黄河三角洲一次非中气旋龙卷观测分析

谷山青，王凤娇，魏振东，刘莉莉

摘要：利用區域气象观测站、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5，ERA5）、风廓线组网产品、S波段新一代天气雷达（S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network，CINRAD/SA）和X波段相控阵天气雷达（X-band phased array weather radar，XPAR）等资料，对2021年8月10日发生在黄河三角洲的3个EF0—EF1级非中气旋龙卷过程进行了详细分析。结果表明：（1）此次龙卷天气发生在高空干冷西北气流、低层横槽前暖脊和地面倒槽涡旋背景下，强烈的对流不稳定、0～6 km深厚层垂直风切变、大的低层湿度和接近1 000 m的抬升凝结高度，是此次弱非中气旋龙卷生成的有利环境条件；不利的条件是0～1 km低层垂直风切变非常弱。（2）海风锋、阵风锋触发对流，横槽分裂南下使上升运动加强；龙卷风暴影响时，临近区域气象观测站要素表现出明显变化，但风场的辐散特征表明观测站附近的大风还与风暴下沉气流有关。（3）龙卷母风暴为多单体合并、后向传播型风暴，双龙卷的形成与单体合并发展有关；雷暴下沉气流形成的阵风锋（出流边界）与海风锋合并使气旋性小尺度涡旋加强，当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时，旋转运动进一步增强，从而激发了第3个龙卷。（4）CINRAD/SA只观测到气旋性涡旋和风暴顶辐散；XPAR在双龙卷期间观测到强切变和龙卷碎片特征，相关系数低值区明显。

关键词：龙卷；非中气旋；涡旋；海风锋；合并

中图分类号：P445.1;P458.3     文献标志码：A     文章编号：2096-3599（2023）03-0001-00

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.03.007

Observation and analysis of a non-mesocyclone tornado in the Yellow River Delta

GU Shanqing 1，2， WANG Fengjiao2， WEI Zhendong2， LIU Lili2

（1. Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Shandong， Jinan 250031， China; 2. Binzhou Meteorological Bureau， Binzhou 256600， China）

Abstract： Based on the data of regional meteorological stations， ECMWF （European Centre for Medium-Range Weather Forecasts） Reanalysis v5 （ERA5）， wind profile network products， S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network （CINRAD/SA）， and X-band phased array weather radar （XPAR）， three EF0–EF1 non-mesocyclone tornadoes that occurred in the Yellow River Delta on 10 August 2021 are analyzed in detail. The results are as follows. （1） The tornado process occurs under the background of upper-level dry and cold northwest flow， warm ridge in front of low-level transversal trough， and surface inverted trough vortex. Strong convective instability， vertical wind shear in the 0–6 km deep layer， low-level large humidity， and a lifting condensation height of nearly 1 000 m are favorable environmental conditions for the formation of the weak non-mesocyclone tornadoes. The unfavorable condition is that the vertical wind shear in the 0–1 km is very weak. （2） The sea breeze front and gust front trigger convections， and the transversal trough splits and moves southward to strengthen the ascending motion. When the tornado storm affects the area， the observation elements of the nearby meteorological stations show obvious changes， but the divergence of the wind field shows that the high wind is relevant to the downdraft throughout the storm. （3） The parent storm of tornado is the type of multiple-cell merging and backward propagation storm， and the formation of double tornados is related to the development of cell merging. The gust front （outflow boundary） formed by the downdraft of the thunderstorm merges with the sea breeze front， which strengthens the cyclonic small-scale vortex. When the small-scale cyclone encounters the ascending motion strengthened by cell merging， the rotational motion is further enhanced， thus triggering the third tornado. （4） Only cyclonic vortices and storm-top divergence are observed by CINRAD/SA; XPAR observes strong shear and tornadic debris signature during the double tornadoes， and the low-value area of correlation coefficient is obvious.

