2021, Vol. 37
, 2. 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京 100081;
3. 高明区气象局，广东 佛山 528000
2. State Key Laboratory of Severe Weather, Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China;
3. Gaoming Meteorological Bureau, Foshan 528000, China
龙卷是强对流天气中最剧烈和最具破坏性的一种天气现象，能在短时内造成重大人员伤亡和财产损失[1-5]。因其具有尺度小、突发性强和生命史短等特点，实际业务中对龙卷的监测和预报预警非常困难。与美国相比，我国龙卷发生概率极低，但易发生在江淮地区、两湖平原、华南地区、东北地区、华北地区东南部等人口稠密、经济较发达的我国中东部平原地区[6]，致灾性更重。近年来接连发生的几次强龙卷事件，如：2019年7月3日辽宁铁岭开原EF4级龙卷、2016年6月23日江苏盐城阜宁EF4级龙卷和2015年10月4日佛山EF3级龙卷，引起了高度关注。
龙卷通常分为超级单体龙卷(中气旋龙卷)和非超级单体龙卷(非中气旋龙卷)两类，前者与持久深厚的中气旋活动相联系，后者与较小尺度的浅薄低层涡旋气流相关[7-8]。我国龙卷可以发生在多种有利的天气尺度背景下[2-9]，但从影响天气系统来划分，主要可以分为两大类，分别是发生在高空槽、切变线、锋面(梅雨锋)、冷涡等西风带天气系统影响下的西风带系统龙卷和发生在热带气旋(简称TC)天气背景下的TC龙卷，还有极少数为发生在其它天气系统下的龙卷，如：低纬度沿海地区发生在东风波动、季风低压扰动等天气背景下[10]的龙卷以及由海风锋等触发的龙卷[11]。目前，对中纬度西风带系统龙卷的研究已有不少，文献[12-20]对江淮流域梅雨期龙卷发生环境条件、对流演变及风暴结构等研究发现，中等偏强的热力不稳定、低的抬升凝结高度(LCL)、强的垂直风切变有利于龙卷的发生，雷达径向速度场一般是先出现中气旋，随后多数出现龙卷涡旋特征(TVS)，气旋性涡旋的发展是龙卷监测预警的重要依据；王秀明等[22]和郑永光等[2]对东北地区冷涡背景下的龙卷研究指出，东北龙卷环境温度递减率较大，抬升凝结高度较高，低层水汽含量及湿层厚度较江淮龙卷显著偏低；刁秀广等[23]对西风带非超级单体龙卷的分析表明，低层大的湿度、0~1 km明显的垂直风切变是其发生的有利环境条件，雷达低层径向速度出现强切变对非超级单体龙卷的预警有一定指示意义；此外，张一平等[24]、赵瑞金等[25]分别对河南、河北西风带龙卷进行了研究。但是，针对低纬度地区西风带系统龙卷的分析[11, 26-27]比较少，认识还不足。
广东是我国龙卷比较高发的省份之一，EF1级以上龙卷数量在我国排在第3位，仅次于江苏和安徽[6]。目前对于广东TC龙卷的分析已有不少[28-34]，对珠三角TC龙卷的活动位置及其发生的有利环境已有了较为清晰的成果[35]，建立了较为有效的TC龙卷预警方法和流程[36]，并依据预警流程成功开展了2次TC龙卷预警试验[28, 31, 36]。但对于西风带系统龙卷特别是低纬度地区的西风带系统龙卷，其发生发展环境和触发机制都更复杂，往往夹杂在雷暴大风、冰雹等强天气中，加上低纬度西风带龙卷发生概率更低，使得对这类龙卷尤其是EF2级以上强龙卷的基础研究还比较少、认识还不够，有待更多个例的研究。
