2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析

黎立页; 孟智勇; 白兰强; 李巍; 马小林; 韩经纬; 炎利军; 姚聃; 程银琳

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2023.046

2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.046

黎立页^{1, 2, 3, 4},
孟智勇^4, ,,
白兰强^{3, 4},
李巍⁵,
马小林⁶,
韩经纬⁶,
炎利军³,
姚聃^{1, 7},
程银琳³

1.
中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京 100081
2.
中国科学院大学，北京 100049
3.
佛山市龙卷风研究中心，广东佛山 528000
4.
北京大学物理学院大气与海洋科学系/中国气象局龙卷风重点开放实验室，北京 100871
5.
通辽市气象局，内蒙古通辽 028000
6.
内蒙古自治区气象局，内蒙古呼和浩特 010051
7.
中国气象局气象探测中心，北京 100081

基金项目:

国家自然科学基金项目 41875051

国家自然科学基金项目 42030604

详细信息

通讯作者:
孟智勇，女，河北省人，教授，博士，从事强对流天气的机理、可预报性和资料同化。E-mail：zymeng@pku.edu.cn

中图分类号: S42
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出版历程
- 收稿日期: 2021-10-27
- 修回日期: 2023-04-08
- 网络出版日期: 2023-10-24
- 刊出日期: 2023-08-20

DAMAGE SURVEY AND ANALYSIS OF A MULTIPLE TORNADO EVENT OVER COMPLEX TERRAIN IN CHIFENG, INNER MONGOLIA ON 11 AUGUST 2017

LI Liye^{1, 2, 3, 4},
MENG Zhiyong^{4
, ,},
BAI Lanqiang^{3, 4},
LI Wei⁵,
MA Xiaolin⁶,
HAN Jingwei⁶,
YAN Lijun³,
YAO Dan^{1, 7},
CHENG Yinlin³

1.
Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China
2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3.
Foshan Tornado Research Center, Foshan Meteorological Service, Foshan, Guangdong 528000, China
4.
Department of Atmospheric and Oceanic Sciences, School of Physics, Peking University/CMA Key Open Lab on Tornado, Beijing 100871, China
5.
Meteorological Bureau of Tongliao, Tongliao, Inner Mongolia 028000, China
6.
Meteorological Bureau of Inner Mongolia, Huhhot 010051, China
7.
CMA Meteorological Observation Centre, Beijing 100081, China

摘要

摘要: 2017年8月11日下午，三个EF4级龙卷袭击了内蒙古自治区赤峰市的地形复杂地区，造成5人死亡，58人受伤。这是1961年以来中国有记录的最强山地龙卷事件。首先给出了此次龙卷过程的灾情调查结果，接下来分析了此次龙卷母体风暴-龙卷超级单体产生的天气背景、关键环境参数以及多普勒天气雷达观测特征。本次龙卷事件发生在东北冷涡东南象限的地面锋前和干线向湿侧发展处，CAPE(对流有效位能)值为1 800 J/kg，0~6 km风垂直切变为12.9 m/s，0~1 km风垂直切变达到10.8 m/s；同时，0~1 km相对风暴螺旋度达到67.3 m²/s²，接近美国龙卷发生环境的中位数，有利于超级单体龙卷的发生。现场灾害调查发现，灾害路径具有多涡旋和不连续的特点，可能与当地的复杂地形有关。基于多普勒天气雷达相对径向速度图识别出三个龙卷涡旋特征(TVS)，TVS径向速度差最大达到38 m/s。三个龙卷及对应TVS出自同一个超级单体的同一个中气旋，其中两个TVS出现时间重叠。
- EF4级龙卷 /
- 灾害调查 /
- 复杂地形 /
- 赤峰 /
- 多普勒雷达
Abstract: In the afternoon of 11 August 2017, three EF4 tornadoes occurred over the complex terrain in Chifeng, Inner Mongolia, China, causing five fatalities and 58 injuries. It is the most violent tornado event ever recorded on a hilly plateau in China since 1961. First, the results of a damage survey are presented in this work. Then, synoptic environments and key mesoscale parameters of the parent storm, a tornadic supercell, are analyzed, together with the signatures of tornadoes on a Doppler weather radar. This event occurred in the pre-frontal quadrant of the Northeast China Cold Vortex (NCCV) and on a bulge toward the moist side of a dry line associated with the NCCV. The CAPE (Convective Available Potential Energy) was 1 800 J/kg. The vertical wind shears in the 0~6 km and 0~1 km layer were 12.9 m/s and 10.8 m/s, respectively. The 0~1 km storm relative helicity (SRH) reached 67.3 m²/s², which is close to the statistical median of U. S. climatology, indicating a storm environment favorable for tornadic supercells. Multiple vortices and an intermittent damage swath were observed via the Doppler weather radar, which was likely to result from the local complex terrain. The evolution of three radar-based tornado vortex signatures (TVS) were recognized, and the peak strength (maximum gate-to-gate azimuth radial velocity difference) reached 38 m/s. The three tornadoes and related TVS were generated from the same mesocyclone from a tornadic supercell, and two of them were overlapped in time.
- EF4 tornado /
- damage survey /
- complex terrain /
- Chifeng /
- Doppler radar

