2018年8月31日广东热带扰动龙卷天气分析

李婉仪，黄先香，叶智明，曾海媚，蔡康龙，植江玲，张晶晶

（1.佛山市高明区气象局，广东佛山 528000；2.佛山市龙卷风研究中心，广东佛山 528000）

龙卷是地球大气中最为剧烈和最具有破坏性的天气现象，可在短时间内造成严重的人员伤亡和财产损失［1］。广东是我国龙卷比较高发的省份之一，EF1或以上级龙卷在全国排第3位［2］。近年来，随着我国科技发展，天气观测网得以加密建设，强对流天气监测资料获取渠道增多并加以积累，我国气象学者对龙卷的研究取得了一定的成果［3－6］。以往研究表明，广东龙卷根据天气形势和影响天气系统划分，可以分为西风带系统龙卷、台风外围龙卷、热带扰动龙卷等［7］。目前关于广东台风外围龙卷［8－14］和西风带系统龙卷［15－18］的发生环境和雷达观测特征的研究表明，两种类型的龙卷均发生在大的垂直风切变、大的风暴相对螺旋度（SRH）和低的抬升凝结高度（LCL）环境条件下，雷达观测上通常能探测到超级单体风暴或微型超级单体风暴及中等以上强度中气旋。中等偏强的热力不稳定和较大的能量螺旋度是西风带系统龙卷发生的有利热力条件［15－18］，而台风外围龙卷对应的对流有效位能和能量螺旋度通常较小［8－9，11，13］；龙卷容易出现在地形相对平坦的地区，江河、沿海和喇叭口地形对龙卷的发生有促进作用［11，15］。

热带扰动型龙卷，通常指发生在热带或副热带地区大气中各种尺度的扰动，包括辐合带波动、季风低压、东风波等东风带系统环流背景中的龙卷。2018年8月中下旬，季风低压在台湾附近海域生成，而后沿着副高脊线西移，自东向西穿过广东。8月31日下午，受季风低压扰动影响，广州番禺区石楼镇出现了龙卷，给当地造成一定的经济损失。目前对广东热带扰动龙卷的分析还很少，其发生的环境条件和雷达观测特征尚不清楚。现利用现场灾调资料、Micaps资料、地面自动站资料和广州SA多普勒天气雷达资料等，对该次龙卷过程发生的环境条件和雷达观测特征进行分析，为今后此类型天气背景下的龙卷监测、预报及预警工作提供参考。

1 龙卷过程概况

2018年8月31日14：25前后（北京时，下同），广州番禺区石楼镇岳溪村出现龙卷天气，造成附近的一个铁皮厂房顶被掀翻，附近市民有拍到龙卷视频。根据佛山市龙卷风研究中心和番禺区气象局对龙卷破坏现场的实地调查、龙卷影像的分析，并结合当天雷达资料等气象数据分析，判定该龙卷路径长度约80 m，最大破坏宽度约52m，破坏面积约2 600m2。根据“增强的藤田级别”（EF－Scale）龙卷定强标准［18］，可以确定该次龙卷灾害破坏强度为EF1级，属于弱龙卷。

2 天气背景和环境条件

2.1 天气背景

2018年8月31日08：00，500 hPa副热带高压呈方头状（简称副高），位置偏东、脊线偏北（30°N附近），越南北部有季风低压活动，广东处于低压东侧与副高西侧之间的西南偏西气流中。700～925 hPa，广东处于季风低压东侧与高压西侧之间的强盛西南气流影响，从南海中南部经海南、粤西一带有一支显著西南偏南气流伸向珠江口西侧一带，香港探空站西南风风速分别为12、13、11 m／s，达急流强度；清远站西南偏南风风速分别为8、12、8 m／s，珠江口附近存在西南低空急流的风速辐合。同时，200 hPa广东处于南亚高压东南侧的明显风场辐散区，对中低层大气有抽吸作用。14：00，珠江口东、西两侧的地面风场存在“人”字形辐合线，辐合中心位于广州番禺附近。珠江口附近低层辐合、高层辐散的配置及中低空西南急流的叠加交汇为该次龙卷天气的发生发展提供了较为有利的天气尺度条件（图1）。