以往监测与分析龙卷等强对流天气主要是依靠新一代天气雷达CINRAD /SA多普勒雷达[11-21, 23-34]，对双偏振多普勒雷达的分析和应用比较少。美国对双偏振多普勒雷达的研究比较早，指出双偏振多普勒雷达通过发射垂直和水平两个方向的电磁波，不仅可以探测到回波强度反射率因子Z、平均径向速度V、径向速度谱宽W等信息，还可以探测到差分反射率因子ZDR、差分相移率Kdp、差分相移Φdp以及相关系数CC等偏振参数，对偏振参数分析和反演，可以进一步识别回波的降水粒子形态等更为具体的信息[37-41]。Kumjian等[42]研究偏振回波特征表明，前侧下沉气流(FFD) 具有高反射率因子和ZDR接近0的特点，FFD南侧有ZDR弧，在上升气流和后侧下沉气流(RFD)存在ZDR柱、Kdp柱和CC环。基于双偏振雷达的先进性和广泛用途，2013年美国已完成WSR-88D多普勒天气雷达业务网的双偏振改造升级。广东省2015年开始开展对CINRAD/SA雷达进行双偏振升级改造并开展观测试验。
由于龙卷时空尺度小，气象观测站很难直接观测到龙卷，因此现场灾害调查仍然是分析和确定龙卷等中小尺度强风灾害过程风力和精细分布的最重要途径。Fujita等[43]1970年代根据龙卷路径上建筑物的受损程度及其与风速的对应关系，将龙卷分成F0~F5级共6个等级(其中F2级以上为强龙卷)，即“藤田级别”(F-Scale)。2006年，美国德克萨斯科技大学风科学与工程中心等采用28种灾害标识物(DI)对F等级进行了修订，同时调整了F等级各个级别的风速阈值，命名为“改进的藤田级别”(EF-Scale)[44]，此后EF等级得到广泛应用。本文利用现场灾情调查、广州CINRAD/SD双偏振雷达、预报业务中能得到的MICAPS资料、1 °×1 °的FNL/NCEP分析资料、广东省区域加密地面气象自动站等资料，对2016年5月9日发生在广东的一次强龙卷的天气形势、对流环境条件、地面气象自动站观测的中小尺度特征以及双偏振雷达观测的龙卷风暴形态和偏振参数特征等进行分析，旨在增强对低纬度西风带龙卷发生环境条件及龙卷风暴结构特征的认识，从而为此类龙卷的监测预报预警提供一些参考。
2 龙卷过程及现场灾害调查2016年5月9日下午，佛山市三水区北部受强雷雨云团影响，17:00(北京时，下同)南山镇出现风灾，造成多处树木折断或倒伏、围墙倒塌、电线杆折断等，给当地造成了一定的财产和经济损失。经佛山市龙卷风研究中心对灾害现场沿线的勘查取证、无人机航拍、走访目击者等方式，再结合广州多普勒天气雷达等多种气象数据综合分析研判，确认此次风灾为龙卷造成。图 1给出了部分受灾照片。龙卷造成多处小叶榕被连根拔起或被折断、铁皮厂房倒塌、长140 m的猪圈顶被掀、砖质围墙倒塌和多处钢铁质地的电线杆被折断(图 1)。按照EF等级风速评估标准[44]，由于现场灾害标识物(DI)钢铁质电线杆(DI24)的灾害等级(DOD)达到了第5等级(DOD5)，电线杆折断对应的风速期望值是22.18 km/h，得出此次龙卷造成的最强地面灾害强度为EF3级，属于强龙卷。
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图 1 2016年5月9日广东省佛山市三水区强龙卷灾害现场照片 a.大树连根拔起；b.大树主干折断；c.铁皮厂房倒塌；d.铁皮顶猪圈被掀；e.砖质围墙倒塌；f.铁质电线杆折断。 |
2016年5月9日08:00，500 hPa中纬度华西- 高原东部一带存在冷槽，有利于槽后西北气流引导冷空气南下；低纬度呈多波动形势，一支南支短波槽位于贵州-广西中部一带，另有一支短波槽位于广东中部一带，与中纬度高空槽构成了阶梯槽形势，副热带高压(以下简称副高)主体偏南，588 dagpm线位于华南沿海，广东中、东部处于短波槽槽前与副高北缘之间的西南气流影响之下；700 hPa广东处于槽前强西南急流中；850~925 hPa切变线呈东北-西南向，切变线西段南压至湖南中部到广西西北部一带，华南大部处于切变线南侧强西南偏南风场中，一支风速分别为18 m/s、16 m/s低空/超低空急流从海南岛东北部海面伸向珠三角一带，同时一支暖舌(中心温度达24 ℃)从中南半岛伸向广东中西部，温度脊位于北部湾到广东中北部一带，广东处于T-Td≤1 ℃的显著湿区，水汽接近饱和，925 hPa粤北附近存在一支强西南偏南风与东南偏东风的暖式辐合切变线，珠三角处于辐合线南侧的低空/超低空急流交汇处和高温、高湿度区，有利于热量、动量和水汽的输送及热力不稳定增长(图 2a)。