转载｜《气象科技进展》“龙卷”主题论文推送

文摘 2024-07-18 14:35 广东

中国与欧美龙卷统计特征比较分析及研究进展

作者王东海 / 李兆慧 / 高枞亭 / 柳崇健 / 朱建军 / 炎利军 / 杜钧

关键词龙卷 / 研究进展 / 统计特征

摘要介绍欧洲、美国和中国的龙卷研究进展及其龙卷的时空分布特征,包括对年变化、月变化及日变化等统计特征进行了回顾和比较分析,并肯定了中国对龙卷的关注度及龙卷研究水平的逐步提升以及对未来龙卷的发展前景的展望。

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龙卷生成动力学初探

作者高守亭 / 左群杰 / 杨帅

关键词龙卷 / 动力 / 涡旋

摘要初步探讨了龙卷生成的动力学因素,其中包含垂直运动的产生、能量的集中和释放以及涡旋的发展。强对流中的强垂直运动取决于对流层中层水平运动的风速,对流层中层大风的出现是强对流发展的信号,也是一种预报指标。同时,大的垂直运动必造成大气中层及其以下的强辐合,因此中层以下的强辐合区也是一个预报积云发展的重要指标。在能量分析过程中最主要的是寻找能量辐合线。如果这条辐合线遇到了较大的垂直运动上升区,会使能量在这条辐合线的垂直运动最大上升区处得以释放,使积云系统进一步发展。在较平坦的地带如果辐合线及能量极值线上出现较大的浮力旋度,则会产生涡旋。这种涡旋又进一步引起速度的变化及垂直运动的形成,促进旋转区垂直运动的加强,形成极小范围的涡旋柱,即出现龙卷。

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龙卷数值模拟研究进展

作者姚聃

关键词龙卷 / 超级单体 / 生成机制 / 触发环境 / 高分辨率 / 大涡模拟

摘要龙卷尺度小、生命期短,对其精细化观测十分困难,数值模拟是可行而有效的分析研究工具。龙卷的数值模拟主要分为3类:第一类龙卷模拟针对简化的类龙卷涡旋进行模拟,研究龙卷的计算流体力学特征,不考虑母体风暴;第二类龙卷模拟以水平均匀初始场触发强对流过程,研究超级单体风暴和其中生成的龙卷的精细化结构和演变过程,其初始环境可以基于理想化或者实测探空廓线;第三类龙卷模拟基于再分析资料和资料同化进行模拟,研究实际环境中超级单体风暴触发环境及龙卷的形成过程。重点回顾龙卷数值模拟方法和主要工作进展,分析影响龙卷数值模拟效果的关键问题,包括龙卷生成机制、湍流过程与大涡模拟、数值敏感性以及受损物残骸等因素对龙卷模拟的影响。希望通过对这些工作的回顾促进我国龙卷数值模拟研究和龙卷预报预警业务。

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用瞬时扰动法考察龙卷环境系统的模式预报

作者钱维宏 / 梁卓轩 / 罗未萌 / 杜钧

关键词瞬时扰动 / 全球模式 / 龙卷环境系统

摘要龙卷作为局地强对流性天气事件的发生与天气和次天气尺度的扰动系统有关。应用"扣除瞬变气候场"的瞬时扰动法对两个全球模式(ECMWF和GFS)预报的中国和美国龙卷"扰动系统"进行了考察。回顾了近期研究的2016年6月23日发生在中国东部阜宁的龙卷事件扰动系统和2011年4月27—28日发生在美国南部的多龙卷过程扰动系统。ECMWF对前者的龙卷环境扰动系统能够提前54h,GFS能够提前18h预报出低层大气的低压扰动和高层大气的高压扰动以及冷暖扰动气团的变化与对比。ECMWF分别提前3、5、7和9d对上述美国南部的多龙卷预报出了与观测相吻合的高度扰动和温度扰动,包括它们的空间结构和随时间的变化。

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2015年“东方之星”翻沉事件和2016年阜宁EF4级龙卷对流风暴环境条件、结构特征和机理