Keywords：  tornado; non-mesocyclone; vortex; sea breeze front; merging

引言

龙卷是最激烈的强对流天气，虽然尺度小、影响范围不大，却因爆发激烈、生消演变迅速、造成生命财产损失严重而备受社会关注。龙卷分为中气旋龙卷（或者称为超级单体龙卷）和非中气旋龙卷（或者称为非超级单体龙卷）[1]。中气旋龙卷通常与中气旋相联系，持续的中气旋在0～1 km垂直风切变较大和抬升凝结高度较低的环境下很容易诱发龙卷[2]；非中气旋龙卷与非超级单体风暴相联系，通常与浅薄的、尺度较小的低层涡旋气流有关[3–4]。近二十多年来，随着我国多普勒雷达的布网探测，部分地区获得了许多龙卷观测资料，取得了许多龙卷研究成果[5–14]，如：龙卷多发生在梅雨、冷涡和热带气旋的背景下，较强龙卷需要大于1 000 J·kg–1的对流有效位能（convective available potential energy，CAPE），大于12 m·s–1的0～1 km垂直风切变（vertical wind shear，VWS）和小于1 000 m的抬升凝结高度（lifting condensation level，LCL）等；对孕生龙卷的超级单体风暴中小尺度特征取得了较为深入的认识，如中气旋底高通常低于1 km、中气旋强度与龙卷强度正相关等，以及双偏振雷达的龙卷碎片特征等。研究还表明龙卷的生成与风暴单体的合并、风暴之间的相互作用有关[15–16]。但研究多集中于中气旋龙卷，由于非中气旋龙卷个例较少[17]，研究尚不多。刁秀广等[4]、吴芳芳等[18]、郭泽勇等[19]分析发现非中气旋龙卷可发生于后倾槽前、热带气旋、西北气流的背景下，需要12 g·kg–1以上的低层比湿、7 m·s–1以上的0～1 km垂直风切变、中等以上CAPE值的环境中；郑永光等[20]、俞小鼎等[21]认为非中气旋龙卷常出现在飑线、弓形回波前部的中尺度涡旋（又称为中涡旋）内或在地面辐合线上。

山东北部沿海地区地处黄河三角洲腹地，北临渤海，强对流天气多发，近年来也多次出现龙卷。例如2018年8月14日在台风“摩羯”背景下生成多个龙卷[22]，2021年8月10日又出现3个弱龙卷，值得高度关注、分析研究。本文利用多种观测资料和数据产品对2021年8月10日发生在渤海之滨的EF0—EF1级龙卷进行分析，以期为该地区龙卷的预报、预警提供些许参考依据。

1 资料介绍

（1）地面区域自动站（以下简称“区域站”）资料，时间分辨率为5 min，主要的气象要素有降水、风向风速、露点温度、气温、气压等，该资料用于分析龙卷发生地附近地面中尺度环境情况，滨化盐场站是距离龙卷发生地最近的区域站。沿海附近区域站分布情况如图1所示。

（2）欧洲中期天气预报中心ERA5高空再分析资料，时间间隔为1 h，分辨率为0.25°×0.25°，垂直方向分层40层，该资料用于分析龙卷发生的高空物理量环境背景。

（3）滨州S波段新一代天气雷达（S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network，CINRAD/SA）和X波段相控阵天气雷达（X-band phased array weather radar，XPAR）资料用于分析龙卷发生前后强对流风暴的回波结构、径向速度特征及双偏振特征。CINRAD/SA距离龙卷发生地约78 km，最低探测高度约1 km，径向最高分辨率为250 m。XPAR距离龙卷发生地约43 km、最低探测高度约0.8 km，径向最高分辨率为30 m， 其一维相控阵天线采用电扫描方式，能够达到0～30°仰角连续无间断探测，探测精度较高。表1为两部雷达的主要参数对比。

