非超级单体龙卷风暴与低空气流结构特征研究

There are two types of tornadoes: those that come from a supercell thunderstorm, and those that do not. Non-supercell tornadoes present numerous problems for forecasters because of their small size, short duration and sometimes nonexistent radar signatures.In order to improve the warning for non-supercell tornadoes ,it is necessary to study the the structures of non-supercell tornadic storms and the features of low-level circulations in east China region by useing the Doppler weather radar data and weather reports in combination with automatic weather station data.Some techniques and methods ,such as statistics and typical case analysis, comprehensive analysis of multiple data and Dual-Doppler radar wind retrieval， will be applied in this study.The main research contents are summarized as follows: (1) The structure and evolutions of non-suppercell tornadic storms. This section includes low-level reflectivity structure and storm parameters such as the maximum reflectivity (DBZM) , maximum reflectivity height (HT) , cell-based vertically integrated liquid (C-VIL) and top of storm cell (TOP) ,etc..(2) The low-level circulation structure characteristics. This section includes the mean radial velocity ,storm relative mean radial velocity and peripheral circulation characteristics of tornado vortex.(3) The key environmental factors influential to occurring and intensity of non-suppercell tornadoes.

龙卷分为超级单体龙卷和非超级单体龙卷，非超级单体龙卷与非超级单体风暴相联系。非超级单体龙卷尺度小，维持时间短，有时雷达难以监测到其涡旋特征，因此预警难度较大。本项目利用新一代天气雷达所观测到的实例资料，结合加密自动站观测资料，采用统计和典型个例分析相结合、多种资料综合分析、多普勒雷达风场反演等方法，对华东地区非超级单体龙卷风暴和低空环流特征进行研究，以提高该类强天气短时临近预警水平。主要研究内容：(1)非超级单体龙卷风暴结构及其演变特征。包括：最大反射率因子（DBZM）、单体顶高（TOP）、最大反射率因子高度（HT）、基于单体的垂直积分液态含水量（C-VIL）等风暴参数特征及其演变情况，低层反射率因子结构特征。（2）低空环流结构特征。包括：风暴低层平均径向速度和相对风暴径向速度、外围环流旋转特征及其演变，地面环流结构特征及演变。（3）与非超级单体龙卷生成及强度密切相关的关键环境因子。

利用多普勒天气雷达资料，结合环境物理量和天气实况，对华东平原地区2005-2013年间出现的26个非超级单体龙卷风暴特征进行了分析。同时利用数值模拟和风场反演技术，对典型龙卷过程低层流场结构进行了模拟与分析。江苏省的扬州至盐城一带是龙卷多发地，其次是安徽北部的阜阳至江苏的徐州一带。对于华东平原地区，主要有两种系统易产生龙卷天气，即西风槽系统和台风倒槽系统，两者产生的非超级单体龙卷站总数的88.5%，而台风倒槽类龙卷出现的概率较高。较低的△T、低层大的湿度及低层强垂直风切变是非超级单体龙卷产生的最为关键的环境因子。.非超级单体龙卷风暴在龙卷涡旋产生前后的DBZM、C-VIL、HT和TOP值分别是54～55 dBz、23～28kg•m-2、8km和3.5 km左右。明显低于冰雹单体的参数值，但龙卷的日变化又与冰雹类似，1500-1900是多发时间段。.西风槽类非超级单体龙卷风暴参数DBZM、C-VIL、HT和TOP均大于台风倒槽类非超级单体龙卷风暴参数值。西风槽类4个参数值分别是54～56dBz、23～30kg•m-2、4km、8～10km，而台风倒槽类的4个参数值分别是52～54dBz、20～25kg•m-2、3.5km之下和7km之下。台风倒槽类的低层垂直风切变明显大于西风槽类，这也就决定了台风倒槽产生龙卷的概率要高于西风槽。无订正的西风槽类的0-1和0-2垂直风切变平均值分别为8.6和8.0m•s-1，而台风倒槽类的分别为11.3和9.6m•s-1。订正后的西风槽类的0-1和0-2km垂直风切变平均值分别为9.8和10.5 m•s-1，而台风倒槽类的分别为12.2和13.1m•s-1。.大多数EF1级及以上等级非超级单体龙卷风暴低层具有强切变特征。径向速度的强切变≥20m•s-1或者风暴相对径向速度的强切变≥15m•s-1对非超级单体龙卷的临近预警具有0-20min不等的时间提前量。.多数非超级单体龙卷风暴低层流场结构具有相同的演变特征。非超级单体龙卷风暴发展初期，在其中低层往往先出现气旋性环流，环流强度迅速加强并快速向下传递，使得底层由线性辐合迅速发展成气旋性辐合，进一步加强，形成强切变，这种强切变就是诱发龙卷的龙卷涡旋。.数值模拟在某些个例中能够较好地再现风暴底部辐合气流结构，这是风暴赖以产生、发展、维持的基本条件之一。