苏皖北部龙卷风发生前天气形势特征分析

韩枫

摘要对发生在苏皖北部的10次龙卷风过程进行分析，研究该地区龙卷风发生前天气形势和各物理量特征，通过掌握其发生前的天气特征及物理量指标。结果表明，10次龙卷风过程均发生在副高边缘西南暖湿急流中，其上空、上游或右侧有一条明显且狭窄的低空急流，并有明显的风速（风向）切变存在，与槽前类雷雨大风有较大区别；与雷雨大风和冰雹比较，200 hPa青藏高压强度较强，500 hPa西部低槽偏弱，低空有明显切变或低涡系统，地面处在低压区内；整层湿度较深厚，中低层处在大范围高湿区内，500 hPa湿区较狭窄，弱冷空气从500或700 hPa偏北路径侵入，并有干舌配合，龙卷风发生在湿度梯度大值区内；温度场850 hPa在新疆地区附近、925 hPa发生地区南部各有一个高温区，地面处在南北温度梯度大值区内；龙卷风发生前大气十分不稳定。

关键词龙卷风；天气形势；物理量指标；苏皖北部

中图分类号S161文献标识码A文章编号0517-6611（2014）06-01769-03

龙卷风（Tornado）是一种强烈的、小范围的空气涡旋，是在极不稳定天气下由空气强烈对流运动而产生的[1]，由雷暴云底伸展至地面的漏斗状云（龙卷）产生的强烈的旋风，其风力可达12级以上，一般伴有雷雨，有时也伴有冰雹。成熟的龙卷风具有水平尺度小、持续时间短、中心气压极低、风速大、破坏性大、多为直线移动6个特征[2]。龙卷风发生在对流层的高度以内，即最高不会超过12 000 m，比较多的是在5 000 m以内。关于龙卷风形成的原因目前尚无定论，有关其形成机制也有多种理论[2-3]，但无论哪种理论都有几个共同点，即龙卷风的产生有3个必要条件：湿润的空气必须非常不稳定、在不稳定空气中必须形成塔状积雨云、高空风必须与低空风相反，从而产生风切变将上升的空气移走。3个条件同时出现，则可能发生龙卷风。龙卷风是否会形成取决于第3个必要因素，即高空中必须要有风切变，才能使上升气流中通过对流上升的空气散去。锋面和急流均可以导致风切变。所有这些因素共同构成一种模式，在存在高空风切变的条件下，潮湿的不稳定空气的强对流可以出现在任何时间和任何地点[4]。

龙卷风虽然是小尺度的强对流天气，相对其他强对流天气出现次数也较少，但其造成的灾害却是最大的，根据宿州市2000～2011年几种强对流天气造成的灾害统计结果，55%的人员伤亡是由龙卷风造成的。目前，对如何预报龙卷风已经有了大量的总结和研究成果，但在实际工作中预报成功率仍很低，更多的是根据云图和雷达资料特征，在短时临近预报中提前发现龙卷风特征，但最终发布龙卷风预报很少，预报结论基本以雷雨大风形式对外分布。由于龙卷风从出现到结束时间很短，通过云图或雷达资料分析发现龙卷风特征后再去做出的预报，预报时效相对较低，如果能通过分析天气形势和物理量，找出容易出现龙卷风的天气形势和物理量值，这样在预报中当遇到具有这类特征时，提醒预报员提前对龙卷风进行关注，后期再通过分析云图和雷达资料掌握天气变化，及时发布预报预警，减少龙卷风这类强对流天气造成的灾害。据魏文秀等对我国的龙卷风特征研究结果[5]，淮北地区是处在龙卷风高发区中心附近，地处龙卷风多发地带。在此，笔者对发生在苏皖北部的10次龙卷风过程进行分析，研究该地区龙卷风发生前天气形势和各物理量特征，通过掌握其发生前的天气特征及物理量指标，对今后做好龙卷风这种小尺度高危害的强对流预报将有一定指导意义。

1资料与方法

据历史资料统计，1980～2011年宿州市及周边地区龙卷风次数分别为宿州26次、滁州30次、阜阳18次、亳州8次，但由于龙卷风多发生在乡镇空旷地带，可以通过图片资料和视频记录来确认是龙卷风的过程较少，因此在灾情收集时，对过程是否为龙卷风的定性，主要根据目击者描述、灾情现场后期勘察分析以及图片视频资料来判断，其中存在因雷雨大风过程强度大或灾情严重时，由于其他人为因素被定义为龙卷风的，这样对后期分析势必造成一定的误导。如1980～2011年宿州市范围内共出现龙卷风26次，其中1980～1999年出现17次，2000～2011年出现9次，但仅2008年6月20日出现在灵璧县城周边的一次龙卷风过程有图片和视频记录，龙卷风特征明显，是一次典型的龙卷风过程；2005年7月30日出现在灵璧韦集的龙卷风，则是目击者描述看到漏斗云，有人被卷入空中；其余过程也均是后期现场调查，根据目击者对过程的描述以及现场灾情特征来定义为龙卷风的，往往容易与雷雨大风混淆。为了避免在分析时出现过大的偏差，选取的个例为宿州市和周边地区基本能确认为是龙卷风的10次过程，分别为2005年7月30日安徽灵璧11：30～11：50、2006年6月29日安徽泗县06：45、2008年6月20日安徽灵璧14：26（有视频资料）、2010年7月17日安徽砀山19：19、2003年7月8日安徽无为23：00（经典个例）、2006年7月4日江苏盐城（多地）07：00～16：00、2007年7月3日安徽滁州天长16：57和江苏高邮19：24、2007年7月25日安徽阜阳颍上05：30～06：10、2008年7月23日安徽阜阳颍上13：00、2013年7月7日安徽滁州天長16：00和江苏高邮仪征20：09（有视频资料）。