2 地面天气实况及其分析

2021年8月10日14：30—15：15（北京时，下同）沾化区北部的滨化盐场附近出现龙卷。据目击者叙述，该强对流过程共出现3个龙卷。14：35前后在滨化盐场四工区和套尔河对岸的东风港生成龙卷A、B，15：12前后消失；15：05前后龙卷C在双龙卷A、B西南侧约1 km处生成，15：15前后消失（图2）；龙卷发生区域出现小雨、未出现冰雹，龙卷母风暴东部及东南部回波强度较大的区域出现短时强降水和雨夹雹。15：02滨化盐场站（位于龙卷B发生地东北方向约4 km处）观测到24.3 m·s–1（9级）极大风速。经灾情调查，龙卷A、B属于EF1级，袭扫之处有电线被刮断、电线杆倾倒、塑苫盐池苫布损坏，影响路径长度为5.6～6.0 km；龙卷C属于EF0级，维持时间短、强度弱，影响路径长度约2.0 km。移动路径详见图2b，龙卷A、B同时生成，开始时相向而行相遇于P点，之后一起向西南方向移动至M点时，龙卷C生成。

区域站观测资料显示，8月10日上午无棣、沾化和河口地区持续为弱偏西风，13：00以后这地区沿海附近逐渐转为向岸风，13：30沿海附近已形成一条明显的海风锋，无棣、沾化沿海（海风锋西北段）的风场呈现明显的气旋性涡旋（图3a）；海风锋形成后缓慢向内陆推进，14：40气旋性涡旋更加明显，龙卷A、B发生于海风锋前气旋性涡旋风场的东南侧（图3b）；15：00海风锋继续向内陆推进，龙卷C发生于海风锋后的偏东风和西南风之间的气旋性切变处（图3c）。这与郑永光[1]、张一平[23]得出的龙卷形成于中小尺度涡旋（气旋）东南象限的结论一致。随着海风锋向内陆持续推进，无棣北部的气旋性环流一直维持到16：00以后才减弱消失（图3d）。

分析距离龙卷最近的3个区域站的气象要素变化情况。14：20—15：10滨化盐场站、新户站和滨海站都经历了气温和气压先降后升、风向突变、风速加大等变化。其中，滨化盐场站气象要素变化最为剧烈：14：35—14：40西南风突变为东南风（气旋式转变）；14：40—14：45气温骤降3.2 ℃，15：10仅回升了0.4 ℃；14：50开始风力快速增大，15：00前后风力陡增2 min后出现9级（24.3 m·s–1）大风；14：40—15：10露点温度先升后降、氣压先突降后突升（变化幅度不大），15：00前后开始出现弱降水（15：00—15：50降水量为7.9 mm）。张劲梅等[24]研究总结得出，龙卷过境时会出现短时气压迅速下降后突升、气温先陡降再缓升、风向气旋式转变。这与滨化盐场站气象要素的变化特征相似，但3站风向表现为向外辐散（图3c），推断滨化盐场站的9级大风还可能与龙卷母风暴下沉气流有关。

3 环境背景分析

3.1 高空、地面形势分析

2021年8月10日08时，500 hPa、700 hPa鲁北—冀南一带主要受西北气流控制，850 hPa在天津到陕西北部存在横槽，横槽前有一暖脊控制京津冀南部到鲁西北西部。地面图上，冀鲁附近有倒槽配合，龙卷发生地附近处于倒槽南侧。高层干冷空气叠加在低层暖湿空气上，大气层结处于不稳定状态，为强对流提供了有利的热力条件。

风廓线雷达的探测周期不超过6 min，垂直分辨率为几十米到几百米，是除常规探空外高空风资料的最直接来源和补充[25]。8月10日14时风廓线资料表明，河北、山东西部3 000 m以上为一致的西北风，1 500 m附近横槽位于天津南，这与前文所述08时高空环流形势吻合（图略）。分析1 500 m风场变化发现，14：06—14：24位于黄骅的风向由偏西逐渐顺转为北风或东北，15：30转为西南；14：54以前东营的风向持续为西到西北，15：00—15：30逐渐逆转为西到西南。600 m、900 m两层风向的变化与1 500 m类似。由此可以推断14：24—14：54之间，600～1 500 m附近有横槽分裂南下影响无棣、沾化，有干冷空气侵入，且将近维持到15：30。

