度越低，則龍卷出現(xiàn)的可能性越大。我國江淮流域的梅雨期常會有龍卷發(fā)生，而且通常與梅雨期的暴雨相伴。

Trapp等[4]統(tǒng)計(jì)表明，在探測到中氣旋時，大約只有20%的龍卷發(fā)生概率，而在探測到中氣旋底部距離地面不超過1km的情況下，龍卷發(fā)生概率約為40%，而且，中氣旋底部越靠近地面，龍卷概率越高。目前美國基層氣象臺發(fā)布龍卷警報(bào)的準(zhǔn)則是（在環(huán)境低層垂直風(fēng)切變和相對濕度較大情況下）：（1）探測到強(qiáng)中氣旋；（2）探測到中等以上強(qiáng)度中氣旋，并且其底部距離地面不超過1km。

本文試圖利用上述概念和研究成果，對一次疑似龍卷風(fēng)的過程進(jìn)行分析，給出浙江北部地區(qū)龍卷風(fēng)過程的診斷結(jié)果，討論目前臺站對龍卷風(fēng)等局地強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)和分析策略。

1 災(zāi)情綜述

針對本次事件，災(zāi)害后的分析表明，天氣過程中湖州千金鎮(zhèn)、南潯車塔村至桐鄉(xiāng)烏鎮(zhèn)碓坊橋村、龍翔街道元豐村、金牛村一帶受颮線強(qiáng)中心影響，出現(xiàn)10級以上大風(fēng)。其中龍翔元豐村、金牛村周邊出現(xiàn)一條南北60～150m、東西3～5km的強(qiáng)風(fēng)狹長帶，在該區(qū)域估計(jì)有3千多棵樹被吹倒，40多間房屋受損，其中元豐村2人被埋受傷，1人死亡。綜合分析表明，狹長帶經(jīng)歷了一次強(qiáng)度在F1～F2的龍卷風(fēng)過程。

2 環(huán)流背景及指數(shù)分析

這次颮線過程的環(huán)境場具有浙江夏季典型雷暴天氣的天氣特征。高空500hPa處在橫槽轉(zhuǎn)豎的下滑槽前，中層有深厚的西南暖濕氣流，700、850、925hPa有切變發(fā)展，700hPa渦切最明顯；副高穩(wěn)定，588線附近不穩(wěn)定環(huán)境下，對雷暴天氣的發(fā)生有利，925hPa切變與強(qiáng)風(fēng)暴區(qū)實(shí)況對應(yīng)較好。

對流指數(shù)不僅能夠反映出不穩(wěn)定能量的積累和觸發(fā)機(jī)制，而且還能分析得到強(qiáng)雷暴過程的暴雨、雷電、大風(fēng)、冰雹的特性。從12日08和20時災(zāi)害發(fā)生地實(shí)況各類指數(shù)（內(nèi)插值）分析（表1），發(fā)現(xiàn)KI（K指數(shù)）、BCAPE（最佳對流有效位能）、SI（沙氏指數(shù)）、SWEAT（強(qiáng)天氣威脅指數(shù)）、LI（抬升指數(shù)）、SSI（風(fēng)暴強(qiáng)度指數(shù)）等在12日08時已超過閾值。其中BCAPE、SRH（風(fēng)暴相對螺旋度）、EHI（能量螺旋度）、BIC（最佳強(qiáng)度指數(shù)）、SSI指數(shù)在20時明顯增大，KI、BCAPE兩個指數(shù)明顯超過閾值，且超值范圍大，說明強(qiáng)對流的熱力條件非常好。其中20時SRH達(dá)到了330，有強(qiáng)龍卷的可能性。總體上，本次過程中，SRH和BCAPE表現(xiàn)較好。

7月12日20時杭州站探空曲線（圖1）分析，有較大不穩(wěn)定能量，低層有一小逆溫，500～850hPa有較大的西南氣流；上海站不穩(wěn)定能量很弱，整層大部分是西方南氣流（比杭州站弱），在近地面層有偏東氣流，700m附近逆溫更明顯些，近地面層垂直切達(dá)16m/s。抬升凝結(jié)高度均較低（＜800m），有利于災(zāi)害性龍卷風(fēng)的生成。

