ISSN 1004-4965

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中国龙卷时空分布及其环境物理量特征

冯佳玮 闵锦忠 庄潇然

冯佳玮, 闵锦忠, 庄潇然. 中国龙卷时空分布及其环境物理量特征[J]. 热带气象学报, 2017, 33(4): 530-539. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.04.010
引用本文: 冯佳玮, 闵锦忠, 庄潇然. 中国龙卷时空分布及其环境物理量特征[J]. 热带气象学报, 2017, 33(4): 530-539. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.04.010
Jia-wei FENG, Jin-zhong MIN, Xiao-ran ZHUANG. THE SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF CHINESE TORNADOS AND THEIR CHARACTERISTICS ANALYSIS OF ENVIRONMENTAL PHYSICAL VARIATIONS[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2017, 33(4): 530-539. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.04.010
Citation: Jia-wei FENG, Jin-zhong MIN, Xiao-ran ZHUANG. THE SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF CHINESE TORNADOS AND THEIR CHARACTERISTICS ANALYSIS OF ENVIRONMENTAL PHYSICAL VARIATIONS[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2017, 33(4): 530-539. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.04.010

中国龙卷时空分布及其环境物理量特征

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2017.04.010
基金项目: 

国家重点基础研究发展计划项目 2013CB430102

国家自然科学基金重点项目 41430427

江苏省高校自然科学重大基础研究项目 11KJA170001

详细信息
    通讯作者:

    闵锦忠,男,江苏省人,教授,博士,主要从事中小尺度数值模拟与资料同化、风暴尺度集合预报、气候变化与区域响应等方面的研究。E-mail: minjz@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P445.1

THE SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF CHINESE TORNADOS AND THEIR CHARACTERISTICS ANALYSIS OF ENVIRONMENTAL PHYSICAL VARIATIONS

  • 摘要: 利用2004—2012年《中国气象灾害年鉴》和CFSR再分析资料,研究中国龙卷的时空分布以及三个龙卷频发区的环流背景场和环境物理量特征,并比较他们之间的区域差异。结果表明:中国龙卷多发生于春夏季,午后傍晚较多,江苏和广东等平原地区出现龙卷概率最高。龙卷临近时,“江苏及其邻近地区”位于500 hPa槽前,850 hPa上有西南急流,造成了较强的低层垂直风切变;“广东及其邻近地区”在龙卷发生前地面对流有效位能均值达997.3 J/kg,0~1 km螺旋度均值达91 m2/s2,层结不稳定,动力抬升强;“东北地区”受深厚东北冷涡控制,整层水汽含量低,中低层比湿均值小于10 g/kg。通过比较环境物理量平均场的分布特征发现:螺旋度、垂直风切变、能量螺旋度指数和强龙卷参数对分析龙卷发生有很好的指示意义。“东北地区”对流有效位能和比湿均值远低于“江苏及其邻近地区”和“广东及其邻近地区”,但高低空的温度直减率大、中低层的垂直风切变强,该地区也会产生龙卷。

     

  • 图  1  2004—2012年中国龙卷天数和频数变化趋势

    图  2  2004—2012年中国龙卷频数逐月分布

    图  3  2004—2012年中国龙卷频数逐时分布

    图  4  2004—2012年中国龙卷频次分布

    图  5  2004—2012年中国龙卷密度分布

    图  6  2004—2012年中国龙卷密度逐季分布

    左、中、右图分别代表春、夏、秋季。

    图  7  2004—2012中国龙卷逐月分布

    图  8  “江苏及其邻近地区”(a,b)、“广东及其邻近地区”(c,d)、“东北地区”(e,f)500 hPa和850 hPa的龙卷发生前最近一时次合成环流场

    a、c、e. 500 hPa的合成环流场;b、d、f. 850 hPa的合成环流场

    图  9  “江苏及其邻近地区”(a~c)、“广东及其邻近地区”(d~f)和“东北地区”(g~i)龙卷发生前最近一时次变量合成场

    a、d、g.地面CAPE值(填色)和0~3 km螺旋度(等值线);b、e、h. 700~925 hPa风切变图(填色表示风速大小);c、f、i.地面比湿(填色)和850 hPa风场。