3.2 关键物理量分析

利用ERA5高空再分析资料计算了龙卷发生地附近14时的各主要物理量，并绘制了探空曲线图（图4）。计算得出，龙卷发生前该地区CAPE高达3 032.1 J·kg–1，K指数约30 ℃，假相当位温直减率约13 K，温度直减率约28 ℃，表明有相当强的热力不稳定。0～1 km低层垂直风切变约1.1 m·s–1（非常弱），0～3 km垂直风切变约8.2 m·s–1，0～6 km垂直风切变约16.7 m·s–1，这种结果表明大的垂直风切变并不集中在低层，而主要集中在0～3 km甚至0～6 km这样的深厚层中，这不利于EF2級以上强龙卷的产生。

龙卷发生地上空低层（0～1 km）平均比湿约为13.9 g·kg–1，中层（1～2.5 km）平均比湿约为7.9 g·kg–1，表明近地面层水汽十分丰富，中层存在相对干冷空气，下沉气块蒸发冷却作用小，不易形成强烈下曳气流。Thompson等[26]统计的EF2级以上强龙卷的平均LCL为981 m，弱龙卷为1 179 m，此次龙卷过程的LCL约为1 094.3 m，接近统计平均值。

综上，虽然0～1 km低层垂直风切变非常弱，但0～6 km深层垂直风切变达到中等强度，低层（0～1 km）绝对湿度较大，LCL接近弱龙卷发生时的统计平均值，且CAPE非常大，为EF0—EF1级弱龙卷风暴的生成提供了有利环境条件。

4 CINRAD/SA雷达回波特征分析

4.1 龙卷风暴的演变

8月10日下午渤海南岸地区强对流风暴强度相对较弱，面积较小。图5给出了此次非中气旋龙卷母风暴组合反射率因子产品（CR38），径向分辨率为1°×1 km，探测范围为230 km。14：01开始有4个对流单体在海风锋附近生成，14：07海风锋南段上2个单体首次合并发展形成风暴A，位于海风锋北段的单体B、C也略有发展（图5a），14：18单体B、C之间的海风锋上又新生单体D（图5b），14：30时单体B已完全并入风暴A（图5c），约5 min后龙卷A、B形成。14：36—14：42单体C、D缓慢发展，风暴A稳定少动，双龙卷维持（图5d、e）。14：48前后单体D并入风暴A，14：54前后新生单体E、F，15：00—15：06单体E、F与风暴A合并，致使风暴A再次发展并于15：05前后激发龙卷C（图5f、g）。15：00前后地面出现弱降水，随着风暴A中下沉气流的出现和出流边界的移出，龙卷快速减弱，龙卷A、B于15：12，龙卷C于15：15消失（图5h、i）。从龙卷生成前到其消亡的整个阶段，龙卷母风暴始终以风暴A为主，该母体风暴是多个单体合并，后向传播的结果[15]，这种孤立分散的单体结构对流更易生成龙卷[27]。风暴A自生成后先后有4个单体（B、C、D、E）在其上风方的海风锋附近生成并入，有1个单体（F）从其东南侧生成并入。对流单体的并入促使风暴A不断发展且移动缓慢，同时风暴高层云砧随承载层气流向东南方向伸展，风暴高层云砧中还有单体新生、合并，逐渐形成西北—东南向带状回波（图5i）。

4.2 龙卷母风暴结构演变分析

Wakimoto[28]等认为非超级单体龙卷生命史分为3个阶段：生成阶段、成熟阶段和消亡阶段。下面分阶段详细分析14：07—15：30风暴A的结构，每个体扫时间的风暴属性详见表2。

14：07—14：24为龙卷A、B的生成阶段，也是风暴A持续发展的阶段。最大反射率因子Zmax由53 dBZ增大到64 dBZ，风暴底高hbase下降至1 km以下（实际底高很可能低于雷达最低探测高度而无法被探测到）、风暴顶高htop维持在8.2～8.4 km，基于单体的垂直累积液态水含量（cell based vertically integrated liquid，C-VIL）由14 kg·m–2快速升至59 kg·m–2。14：24前后单体 B开始与风暴A合并，0.5°反射率因子在龙卷发生地附近出现“入流缺口”特征，同时强回波从低到高向南倾斜叠加于低层弱回波之上，说明该处存在较强上升气流，龙卷即将进入成熟阶段。

