“东方之星”客轮翻沉事件周边区域风灾现场调查与多尺度特征分析

2015年6月1日21:30左右长江湖北监利段发生"东方之星"客轮翻沉特大事故。本文根据事发周边陆地区域现场天气调查结果,结合卫星和雷达观测资料分析认为,6月1日21:00-21:40左右事发江段和周边区域发生了下击暴流导致的强烈大风灾害,最强风力超过12级,并具有空间分布不连续、多尺度和强灾害时空尺度小等特征。事发周边区域北部受中气旋影响陆地区域(顺星村、老台深水码头、四台村养猪场附近、新沟子养鸡场附近等)灾情较南部阵风锋及其后侧下击暴流影响的陆地区域更为显著。综合雷达观测资料和现场调查资料分析判断多数调查点灾害为显著微下击暴流所致,其中老台深水码头有龙卷发生的可能。导致此次风灾的强对流风暴气流具有显著的多尺度性;事发周边区域北部的四台村养猪场附近树林中同时发生了多条相邻的微下击暴流条迹,呈现出辐散和辐合交替分布的特征,展示了此次强对流风暴中大气运动的复杂分布特点。虽然下击暴流会伴随中小尺度的涡旋特征,但此次现场调查发现的与下击暴流相联系的辐合特征水平尺度仅几十米,远小于弓形回波两端的书挡涡旋或者中涡旋等几千米级的水平尺度。     

2020年中国龙卷过程及灾情特征

2021年5月14日20∶40前后,湖北省武汉市蔡甸区千子山发生龙卷灾害。基于详细的现场灾情调查和观测资料综合分析判断：(1) 本次灾害具有受灾路径长、纵横比大,受灾指示物有辐合倒伏、扭曲、被拔起和抛射等龙卷破坏的典型特征,确认为龙卷风灾害。(2) 龙卷自西向东移动,总路径长度约17.95km,其中连续路径约11km,最大破坏直径1000m,平均破坏直径800 m。龙卷经历了触地初生、加强成熟到跳跃减弱三个阶段,在影响路径的后半段,龙卷强度较弱,有跳跃式前进的特征。综合评估本次龙卷最大强度为中国龙卷强度行业标准三级(相当于美国EF3级)。(3) 雷达资料分析表明,这是一次典型的超级单体龙卷,伴随有强中气旋和龙卷涡旋(TVS)发展,超级单体中气旋和TVS加强,旋转速度、最强切变加大以及顶高底高下降时,龙卷触地引起地面灾害,地面最强破坏路径位于中气旋和TVS路径南侧。对于超级单体龙卷,可依据中气旋和TVS演变特征进行龙卷预警业务试验。

     

基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正

不同雷达观测相同目标的反射率因子差异会影响雷达组网应用效果,对无波束阻挡的X波段雷达而言,这种差异主要由雷达定标偏差和信号衰减引起,其中衰减包含降水导致的衰减以及天线罩水膜导致的衰减。为了订正定标偏差、天线罩水膜衰减以及降水衰减,设计了一个基于相控阵雷达组网的订正方法。首先,将天线罩水膜导致的衰减看作定标偏差的一部分,使用组网衰减订正算法做初次衰减订正;然后,通过构建一个雷达网观测偏差函数,使用梯度下降法求解各雷达之间的定标偏差;最后,将订正了定标偏差的原始反射率因子再次使用组网衰减订正算法进行二次衰减订正。对上述订正方法,用于广东省佛山市7部X波段相控阵天气雷达探测的一次冷空气降水过程进行检验。结果显示,传统的PIA (Path-integrated attenuation)算法订正结果与广州S波段天气雷达观测结果相关系数为0.53,均方根误差为9.0 dB, 而该算法这两项数值分别为0.64和8.4 dB,优于PIA;在台风外围的局地强降水过程中也得到了相同的结论。

     

