2022年6月19日广东佛山龙卷的双极化相控阵雷达特征

植江玲; 白兰强; 黄先香; 蔡康龙; 张晶晶; 李兆明; 黄舒婷

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2024.028

2022年6月19日广东佛山龙卷的双极化相控阵雷达特征

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.028

1.
佛山市龙卷风研究中心/中国气象局龙卷风重点开放实验室，广东佛山 528000
2.
中国气象局气象探测工程技术研究中心，四川成都 610225

基金项目:

广东省重点科技项目 2019B020208015

广东省气象局科研项目 GRMC2021LM06

佛山市重点领域科技攻关项目 2120001008761

中国气象局大气探测重点开放实验室开放课题 U2021M04

中国气象局龙卷风重点开放实验室开放课题 TKL202305

佛山市气象局科技项目 201905

详细信息

通讯作者:
黄先香，女，广西壮族自治区人，研究员级高级工程师，从事强对流天气预警研究。E-mail：fsqxj@163.com

中图分类号: P445.1
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出版历程
- 收稿日期: 2022-11-17
- 修回日期: 2024-02-28
- 网络出版日期: 2024-06-07
- 刊出日期: 2024-04-20

Observation of the 19 June 2022 Tornado by X-Band Polarimetric Phased Array Radar in Foshan, Guangdong

1.
Foshan Tornado Research Center, and China Meteorological Administration Tornado Key Laboratory, Foshan, Guangdong 528000, China
2.
CMA Research Centre on Meteorological Observation Engineering Technology, Chengdu 610225, China

摘要

摘要: 利用X波段双极化相控阵雷达等多源观测资料，分析了2022年6月19日早晨广东佛山超级单体龙卷的环境条件和对流风暴的结构及演变特征。龙卷母体风暴是在强西南季风天气背景下的一条东北-西南向飑线南端发展起来的。环境条件具备较大对流有效位能、低抬升凝结高度和强垂直风切变等有利于超级单体龙卷发生发展的热力和动力条件；低空风暴相对螺旋度、超级单体复合指数和强龙卷指数的显著增强对超级单体龙卷的发生有较好指示意义。具有高时空分辨率的佛山南海X波段双极化相控阵雷达探测到了龙卷母体微型超级单体的发展过程和龙卷涡旋的演变特征：对流单体在前侧低层入流的加强下逐渐形成钩状回波和反射率弱回波空洞；中气旋首先在2.5 km附近高度形成后向低层伸展，随着后侧下沉气流的加强，低层涡旋旋转增强，当低层中气旋旋转速度超过22 m · s^-1(强中气旋)且直径紧缩至1.5 km以内时，龙卷即将触地，龙卷涡旋特征(TVS)和龙卷碎片特征(TDS)出现是龙卷触地的主要特征，龙卷发生在反射率弱回波空洞、TVS和TDS附近。
- X波段双极化相控阵雷达 /
- 超级单体龙卷 /
- 龙卷涡旋特征 /
- 龙卷碎片特征 /
- 反射率弱回波空洞
Abstract: Based on the data of an X-band polarimetric phased array radar and other multi-source observation data, we present in detail the environmental conditions and evolution of the radar signatures of an EF1 tornado that took place in Foshan, Guangdong on 19 June 2022. The tornado was spawned from a supercell that developed at the southern end of a squall line, which developed in an active southwesterly airflow environment after the onset of the southwest monsoon. The ambient atmosphere had all thermal and dynamic conditions that were conducive to the occurrence and development of supercell and tornado, such as strong convective instability energy, low lifting condensation level and strong vertical wind shear. The significant enhancement of the low-level storm relative helicity, supercell composite parameter and significant tornado parameter had a good indication for the occurrence of a supercell tornado. A polarimetric phased array radar with high spatial and temporal resolution at Nanhai detected the development process of a mini-supercell and the evolution characteristics of a tornado vortex. The convective storm gradually formed a hook echo and a reflectivity hole with the strengthening of a front low-level inflow. The mesocyclone formed at a height of more than 2.5 km and then extended to the lower level. With the strengthening of rear-flank downdrafts, the vortex rotation at the lower level was enhanced. When the rotation speed of the low-level mesocyclone exceeded 22 m · s^-1 (strong mesocyclone) and the diameter contracted to less than 1.5 km, the tornado was about to touch the ground. The appearance of tornado vortex signature (TVS) and tornadic debris signature (TDS) is the main feature of tornado occurrence. The tornado occurred near the reflectivity hole, TVS and TDS.
- X-band polarimetric phased array radar /
- supercell tornado /
- TVS /
- TDS /
- reflectivity hole

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图 1 佛山附近雷达、探空站以及地面自动气象站分布

红色圆点分别为南海X波段相控阵雷达(NH)和广州S波段多普勒雷达(GZ)站点位置，绿色圆点为顺德风廓线雷达站位置(SD)，蓝色圆点分别为清远探空站(QY)和香港探空站(HK)位置，黑色点为地面自动站点位置，红色短实线为龙卷路径。