14：30—15：00为龙卷A、B的成熟阶段。14：30前后单体B完全并入风暴A，风暴母体开始迅猛发展，Zmax增至64 dBZ，60 dBZ以上强回波面积大幅增加，垂直高度伸展到7 km，最大反射率因子高度hz（max）上升至4.7 km。此后，强回波核开始下降、htop不断抬升。14：36前后风暴A发展至最强盛阶段，htop迅速上升到13.2 km以上，同时C-VIL跃增至64 kg·m–2，hz（max）下降至3.5 km。龙卷A、B大约发生在14：35前后，即单体B与风暴A合并后5 min，此时母风暴正处于迅猛发展且强回波核开始下降的阶段。该阶段，龙卷母风暴A的Zmax维持在62～64 dBZ，每逢风暴A略有减弱，强回波核高度略有下降的时候，便会有单体与之合并，使母风暴在下一个体扫时又略有加强，如此往复2个周期，风暴A的结构大体处于相对平衡状态，有利于龙卷的长时间维持。14：54前后在风暴A的上、下游分别有单体E、F新生，之后连续2个体扫时间内，单体E、F、C先后与风暴A合并。这一特征可能是龙卷A、B持续时间较长的原因之一，单体生消合并的详细情况详见表2。

15：00—15：18为龙卷A、B的减弱和消亡阶段，同时也是龙卷C的快速生消阶段。14：48前后风暴A低层西南边缘开始出现朝西南方向移动的弱出流边界，由前文地面实况分析可知，14：50前后这股下沉气流的出流影响了新户站、滨化盐场站、滨海站。研究表明[29]，降水形成涡旋内的下沉气流，使得龙卷减弱。15：00前后，龙卷附近的滨化盐场站出现降水，龙卷A、B开始减弱，但单体E、F与风暴A的快速合并使龙卷母风暴的结构没有遭到严重破坏。15：00—15：06单体C的并入对短时内维持风暴A的稳定结构有正贡献，而风暴下沉气流出流的北段向西北方向推进时与海风锋叠加，使早已存在于这一地区的气旋性环流加强；同时下沉气流又与暖湿偏西气流相遇交汇，产生辐合上升运动（形成窄带回波，即阵风锋），将地面加强的气旋性涡旋抬升，最终于15：05前后在龙卷A、B的西南侧约1 km处形成龙卷C。由此可见，龙卷C出现在风暴A后侧下沉气流出流与边界层偏西暖湿气流相遇的阵风锋中，这与刁秀广等[30]、高晓梅等[31]的研究结果相似。随着出流边界的出现和逐渐远离，风暴A的稳定结构遭到破坏，15：12以后风暴A快速减弱，风暴顶高和VIL随之持续下降，龙卷A、B于15：12前后消失，龙卷C维持约10 min后也很快减弱消失。

4.3 龙卷母风暴低层径向速度分析

选择低层径向速度进行分析，主要使用了平均径向速度产品（V26）和相对风暴平均径向速度产品（storm relative velocity map，SRM）。V26产品分辨率为1°×0.5 km、探测范围115 km，SRM产品的分辨率为1°×0.25 km、探测范围230 km。图6是滨州2021年8月10日CINRAD/SA 0.5°、1.5°、6.0°分别在14：24、14：36、15：06、15：12四个时刻的平均径向速度产品，图中蓝色圆圈表示气旋式辐合环流，其中，0.5°和1.5°气旋式辐合中心高度分别约为1.1 km、2.5 km，6.0°辐散中心高度約为8.4 km。

2021年8月10日14：07在风暴A形成后不久，滨州CINRAD/SA径向速度图上就呈现出低层辐合、高层辐散的特征。14：24—15：18龙卷发生前后，低层（0.5°～2.4°）径向速度图上，龙卷发生地附近一直维持有明显的气旋式辐合，低层各层相邻方位像素到像素的正负速度差均小于15 m·s-1；同时高层（6.0°）径向速度图上持续表现为辐散，14：30以后风暴顶辐散逐渐增强，15：00前后达到最强，15：06以后辐散逐渐减弱（图略）。在整个龙卷观测过程中，既没有识别出中气旋，也没有识别出龙卷涡旋特征。对比V26和SRM产品，径向速度的变化特征大体一致，龙卷在径向速度图上没有表现出强切变，在径向速度和相对风暴径向速度中均没有探测到典型特征。