2天气形势特征分析

2.1200 hPa天气形势

发生在苏皖北部10次龙卷风过程（其中2003年7月8日无为龙卷风除外），在青藏高原上空附近均有一闭合的高压（青藏高压、南亚高压），脊线位置位于25°～35°N（图1）。由于青藏高原平均海拔4 500 m，耸立在对流层中部，高原加热作用形成青藏高压，这种加热作用使中、下层产生巨大的辐合，高空产生巨大的辐散。青藏高压（青藏副高、大陆副高、南亚高压）位于副热带，但与副热带高压不同，青藏高压为上升气流（海上副高控制下为下沉气流），龙卷风发生地点位于高压西北或北部偏西气流中，高空辐散场为龙卷风的发生提供了有利条件[6]。

2.2500 hPa天气形势

龙卷风发生地区处在副高边缘西北部西南暖湿急流中，副高脊线位置处在20°～35°N，副高588 dagpm线西伸位置在110°～120°E，在100°～115°E区域内有强弱不等的低槽或低涡存在（图1）。除了2007年7月25日那次过程外，低槽强度并不是很强，而2007年7月25日前后4～5 d在蒙古地区有一深厚的气旋维持，导致26、27日在皖北和苏北地区出现多次雷雨大风天气，在苏北地区和安徽滁州还出现了龙卷风。

2.3700和850 hPa天气形势

龙卷风发生地区附近均有一个有利于对流发生发展的切变（风向、风速）或低涡系统，低层有明显辐合（图1）。切变或低涡南侧或上空，龙卷风发生地区的上游、上空或右侧附近，在一个比较狭窄的地带中存在一条明显的低空急流。弱冷空气的侵入多在700 hPa。

2.4925 hPa天气形势

天气系统表现不是很统一，有的过程在925 hPa系统表现反而不是十分明显，有的过程在925 hPa仍有急流存在，但在925 hPa龙卷风发生地区南部均有一个明显的高温区（图1）。

2.5地面形势

地面图上处在低压区内，龙卷风前其发生地区附近有地面辐合，地面辐合两侧的温度差异较大，辐合南侧为高温区，而北侧温度明显较低，温度梯度大。2.6高空风场特征

高空400 hPa以上低层切变西北部为偏西风（偏西、偏西北、偏西南），400 hPa以上为大风速区，到了500 hPa以下风速明显减弱；而在低层切变西南部，400 hPa以上风速较弱，500 hPa开始风速明显加大（图2）。龙卷风发生地区的上游、上空或右侧附近，在一个比较狭窄的地带中存在一条明显的低空急流，其最大风速在16～18 m/s[7]，个别站点超过20 m/s。有的过程低层风速还比500 hPa风速大。在龙卷风风速发生地区附近有明显的风速（风向）切变，水平风速差可达12～16 m/s，风向切变在90°～180°。这一特征与槽前类雷雨大风风场有较大区别，槽前类雷雨大风发生前500 hPa以下风场表现得相对较弱，即使有急流也只是500 hPa以下1～2层存在。由于槽前类雷雨大风发生前天气形势和物理量与龙卷风发生前比较相似，因此这一风场特征在一定程度上可以帮助区分这2种天气现象发生前的天气形势。但2005年7月30日灵璧龙卷风过程就没有出现低空急流，还有待探讨。2.7典型过程回带对比

2013年7月7日发生在安徽滁州天长强对流是一次典型的龙卷风过程（有视频资料），从此次过程的天气发生前各层天气形势图（图3）可以看到，其形势与前面总结的龙卷风天气特征均比较符合。另外2008年6月20日灵璧龙卷风过程（有视频资料）也比较符合。

3物理量特征分析

3.1湿度场分布特征

龙卷风发生前整层湿度分布深厚，整层湿度均较好，低层850 hPa以下为温度露点差<4 ℃的大面積的高温高湿区，而在700和500 hPa，当有弱冷空气侵入时有一明显干舌配合，龙卷风通常发生在湿度水平梯度大值区内，在龙卷风发生地区的上空或上游区湿区比较狭窄，并有充足的水汽输送。这样当受到合适的外力触发后低空暖湿空气则会产生强烈的上升运动，有利强对流天气的发生发展。

3.2温度场分布

400 hPa以上西部为相对高温区，有时可以延伸至500 hPa；弱冷空气的侵入多发生在500和700 hPa，在龙卷风发生地区以北为冷区或降温区，弱冷空气多从北路侵入；低层850 hPa在新疆附近地区为高温区，温度脊线在35°～45°N；925 hPa南部为一个高温区，龙卷风发生地区温度梯度较大（图4）。地面上，地面辐合两侧的温度差异较大，辐合南侧为高温区，而北侧温度明显较低，温度梯度大。

