李婉仪 黄先香 蔡康龙 植江玲 张晶晶 周晓仪 田良钰

（1 广东省佛山市高明区气象局/佛山市高明区突发事件预警信息发布中心，佛山 528000；2 广东省佛山市气象局/佛山市龙卷风研究中心，佛山 528000）

0 引言

龙卷是对流云产生的破坏力极大的小尺度灾害系统，虽然持续时间短，但其产生的强烈阵风常造成重大的财产损失和人员伤亡[1]。与短时强降水、雷雨大风等类型强对流相比，龙卷属于小概率事件，短临预报预警技术欠缺。为加强龙卷研究，最大程度做好龙卷防灾工作，不少学者对龙卷在我国的地域分布[1-4]、龙卷发生的大气环流形势、物理量条件和雷达回波结构特征[5-13]进行了分析，并对开展超级单体龙卷和非超级单体龙卷的监测预警技术进行了深入探讨[14-18]。

佛山是珠三角及广东龙卷最为高发的地区之一，根据影响天气系统，佛山龙卷大致分为四类：台风外围型、锋面暖区型、地面辐合线型和热带扰动型[19]，其中，锋面暖区型和地面辐合型主要发生在西风带系统的环流背景中。佛山龙卷以台风外围龙卷为主[17,20-24]，西风带系统龙卷相对较少。从龙卷落区看，佛山龙卷主要发生在佛山东部的平原地带，西部山区和丘陵地带鲜有发生[19]。2020年5月31日19时（北京时，下同）左右，佛山市西部的高明区丘陵地带发生了龙卷灾害，这在历史上是少见的。为此，本文利用预报员日常可获取的多种气象资料，对此次龙卷进行细致分析，旨在为此类极端天气过程监测预警提供经验参考。

1 龙卷灾情概况

2020年5月31日11—21时，佛山高明区出现强雷雨天气，更合镇、明城镇出现暴雨，最大阵风6级。其中，19时许佛山市高明区更合镇停步工业区附近出现大风灾害，造成两家公司严重经济损失，没有人员伤亡。经佛山市龙卷风研究中心和高明区气象局对灾害现场沿线的目击者走访、影像资料收集、勘查取证、无人机航拍等方式，再结合天气雷达等多种气象数据综合分析研判，确认局地风灾为龙卷造成的。龙卷影响时间是18：59—19：01，龙卷主要在停步工业区造成明显破坏痕迹，最大破坏直径80 m，影响路径长度约670 m，两棵直径10 cm的芒果树被拦腰截断，龙卷破坏程度对应我国龙卷强度行业标准二级，相当于EF1级；目击者拍摄的多个视频以及工厂监控视频可见，被卷起的厂房铁皮顶及其他碎片逆时针方向旋转上升，且旋转时间超过1 min（图1a—1d）；航拍破坏现场可见，破坏痕迹狭长，纵横比大，是明显的龙卷风破坏特征（图1e）。该龙卷大风范围小，周边区域气象自动站布设仍较稀疏，距离龙卷发生地最近的3个气象站均在3 km以上，仅有处龙卷发生地下游方向的歌乐村委站录得极大风速达6级（12.9 m/s）。

2 天气背景和环境条件

2.1 天气背景

由2 0 2 0 年5 月3 1 日0 8时环流形势（图2）可见，500 hPa副热带高压（以下简称副高）较为强盛，588线控制广东，但受高原上西风槽东移下滑和云桂交界处短波槽东传的影响，副高有所减弱，广东处于短波槽槽前和副高不稳定边缘间不断增大的西南风场中，广东中西部一带的西南风风速由08时的14 m/s增至20时的16 m/s。700～925 hPa贵州附近有低涡发展，广东受低涡东南侧与副高西北侧之间的强盛西南气流影响，700、850、925 hPa存在一支风速分别为12、10、8 m/s的显著西南气流，由海上向珠江口西侧输送水汽和不稳定能量。同时，200 hPa广东处于南亚高压西北侧和高空急流轴右侧之间的辐散区内。31日午后，地面暖低压槽稳定少动，佛山处于槽前，南部沿海风力较大，有利于海上水汽向广东输送，且珠江口北侧经佛山有一条东北—西南走向的地面辐合线，佛山高明区正好处于辐合区（图略）。综上所述，低层辐合、高层辐散的配置以及中低层显著西南气流在珠江口西侧的叠加汇聚，为强天气的发生发展提供了较为有利的天气尺度条件。