5 XPAR雷达回波特征分析

5.1 风暴发展最强盛阶段的反射率因子特征

滨州XPAR获取一个探测数据约需2 min，具有远高于CINRAD/SA的时间和空间分辨率，对于探测风暴单体的细微结构和快速变化具有明显优越性，它较完整地探测到了此次非超级单体风暴的垂直结构和演变过程。XPAR探测到的风暴演变情况与CINRAD/SA相似，在母风暴向东南方向发展的过程中，同样探测到多个单体的陆续新生和与母风暴合并的过程。不同的是，单体新生和合并的状态及时刻较CINRAD/SA更清晰、更具体。XPAR识别的单体D的新生时刻较CINRAD/SA早125 s，识别单体E、F的新生时刻较CINRAD/SA早48 s；XPAR识别的新生单体与母风暴合并的时刻较CINRAD/SA早49 s或晚93 s、99 s、101 s。XPAR最早在14：22前后0.9°出现“入流缺口”，较CINRAD/SA早113 s。

图7给出了2021年8月10日CINRAD/SA 0.5°和XPAR 0.9°分别在14：36和14：35的反射率因子产品及线段AB和线段CD两处的垂直剖面产品，两雷达使用的色标相同，其中XPAR的反射率因子产品（Z）分辨率为1°×30 m、探测范围为60 km。在发射功率相同的情况下，短波长雷达对弱回波的探测能力要强于长波长雷达。虽然XPAR的波长较CINRAD/SA短，但其发射功率却远低于CINRAD/SA，所以XPAR对弱回波的探测能力十分有限，它的观测图像上基本没有小于15 dBZ的弱回波，也无法探测到窄带回波（出流边界）。为了方便对比，本文设置CINRAD/SA R19产品仅显示20 dBZ以上强度（图7a1）。XPAR的回波图像能够更精细地反映雷达回波的形态（图7b1）。由于强回波对XPAR的衰减远大于CINRAD/SA，其反射率因子的强度及强回波面积均较CINRAD/SA偏小（图7a2、b2）。两雷达都探测到了在AB和CD交点附近低层弱回波上空叠加了45 dBZ以上强回波，高反射率因子从低到高向入流一侧（南略偏西方向）倾斜，形成回波悬垂（图7a3、b3），说明此处存在较强上升气流，有“入流缺口”特征。

5.2 径向速度特征

选择XPAR中低层（0.9°和2.7°仰角）径向速度产品进行分析，产品分辨率为1°×30 m、探测范围为60 km，最大不模糊速度为20 m·s-1，本研究个例径向速度图中未识别出明显的速度模糊。龙卷发生地附近，XPAR的波束展宽约为730 m，CINRAD/SA约为1 300 m。

本文将同一仰角上最大正负速度绝对值之和定义为气旋式环流的切变值，以区别于龙卷涡旋识别算法中的相邻方位角的径向速度切变值。XPAR在整个观测过程中同样既没有识别出中气旋也没有识别出龙卷涡旋特征，但观测到较强切变，且正负速度中心直径均小于3 km。14：08龙卷发生地附近0.9°径向速度开始出现气旋式流场，14：22低层气旋开始显著发展起来，0.9°最大正速度约14.5 m·s-1，最大负速度约19 m·s-1，最大切变值33.5 m·s-1，但这种较强烈的切变仅出现在0.9°，对应低层小涡旋遇到上升气流后旋转运动加强。14：22—15：00中低层始终有气旋式环流，其中14：39前后切变达到最强，0.9°最大负速度中心约–18 m·s-1，最大正速度中心约17.5 m·s-1，最大切变值35.5 m·s-1，最大正负速度中心直径约1 km。对应2.7°仰角的切变值也达到最大值29 m·s-1。而CINRAD/SA观测到的最大切变出现时间为14：36，最大切变值约为15 m·s-1，明显小于XPAR的观测结果。因波束展宽导致的抽样体积内的平滑作用，会使速度的绝对值减小。CINRAD/SA的这种平滑作用较XPAR明显，故而最大切变值也较之明显偏小。另外，风暴发展迅速、采样时间不同也是原因之一。图8给出了XPAR 14：39中低层径向速度的径向和切向剖面产品。

