论文作者：黄先香，白兰强，炎利军，张泽宇，蔡康龙，植江玲
（加粗字体表示龙卷风重点开放实验室成员）
登陆热带气旋（TC）的外围螺旋雨带中易发生龙卷，其破坏力有时不亚于TC本体强风所造成的灾害，由于TC龙卷只是大尺度环流中的小尺度天气系统，成因复杂，对其预报预警难度极大。广东是TC龙卷最高发的省份，TC龙卷数量占到广东龙卷总数的近50%。
广东TC龙卷主要有3个高发区：珠三角地区特别是佛山和广州一带、粤西的雷州半岛和粤东莲花山南侧的潮汕平原一带，其中灾害性TC强龙卷主要发生在珠三角的广佛区域（图1）。对比TC龙卷与非TC龙卷的空间分布，两者具有很大的重叠性，但部分非TC龙卷可以发生在距离海岸线更远的粤北和粤东的北部地区。
图1 1961-2022年热带气旋背景下广东龙卷分布（色阶，地形高度）
西行的TC易在广东产生龙卷。其中珠三角TC龙卷主要发生在TC移动路径的右侧和TC登陆以后,“粤西-广西东南部”以及“海南岛-北部湾”一带为珠三角龙卷产生的TC中心基本关键区或警戒区（图2a）；特别是TC中心位于湛江-广西东南部一带时的珠三角龙卷发生风险最高，TC中心位于海南岛-北部湾一带时珠三角也有发生龙卷的风险，一般都是弱龙卷。与珠三角相似，粤东龙卷绝大多数发生在TC移动路径右侧，但主要发生在TC登陆前，南海中北海面是粤东龙卷的TC中心基本关键区或警戒区（图2c）。粤西龙卷既可能发生在TC登陆后，也有相当比例发生在TC登陆前，而且粤西龙卷的TC中心基本关键区或警戒区更为宽泛（图2d），既涵盖了珠三角龙卷的基本关键区也涵盖了粤东龙卷基本关键区，这主要与雷州半岛“三面临海”的特殊地理地形特点密切相关。
图2 引发珠三角龙卷的TCs路径（a）、相似TC路径下珠三角无龙卷的TCs（b）、引发粤东龙卷的TCs路径（c）和引发粤西龙卷的TCs路径（d）（三角形表示龙卷大致发生地,星号表示龙卷发生时TC中心位置）
然而，有更多的相似路径、相似强度TC没有产生龙卷（图2b）；在珠江口以西登陆的TC中约有30%在珠三角产生龙卷。这表明依据相似TC路径来判断是否有龙卷发生只是一种基于统计规律的可能性风险判断，在有利的TC路径下，发生龙卷的几率高于其他TC路径发生龙卷的比例；TC龙卷除了与TC路径、TC中心位置等因素有关外，还与中低空大尺度环流配置、关键大气环境参数以及局地中小尺度系统活动等有关。
前人研究表明，TC龙卷超级单体风暴形成环境条件与西风带龙卷超级单体风暴既有相似之处也存在一定差异。两类龙卷超级单体风暴通常都发生在大的垂直风切变和大的风暴相对螺旋度（SRH）环境条件下，但西风带龙卷超级单体风暴的环境CAPE往往较大，而TC龙卷的环境CAPE通常相当小，CAPE参数似乎对评估TC引发的龙卷风险没有太大作用。Craven等（2002）指出，基于近地面100hPa混合层（厚度约1km，更接近午后积云基础高度即抬升凝结高度）计算得到的对流有效位能CAPE(MLCAPE)比基于地面计算的CAPE能更好的代表不稳定性能量。近年来研究表明，考虑环境空气夹卷效应在内的CAPE（E-CAPE）可以充分代表TC周围对流活动的不对称分布，E-CAPE对评估日本TC龙卷和美国温带气旋龙卷发生潜势是较为有效的热力学参数。