图1 2020年5月31日18：59高明区更合镇龙卷视频截图（a—d）和灾情（e）（弧线箭头为飞物方向）Fig. 1 Video screenshots (a-d) and disaster situation (e) of the tornado occurred in Genghe Town, Gaoming District on May 31, 2020 (The arc arrows show direction of flying objects)

图2 2020年5月31日08时高空形势综合图Fig. 2 High altitude situation data at 08:00 BT 31 May 2020

2.2 环境条件

图3给出了2020年5月31日08时龙卷发生地周边的清远和阳江站T-lnP图。可以看到，佛山高明区周边大气具有较大的对流不稳定能量，对流有效位能CAPE在2100～2700 J/kg，用14时高明区更合地面自动站气温和露点资料订正后，CAPE高达4000 J/kg以上，呈现出强的条件不稳定；整个对流层的湿度都很大，接近或基本处于饱和状态；对流抑制很小，CIN为0 J/kg，抬升凝结高度LCL很低，在350 m以下，有利于深厚湿对流的触发。

龙卷等强天气的产生与抬升凝结高度及垂直风切变特别是低层的垂直风切变有密切的关系。表1给出了具体的环境参数，可以看到，清远0～6 km垂直风切变为13.0 m/s，属于中等偏弱的深层垂直风切变，阳江站0～6 km垂直风切变只有7.0 m/s，属于弱的深层垂直风切变；两个站的0～3 km的垂直风切变为10 m/s，属于较大的中层垂直风切变；0～1 km垂直风切变分别为5.7、7.1 m/s，属于较弱的低空垂直风切变。31日18：30—19：00广州雷达VWP风廓线显示0.3～1.2 km的风矢量差值为12.0 m/s，是一个相对比较大的低层垂直风切变值。另外，风暴相对螺旋度SRH和能量螺旋度EHI也是判别超级单体风暴和龙卷形成的重要指标[25]。从表1还可以看到，风暴相对螺旋度SRH在48～65 m2/s2，明显小于珠三角台风龙卷发生的SRH值[26]；能量螺旋度EHI在0.6～1.0，用14时高明更合地面气温和露点资料订正后EHI在1.4～1.9，环境条件有利于超级单体风暴发展的潜势。

图3 2020年5月31日08时阳江站和清远站T-lnP图Fig. 3 T-lnP data of Yangjiang station and Qingyuan station at 08:00 BT 31 May 2020

2.3 地面风场

根据区域气象自动站监测资料（图4）可以看出，18：00—18：30肇庆到云浮有地面切变线发展，并缓慢东移，南风加大，在更合镇与偏东风辐合，两条辐合线逐渐并拢，呈人字形分布，并在高要与高明边界形成小尺度涡旋；18：50—19：00随着南风进一步加强，辐合线发展，两区交界处及更合镇出现强对流，并出现12.7 m/s阵风（6级），离龙卷发生地最近的3个自动站（围绕龙卷发生地呈三角分布）录得风向呈现向龙卷发生地辐合分布，意味着这段时间内龙卷发生地处于辐合中心的上升区域，当涡旋与辐合上升区相遇，便有可能由于涡旋拉伸，使旋转加速形成龙卷；地面辐合线减弱，高明中西部地区转为偏北风，小尺度涡旋消散。

高明区处于珠三角西翼，呈西、南、北部三面环山、自西南向东北倾斜的地形。本次龙卷发生地更合镇处于高明区西北侧，四周以低山丘陵为主，故本次龙卷过程持续时间短，强度弱。

表1 2020年5月31日08时清远和阳江探空站环境参数Table 1 Environmental parameters at Yangjiang station and Qingyuan station at 08:00 BT 31 May 2020

图4 2020年5月31日18：00—19：00地面气象要素（箭头为气流，实线为辐合线、圆圈为小尺度气旋式环流）Fig. 4 Surface meteorological elements between 18:00 and 19:00 BT 31 May 2020 (Arrows show airflows, solid lines show convergence lines, circles show small-scale cyclonic circulations)