而高层200 hPa南亚高压中心位于中南半岛，广东处于南亚高压东北侧的强辐散气流中(图略)，高层的辐散“抽吸”作用有利于底层上升运动发展。地面西南低压强烈发展，静止锋在南岭附近摆动，广东处于暖低压槽中，广东中部存在一条风向风速辐合线(图 2a)，为强对流的发生提供有利的动力抬升条件。结合850 hPa温度平流可见，850 hPa低空急流穿越粤西沿海的高温区，形成强的暖平流向珠三角一带输送，暖平流的中心值在16×10-5 K/s以上(图 2b)。分析9日08时850 hPa与500 hPa温度差(ΔT=T850-T500)可知，清远站ΔT达25 ℃，具有明显的条件不稳定；白天珠江三角洲区域地面气温持续升至30 ℃以上，露点在26 ℃以上，高温高湿，进一步增大了大气的温度垂直递减率，使原已不稳定的垂直层结变得更加不稳定，为此次强对流天气的发生提供了非常有利的不稳定条件。这种高层辐散、中低空强西南急流叠加、地面暖低压槽及辐合的配置为强对流天气的发生提供了有利的水汽、不稳定能量及动力触发等大尺度环流背景。
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图 2 2016年5月9日高低空环流形势综合图(a)及850 hPa温度平流(b) |
强龙卷需要有超级单体风暴产生的环境条件，而有利于超级单体风暴产生的环境条件是较大的对流有效位能和强的深层(0~6 km)垂直风切变[45-46]。图 3给出了清远探空站5月9日08时和14时的T-lnP图。08时，该对流风暴还没生成，中低层湿度很大，500 hPa以下温度露点差很小，地面温度26 ℃、露点25 ℃，大气处于饱和，抬升凝结高度(LCL)很低，为210 m，对流抑制(CIN)很小，仅4 J/kg；对流有效位能(CAPE)和大气可降水量(PW)都较高，分别为2 062 J/kg和60 mm，说明环境大气的不稳定条件和水汽条件均有利于对流风暴的发生和发展；另外，温湿探空曲线呈典型的“喇叭状”，500 hPa以上存在明显干层，整个层结呈现出上干、下湿的对流不稳定状态，有利于地面大风的出现。从风的垂直变化来看，近地层为弱东南风，中低层为南到西南气流，高层为西到西北气流，风向随高度具有明显顺时针旋转特征，表明存在显著暖平流。14:00，“喇叭状”的温湿探空曲线形状有所调整，湿层增厚，整个对流层处于或基本处于饱和状态，大气低层接近干绝热递减率，CIN为0 J/kg，CAPE增大至3 602 J/kg，大气呈现出强烈的条件不稳定，PW更大，达66 mm，大气变得更暖湿，湿层更深厚，表明环境大气更加有利于强对流的发展。
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图 3 2016年5月9日08:00(a)和14:00(b)清远站温度对数压力图 |
以往研究[7-8, 45-46]表明，龙卷的产生与LCL、垂直风切变等大气环境条件密切相关。低的抬升凝结高度及强的垂直风切变特别是强低层垂直风切变是非常有利于F2/EF2以上强龙卷形成的环境条件。表 1给出了本次强龙卷过程具体的大气环境参数，08—14时，佛山周边环境大气的抬升凝结高度LCL很低，在200~600 m之间。垂直风切变较大，08时，深层0~6 km和低空0~3 km、0~1 km垂直风切变分别为7.8 m/s和12.8 m/s、13.9 m/s；14时，中高层垂直风切变进一步增大，0~6 km、0 ~3 km垂直风切变分别增至21.5 m/s、20.2 m/s。因此，龙卷发生前，环境大气具备强的深层和低空垂直风切变以及低的LCL，非常有利于强龙卷的发生。
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表 1 2016年5月9日08—14时清远探空站环境参数 |
