ISSN 1004-4965

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2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析

王福侠 俞小鼎 薛学武 裴宇杰 杨吕玉慈 王宗敏 郭志强 朱刚 王玉虹

王福侠, 俞小鼎, 薛学武, 裴宇杰, 杨吕玉慈, 王宗敏, 郭志强, 朱刚, 王玉虹. 2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析[J]. 热带气象学报, 2023, 39(5): 664-679. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.058
引用本文: 王福侠, 俞小鼎, 薛学武, 裴宇杰, 杨吕玉慈, 王宗敏, 郭志强, 朱刚, 王玉虹. 2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析[J]. 热带气象学报, 2023, 39(5): 664-679. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.058
WANG Fuxia, YU Xiaoding, XUE Xuewu, PEI Yujie, YANG Luyuci, WANG Zongmin, GUO Zhiqiang, ZHU Gang, WANG Yuhong. Environmental Conditions and Radar Monitoring of the Tornado on July 21, 2021 in Qingyuan District, Baoding City[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2023, 39(5): 664-679. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.058
Citation: WANG Fuxia, YU Xiaoding, XUE Xuewu, PEI Yujie, YANG Luyuci, WANG Zongmin, GUO Zhiqiang, ZHU Gang, WANG Yuhong. Environmental Conditions and Radar Monitoring of the Tornado on July 21, 2021 in Qingyuan District, Baoding City[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2023, 39(5): 664-679. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.058

2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2023.058
基金项目: 

中国气象局创新发展专项 CXFZ2023J012

河北省科技厅重点研发计划社会公共事业创新专项 23375401D

详细信息
    通讯作者:

    俞小鼎,男,江苏省人,教授,研究方向为强对流大气分析、雷暴和强对流短临预报。E-mail:xdyu1962@126.com

  • 中图分类号: P445

Environmental Conditions and Radar Monitoring of the Tornado on July 21, 2021 in Qingyuan District, Baoding City

  • 摘要: 利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、雄安新区安新东白庄X波段相控阵多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料和常规观测资料对2021年7月21日河北省保定市清苑区东闾村龙卷过程进行了详细分析。结果如下:(1)龙卷于15时43分开始,历时22分钟,根据灾情判定此次龙卷为EF2级。造成此次龙卷的影响系统不典型,500 hPa及以下为切变或风速辐合区,700 hPa急流不仅输送了暖湿空气,加强了不稳定,还加大了垂直风切变,有利于强对流的生成和发展。(2)造成龙卷的微型超级单体风暴环境场特征:CAPE达到1 680.3 J/kg,0~3 km垂直风切变较大为17.1 m/s,0~1 km垂直风切变为7.1 m/s,0~6 km垂直风切变较小为7 m/s,湿层相对深厚,抬升凝结高度为316.1 m。(3)SA型多普勒天气雷达和X波段相控阵雷达观测到的1 km以上中气旋起止时间、强度、伸展高度和演变趋势基本一致。(4)X波段相控阵雷达径向分辨率很高,同时龙卷距离雷达较近,因而方位角方向分辨率也很高,观测更精细。X波段相控阵雷达在龙卷发生前5分钟到龙卷结束持续观测到1 km以下的低层中气旋,对发布龙卷预警有很好的指示意义。X波段相控阵雷达清晰地观测到钩状回波顶点附近低层的辐合流场,辐合高度可达2 km以上,证实了沿龙卷路径地面是辐合流场的结论。(5)在龙卷形成前14分钟X波段相控阵雷达观测到超单体风暴后侧下沉气流,后侧下沉气流温度低于环境温度,同时在龙卷形成位置中低层观测到强的辐合上升运动,这些观测特征验证了美国学者关于低层中气旋的形成机理。(6)低层中气旋生成后,X波段相控阵雷达观测到低层辐合迅速加强,达到最强时龙卷形成,验证了美国学者关于低层中气旋形成后还需要低层强辐合以及中层强上升气流的向上垂直拉升,龙卷才能形成的机理。