图1 2018年8月31日08：00高空形势及地面形势综合图

2.2 环境条件

图2给出了8月31日08：00龙卷发生地周边的清远站和香港站探空图。

图2 2018年8月31日08：00清远站（a）和香港站（b）探空图

由图2可以看到，对流有效位能CAPE在1 400～2 000 J／kg之间，达到中等大小，为强天气的发生提供了有利的对流不稳定层结条件，不稳定层主要位于700 hPa以下；湿层十分深厚，从地面向上延伸至400～300 hPa，t－td≤2℃达到饱和或基本接近饱和状态；抬升凝结高度（LCL）很低，香港站LCL约为330m，清远站LCL几乎接近地面；对流抑制CIN很小，在30 J／kg以下，容易导致湿对流天气的发生。清远站近地面吹弱东南风，925～850 hPa为南西南风，风力逐渐增大，500 hPa转为偏西风，该站风向随着高度呈顺时针旋转；而香港探空站近地面存在弱东南风转西南风，925～700 hPa受强盛西南风影响，500 hPa风向顺转为偏西风，两个探空站均表现出风向随高度增长而顺时针旋转、风力逐渐增强的特征，表明此时珠三角地区低层到近地面存在暖平流，伴有明显的上升气流。中低空西南气流较前一天明显增强，西南风风速达12 m／s，为风暴发展提供较好的抬升条件。另外，龙卷等强天气的产生还与垂直风切变特别是低层的垂直风切变和风暴相对螺旋度（SRH）和能量螺旋度（EHI）等密切相关。

另外，还可以看到，0～6 km垂直风切变在10～11 m／s之间，偏小；但0～3 km垂直风切变在8.4～11.7 m／s之间，0～1 km垂直风切变在8.2～11.0 m／s之间，属于较大的低空垂直风切变；香港站风暴相对螺旋度SRH为88 m2／s2，能量螺旋度EHI为1.1，环境条件有利于超级单体风暴发展的潜势。对比广东台风外围龙卷发生环境条件［11］，可以发现，该次热带扰动类龙卷的对流不稳定能量（CAPE和EHI）更大，但低空及深层的垂直风切变及风暴相对螺旋度等动力环境条件明显更弱，这也可能是该次龙卷强度较弱的重要原因之一。

2.3 地面中小尺度

8月31日上午，广东中南部地区受偏南到东南气流控制，与粤西北的东北风形成辐合，使珠三角西部地区风场呈气旋式弯曲；午后珠江口以西地区地面切变线东移南压，珠江口附近南风风力加强，切变线在珠江口两侧呈“入”字形分布，在珠江口北部形成小尺度涡旋。31日下午珠三角地区自动站逐小时资料可见，13：00前后“入”字形辐合线在广佛上空交汇，广州开始出现小涡旋，番禺区风场也呈现出气旋式弯曲；14：00（图3）小尺度涡旋位于番禺区，龙卷发生地大致处于地面小尺度涡旋的辐合中心内，小尺度涡旋的辐合抬升作用有利于强天气的发生。

图3 珠江口周边地区8月31日14：00地面风场分布（单位：m／s）

3 雷达观测特征

广州多普勒雷达0.5°反射率因子产品显示，2018年8月31日季风槽雨带不断从海上自西南向东北方向移动，范围覆盖广东大部分地区。14：00—14：12，强降雨回波带开始移入番禺区境内，强降雨带移动缓慢（图略），低层最强反射率因子大于50 dBz。

图4为2018年8月31日14：18广州雷达0.5°、1.5°、2.4°反射率因子（图4a、b、c）及14：18（图4d、g）、14：24（图4e、h）、14：30（图4f、i）广州雷达0.5°反射率因子和径向速度图。

