基于模拟的“彩虹”台风强龙卷精细化特征

董雪峰; 王映思; 黄先香; 严晓强; 张少婷

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2025.033

基于模拟的“彩虹”台风强龙卷精细化特征

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.033

董雪峰^{1, 2},
王映思³,
黄先香^1, ,,
严晓强⁴,
张少婷²

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.
三水区气象局，广东佛山 528000
3.
普宁市气象局，广东揭阳 515343
4.
成都市人工影响天气办公室，四川成都 610107

基金项目:

广东省基础与应用基础研究基金气象联合基金项目 2024A1515510006

广东省气象局科技项目 GRMC2020013

佛山市气象局科技项目 202216

佛山市气象局科技项目 202001

佛山市气象局科技项目 202401

佛山市气象局创新团队项目 202301

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，主要从事龙卷等强对流天气预报预警技术研究。E-mail: fsqxj@163.com

中图分类号: P444
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出版历程
- 收稿日期: 2024-01-09
- 修回日期: 2025-03-19
- 网络出版日期: 2025-07-06
- 刊出日期: 2025-06-20

Refined Characterizes of EF3 Tornado Induced by Typhoon"Mujigae"Based on the Numerical Simulation

1.
Foshan Tornado Research Center/China Meteorological Administration Tornado Key Laboratory, Foshan, Guangdong 528000, China
2.
Sanshui Meteorological Bureau, Foshan, Guangdong 528000, China
3.
Puning Meteorological Bureau, Jieyang, Guangdong 515343, China
4.
Chengdu Weather Modification Office, Chengdu 610107, China

摘要

摘要: 采用非静力中尺度数值模式WRF V3.6.1模拟1522号“彩虹”台风外围广东佛山EF3级强龙卷天气过程。基于模式模拟资料分析了强龙卷发生的近风暴环境条件、龙卷母体风暴超级单体和类龙卷涡旋(Tornado-Like Vortex, TLV)的演变特征。结果表明：近风暴环境CAPE揭示出有利于龙卷风暴发生发展的热力不稳定条件，TLV附近CAPE达1 000~1 500 J·kg^-1，近风暴环境0~3 km和0~1 km垂直风切变大值区与TLV系统位置呈很好的对应关系，在TLV发展期和强盛期，0~3 km垂直风切变分别达15×10^-3 s^-1和20×10^-3 s^-1以上，0~1 km垂直风切变分别达25×10^-3 s^-1和30×10^-3 s^-1以上；模拟的100 m、500 m和1 500 m高度的雷达回波能较好揭示龙卷超级单体风暴钩状回波形成、发展和消散的演变特征；成熟期的龙卷风暴内部，前侧下沉气流(FFD)和后侧下沉气流(RFD)加强，有利于风暴内部上升气流的增强，前侧阵风锋(FFGF)和后侧阵风锋(RFGF)形成锢囚结构，加强低层环流，促进近地面气旋式环流和TLV的发展加强，TLV系统中心位于上升气流与RFD之间、靠近上升气流一侧。龙卷发生之前伴随着低层中气旋的明显增强及中层中气旋的发展，低层强中气旋与龙卷生成相对应。
- 龙卷 /
- 数值模拟 /
- 超级单体 /
- 类龙卷涡旋(TLV)
Abstract: An EF3 supercell tornado, occurring in the external rainbelt of Typhoon"Mujigae"struck Foshan, Guangdong Province, China on 4 October 2015, resulting in severe damage. The tornado event was simulated using the nonhydrostatic mesoscale numerical model WRF V3.6.1. This paper analyzes the storm environmental conditions of the intense tornado and the evolutions of both the tornadic supercell storm and Tornado-Like Vortex (TLV) based on the model data. The analysis reveals that thermally unstable conditions near the storm environment facilitate the formation and development of tornado storms, with the Convective Available Potential Energy (CAPE) reaching 1 000-1 500 J · kg^-1 near the TLV. The areas of high 0-3 km and 0-1 km vertical wind shear in the storm environment correspond well with TLV system location. During the developmental and maturation periods of the TLV, the 0-3 km vertical wind shear exceeds 15×10^-3 s^-1 and 20×10^-3 s^-1, while the 0-1 km vertical wind shear surpasses 25×10^-3 s^-1 and 30 × 10^-3 s^-1, respectively. Simulated radar reflectivity at 100 m, 500 m and 1 500 m demonstrates the evolutionary characteristics of the tornadic supercell storm with hook echoes during development, maturation, and dissipation periods. During the maturation period, the forward-flank downdraft (FFD) and rear-flank downdraft (RFD) intensify within the tornado storm, promoting enhanced updraft inside the storms. The occluded structure of the forward-flank gust front (FFGF) and rear-flank gust front (RFGF) enhance the near-surface cyclonic circulation and the TLV. The TLV center positions between the updraft and RFD, proximate to the updraft side. The tornado formation is preceded by significant intensification of the low-level mesocyclone and development of the middle layer mesocyclone. The formation of the tornado corresponds to the presence of strong low-level mesocyclone.
- Tornado /
- Numerical Simulation /
- Supercell /
- Tornado-Like Vortex (TLV)