    图  10  龙卷频发地区龙卷发生前最近一时次的EHI和STF合成分布

    a、d. “江苏及其邻近地区”;b、e. “广东及其邻近地区的”;c、f. “东北地区”。

    表  1  强天气参数说明

    参数公式公式说明物理意义
    对流有效位能
    (CAPE)
    $\int_{{Z_f}}^{{Z_n}} {g\left( {\frac{{{T_{v,{\rm{parcel}}}} - {T_{v,env}}}}{{{T_{v,env}}}}} \right)} {\rm{d}}z$ Zf是自由对流高度,Zn是平衡层, Tv, parcel是气块虚温,Tv, env是环境虚温表征空气不稳定性
    对流抑制能量
    (CIN)
    $\int_{{Z_b}}^{{Z_f}} {g\left( {\frac{{{T_{v,{\rm{parcel}}}} - {T_{v,env}}}}{{{T_{v,env}}}}} \right)} {\rm{d}}z$ Zb是大气底部高度,Zf是自由对流高度, Tv, parcel是气块虚温,Tv, env是环境虚温表征大气底部的气块达到自由对流高度需要的能量
    风暴相对螺旋度
    (SRH)
    $\int {\left( {\overrightarrow {{V_h}} - \overrightarrow C } \right)} \cdot \nabla \times \overrightarrow {{V_h}} {\rm{d}}z$ Vh为气块水平风速,C为风暴移动速度对流运动中环境空气到气块的涡度转变
    抬升凝结高度
    (LCL)
    $123\left( {{T_0} - {T_d}} \right)$ T0Td分别为地面气温和露点粗略估算云底高度
    能量螺旋度指数
    (EHI)
    $\frac{{{\rm{CAPE}} \cdot {\rm{SRH}}}}{{160\;000}}$ CAPE和SRH分别为对流有效位能和风暴相对螺旋度把浮力能和动力参数有效结合起来
    强龙卷参数
    (STP)
    $\begin{array}{l} \left( {\frac{{sb{\rm{CAPE}}}}{{1500}}} \right) \times \left( {\frac{{2000 - sb{\rm{lcl}}}}{{1000}}} \right)\\ \quad \quad \times \left( {\frac{{{\rm{SRH}}}}{{150}}} \right)\left( {\frac{{{\rm{BWD}}}}{{20}}} \right) \end{array}$ sbCAPE为地面对流有效位能,sblcl为地面抬升凝结高度,SRH为风暴相对螺旋度,BWD是近地面的风切变强龙卷参数STP常被美国业务上用来预报龙卷发生的可能性,当STP大于1时,易发生EF2及以上的强龙卷
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    表  2  各区域龙卷发生前最近一时次的热力学合成变量

    地区对流有效位能
    /(J/kg)
    对流抑制能
    /(-J/kg)
    925~850 hPa
    温度直减率
    /(K/(100 hPa))
    850~700 hPa
    温度直减率
    /(K/(100 hPa))
    925~700 hPa
    温度直减率
    /(K/(100 hPa))
    925~500 hPa
    温度直减率
    /(K/(100 hPa))
    均值置信
    区间
    均值置信
    区间
    均值置信
    区间
    均值置信
    区间
    均值置信
    区间
    均值置信
    区间
    江苏及其邻近571.1449~6927284~615.55.2~5.86.05.8~6.25.95.6~6.16.66.4~6.7
    广东及其邻近997.3874~1 1194661~314.94.5~5.35.75.5~5.95.45.2~5.76.46.3~6.5
    东北158.6123~1945585~245.65.2~6.07.16.9~7.26.66.4~6.87.17.0~7.2
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    表  3  各区域龙卷发生前最近一时次的动力学合成变量

    地区0~1 km螺旋度/(m2/s2)925~850 hPa垂直风
    切变/(m/s)
    850~700 hPa垂直风
    切变/(m/s)
    925~700 hPa垂直风
    切变/(m/s)
    均值置信区间均值置信区间均值置信区间均值置信区间
    江苏及其邻近6658~731.91.5~2.22.51.8~3.14.23.7~4.7
    广东及其邻近9184~982.62.0~3.23.22.6~3.85.54.7~6.3
    东北9987~1113.32.7~3.92.72.1~3.45.34.6~6.1
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    表  4  各区域龙卷发生前最近一时次的水汽合成变量

    地区抬升凝结高度/gpm925 hPa比湿/(g/kg)850 hPa比湿/(g/kg)700 hPa比湿/(g/kg)600 hPa比湿/(g/kg)
    均值置信区间均值置信区间均值置信区间均值置信区间均值置信区间
    江苏及其邻近462317~60614.013.1~14.912.011.1~12.97.87.2~8.45.24.6~5.9
    广东及其邻近412353~47114.213.6~14.712.212.0~12.47.97.7~8.45.24.9~5.5
    东北1 092844~1 34010.09.3~10.78.57.9~9.05.75.5~5.83.23.0~3.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-30
  • 修回日期:  2017-04-18
  • 刊出日期:  2017-08-01

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