图4 2018年8月31日14：18广州雷达0.5°（a）、1.5°（b）、2.4°（c）仰角反射率因子及14：18（d、g）、14：24（e、h）、14：30（f、i）广州雷达0.5°反射率因子和径向速度图

由图4可以看出，14：18，强降雨回波带中有多个微型超级单体发展，低层反射率因子图上探测到钩状回波和入流缺口，产生龙卷的母体微型超级单体位于强雨带南端（图4a），最强反射率因子为57.5 dBz，对应0.5°仰角上径向速度图探测到气旋式旋转的速度对（图4g），此时旋转速度约7 m／s，底高约0.3 km，直径4 km，距雷达约11 km。14：24，速度对强度增强，旋转速度增大至约10m／s（图4h），底高约0.3 km，直径尺寸明显缩小，约1.6 km，距雷达约12 km，达到弱中气旋标准，中气旋一直扩展至2.4°仰角（约700 m），龙卷发生在此时刻前后（14：25），出现在钩状回波顶端附近和中气旋中心。14：30，低层仍能观测到钩状回波和速度对（图4f、图4i），但旋转速度减弱为7.3 m／s，直径增大至4 km左右，距雷达约13.5 km，龙卷消亡。微型超级单体中气旋一直维持至15：00（图略），但直径不断增大。

统计龙卷触地前后的风暴质心和速度对强度变化表明，14：18风暴质心高度约1 km，速度对强度较弱（旋转速度约7 m／s），直径较大（4 km左右）；14：24风暴质心明显下降，最强反射率因子高度在300 m左右，速度对增强，旋转速度约10 m／s，直径明显缩小，约1.6 km；14：30风暴质心明显抬升，再次升至1 km左右高度，速度对旋转速度减弱至7 m／s，直径增大至4 km左右。

4 结论

利用现场灾调资料、Micaps资料、地面加密自动站资料及广州SA多普勒天气雷达资料等，对2018年8月31日广州番禺龙卷发生的环境条件和雷达观测特征等进行分析，主要结论如下：

1）该次龙卷发生在季风低压移动方向后侧的雨带中，属于热带扰动型龙卷。2018年8月31日季风低压以西移进入中南半岛，番禺龙卷发生在当天14：25前后，路径长度约80 m，最大破坏宽度约52 m，龙卷破坏等级为EF1级，属于弱龙卷。而台风外围型龙卷一般发生在台风前进方向的右前侧。

2）在季风低压活动天气背景下，低层辐合、高层辐散的配置及中低空西南急流的叠加交汇是该次龙卷天气过程发生发展的有利天气尺度条件。台风外围型龙卷也发生在大尺度环流有利于风雨持续的环流形势中。

3）该次热带扰动龙卷发生在较大的对流有效位能、深厚的湿层和极低的抬升凝结高度环境条件下，0～6 km垂直风切变较小，但低空垂直风切变、风暴相对螺旋度和能量螺旋度较大，为超级单体风暴的发展提供了有利的动力条件潜势；相较于广东台风外围龙卷发生的环境条件，该次热带扰动类龙卷的对流不稳定能量（CAPE和EHI）更大，但低空及深层的垂直风切变及风暴相对螺旋度等动力环境条件明显偏弱。龙卷发生前，地面存在明显的中尺度辐合线和小尺度涡旋，是龙卷母体风暴触发的有利中小尺度系统。

4）龙卷发生在强降雨回波带中的微型超级单体风暴中，伴有明显的低层入流缺口和钩状回波特征，龙卷母体风暴中的中气旋强度较弱，约10 m／s，为弱中气旋，这也是龙卷强度较弱的原因；龙卷触地前后，风暴质心明显下降至约300 m高度，并伴随中气旋强度的加强和直径尺寸明显缩小（约1.6 km），龙卷出现在钩状回波顶端附近和中气旋中心。

致谢：感谢广州市番禺区气象局在现场灾调中提供的支持和帮助！