     

  • 图  1  2021年7月21日保定市清苑区东闾村龙卷灾害路径(白色实线)和破坏带(红色实线包围的红色阴影)

    黄色圆圈是起点位置,绿色圆圈是终点位置,阴影区白色箭头表示树木或庄稼倒伏方向,图c、d、e和g是无人机拍摄照片,其他由手机拍摄

    图  2  2021年7月21日14时500 hPa(a)、700 hPa(b)、850 hPa(c)、925 hPa(d)高度场(蓝线,单位:dagpm)、风场(风矢,单位:m/s)和低空急流(阴影,单位:m/s)

    图  3  龙卷发生地东闾村和最近探空站(红色)以及雷达观测站(黑色)分布图

    图  4  利用ERA5再分析资料构建保定2021年7月21日14时探空

    图  5  石家庄新乐SA双偏振雷达15时24分1.5°仰角基本反射率(a)和相对径向速度(b)

    棕色实线圆圈为雷达距离圈,间距50 km。

    图  6  石家庄新乐SA双偏振雷达0.5 °仰角基本反射率(a)、风暴相对径向速度(b)和1.5 °仰角风暴相对径向速度(c)(1、2、3、4、5分别是:15时30分、15时36分、15时42分、15时48分和16时00分,图中黑色圆圈代表中气旋)

    SA雷达径向分辨率为1 km,蓝色线段长度表示径向距离为5 km。

    图  7  石家庄新乐雷达探测的风暴参数演变(粉色曲线为最大反射率因子,单位:dBZ;红色曲线为最大反射率所在高度,单位:km;黑色曲线为单体顶高,单位:km;蓝色曲线为单体底高,单位:km)

    图  8  2021年7月21日安新东白庄X波段雷达基本反射率(a、b、d、e、g、i、k、l,时间分别为15时23分、29分、35分、38分、44分、58分,16时03分、08分,a为1.5 °仰角,其他均为0 °仰角)和0 °仰角基本速度(c、f、h、j,时间分别为15时29分、38分、44分、58分)(图中黑圆圈为中气旋,红色线AB为图 10图 11中剖面位置,A距离雷达32 km,B距离雷达42 km,蓝色线段长度表示径向距离3 km)

    图  9  2021年7月21日15时51分30秒安新东白庄站X波段雷达不同仰角基本反射率(a1:0.0 °;a2:1.5°;a3:3.0 °)和基本径向速度(b1:0.0°;b2:1.5°;b3:3.0°)

    黑圆圈代表中气旋,黑色虚代表辐合线,蓝色线段长度表示径向距离3 km。

    图  10  2021年7月21日15时24分—16时06分石家庄新乐雷达和安新东白庄雷达探测的中气旋垂直涡度(黑圈红阴影:安新东白庄X波段雷达;黑圈蓝阴影:石家庄新乐SA波段雷达)

    图  11  2021年7月21日安新东白庄站X波段雷达沿线段AB(线段AB见图 8)基本反射率剖面(a1~a4)和同时刻基本径向速度剖面图(b1~b4

    图 1234时间分别为15时23分、29分、35分、38分,同时刻基本反射率和基本速度剖面位置相同,横坐标为离开雷达站的距离,单位:km, 纵坐标为高度,单位:km,红色虚线为基本反射率35 dBZ以上轮廓线,黑色实线箭头示意上升气流,黑色虚线箭头示意下沉气流。

    图  12  图 11,但时间为2021年7月21日15时44分、15时58分、16时03分、16时08分

    图  13  2021年7月21日15时—16时10分东闾村周边区域站逐5分钟降水柱状图、气温曲线图和张登镇瞬时风向风速

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-02-11
  • 修回日期:  2023-08-11
  • 网络出版日期:  2023-12-30
  • 刊出日期:  2023-10-20

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