表1 2014年7月12日08和20時各對流指數(shù)以及其對流閾值

3 多普勒雷達(dá)觀測

3.1 組合反射率回波有弓形回波特征

從長江流域雷達(dá)組網(wǎng)拼圖（圖2）上看，17—21時，有一帶狀對流系統(tǒng)從安徽、江西境內(nèi)自西向東經(jīng)過長三角地區(qū)東移入海。該系統(tǒng)長度超過300km，長寬比大于5:1，判斷為大型颮線系統(tǒng)。從杭州雷達(dá)組合反射率產(chǎn)品分析，18時30分左右?guī)罨夭ù笠?guī)模從廣德、郎溪開始進(jìn)入浙江湖州邊界，前沿強(qiáng)回波呈帶狀，并存在幾個離散的強(qiáng)中心。指示雷暴大風(fēng)的回波特征是弓形回波[5-8]，一條長長的颮線可以包含好幾段弓形回波，每一段弓形回波的向前凸起部分往往都對應(yīng)地面的雷暴大風(fēng)區(qū)，意味著增強(qiáng)的雷暴大風(fēng)潛勢[9]。19:36—19:59，湖州—嘉興段颮線發(fā)展最為強(qiáng)盛（圖2a），特征最為前沿整齊，組合回波強(qiáng)度大部分達(dá)到45～50dBz，其中包含小范圍60～65dBz強(qiáng)回波區(qū)。

3.2 徑向速度及B7中氣旋

分析杭州雷達(dá)1.5°徑向速度產(chǎn)品（圖2b），可以發(fā)現(xiàn)，杭州站向北有一條速度零線，基本與組合回波颮線相一致。在安吉以西和颮線后方有大片向著雷達(dá)的負(fù)速度區(qū)，中心值達(dá)到-27m/s。19:39實(shí)況大風(fēng)區(qū)位于湖州市南潯區(qū)千金至練市一帶，地面自動站風(fēng)速達(dá)到24.6～27.9m/s，湖州多普勒雷達(dá)探測到的最大風(fēng)速約為24m/s。

風(fēng)暴追蹤產(chǎn)品顯示，在19時后半時，中氣旋編號為B7，即颮線弓形回波前沿凸起處（圖2a黑圈），龍翔西北偏西方向約5km，連續(xù)兩個時次（19:53和19:59）自西北向東南橫掃過該區(qū)域，具有龍卷性質(zhì)。而此過程中狂風(fēng)受災(zāi)區(qū)就位于B7經(jīng)過的地方（圖3），此風(fēng)暴移動速度達(dá)22m/s。中氣旋B7經(jīng)過的地區(qū)風(fēng)力大，速度快，影響時間僅幾到十幾分鐘，與災(zāi)害實(shí)況較符合。

3.3 杭州雷達(dá)徑向速度場中氣旋識別

在杭州雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品分析中（圖2b），19:53前后，龍翔西北偏西方向存在徑向速度對，不同仰角（0.6、1.0和2.0km）都能分析到，與B7相對應(yīng)。2.0km高度上速度對強(qiáng)度最強(qiáng)也最好分辨。3km水平距離風(fēng)切變達(dá)35～37m/s，偏北風(fēng)速20～27m/s，偏南風(fēng)速10m/s以上，可判斷存在一個超級單體。中氣旋底部小于1km，極有可能存在龍卷[4,10]。

3.4 湖州雷達(dá)站徑向速度產(chǎn)品分析

在湖州雷達(dá)徑向速度產(chǎn)品（2.4°）中（圖略），在19:53災(zāi)區(qū)龍翔附近（約1.5km高度）有一個中氣旋，龍翔西南方向有大片正速度區(qū)，并有大片速度模糊，龍翔東北方向的小范圍的負(fù)速度。此處距離湖州雷達(dá)站約35km，此時出現(xiàn)的速度模糊，速度模糊值最大可能為39～44m/s，負(fù)速度最大為-20m/s，根據(jù)中氣旋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，距離雷達(dá)中心32km處轉(zhuǎn)動速度31m/s，可判斷為強(qiáng)中氣旋。

4 風(fēng)廓線觀測

從對局地龍卷重災(zāi)區(qū)的上游湖州（重災(zāi)區(qū)西北方向35km處）和下游嘉興（重災(zāi)區(qū)偏東方向25km處）兩站風(fēng)廓線產(chǎn)品（圖4和圖5）的分析中，可以得出：（1）雷雨發(fā)生前1km高度以上都是深厚的西南急流，最大值超過20m/s，在雷暴發(fā)生前西南急流明顯加強(qiáng)，隨著系統(tǒng)的靠近，急流軸向下移至1.5～2km附近；（2）在雷暴天氣發(fā)生前，1000m高度附近有明顯西南與東北風(fēng)的切變，在500～700m高度風(fēng)向隨高度逆時針旋轉(zhuǎn)，颮線過境切變消失，1500m以