3 雷达回波特征

根据广州多普勒雷达0.5°反射率因子产品显示，2020年5月31日18：00—18：30云浮到高要方向有零散雷雨云团向东移近高明西北部地区，并在高要与高明边界处连成西南—东北向的带状回波，强度逐渐加强。18：36，对流风暴移入更合境内，强度继续加强。18：48，对流风暴发展为超级单体，最强反射率因子为63 dBZ，低层开始出现钩状回波和入流缺口，中层出现回波悬垂结构（图5a—5c）；径向速度图0.5°仰角上探测到气旋式旋转的速度对，底高约1.4 km，旋转速度约8 m/s，距离广州雷达约86 km，速度对尺度较大，直径约8km（图略）。沿着与穿过中气旋中心的方向做反射率因子和径向速度的垂直剖面（图5j—5k），18：48可观测到有界弱回波区，水平尺度约5 km，该超级单体的强反射率因子顶高约8 km，中气旋从底部2 km处向上延展至5 km左右，并在13 km左右高度上，气流成反气旋式向外辐散。18：54—19：00，回波强度略有减弱，最强反射率因子为58 dBZ，但钩状回波更加明显，速度对旋转速度增强至10 m/s，距离广州雷达约85 km，达到弱中气旋标准，其直径逐渐缩小至6.8 km左右，高明更合龙卷发生在19时前后，龙卷出现在钩状回波的弱回波区附近和弱中气旋中心（图5d—5i），此时超级单体弱回波区仍隐约可见，强反射率因子顶高仍保持在7～8 km，中气旋延伸高度下降至3～4 km（图略）。可见，引发本次龙卷的超级单体风暴中气旋直径较大。

4 结论

1）本次龙卷过程发生在较有利的大气环流背景和环境条件下。高层辐散与低层辐合的上下配置，中低层深厚的显著西南暖湿气流汇聚叠加，配合地面辐合线长时间维持，为强天气的发生提供了有利的天气背景。大的CAPE、较强的低层垂直风切变和低的抬升凝结高度为龙卷的发生提供了较为有利的环境条件。

2）地面辐合线是有利于龙卷发生的中小尺度系统。这次过程发生在珠江口暖湿气流与渗透到广东省中部弱冷空气交汇处，高明区处在“人”字形地面辐合线上，有利于形成小尺度涡旋，进而有助于龙卷的发生发展。

3）龙卷产生于β中尺度超级单体风暴，雷达监测到较为明显的钩状回波、回波悬垂和低层中等强度中气旋，龙卷出现在钩状回波顶端和中气旋中心附近；中气旋维持4个扫体，但其尺度较大，龙卷触地前后中气旋直径在6 km以上，属于尺度较大而强度较弱的中气旋，因此龙卷强度也较弱。

图5 2020年5月31日18：48广州雷达0.5°、2.4°、4.3°反射率因子（单位：dBZ）（a—c）和18：54—19：00广州雷达0.5°反射率因子（单位：dBZ）和0.5°、1.5°径向速度（单位：m/s）（d—f，g—i）（三角形为龙卷发生地，圆圈为中气旋所在位置）和18：48反射率因子（单位：dBZ）（j）、径向速度（单位：m/s）垂直剖面（k）Fig. 5 Guangzhou Radar 0.5°, 2.4°, 4.3°reflectivity factor at 18:48 BT 31 May 2020 (a-c) and Guangzhou radar 0.5°reflectivity factor and 0.5°, 1.5°radial velocity diagram between 18:54 and 19:00 (d-f, g-i) (The triangle show the place where the tornado occurs, circles show the location of the mesocyclone)and reflectivity factor (j), vertical profile (k) at 18:48

高明多山地丘陵，发生龙卷的概率极低。本次天气过程的对流云团在高明及高要边界丘陵地带的迎风波得到进一步发展加强，进入高明境内在较为有利的环境条件下触发了龙卷，但很可能是受地理地貌影响，龙卷持续时间短、强度弱。对于复杂下垫面如何影响龙卷的发生发展还需要通过模式进一步研究。