本文采用常规观测资料和ERA5再分析数据，对广东TC环境下两类天气型（偏南急流型龙卷和偏北急流型）龙卷的环境场进行分析，并对比研究了相似路径TC下广东龙卷与非龙卷、强龙卷与弱龙卷的关键环境物理量差异。结果表明，两类天气型TC龙卷的生成位置均与CAPE大值区、CIN的小值区和SRH大值区等基本环境参数有较好的空间配置对应关系（图3），特别是综合考虑了热力、动力条件的复合参数SCP及STP的大值区与广东龙卷发生位置呈更佳的匹配关系（图4）；而相似TC路径无龙卷程的环境热力、动力条件存在明显的空间不匹配，不利于强对流风暴特别是超级单体风暴和龙卷的发生，从而也使得其复合参数SCP及STP比有龙卷过程明显偏小（图5）。
图3 广东TC龙卷偏南急流型（a1—a4）、偏北急流型（b1—b4）热力和动力环境参数合成分析（a1、b1. E-CAPE,a2、b2. MLCAPE, a3、b3. MLCIN,a4、b4. SRH；圆点为龙卷发生位置；实线为等高线，单位：gpm；色阶为相应参数）
图4 广东TC龙卷偏南急流型（a1、a2）、偏北急流型（b1、b2）SCP（a1、b1）和 STP（a2、b2）合成分析（其他说明同图3）
图5 相似TC路径下珠三角区域无龙卷天气过程的环境场合成分析（其他说明同图3）
进一步对比广东有龙卷热带气旋（TTs）与无龙卷热带气旋（NTs）的热、动力环境差异。结果表明，MLCAPE和CIN并不是评估TC中有无龙卷发生的合适参数。在东北象限，TTs中绝大多数龙卷所处位置的MLCAPE比NTs更大，但这种差异没有达到显著性统计（图6c）；TTs和NTs的CIN值均很小，但两者的CIN差异并不明显（图6i）。而E-CAPE和SRH1能较好的区分TTs和NTs。在东北象限，E-CAPE大值区与TTs中龙卷位置较为一致，且TTs东北象限的E-CAPE的大值区范围和数值均比NTs更大，其龙卷所处位置的E-CAPE也比NTs明显更大，其差异通过了0.05显著性水平的Welch t检验（图6f）；龙卷位置与TTs东北象限的SRH1大值区存在较好的空间配置关系，东北象限的TTs的SRH1比NTs要大得多，其差异通过了显著性检验（图6l）。
图6 TC中心周围MLCAPE（a—c）、E-CAPE（d—f）、MLCIN（g—i）和SRH1（j—l）的合成水平分布（a、d、g和j. TT，b、e、h和k. NT，c、f、i和l. TT 环境与NT环境的参数差值分布；黑点表示相对于TC中心的龙卷位置；黑实线所包围的区域表示参数差值通过了0.05显著水平Welch t检验）
尽管在统计上龙卷与TC东北象限的E-CAPE和SRH1大值区存在较好的空间配置关系，TT环境比NT环境具有更大的E-CAPE和SRH1，但通过对NT个例环境场分析发现，有些NT环境东北象限中也具有较大的SRH1与E-CAPE，其热力与动力环境特征与TT环境场特征类似，有些甚至具有数值更大、范围更广的SRH1和E-CAPE。所以，不能简单地用E-CAPE和SRH大值区来预测TC龙卷。当在TC环境东北象限具有较大的E-CAPE和SRH1时, 只能说明在此环境下发生龙卷超级单体的概率较高。除有利的环境条件外, TC龙卷的生成还与TC本身结构、局地的中小尺度系统及风暴尺度的热力和动力过程等有关。
上述研究成果以“热带气旋背景下广东龙卷气候特征和环境条件”为题在《气象学报》2024年第3期发表（doi:10.11676/qxxb2024.20230125）。
图文｜黄先香
编辑｜曹桂梅
审核｜白兰强
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