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图 2 2022年6月19日龙卷路径、照片和受灾图片

a~d和f为龙卷灾情，e为漏斗云视频截图。

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图 3 2022年6月19日07:00天气形势和雷达拼图

a. 500 hPa；b. 850 hPa；c. 925 hPa。蓝色等值线代表位势高度场(单位：hPa)，填色代表风场(单位：m · s^-1)，红色等值线代表温度场(单位：℃)，红色五角星为龙卷位置，c中红色方框包含的区域与d中包含的区域相对应；d. 地面风场，红色五角星为龙卷位置，红色虚线为地面辐合线；e. 广东省S波段多普勒雷达3 km CAPPI拼图，黑色方框为龙卷母风暴位置。

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图 4 2022年6月19日08:00探空曲线

a.香港站T-logp图；b.清远站T-logp图。黑色实线和绿色虚线分别为环境温度(单位：℃)和露点温度(单位：℃)；c.清远站风矢端图，红色带箭头实线代表风暴运动速度。

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图 5 2022年6月19日06:00起报的华南南海台风区域数值模式对19日07:00的混合层对流有效位能(a，MLCAPE，单位：J·kg^-1)、0~1 km风暴相对螺旋度(b，SRH，单位：m²· s^-2)、超级单体复合指数(c，SCP)和强龙卷指数(d，STP)预报产品分布

白色五角星为龙卷位置。

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图 6 2022年6月19日06:30(a)和07:15(b)地面风场、06:36—07:54顺德风廓线雷达观测(c)和根据顺德风廓线雷达观测计算的0~1 km风暴相对螺旋度演变(d)

c中填色代表风速大于12 m · s^-1的区域，红色三角形为龙卷发生地，红色虚线为中尺度辐合线。

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图 7 2022年6月19日06:00广州S波段雷达2.4 °仰角反射率因子(a)和径向速度(b)

白色方框表示龙卷母风暴位置。

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图 8 2022年6月19日07:00—07:30广州S波段雷达1.5 °仰角反射率因子(a₁~d₁)和0.5 °(a₂~d₂)、1.5 °(a₃~d₃)径向速度

黑色圆圈和白色圆圈分别表示中气旋和龙卷涡旋特征。

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图 9 2022年6月19日07:03—07:26佛山南海X波段相控阵0.9 °仰角反射率因子(a₁~j₁)和径向速度演变(a₂~j₂)

黑色圆圈和白色圆圈分别表示中气旋和龙卷涡旋特征，黑色长实线表示龙卷移动路径。

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图 10 2022年6月19日07:06—07:24广州S波段雷达反射率因子和径向速度垂直剖面演变

a. 沿低层入流方向的反射率因子垂直剖面，白色带箭头实线为弱回波区高度趋势线；b. 过中气旋中心并垂直于雷达径向的径向速度垂直剖面，白色方框为中气旋。

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图 11 2022年6月19日07:14—07:23佛山南海X波段相控阵雷达反射率因子和径向速度垂直剖面演变

a. 沿低层入流方向的反射率因子垂直剖面，白色带箭头虚线和实线分别为35 dBZ等值线高度和有界弱回波区高度趋势线；b. 过中气旋中心并垂直于雷达径向的径向速度垂直剖面，白色方框为中气旋。

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图 12 2022年6月19日06:54—07:30中气旋特征(a)和不同高度上中气旋旋转速度与TVS切变值时间演变(b)

黑色虚线方框为龙卷发生时段。

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图 13 2022年6月19日06:50—07:35中气旋特征时间演变(a)、不同高度上的旋转速度与TVS切变值(b，单位：m · s^-1)、旋转直径(c，单位：km)和旋转速度与直径之比(d，单位：10^-3 s^-1)时间演变

黑色虚线方框为龙卷发生时段。

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图 14 中气旋、龙卷涡旋特征和反射率空洞的低层平面(a)和垂直分布(b)概念模型

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图 15 2022年6月19日07:27佛山南海X波段相控阵雷达0.9 °仰角反射率因子(a)、平均径向速度(b)、零滞后相关系数(c)和差分反射率因子(d)

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表 1 南海X波段相控阵雷达和广州S波段多普勒雷达主要参数

雷达参数	X-band	S-band
最大探测距离/km	6000.00%	46000.00%
时间分辨率/s	6000.00%	36000.00%
最大不模糊速度	±20 m · s^-1	±27 m · s^-1
体扫模式	水平：0~360 °垂直：0.9~61.2 °(68个仰角，角度间隔0.9 °)	VCP21
发射机峰值功率/W	40000.00%	650 000
脉冲宽度/μs	1~100	667.00%
脉冲重复频率/Hz	1 000~4 000	322~1 304
径向最大分辨率/m	3000.00%	25000.00%

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表 2 2022年6月18日20:00—19日08:00清远探空站环境参数

时间	CAPE/(J·kg^-1)	SRH_{0~1 km/(m²· s^-2)}	BWD_{0~6 km/(m · s^-1)}	BWD_{0~1 km/(m · s^-1)}	LCL/m	CIN/(J·kg^-1)
18日20:00	2 636	109	15	11	171	15
19日08:00	501	195	23	20	147	6

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