苏北2020年6月12日高邮龙卷的形成机理和回波演变分析

王琛; 魏鸣

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2021.075

苏北2020年6月12日高邮龙卷的形成机理和回波演变分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.075

王琛,
魏鸣^,

南京信息工程大学/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，江苏南京 210044

基金项目:

国家自然科学基金项目 41675029

山东省自然科学基金面上项目 2020MD052

山东省自然科学基金面上项目 ZR2020MD053

详细信息

通讯作者:
魏鸣，女，河北省人，教授，主要从事双偏振天气雷达研究。E-mail：mingwei@nuist.edu.cn

中图分类号: P445.1
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出版历程
- 收稿日期: 2021-07-05
- 修回日期: 2021-10-18
- 网络出版日期: 2022-03-02
- 刊出日期: 2021-12-20

ANALYSIS OF FORMATION MECHANISM AND ECHO EVOLUTION OF GAOYOU TORNADO ON JUNE 12, 2020 IN NORTHERN JIANGSU

WANG Chen,
WEI Ming^,

Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China

摘要

摘要: 苏北平原易发龙卷，为深入认识其形成机理和回波演变特征，针对2020年6月12日江苏高邮的一次EF2级的龙卷，利用NCEP/NCEP再分析资料、探空资料、V-3θ资料、葵花8号静止卫星资料和双偏振雷达资料对本次龙卷天气过程进行详细分析。(1)苏北的天气形势处于强的热力不稳定状态，尤其是925~850 hPa呈现罕见的变干变冷结构，有利于龙卷的爆发。(2)龙卷形成前经历了两个阶段的风暴单体合并，回波合并加强了不稳定能量。(3)中气旋和TVS对龙卷有预警作用，龙卷发生前的23 min和17 min，雷达分别探测到了中气旋和TVS；龙卷及地时，雷达同时探测到了气旋性TVS和反气旋TVS，据此提出了一种龙卷涡管的三维结构模型。(4)速度谱宽大值区的出现是预警龙卷的有效信息。(5)龙卷发生时，出现了龙卷碎屑特征、Z_DR柱和K_DP柱等显著特征。研究结果为深入认识苏北平原龙卷的演变特征并改进预警提供了参考依据。
- 龙卷 /
- 双偏振雷达 /
- 形成机理 /
- 回波演变 /
- 预警
Abstract: Tornadoes attack the northern Jiangsu plain frequently. To understand the formation mechanism and echo evolution characteristics of a tornado that hit Gaoyou, Jiangsu on June 12, 2020, the present study uses NCEP/NCEP reanalysis data, sounding data, V-3θ data, Himawari-8 data, and dual polarization radar data for analysis. The results show that: (1) The weather at that time in northern Jiangsu was in a state of strong thermal instability. The air from level 925 hPa to level 850 hPa was drier and cooler than usual, which was rarely seen. This was conducive to the outbreak of tornado. (2) Before the formation of the tornado, there were two stages of merging of cells, and merging of echo showed the instability energy was enhanced. (3) Middle cyclone and tornadic vortex signature (TVS) are good indicators of tornado occurrence. 23 minutes and 17 minutes before the tornado, radar detected a middle cyclone and TVS. When the tornado reached the ground, radar detected both cyclonic TVS and anticyclonic TVS. Given the above results, the present study has proposed a three-dimensional structure model of tornado vortex tube. (4) The large velocity spectrum width area is also a good indicator of tornado occurrence. (5) When the tornado reached the ground, the tornado debris signature, Z_DR column, and K_DP column appeared. The results provide a reference for further research of the evolution characteristics of tornado in the northern Jiangsu plain and may help improve early warning.
- tornado /
- dual polarization radar /
- formation mechanism /
- echo evolution /
- early warning

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图 1 2020年6月12日14时200 hPa(a)、500 hPa(b)天气形势图

蓝色实线为等位势线，红色实线为等温线，风矢代表风速风向。

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图 2 2020年6月12日12:50葵花8号静止卫星的卫星云图

a. 红外亮温：波长13.3 μm，空间分辨率2 km；b. 可见光反照率：波长0.47 μm，空间分辨率1 km，图中的箭头为楔状云系的示意图。

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图 3 2020年6月12日08时南京站的T-lnP图(a)和V-3θ图(b)

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图 4 0.5 °仰角反射率因子图

单位：dBZ。a. 11:46，实线圆圈内为中尺度对流系统、虚线圆圈内为孤立单体；b. 13:37，实线圆圈内为中尺度对流系统、虚线圆圈内为超级单体。图b中的右下角为图b中实线圆圈的放大图。

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图 5 风暴单体合并的第一阶段

a.11:57的0.5 °仰角反射率因子；b.2:14的0.5 °仰角反射率因子。虚线箭头代表根据相应的径向速度分析出的气流分布。单位：dBZ。

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图 6 龙卷及地时(13:54)的反射率因子图和反射率因子垂直剖面图(单位：dBZ，a)、0.5 °仰角反射率因子垂直剖面图(b)

A区域表示钩状回波；B区域表示三体散射回波。

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图 7 1.5 °仰角经过退速度模糊的风暴相对径向速度图

a.13:25；b.13:54。a中的圆圈以及b中的大圆圈表示中气旋；b中的小圆圈表示TVS。单位：m/s。

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图 8 龙卷母云中的反气旋性环流以及龙卷涡管的三维结构模型图

a.径向速度垂直剖面图，单位：m/s；b.13:54 2.4 °仰角的风暴相对径向速度，单位：m/s，大圈内为中气旋，小圈内呈反气旋TVS特征；c.龙卷涡管的三维结构模型图。

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图 9 2020年6月12日13:25—14:27龙卷参数随时间变化

a.50 dBZ回波顶高随时间的变化；b.TVS顶高、TVS底高、TVS直径随时间的变化。实线为TVS顶高、虚线为TVS底高、点划线为TVS直径。

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图 10 2020年6月12日南京雷达1.5 °仰角谱宽

单位：m/s。a.13:20；b.13:53。圆圈代表谱宽值大于10 m/s的区域。

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图 11 2020年6月12日13:54的TDS和K_DP的高值区现象

a.0.5 °仰角Z_HH图(单位：dBZ)，圆圈内代表Z_HH的高值区；b.0.5 °仰角ρ_HV图，圆圈内代表ρ_HV的低值区；c.0.5 °仰角Z_DR图(单位：dB)，圆圈内代表Z_DR的低值区；d.0.5 °仰角径向速度图(单位：m/s)，圆圈内代表TVS。

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图 12 2020年6月12日13:48和13:54垂直剖面图

a.13:48的Z_DR，单位：dB，圆圈内为Z_DR柱；b.13:54的Z_DR，单位：dB，圆圈内为Z_DR柱；c.13:54的K_DP，单位： °/km，圆圈内为K_DP柱；d.13:54的Z_HH，单位：dBZ，圆圈内为Z_HH柱。

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表 1 龙卷发生前南京站的环境参数

环境参数	6月11日20时	6月12日08时
对流有效位能/(J/kg)	1 800.1	2 469
抬升凝结高度/hPa	945.4	999.1
K指数/℃	35.2	39.9
0~1 km风矢量差/(m/s)	2.49	10.47
0~6 km风矢量差/(m/s)	12.56	15.18

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