风暴相对螺旋度(SRH)是衡量风暴旋转潜势具有明确意义的物理量，它反映了一定气层厚度内环境风场的旋转程度和输入到对流体内环境涡度的多少，其量值反映了沿对流风暴低层入流运动方向旋转的强弱，可以用来估算垂直风切变环境中风暴运动所产生的旋转潜势。SRH也是判别超级单体和龙卷形成的辅助指标，Davies-Jones[47] 将SRH=150 m2/s2界定为有利于产生超级单体风暴的最低值；当SRH＞150 m2/s2时，可作为预报有龙卷、冰雹大风、强降水等天气的参考指标之一。从表 1可以看出，08时，0~3 km的SRH为304 m2/s2；14时SRH进一步增大至412 m2/s2。因此，当时的SRH环境条件非常有利于超级单体风暴的形成。
另外，强对流天气的发生是一定热力条件和动力条件有效结合的产物，为了更好区分不同强度龙卷的潜势环境，Hart等[48]提出能量螺旋度指数(EHI)，定义EHI=(CAPE)(SRH/160 000)。EHI不仅反映了低层大气的螺旋式上升运动强弱，还反映了大气层结不稳定度的大小，正好体现了动力因子和热力因子的共同贡献。Hart等[48]研究指出，美国非龙卷超级单体环境EHI平均值为2.0，多数强龙卷案例EHI平均值为3.6。而Davies[49]研究认为，EHI在2.0~2.5的环境预示有可能中气旋引发龙卷，但不一定是强或猛烈龙卷，美国多数强龙卷(F2~F3级龙卷)发生的EHI在3.0~3.9之间，猛烈龙卷(F4~F5级龙卷)的EHI大于4.0。从表 1可见，08时EHI为3.5，14时EHI进一步增大，高达8.7，远远高于Davies[49]统计的4.0。
近年来发生在5月上旬的珠三角区域龙卷还有2011年5月7日18:00的佛山南海强龙卷(EF2级，以下简称2011.5.7强龙卷)[26]。表 2给出了2011.5.7强龙卷的清远探空站14:00环境参数。对比表 1与表 2可以看出，本次2016.5.9 EF3强龙卷与2011.5.7 EF2强龙卷均发生在高温高能和强垂直风切变、大风暴相对螺旋度SRH、高能量螺旋度EHI的大气环境中，两次强龙卷过程的热力、动力等各项参数指标均远远高于同期多年均值(需要说明的是，这里的同期多年均值是用清远探空站近10年5月上旬14时环境参数平均值来表示)。但2016.5.9 EF3强龙卷的对流不稳定能量和动力条件均比2011.5.7 EF2强龙卷普遍更强。以往研究指出，CAPE在1 000~2 000 J/kg之间属于中等不稳定能量，超过2 000 J/kg属于强不稳定能量；0 ~6 km垂直风切变达15~20 m/s为中等强度垂直风切变，超过20 m/s为强垂直风切变[50]。2011.5.7 EF2强龙卷CAPE为中等强度(接近2 000 J/kg)，而2016.5.9 EF3强龙卷CAPE值超过3 600 J/kg，属于非常强的不稳定能量；动力条件方面，本次2016.5.9 EF3强龙卷的0~1 km垂直风切变略低于2011.5.7 EF2强龙卷，但深层0~6 km垂直风切变和中层0~3 km垂直风切变较2011.5.7 EF2强龙卷强；另外，2016.5.9 EF3强龙卷的SRH(412 m2/s2)和EHI(8.7)也明显比2011.5.7 EF2强龙卷的SRH(254 m2/s2)和EHI(3.1)强。
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表 2 清远探空站2011年5月7日14时环境参数及14时环境参数同期气候值 |
以上分析表明，此次强对流事件的大气环境条件既满足了深厚湿对流所需的水汽条件、抬升条件和不稳定条件，也满足了超级单体风暴形成所需的较大CAPE、强的0~6 km深层垂直风切变、大的SRH条件，还满足了强龙卷产生所需要的低LCL、强的低空垂直风切变和强的EHI条件，因此此次强对流事件的环境条件非常有利于产生F2/EF2或以上超级单体龙卷。需要说明的是，清远探空站距离此次强对流超级单体风暴形成和发展的地点约70 km，并不能完全代表超级单体发生地的天气条件，但有很大的参考价值。
