2023年江苏阜宁EF3级龙卷分析与多波段雷达监测预警技术Ⅱ：多波段雷达探测特征分析及预警技术研究

刘俊; 周红根; 夏雨晨; 徐芬; 张兴海; 史朝; 周芷西

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2025.067

2023年江苏阜宁EF3级龙卷分析与多波段雷达监测预警技术Ⅱ：多波段雷达探测特征分析及预警技术研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.067

刘俊^{1, 2, 3},
周红根^{1, 4, ,},
夏雨晨³,
徐芬^{2, 5},
张兴海⁶,
史朝^{1, 7},
周芷西⁸

1.
中国气象局大气探测重点开放实验室, 四川成都 610225
2.
中国气象局交通气象重点开放实验室, 江苏南京 210041
3.
泰州市气象局, 江苏泰州 225300
4.
江苏省气象探测中心, 江苏南京 210041
5.
南京气象科技创新研究院, 江苏南京 210041
6.
南京恩瑞特实业有限公司, 江苏南京 211106
7.
成都信息工程大学, 四川成都 610225
8.
扬州市气象局, 江苏扬州 225100

基金项目:

国家自然科学基金气象联合基金 U2342216

中国气象局创新发展专项 CXFZ2024J058

中国气象局大气探测重点开放实验室开放课题 2023KLAS05M

中国气象科学研究院基本科研业务费专项资金 2021Z003

华东区域气象科技协同创新基金项目 QYHZ202314

江苏省气象局科研基金项目 KM202312

江苏省气象局科研基金项目 KQ202509

详细信息

通讯作者:
周红根，男，江苏省人，研究员级高级工程师，主要从事雷达探测技术工作。E-mail：dpllyg@sina.com

中图分类号: P458.2
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出版历程
- 收稿日期: 2024-06-19
- 修回日期: 2025-08-28
- 网络出版日期: 2026-01-04
- 刊出日期: 2025-12-20

Analysis of the 19 September 2023 EF3 Tornado in Funing, Jiangsu, and Multi-Band Radar Monitoring and Early Warning Techniques Ⅱ : Multi-Band Radar Feature and Early Warning

LIU Jun^{1, 2, 3},
ZHOU Honggen^{1, 4
, ,},
XIA Yuchen³,
XU Fen^{2, 5},
ZHANG Xinghai⁶,
SHI Zhao^{1, 7},
ZHOU Zhixi⁸

1.
Key Laboratory of Atmosphere Sounding, CMA, Chengdu 610225, China
2.
Key Laboratory of Transportation of Meteorology, CMA, Nanjing 210041, China
3.
Taizhou Meteorological Administration, Taizhou, Jiangsu 225300, China
4.
Jiangsu Meteorological and Technical Equipment Centre, Nanjing 210041, China
5.
Nanjing Joint Institute for Atmospheric Sciences, Nanjing 210041, China
6.
Nanjing NRIET Industrial Company, Nanjing 210013, China
7.
Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225, China
8.
Yangzhou Meteorological administration, Yangzhou, Jiangsu 225100, China

摘要

摘要: 为探究多波段雷达自适应协同观测在龙卷特征“捕捉”、业务预警中发挥的正向作用，构建可供业务参考的龙卷预警指标。本文以江苏历史上9月份罕见的2023年9月19日阜宁EF3级龙卷(简称“9.19”阜宁龙卷)案例为切入点，从多波段雷达回波特征分析、龙卷临近预警、预警效果检验3个方面展开讨论。(1) S波段和X波段天气雷达可互补式给出龙卷母体风暴及伴随龙卷发生的中小尺度特征。“9.19”阜宁龙卷雷达回波特征符合龙卷超级单体概念模型和成熟中气旋概念模型，并伴有龙卷风涡旋特征(TVS)、龙卷风碎片特征(TDS)、Z_dr弧、K_dp弧、Z_dr柱、K_dp柱、CC柱、W柱、反射率因子核(RC)等特征。(2) TDS与强劲的上升气流有关，中气旋与龙卷直接相关，两者均是龙卷发生的必要条件，均可作为龙卷临近预警指标。“9.19”阜宁龙卷TDS预警提前量为13 min和33 min，中气旋预警提前量为19 min和39 min。TDS高度还对龙卷的强度和维持有一定指示意义。(3) 经2023年9月19日江苏建湖EF1级龙卷过程预警检验，多波段雷达TDS和中气旋联合预警提前量达15 min。研究结果为江苏多波段天气雷达监测预警龙卷提供了参考依据。
- “9.19”阜宁龙卷 /
- EF3级 /
- 多波段雷达 /
- 龙卷特征 /
- 龙卷预警
Abstract: To explore the value of adaptive cooperative observations from multi-band radar in capturing tornado features and improving operational warnings, and to construct a tornado warning index for operational reference, this study analyzes the rare EF3-level tornado case on 19 September 2023 in Funing, Jiangsu, which is a rare tornado event for September in the history of Jiangsu. The analysis is conducted from the multi-band radar echo characteristics, tornado nowcasting, and early warning verification. The key findings are as follows. (1) The S-band and X-band weather radars cooperate to provide meso- and micro-scale features of the tornado and its parent storm. Funing EF3-Level tornado convection pattern conforms to the tornadic supercell conceptual model and the mature mesocyclone conceptual model, exhibiting mesoscale features such as Tornado Vortex Signature (TVS), Tornadic Debris Signature (TDS), Z_dr arc, K_dp arc, Z_dr column, K_dp column, CC column, W column, and Reflectivity Core (RC). (2) Both the multi-band radar TDS, which is associated with strong updrafts, and the mesocyclone, which is directly linked to the tornado, can be used for tornado targeted warning. The lead warning time of Funing tornado using TDS is 13 min and 33 min, while the lead warning time of Funing tornado using mesocyclone is 19 min and 39 min. In addition, the height of TDS offers a certain indication of the intensity and maintenance of the tornado. (3) According to early warning test of Jianhu EF1-level tornado on 19 September, the combined warning of multi-band radar TDS and mesocyclonic characteristics reached a lead time of 15 min. These findings provide a reference for the multi-band weather radar monitoring and warning of tornadoes in Jiangsu.
- "9.19" Funing tornado /
- EF3-level /
- multi-band radar /
- tornado characteristics /
- tornado warning