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图 1 2015年10月4日广州S波段雷达0.5 °反射率因子(a)和模拟的500 m高度雷达反射率因子(b)

单位：dBZ。

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图 2 2015年10月4日广州雷达0.5 °仰角雷达径向速度图(a~c，单位：m·s^-1)和模拟的500 m高度风场插值到广州雷达径向速度图(d~f，单位：m·s^-1)

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图 3 2015年10月4日0640 UTC(a、d、g)，0650 UTC(b、e、h)，0700 UTC(c、f、i)模拟的CAPE场(a~c，填色，单位：J·kg^-1)、抬升凝结高度场(d~f，填色，单位：m)、0~3 km(g~i)垂直风切变和0~1 km垂直风切变(j~l，填色，单位：10-3 s^-1)

黑色虚线圆表示模拟的TLV的位置。

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图 4 2015年10月4日0640 UTC(a、e、i)，0650 UTC(b、f、j)，0700 UTC(c、g、k)，0710 UTC(d，h，l)模拟的100 m(a~d)、500 m(e~h)和1 500 m(i~l)高度雷达反射率(填色，单位：dBZ)

黑色虚框表示龙卷风暴移向。

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图 5 模拟的2015年10月4日0640 UTC(a)、0650 UTC(b)、0700 UTC(c)和0710 UTC(d)雷达反射率(填色，单位：dBZ)沿着钩状回波入流缺口的垂直剖面(A~B)

纵轴为气压高度(单位：hPa)。

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图 6 模拟的2015年10月4日0640 UTC(a、b)，0650 UTC(c、d)和0710 UTC(e、f)的1 500 m高度垂直速度场(左列填色，单位：m·s^-1)和100 m高度的风场(左列风杆，单位：m·s^-1)、1 500 m的高度垂直涡度场(右列填色，单位：10^-2 s^-1)和风场(右列风杆，单位：m·s^-1)

灰色等值线是500 m高度的30 dBZ强度雷达回波；FFD、FFDF、RFD和RFGF分别表示前侧下沉、前侧阵风锋、后侧下沉和后侧阵风锋。

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图 7 模拟的2015年10月4日0640 UTC(a、d)，0650 UTC(b、e)和0710 UTC(c、f)的500 m高度雷达反射率(a~c，填色，单位：dBZ)，风场(风杆，单位：m·s^-1)和垂直涡度场(填色，单位：10^-2 s^-1)(d~f)

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图 8 模拟的2015年10月4日0640 UTC(a、d)，0650 UTC(b、e)，0655 UTC(c、f)，0700 UTC(g、j)，0705 UTC(h、k)和0715 UTC(i、l)的50 m垂直涡度(填色，单位：10^-2 s^-1)、风场(风杆，单位：m·s^-1)和垂直速度(等值线，单位：m·s^-1)(a~c和g~i)及沿着垂直涡度中心(蓝色直线)的纬向剖面(d~f和j~l)

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图 9 模拟的2015年10月4日0640 UTC(a)，0645 UTC(b)，0650 UTC(c)，0655 UTC(d)，0700 UTC(e)，0710 UTC(f)沿着TLV中心纬向剖面的垂直速度场(填色，单位：m·s^-1)、垂直涡度场(等值线，单位：10-2 s^-1)和风场(矢量，m·s^-1)纵轴为海拔高度(km)；FFD、RFD和TLV分别表示前侧下沉气流、后侧下沉气流和类龙卷涡旋；风暴移动方向为向西。

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