4 地面自动气象站观测特征 4.1 地面中小尺度特征从2016年5月9日16:00—17:00的广东加密地面自动气象站风场(图 4)可见，早在龙卷发生前的16:00，在清远石角镇-佛山南山镇-肇庆下茆镇一带存在一条东北-西南向的地面风向、风速中尺度辐合线；17:00，中尺度辐合线略有南压，辐合线南、北两侧风速增大，辐合增强，并且三水南山镇附近有小尺度涡旋生成，龙卷位于小尺度涡旋附近。
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图 4 2016年5月9日16:00—17:00地面测站风场观测特征 Δ是龙卷发生地，红色圆圈为小尺度涡旋，黑色虚线为中尺度辐合线。 |
三水南山择善小学站距离龙卷路径约2 km，从其气压、风向、风速、温度、降雨变化曲线(图 5) 可见：16:50—16:55气压明显下降，从1 001.1 hPa降至1 000.3 hPa，而本站的3 s瞬时气压在16:53录得最低值999.8 hPa，3 min内气压下降1.3 hPa，17:00气压跃升至1 002.7 hPa，7 min内气压上升2.9 hPa。
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图 5 2016年5月9日16:00—18:00三水南山择善小学地面自动气象站2 min平均气温(蓝实线，℃)、气压(黑实线，hPa)、2 min平均水平风速(红实线，m/s)、2 min平均风向(风向杆)、5 min累计降雨量(柱状，mm)逐5 min演变 |
风的变化表明，龙卷发生前的16:20，受弱偏北风影响；16:45—16:50北风开始加大，2 min平均风风速增大到4~8 m/s；16:55前后，风速突增，2 min平均风风速增大到14.0 m/s，16:54本站还录得了23.3 m/s的瞬时极大风速值，同时风向出现顺时针转变，由16:55—17:00的强西北风顺转为17:05的强东到东南风，之后风速明显减小，风向恢复偏北风，表明龙卷远离本站。温度变化表明，龙卷影响前，气温较高，在27~28 ℃之间；16:55前后气温开始下降，17:05气温降到最低21.1 ℃，10 min内气温下降了4.8 ℃；之后气温逐渐上升。
雨量变化表明，龙卷涡旋影响时的16:50—17: 05，地面无明显降水，龙卷影响后的17:10—17:15，出现强降水，这与1522号“彩虹”[28]、1822号“山竹”[29]等台风龙卷过程“先有强降水、再出现龙卷”的现象恰好相反。主要原因是台风龙卷往往位于超级单体风暴右后侧钩状回波顶端或弱回波区附近(图 6a)，而西风带龙卷通常发生于超级单体风暴钩状回波前侧的弱回波处(图 6b)。
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图 6 台风龙卷超级单体与西风带超级单体移向(红色箭头)及龙卷位置(三角形)示意图 a. 2015年10月4日15:36台风龙卷；b. 2016年5月9日17:00西风带龙卷。 |
广州CINRAD/SD双偏振雷达2.4 °仰角反射率因子(图 7)显示，产生龙卷的风暴单体A0最早于15:30在广宁西部生成，之后自西向东移动，方向东偏南，强度不断增强。根据雷达产品STI的追踪，16:36风暴单体A0与其北边的风暴单体C0合并，合并后的单体被命名C0，并且开始出现三体散射特征；16:42风暴单体C0与北边的风暴单体L3再次合并，合并后被命名为L3，合并后风暴迅速增强，最大反射率因子达到65 dBZ以上。17:00风暴移动到三水区，最大反射率因子65 dBZ以上的面积进一步增大，低层出现入流缺口，呈现出典型的超级单体形态。17:18之后风暴在东移过程中逐渐减弱。
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图 7 2016年5月9日15:36—17:18广州CINRAD/SD雷达2.4 °仰角反射率因子 |
