姚聃

（中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京 100081）

0 引言

近年来，我国重大龙卷灾害多次发生，造成严重的人员伤亡和经济损失，引起了全社会的广泛关注。例如，2015年6月1日发生在湖北监利的“东方之星”客轮倾覆事件曾经被认为是由龙卷所造成的，其死亡人数超过400人[1]。2016年6月23日发生在盐城阜宁的EF4级强龙卷，死亡人数高达98人[2]。迫切需要针对我国龙卷发生机理和结构演变的理论研究工作，为龙卷预报预警提供科学依据。

龙卷是剧烈旋转的小尺度涡旋系统。它往往形成于超级单体风暴的对流云底部，直径仅有几十米至几百米，维持时间仅有几分钟到几十分钟。即便是在龙卷灾害严重、研究较为充分的美国，针对龙卷的有效预警时间也仅有短短的十几分钟，并且预报准确率十分有限[3-4]。即使采用世界上最先进的高分辨率、快速扫描的移动雷达系统进行观测，对于龙卷精细化结构和演变的分析研究仍然十分困难[5]。对于龙卷的完整认识，离不开重建其近地面层次的三维风场和热力结构，而这正是现有观测的难点所在。数值模拟成为研究龙卷的生成环境、内部结构以及发生发展过程的重要手段。

龙卷的数值模拟可以划分为理想模拟与实际模拟两大类。具体而言又可以细分为以下几种类型：1）高度简化、不考虑母体风暴发展的计算流体力学模拟；2）基于理想化或者实测探空廓线、考虑母体风暴发展的理想模拟；3）基于再分析资料并结合资料同化的实际模拟。……