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图 1 a. 2017年8月11日赤峰龙卷在前进村、十里铺和五台山-山咀子造成的灾害范围(蓝色实线)和中心路径(红色实线)以及母体中气旋的路径(黑色实线)(填色为地形高度)；b. 前进村到十里铺、十里铺到五台山村的地形高度垂直剖面(蓝色实线)及水平距离，不同颜色的点表示赤峰雷达0.5 °仰角观测到的中气旋，填色代表旋转速度(V_rot)大小(横坐标为距离前进村的水平距离)。

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图 2 2017年8月11日赤峰龙卷分别在前进村、十里铺、五台山-山咀子的灾害分布等值线(白色实线)、树木倒伏(橘色箭头) 和EF分级等值线(白、蓝、绿、黄和红色实线分别代表EF0~EF4级)

b中的R2为EF4灾害等级的住宅位置，其照片见图 3h。c中的T2处有一棵树树皮扭曲剥落。

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图 3 c、k和o分别为前进村、五台山和山咀子的灾害分布和指示物，黑色箭头指示北方；a、d、g为S1~S3处摄像拍摄；b、e、f为前进村的灾害指示物；h为十里铺的EF4灾害指示物；i、j、l、m、n为五台山灾害指示物；p~r为山咀子灾害指示物。

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图 4 a~c分别为2017年8月9—11日14时的500 hPa位势高度场(蓝色等值线，单位：gpm)、温度(红色渐变线，单位：℃)和风场，灰色阴影代表地形高度，红点代表龙卷性超级单体的触发位置。“YO-H”代表鄂霍次克海阻塞高压所在位置；d~f为相应时次的850 hPa位势高度场(蓝色等值线，单位：gpm)、水汽混合比(绿色阴影，单位：g/kg)和风场。

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图 5 2017年8月9日14时（a）、10日14时（b）、11日12时（c）、11日14时（d）的ERA5海平面气压（蓝色实线）、地面露点（灰色实线）、5 K/(100 km)以上的地面露点梯度（阴影，代表干线）、地面风，11日14时中国气象局国家气象中心的地面天气图（e），2017年8月11日08时的温度对数压力探空图（赤峰站）及混合层抬升气块计算得到的对流有效位能（CAPE），风暴相对螺旋度（SRH）和抬升凝结高度（LCL）（f）

a~e中L为气旋中心，带三角形的蓝色实线代表冷锋，带半圆形的红色实线代表暖锋，绿色斜线代表湿舌（地面相对湿度超过70%或温度露点差小于等于5℃）；红色圆点代表 11日12时19分对流触发的位置。f中的风杆短杆代表 2 m/s, 长杆代表 4 m/s, 旗子代表 20 m/s。左下小图为风速端曲线。

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图 6 2017年8月11日08—20时ERA5在前进村龙卷位置的0~1 km SRH时间演变

红色三角形所在横轴位置为前进村龙卷的发生时间。

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图 7 2017年8月11日14时ERA5的500 hPa风场、地面露点(K)与E-CAPE(a)、MLCAPE(b)、MLCIN(c)、0~1 km SRH (d)、SCP(e)和STP(f)

图中圆点为前进村龙卷位置。

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图 8 2017年8月11日赤峰雷达0.5 °仰角的基本反射率(a~i)(单位dBZ)、雷暴相对径向速度(j~r)(单位：m/s)、及中气旋的旋转速度(V_rot)的时间序列(s)

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图 9 2017年8月11日14时25分和15时03分的赤峰雷达0.5 °仰角基本反射率(a、c)和沿AB线所示的垂直剖面图(b、d)

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图 10 赤峰雷达在2017年8月11日14时34分(a、d)，15时31分(c、d)的0.5 °仰角基本反射率和风暴相对径向速度

地点如图中白色文字所示。带箭头的黑色实线为龙卷中心路径；图b和d的红色三角代表影响前进村的龙卷涡旋(TVS)；图e~j为不同高度上TVS(彩色倒三角符号)最大风暴相对径向速度差(m/s)的时间演变图，不同的颜色代表不同强度的TVS，大小如右侧色标所示。图中的彩色圆圈代表赤峰雷达识别出的中气旋距地面约2~4 km高度的旋转速度(V_rot)时间演变，大小如左侧色标所示。

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图 11 日本静止卫星葵花八号在2018年8月11日14时30分(a)和15时30分(b)拍摄的可见光云图

箭头所指为影响赤峰的对流云团上冲云顶。

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表 1 2017年8月11日赤峰三次龙卷的基本情况

龙卷	受灾点	持续时间	路径长度	地形高度
前进村龙卷	前进村	14时28—39分	1.9 km	1 080 m
十里铺龙卷	十里铺	15时17—31分	1.4 km	760 m
五台山龙卷	五台山-山咀子	15时26—36分	1.6 km	790~740 m

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