广州CINRAD/SD双偏振雷达平均径向速度产品显示，最早在16:18，1.5~2.4 °仰角径向速度图上开始探测到明显中气旋，距离广州雷达约103 km，旋转速度约20.0 m/s，直径约8.0 km，底高3.5 km，但0.5 °仰角仍为气旋性切变；16:24，中气旋向下伸展，0.5 °仰角开始出现弱中气旋，旋转速度为12 m/s，直径约6.0 km，底高1.6 km(图略)。16:42，0.5 °仰角径向速度上探测到中等强度中气旋，呈现出辐合旋转特征，旋转速度为15 m/s，底高约1.4 km，距离广州雷达约89 km(图 8b1)，低层出现钩状回波(图 8a1)。16:48，对流风暴靠近三水区南山镇北部，强度进一步增强，低层最强反射率因子达65 dBZ以上(图 8a2)，低层中气旋开始变为对称，呈纯旋转特征，直径也在紧缩，并开始出现像素到像素的切变，切变值约25 m/s。16:54—17: 00，对流风暴影响三水区南山镇，低层钩状回波更加明显，0.5 °仰角径向速度上探测到强中气旋和TVS(图 8b3~图 8b4)，中气旋旋转速度约21 m/s，TVS切变值约42 m/s，底高降至1.2 km，直径缩小至1.8 km，距离雷达约79 km。龙卷发生在17:00前后，出现在钩状回波附近的弱回波区、中气旋中心及TVS附近(图 8a4)，TVS较龙卷触地提前1个体扫出现。之后，超级单体风暴东移南压移入广州境内，17:30后减弱为普通对流风暴。
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图 8 2016年5月9日16:42—17:00广州雷达1.5 °反射率因子(a)和0.5 °径向速度(b) Δ为龙卷发生地，黑圈为中气旋，蓝圈为TVS。 |
为了进一步揭示龙卷母体风暴结构等有关特征，对17:00的广州雷达反射率因子、径向速度、速度谱宽、相关系数CC和差分反射率因子ZDR沿钩状回波附近(图 9a中白线位置)做垂直剖面。从反射率因子垂直剖面上可以看出，风暴伸展高度及强回波中心高度均很高，回波顶高伸展到15 km以上，≥65 dBZ强反射率达到7.5 km以上，出现明显的三体散射回波和旁瓣回波(16:42，图略)；低层的有界弱回波区(BWER)和中高层的回波悬垂均清晰可见(图 9b)；对应有界弱回波区的位置，径向速度剖面上，可以看到明显的中气旋，中气旋的伸展高度达到8 km以上(图 9c)，速度谱宽剖面上中高层出现明显的速度谱宽大值区，谱宽达到9 m/s以上(图 9d)；对应中高层反射率因子≥65 dBZ的强回波区，相关系数CC剖面图上，出现小于0.9的低值区(图 9e)，差分反射率因子ZDR剖面图上，出现小于0.2 dB的小值区(图 9f)，表明风暴中上升气流非常强烈，超级单体的悬垂回波区有冰雹增长。
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图 9 2016年5月9日17:00广州雷达0.5 °仰角反射率因子(a)、反射率因子垂直剖面(b)、径向速度垂直剖面(c)、速度谱宽垂直剖面(d)、CC垂直剖面(e)和ZDR(f)垂直剖面 |
与珠三角台风龙卷[35]相比，珠三角西风带系统龙卷的活动规律较差，而且西风带龙卷往往混杂在短时强降水、冰雹等强对流天气中出现，其发生的环流形势与广东前汛期大范围暴雨、雷暴大风等灾害性天气难以区分，使得开展西风带龙卷的预报预警存在更大的挑战。俞小鼎等[51]对西风带中气旋龙卷研究指出，在龙卷多发区及龙卷多发季节，在环境条件有利于龙卷生成的情况下，例如大的0~1 km垂直风切变(0~1 km风矢差≥8 m/s)和低的抬升凝结高度(LCL≤1 200 m)环境条件下，雷达上探测到中气旋生成时，在中气旋距离雷达不超过80 km时，如果中等或以上强度中气旋底高低于1.2 km，则可发布龙卷警报；或在中气旋距离雷达80~120 km时，如果出现强中气旋并且底高低于2 km，则可发布龙卷警报。