由以上分析可见，此次非中气旋龙卷和尺度更小的“小尺度气旋”密切相关，XPAR在探测小尺度天气系统时仍较CINRAD/SA有明显优势。波束展宽、距离雷达站较远、气旋式旋转太浅薄等可能是造成两部雷达均未探测到中气旋和龙卷涡旋特征的原因之一。

5.3 双偏振特征

选择14：35—14：45期间7个体扫的低层反射率因子、径向速度及双偏振特征进行分析。图9是2021年8月10日14：39径向速度切变最强时滨州XPAR 0.9°水平极化反射率因子（ZH）、差分反射率（ZDR）、径向速度（V）、相关系数（CC）产品。

风暴低层龙卷发生地附近ZH一般在45 dBZ以下，基本对应大的ZDR和偏小的CC。ZDR在2～5 dB之間，CC在0.1～0.9之间。由此推断，龙卷发生地附近约800 m高度存在密度较小的大滴雨滴和被龙卷风卷离地面的非气象目标物。龙卷碎片特征（tornadic debris signature，TDS）是龙卷卷到空中的杂物碎片产生的高反射率因子ZH、低差分反射率ZDR和异常低的相关系数CC的双偏振雷达探测特征[32–33]，TDS可以帮助确认龙卷的发生和位置。在这次龙卷过程中CC低值的TDS特征非常清楚，ZDR低值的特征不明显。14：35—14：45是径向速度切变发展最强的时期，径向速度切变最大的区域对应着CC的小值区域。

6 结论与讨论

利用多种观测资料，对2021年8月10日下午发生在渤海之滨的3个弱的非中气旋龙卷进行了分析，主要有以下结论：

（1）这次龙卷过程发生的大气环流特点为：高空被西北气流控制，干冷空气叠加在低层横槽前暖脊上，地面上有倒槽和气旋性涡旋配合；海风锋、阵风锋触发对流，分裂南下的横槽使上升运动加强；极强的对流不稳定能量，中等强度的垂直风切变集中在0～6 km深厚层，大的比湿（13.9 g·kg–1）主要位于低层（0～1 km），接近统计平均值的LCL（约1 094.3 m），构成了龙卷风暴产生的有利环境条件。不利的条件是低层（0～1 km）垂直风切变非常弱。

（2）龙卷母体风暴原地少动，由多个沿海风锋发展移动的单体合并而成，为后向传播型风暴；双龙卷的形成与单体的合并发展有关，出现在单体合并后的5 min内。雷暴下沉气流形成的阵风锋（出流边界）叠加海风锋向西北移动，使气旋性小尺度涡旋加强；当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时，旋转运动进一步增强，从而触发了第三个龙卷；降水的出现和出流边界的远离造成龙卷风暴的减弱，促使龙卷消亡。

（3）CINRAD/SA只观测到低层的气旋性旋转和风暴顶辐散，没有观测到中气旋和龙卷涡旋特征。XPAR也没有观测到中气旋和龙卷涡旋特征，只观测到了强切变。波束展宽、距离雷达站较远、气旋式旋转太浅薄等可能是造成两部雷达未探测到中气旋、龙卷涡旋特征等典型特征的原因之一。

（4）风暴低层龙卷发生地附近ZH一般在45 dBZ以下，基本对应大的ZDR和偏小的CC。由此推断，龙卷发生地附近低层存在密度较小的大滴雨滴和被龙卷风卷离地面的非气象目标物。XPAR观测到龙卷涡旋碎片特征，ZDR低值不明显，CC低值区明显。

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