作者郑永光 / 朱文剑 / 田付友

关键词龙卷 / 极端大风 / 下击暴流 / 中气旋

摘要 2015年"东方之星"翻沉事件(简称2015年事件)和2016年阜宁EF4级龙卷(简称2016年事件)都是极其罕见的极端强对流大风事件。利用多种观测资料、综合应用"配料法"的分析思路对比分析了两次事件的环流背景、环境条件、对流风暴的结构特征和地面大风与龙卷的形成机制。结果表明,两次事件虽然发生在有些类似的环流背景下,但环境条件存在很大差异。2015年事件对流层中层的显著干层使得大气具有较大下沉对流有效位能是有利于地面大风的重要环境条件,而0~6km垂直风切变强度则为中等;2016年事件则具备了有利于中气旋龙卷的所有有利环境条件。2015年对流风暴为一个主要伴随负地闪、质心低、最大反射率因子约50d Bz的β中尺度弓形线状对流系统;而产生2016年龙卷的则为一个主要伴随正地闪、质心高、最大反射率因子超过65d Bz的β中尺度经典超级单体对流风暴。2015年对流风暴存在多个微下击暴流区,约5km高度的中层附近存在强后侧入流区和中涡旋结构;而2016年超级单体风暴存在底高低于1km、自下向上、向东北方向倾斜的强中气旋和龙卷涡旋特征,以及钩状回波和回波悬垂等特征,并在高分辨率静止气象卫星可见光图像上有明显的旋转特征。2016年超级单体风暴冷出流与环境地表大气温度差小于4℃,显著弱于2015年对流风暴,这种不太强的下沉气流是该超级单体风暴能够产生龙卷的重要原因之一。

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雷暴大风与龙卷的预报预警和灾害现场调查

作者郑永光 / 田付友 / 周康辉 / 朱文剑

关键词雷暴大风 / 下击暴流 / 龙卷 / 监测 / 预报预警 / 现场调查

摘要近年来强雷暴大风与龙卷导致的灾害事件引发广泛关注。在总结雷暴大风和龙卷机理、短期预报技术和天气形势特征基础上,给出了这两类天气的监测和短时临近预报预警技术,最后简要总结了灾后现场调查工作和风灾强度评估方法。雷暴大风多数是由对流风暴内强烈下沉气流产生;而龙卷一类由中气旋产生,另一类由辐合线上的中小尺度涡旋和快速发展对流风暴中的强上升气流共同作用形成。但归根结底,巨大的静力不稳定能量是产生强雷暴大风与龙卷(热带气旋龙卷除外)的必要条件。新一代天气雷达观测是雷暴大风与龙卷的监测和临近预警主要手段。自动气象站观测风场能够相当程度上监测大风天气,地球静止气象卫星和自动气象站变压、变温等观测资料也能够辅助监测雷暴大风天气,但龙卷监测尚无法直接使用这两类资料。对这两类天气所致灾害的现场调查工作依然必不可少。快速更新或者集合的高时空分辨率数值模式预报及其后处理是这两类天气短时预报的主要途径。

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“龙卷”主题文献计量分析

作者张萌

摘要数据来源和统计方法基于web of science平台的SCI-E数据库及中国知网《中国学术期刊（网络版）》（以下简称CAJD）数据库检索了国内外有关“龙卷”主题的研究论文，尝试分析全球和我国相关机构及学者在龙卷研究领域的现状，并结合文献的年代分布、来源出版物分布等数据审视该领域的发展历程及未来趋势。在SCI-E 数据库中使用检索式TS="tornado" OR "waterspout"，文献种类限制为“article or review”，检索年限为 1900—2017年，检索得到龙卷主题文献2691篇；在 CAJD数据库中使用检索式“主题="龙卷" 或 "龙卷风"”，同时为聚焦研究类型的文献，将学科类别限定在理、工、农、医及信息科技类，检索年限为 1915—2017年，检索命中文献950篇（检索时间为 2018年2月25日）。

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研发中的美国强天气（龙卷、大冰雹和局地强降水）预报系统FACETs

作者杜钧 / 薛明

关键词预报系统 / 强降水 / 大冰雹 / 龙卷 / 美国 / 研发 / 强天气 / ETS系统

摘要美国强风暴实验室（NSSL）正在研发的FACETs系统预报对象包括龙卷、大冰雹和局地强降水，这套系统把预报信息同社会影响、人的心理行为和经济效益等学科相结合，把预报信息转化为同用户直接相关的问题

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强天气综合报警追踪平台功能设计及龙卷预警中的

应用

作者王啸华 / 郑媛媛 / 濮梅娟 / 宗培书 / 禹梁玉

关键词强天气综合报警追踪 / 强天气识别 / 联动预警 / 阜宁龙卷

摘要江苏省气象台通过建设强天气综合报警追踪平台(Sever Weather Alert and Track Compre Hensive platform,SWATCH),将省市县三级气象台强对流预警的业务分工、业务流程、资料处理和预报技术进行了集成应用和软件化表达。通过SWATCH实现了多源资料显示应用、强对流天气客观识别和客观外推、省市县三级预警快速制作和实时联动、省市县三级业务行为记录分析等强天气综合报警追踪关键技术。同时,SWATCH整合处理当前短临业务中常用的PUP、SWAN等业务系统中风暴识别和外推相关的核心产品,是结合江苏实际业务需求和业务场景的一次众创型省级业务平台试验。2015年开始SWATCH成为江苏省市县三级气象台强对流预警主业务平台,在2016年6月23日阜宁龙卷风等重大突发灾害天气的预警过程中发挥重要作用。