本次龙卷过程，2016年5月9日16:42的0.5 °仰角径向速度图上开始探测到中等强度中气旋，旋转速度为15 m/s，底高约1.4 km，距离广州雷达约89 km，符合龙卷预警条件。如果以16:42作为开始预警时间计算，到17:00龙卷触地，预警时间最大提前量为18 min左右。按照目前的预警业务操作流程，从预报员考虑发布预警到信息发送到用户手中，最少需要8 min，那么这次龙卷过程的最长有效预警提前量约为10 min。所以，对于龙卷多发地区和多发季节，要建立龙卷的快速预警，需要进一步改进探测技术和提升预警制作与发布能力，建立更高效的龙卷等强对流警报发布平台。值得注意的是，2020年以来随着广东相控阵雷达网的投入应用，雷达产品的时间分辨率由S波段雷达的6 min一个体扫缩短至1 min以内，预警时间量至少提前5 min或以上，同时空间分辨率由1 km精细到100 m量级或更高，使得对流风暴中所孕育的龙卷胚胎更容易在发展初期被捕捉到，这也将间接提升预警的提前量。
6 结论和讨论利于现场灾害调查、广州CINRAD/SD双偏振雷达、探空、FNL/NCEP分析资料和广东省区域加密地面气象自动站等综合观测资料，详细分析了2016年5月9日发生在广东的一次西风带超级单体强龙卷发生的环境背景、对流风暴演变及双偏振参量等特征。
(1) 此次强龙卷发生在500 hPa和700 hPa槽前、850 hPa切变线南侧、低空和超低空偏南急流交汇处及地面静止锋南侧的暖低压槽中的辐合线附近。环境大气具备了超级单体龙卷发生和发展的所有有利环境条件：较大的CAPE(＞3 600 J/kg)、强的0~6 km垂直风切变(21.5 m/s)、低的抬升凝结高度(＜600 m)、强的低空0~3 km和0~1 km垂直风切变(分别为20.2 m/s和9.1 m/s)和大的风暴相对螺旋度(＞400 m2/s2)等有利于超级单体风暴发生的环境条件，极大的能量螺旋度(8.7)对超级单体强龙卷的发生有很好的指示意义。
(2) 龙卷影响时，地面存在清晰的中尺度辐合线和小尺度涡旋。受龙卷涡旋环流影响，邻近的地面自动站气压、风向风速、气温等气象要素表现出明显的信号：风速突增，风向出现顺时针转变，气温急降，气压陡降/陡升；龙卷涡旋影响时，地面无明显降水发生，龙卷涡旋远离后，地面出现强降水，表明龙卷发生在母体风暴前侧的弱回波区。
(3) 产生龙卷的对流单体属于高质心的超级单体强风暴，最大反射率因子≥65 dBZ并伸展到7.5 km以上，出现明显的三体散射和旁瓣回波特征。低层的钩状回波和入流缺口明显，并存在低层有界弱回波区(BWER)和中高层穹隆回波，雷达径向速度图上还探测到低层强中气旋和TVS。龙卷出现在钩状回波内侧的弱回波区、中气旋中心和TVS附近。偏振参数特征表明，有界弱回波区(BWER)对应龙卷涡旋位置和中高层速度谱宽大值区；冰雹主要在超级单体的悬垂回波区增长，中高层穹隆回波中反射率因子≥65 dBZ处出现CC低值区和ZDR小值区。低层钩状回波和中等强度中气旋较龙卷触地有18 min的提前量，但强中气旋和TVS较龙卷触地只提前一个体扫。
目前对于低纬度的台风龙卷已建立了较为有效的龙卷预警方法和流程，但对低纬度的西风带系统龙卷，基础研究还很少，预报业务中缺乏可参考的龙卷预报预警思路。加上日常工作中预报员对龙卷特别是广东前汛期西风带系统中的龙卷关注不够，防范意识较差，而一旦有龙卷发生，易出现重大灾害甚至人员伤亡。本文通过该个例分析，希望能给预报员提供低纬度广东西风带系统龙卷发生的环境条件和雷达观测等一些共性特征方面的认识，为今后该类灾害天气的预报、监测和预警提供参考和关注点，从而不断提高西风带系统龙卷灾害性天气的潜势估计和警戒能力。
致谢: 感谢山东省气象台朱君鉴研究员级高级工程师和广东省气象台伍志方研究员级高级工程师的指导和帮助。| [1] |
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