3.3各物理量指标

龙卷风发生前总指数TT≥40 ℃，但利用此参数无法判断强对流天气性质。沙氏指数SI、抬升指数LI、对流有效位能CAPE在龙卷风发生前表现不一，受其他因素影响时可能会失去指导意义，仅用于判断大气不稳定状态。龙卷风发生前K指数和修正对流指数DCI表现最好（最小值和平均值均≥35 ℃），同样无法用来判断强对流天气性质。风暴强度指数SSI≥230时容易出现强对流天气，龙卷风与雷雨大风过程区别不大。龙卷风发生前大风指数W大多数小于20，当大风指数W≥20更易出现雷雨大风天气。

3.3.1判断龙卷风的物理量。

龙卷风发生前与其他强对流天气区别比较明显的物理量有：①强天气威胁指数SWEAT<300时不易出现龙卷风，SWEAT≥300时容易出现龙卷风；②风暴相对螺旋度SRH<200 m/s2时不易出现龙卷风，SRH≥200 m/s2时容易出现龙卷风天气；③龙卷风发生前抑制有效位能CIN<50 J/kg，明显小于其他强对流天气；④龙卷风发生前抬升凝结高度均在970 hPa。3.3.2区别于冰雹的物理量。

A指数综合反映了大气静力稳定度与整层水汽饱和程度，一般A指数越大，表明大气越不稳定或对流层中下层饱和程度越高，对降水越有利，当A指数<10 ℃时侧重考虑冰雹天气，龙卷风A指数≥15 ℃；整层比湿积分IQ≥5 000 （g·hPa）/kg时易出现龙卷风、雷雨大风、短时强降水；当潜在下冲气流指数MDPI≥2时易出现冰雹，很难出现龙卷风；龙卷风发生前0 ℃和-20 ℃层在4 800和8 500 m以上；垂直温度梯度ΔT850-500明显弱于冰雹，平均在23 ℃左右；龙卷风过程500 hPa以下温度露点差T-Td<4 ℃，整层湿度条件最好，而冰雹为上干下湿分布。

4总结与讨论

（1）几次龙卷风过程均发生在副高边缘西南暖湿急流中，500 hPa西部高空低槽弱于雷雨大风和冰雹，200 hPa青藏高压强度较强，低空均有切变或低涡存在，地面处在低压区内。

（2）在龙卷风发生地区的上空、上游或右侧，在一个比较狭窄的地带中存在一条明显的低空急流，其最大风速在16～18 m/s；且在龙卷风发生地区附近有明显的风速（风向）切变，水平风速差可达12～16 m/s，风向切变在90°～180°。这一特征与槽前类雷雨大风风场有较大区别。

（3）龙卷风发生前整层湿度较深厚，中低层处在大范围的湿区内，500 hPa湿区相对比较狭窄，500或700 hPa当有弱冷空气侵入时有干舌配合，龙卷风发生在湿度梯度大值区内。龙卷风发生前弱冷空气从500或700 hPa偏北路径侵入，850hPa在新疆地区附近和925 hPa在发生地区南部各为一个高温区，地面处在南北温度梯度大值区内。

（4）历史资料中，龙卷风过程记录存在由于一些人为因素而产生的定性错误，有将强度大的雷雨大风定性为龙卷风，这样会在后期分析时容易造成误导。

（5）龙卷风发生前大气不稳定状态相对容易判断，但由于其天气形势和物理量与雷雨大风天气有一定的相似度，除

了关注几个差异大的物理量外，还需结合天气形势分析做出判断。

（6）以上统计了10次龙卷风过程，仅从天气形势和物理量2个方面进行了分析，针对地区也以皖北和苏北为主。由于篇幅有限，云图和雷達资料没有进行统计分析，地形作用也没作讨论，目前对龙卷风的预报成功率还很低，实际工作中还需要密切关注云图和雷达资料，做好短时临近预报。

参考文献

[1] 陆海席，安新宇，陆海云，等.一次龙卷风的小尺度结构特征分析[J].内蒙古气象，2007（4）：12-13.

[2] 纪文君，刘正奇，郭湘平，等.龙卷风生成机制的探讨[J].海洋预报，2003（1）：14-19.

[3] 龙卷风等旋转流体的受力分析[J/OL].http：//www.doc.88.com/p-914959461233.html.

[4] 潘文卓，缪启龙. 江苏省龙卷风特征和灾害分析[C]//中国气象学会2007年年会论文集.中国气象学会，2007.

[5] 魏文秀，赵亚民.中国龙卷风的若干特征[J].气象，1995（5）：36-40.

[6] 叶笃正，张捷迁.青藏高原加热作用对夏季东亚大气环流影响的初步模拟实验[J].中国科学，1974（3）：301-320.

[7] 包澄澜，赵刚然.上海地区龙卷风的初步分析[J].南京大学学报：自然科学版，1964，8（1）：166-190.