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图 1 2023年9月19日20:16盐城SAD雷达0.97 °仰角反射率因子(a)和20时10—20分江苏省10 min风实况(b)

a和b中D为江淮气旋中心；b中红色虚线为辐合线/冷锋线；a和b中龙卷发生地、盐城雷达、气旋中心位置均标注，并一一对应。

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图 2 2023年9月19日20:16盐城SAD雷达0.5 °仰角全参量图

a. 反射率因子，单位：dBZ，下同；b.径向速度，单位：m·s^-1，下同；c. 谱宽，单位：m·s^-1，下同；d. 差分反射率，单位：dB，下同；e. 差分传播相移率，单位：deg·km^-1，下同；f. 零滞后相关系数，单位：1，下同；▽表示龙卷发生地芦蒲镇童营村到板湖镇。

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图 3 2023年9月19日20:16盐城SAD雷达不同探测仰角径向速度(a；具有中气旋特征)、反射率因子-差分反射率-零滞后相关系数(b，c，d；具有TDS特征)、速度谱宽(e)图

·表示龙卷发生地芦蒲镇童营村。

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图 4 2023年9月19日20:21宝应XD雷达0.3 °(上)、0.6 °(下)仰角反射率因子(左)、径向速度(右) 图

黑细线为芦蒲镇童营村到板湖镇连线，即“9.19”阜宁龙卷直线路径；黑粗线是RHI模式扫描方位。

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图 5 2023年9月19日20:21宝应XD雷达反射率因子(a)、径向速度(b)、差分反射率(c)、零滞后相关系数(d)RHI图

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图 6 “9.19”阜宁龙卷过程中(20:10—20:41)盐城SAD雷达0.48 °仰角零滞后相关系数邮票图

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图 7 “9.19”阜宁龙卷过程中(19:58—20:47)盐城SAD雷达0.48 °仰角径向速度邮票图

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图 8 “9.19”阜宁龙卷过程中(19:39—20:47)盐城SAD雷达不同仰角探测的中气旋最大负速度(a)、切变值(b)、旋转速度(c)、高度时序(d)图

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图 9 2023年9月19日19:57和20:21宝应XD雷达0.3 °、3.29 °仰角径向速度图

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表 1 临近预警指标效果检验表

S波段雷达观测时间	S波段雷达TDS特征			S波段雷达中气旋特征				X波段雷达中气旋特征	预警情况	提前量/min
S波段雷达观测时间	距离裴桥村/km	面积/km²	顶高/m	最大负速度/(m·s^-1)	切变值/s^-1	旋转速度/(m·s^-1)	顶高/m	X波段雷达中气旋特征	预警情况	提前量/min
21:12	/	/	/	-15.3	7.38×10^-3	16.1	5 907	21:08低层气旋式辐合，中高层中气旋	不预警	/
21:18	6.5(西)	3.75	1 286	-38.0	12.5×10^-3	28.4	5 582	21:14低到中高层中气旋；加深加强	开始预警	15
21:24	/	/	/	-53.6	17.32×10^-3	36.0	4 653	21:20低到中高层中气旋；加深加强	保持预警	/
21:31	1.25(北)	1	743	-48.8	27.31×10^-3	33.6	3 660	21:26低到中高层中气旋	保持预警	/
21:37	/	/	/	-15.8	11.6×10^-3	12.4	4 162	21:38低层无中气旋，中高层中气旋	解除预警	/

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