风速等级标准与2016年6月23日阜宁龙卷强度估计

文章回顾了不同的风速等级标准,对导致重大人员伤亡的2016年6月23日江苏省盐城市阜宁县龙卷灾害和2015年6月1日导致“东方之星”客轮翻沉事件的下击暴流灾害进行了较详细的强度评估,探讨了已有等级标准存在的问题,给出了未来工作展望。基于详细的现场调查资料,评估江苏阜宁龙卷为EF4级,而导致“东方之星”客轮翻沉事件的下击暴流仅为EF1级;对这两个典型灾害个例的强度估计展示了EF等级与F等级之间的差异;但阜宁龙卷导致的每一个受灾点的灾害等级还需要进一步详细评估。由于建筑物结构、植被自身状况、相应环境和致灾机制的复杂性,风灾强度估计必然存在一定的不确定性,且龙卷由于其复杂涡旋动力结构、气压空间分布和卷起的飞射碎片作用等因素使得强度估计的不确定性较下击暴流更大。提高风速等级评估的客观性、普适性、准确性、一致性和便捷性是评估工作的必然需求。未来还需发展综合考虑强度分布、路径长度和宽度、持续时间和移动速度等的风灾等级标准,从而为全面评估下击暴流或者龙卷的致灾性提供基础。     

辽宁省温带气旋龙卷的环境参数特征

基于上海青浦双偏振雷达、武汉多普勒天气雷达、新一代天气雷达组网拼图、地面加密自动气象站和ERA5再分析等数据,对2021年5月14日夜间苏州、武汉相继出现的致灾严重的龙卷天气过程,从天气背景、地面触发机制、雷达探测特征和环境参数等方面进行了对比分析,结果表明：(1) 苏州、武汉两地龙卷均发生在西南暖湿气流强迫背景下,低层高温高湿,均受到低空急流和超低空急流影响,但两地龙卷发生位置与对应的急流位置不同,苏州龙卷西侧对应东侧急流出口区,武汉龙卷正好对应西侧急流出口区;(2) 苏州龙卷是由阵风锋引起的辐合线配合强度适宜的弱冷池触发的;武汉龙卷发生时地面存在中尺度辐合中心和弱冷池;(3) 两地龙卷均发生在孤立右移超级单体伴随低层中气旋突然加强之时,龙卷涡旋特征(TVS)分别出现在苏州龙卷和武汉龙卷发生前2 min和3 min;(4) 有别于美国龙卷发生的环境条件,苏州龙卷发生在高的对流有效位能、较低的抬升凝结高度和对流抑制能量以及中等偏弱的风暴相对螺旋度和垂直风切变条件下;武汉龙卷则发生在弱的对流有效位能、较低的抬升凝结高度、较高的对流抑制能量以及强的风暴相对螺旋度和垂直风切变条件下。比较而言,两地龙卷发生前和发生时,苏州龙卷的热力条件较好、动力条件中等偏弱,而武汉龙卷的动力条件较好、热力条件偏弱,可见两地龙卷均发生在热力和动力条件互补的环境下。

     

2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析

2017年8月11日下午,三个EF4级龙卷袭击了内蒙古自治区赤峰市的地形复杂地区,造成5人死亡,58人受伤。这是1961年以来中国有记录的最强山地龙卷事件。首先给出了此次龙卷过程的灾情调查结果,接下来分析了此次龙卷母体风暴-龙卷超级单体产生的天气背景、关键环境参数以及多普勒天气雷达观测特征。本次龙卷事件发生在东北冷涡东南象限的地面锋前和干线向湿侧发展处,CAPE(对流有效位能)值为1 800 J/kg,0～6 km风垂直切变为12.9 m/s,0～1 km风垂直切变达到10.8 m/s;同时,0～1 km相对风暴螺旋度达到67.3 m²/s²,接近美国龙卷发生环境的中位数,有利于超级单体龙卷的发生。现场灾害调查发现,灾害路径具有多涡旋和不连续的特点,可能与当地的复杂地形有关。基于多普勒天气雷达相对径向速度图识别出三个龙卷涡旋特征(TVS),TVS径向速度差最大达到38 m/s。三个龙卷及对应TVS出自同一个超级单体的同一个中气旋,其中两个TVS出现时间重叠。     

基于S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达的超级单体观测分析

利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料,对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析,结果表明:超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现,超级单体低层出现了反射率因子(ZDR)弧,低层强回波区对应偏小的差分反射率(ZDR)、低的相关系数(CC)和大的差分相移率(KDP),符合融化的冰雹特征。中层观测到ZDR环、CC环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的ZDR、较高的CC和低的KDP,对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到ZDR柱和KDP柱,ZDR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程,低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的ZDR弧特征和融化中的冰雹特征,但是使用中要留意衰减造成的影响。