下轉(zhuǎn)成一致的西北氣流；（3）雷雨發(fā)生前半小時，3000～5000m有西北氣流契入，最低可滲透到2200m附近；在雷暴發(fā)生時，可以看到底層有雷暴高壓過境（20:36—21:48），發(fā)生在地面輻合線附近，且移速較快；（4）20:00—20:20，嘉興測站500～800m高空風(fēng)向隨高度先逆時針旋轉(zhuǎn)，后順時針旋轉(zhuǎn)的快速度變化（圖5），北風(fēng)與南風(fēng)、東北風(fēng)與西南風(fēng)對峙，風(fēng)的垂直切變值12～16m/s，垂直速度7m/s左右，由于嘉興風(fēng)廓線測站處于重災(zāi)區(qū)偏東區(qū)25km，強(qiáng)中心東移時已明顯減弱，故量值明顯偏小。

風(fēng)廓線產(chǎn)品對颮線影響垂直風(fēng)結(jié)構(gòu)有較好的表達(dá)，切變層的高度、垂直風(fēng)切變的大小，以及西南急流的加強(qiáng)和中心軸下沉以及中高層冷空氣的契入，對風(fēng)暴的觸發(fā)、雷暴系統(tǒng)的加強(qiáng)可提前預(yù)報(bào)。

5 小結(jié)

1）颮線雷暴大風(fēng)天氣系統(tǒng)移動速度一般都在60km/h以上，所以颮線云形的判斷、弓形回波、徑向速度圖中的中氣旋識別和強(qiáng)度判斷對預(yù)報(bào)服務(wù)人員很重要；底層強(qiáng)烈中氣旋的出現(xiàn)和低空維持[11]，表明龍卷風(fēng)的產(chǎn)生有很大可能性，此時應(yīng)考慮立即發(fā)布龍卷風(fēng)預(yù)警[10]。

2）在對強(qiáng)天氣背景場充分了解的基礎(chǔ)上，關(guān)注最佳對流有效位能、風(fēng)暴相對螺旋度等大風(fēng)預(yù)報(bào)的相關(guān)指數(shù)，抬升凝結(jié)高度均較低（＜1km）時，有利于災(zāi)害性龍卷產(chǎn)生；風(fēng)廓線產(chǎn)品對颮線影響垂直風(fēng)結(jié)構(gòu)有較好的提示，而切變層的高度、垂直風(fēng)切變的大小，以及西南急流的加強(qiáng)和中心軸下沉、中高層冷空氣的契入，都對風(fēng)暴的觸發(fā)、雷暴系統(tǒng)的加強(qiáng)有利，可提前做出預(yù)報(bào)。

3）大風(fēng)災(zāi)情發(fā)生后，應(yīng)及時開展災(zāi)情調(diào)查，掌握事故現(xiàn)場第一手資料，有利于判斷大風(fēng)的級別。在對周邊多普照勒雷達(dá)資料作全方位的資料收集和分析時，由于超級單體相距雷達(dá)站的方位和距離不同，可識別的效果相差較大。

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Diagnostic Analysis of a Tornado Event Associated with the Squall Line in Tongxiang, 12 July 2014

Fan Yufen1, Chen Zhengyu1, Yang Dongchen1, Pan Shixiong2
(1 Tongxiang Meteorological Bureau of Zhejiang, Tongxiang 314500 2 Jiaxing Meteorological Bureau of Zhejiang, Jiaxing 314000)

On July 12, 2014, a squall line formed across Tongxiang, Zhejiang. Strong gust winds appeared in Yuanfeng and Jinniu villages and resulted in human casualties and property damage. Through the survey of the disaster, the analysis of environmental conditions and echo characteristics on Hangzhou and Huzhou Doppler weather radars, it is shown that a tornado was produced by a strong cyclonic circulation which had developed associated with the squall line. The strong cyclone occurred in the forefront of the convex portion of bow echo below 1km. The increase of the best convective available potential energy (BCAPE) and storm relative helicity (SRH), and the decrease of lifting condensation level enhanced the likelihood of tornado. The strengthening and sinking of southwest jet together with the mid- and high-level cold air helped trigger the storm.

squall line tornado, disaster investigation, environmental background, Doppler weather radar

10.3969/j.issn.2095-1973.2015.06.002

2015年6月17日；

2015年9月19日

范玉芬（1962—），Email: 357194679@qq.com