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雷达资料同化在可致龙卷的强暴雨系统分析中的一些应用

作者傅承浩 / 郜吉东 / 王云恒 / 唐杰 / 周长青 / 叶成志 / 庄照荣

关键词三维变分分析 / 龙卷 / 超级单体 / 雷达资料同化

摘要近十几年来,一直致力于开发一个适用于对流尺度的三维变分同化系统。在最近版本的系统中,目标函数定义为包括背景项、观测项(包括常规观测、雷达径向风和反射率)和一些弱约束项。背景误差协方差矩阵的空间相关是通过递归滤波的方法来实现的。并且利用了背景误差协方差矩阵的平方根使目标函数的条件数减小,从而加速了求解过程。在系统研发的初期阶段,把重点放在对雷达径向风的分析上,最近几年的研究延伸到了在变分框架内对反射率资料的同化上。在此基础上,为NOAA的"基于数值模式的预警"研究课题发展了一个根据当前天气形势的演变,动态定位分析区域的实时高频率(5 min)、高分辨率(1 km)风场分析系统。文中将给出几个实例分析。在NOAA灾害性天气试验基地的初步评估中,该实时系统得到了很好的评价。在结论部分将简要介绍两种新的资料同化方法:集合三维变分同化、混合三维变分和卡尔曼同化方法。当前正在评估这些方法在对流尺度强风暴天气分析和预报中的应用。

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我国龙卷预警试验的前沿阵地——访佛山市龙卷风研究中心炎利军主任

作者张萌 / 炎利军

关键词龙卷风 / 佛山市 / 预警 / 主任 / 试验 / 阵地 / 发生态势 / 发布过程

摘要 2018年佛山市对两次台风龙卷过程进行了预警试验,发布了独立的、到达镇街的龙卷预报,取得了较好的效果,本刊针对我国龙卷发生态势、实际预警发布过程中存在的困难等问题采访了佛山市龙卷风研究中心主任炎利军。

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2018年中国龙卷活动特征

作者黄先香 / 炎利军 / 蔡康龙 / 李兆明

关键词活动特征 / 龙卷 / 中国 / 天气过程 / 台风 / 平均值 / 强度 / 环流

摘要 2018 年中国可确认的龙卷天气过程有10 次、共产生22 个龙卷,主要发生在4—9 月。其中,EF1 级或以上强度的龙卷有19 个,EF1 级或以上强度龙卷数量明显多于2004—2013 年的龙卷记录年平均值。台风相关的龙卷天气过程是2018 年龙卷事件的主要特征,台风龙卷有16 个,占到总数的73%。其中,1814 号台风摩羯外围环流中出现了11 个龙卷,在我国近30 年来有记录的单个台风外围龙卷数量中居第二位。2018 年台风外围龙卷数量与非台风龙卷数量相比是显著偏多的。

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坎坷追风路——佛山市龙卷风研究中心李兆明博士

谈龙卷灾情调查

作者侯美亭 / 李兆明

关键词龙卷风 / 观测手段 / 灾情调查 / 辽宁铁岭市 / 李兆 / 佛山市

摘要 2019年7月辽宁铁岭市开原遭受龙卷风袭击,灾后及时的灾情调查对于此次龙卷的定级起到了非常重要的作用。本刊针对我国龙卷灾情调查、灾调对于灾情预警的意义、观测手段的进步等问题采访了佛山市龙卷风研究中心李兆明博士。

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2019年中国龙卷等强对流大风过程及灾情特征

作者李彩玲 / 黄先香 / 蔡康龙 / 炎利军 / 李兆明

关键词龙卷 / 研究进展 / 统计特征

摘要 2019年我国可确认的龙卷天气过程有8次、共9个龙卷,主要发生在4-8月。其中,强龙卷有4个,分别是EF4级龙卷1个,EF3级龙卷1个和EF2级龙卷2个;EF1级或以上强度龙卷数量较2004-2013年的年平均数明显偏少,但2019年龙卷致灾重,9个龙卷共造成16人死亡、218人受伤,其中辽宁省铁岭市开原区EF4级龙卷是我国自1961年以来的第7个EF4级龙卷,导致7人死亡,190人受伤。

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对佛山市龙卷研究中心的几点印象

作者俞小鼎

关键词龙卷 / 灾害调查 / 进展报告 / 广东省佛山市 / 研究成果

摘要本期进展报告,在广东省佛山市龙卷风研究中心的支持下,刊载了一组该中心及其合作机构近些年在龙卷监测、龙卷预警、龙卷灾害调查等领域取得的研究成果。

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编辑｜卢冰

复审｜郑秋红

终审｜刘东贤

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龙卷风重点开放实验室

中国气象局龙卷风重点开放实验室以佛山市龙卷风研究中心为原科技创新平台，依托广东省气象局和北京大学于2022年底成立。实验室聚焦国家防灾减灾需求，定位应用基础研究，致力于探索中国龙卷风及其母体风暴的形成机制与监测预警预报技术。