蘇北龍卷時空分布特征及環流分型

丁帥 肖楠舒 王翔宇

摘要 對江蘇地區的時空分布特征以及蘇北地區龍卷發生前的環流背景進行了總結，并對大尺度環流背景進行了分型，得出以下結論：（1）2009—2018年江蘇龍卷發生頻數呈現出先增加后減小的趨勢，從2011年以后，龍卷在江蘇的出現次數逐漸減少，這樣的變化與大氣環流背景變化有關。（2）蘇北五市是龍卷出現最頻繁的區域，蘇北地區一共出現了48次龍卷風暴，其中鹽城次數最多，高達16次。（3）總結出3種蘇北龍卷所對應的主要天氣流型：冷渦槽后型、副高邊緣型和熱帶臺風型。

關鍵詞 龍卷;時空分布;環流型

中圖分類號：P445.1 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）09–0056–03

龍卷（Tornado）又稱龍卷風，通常是在極不穩定的天氣條件下，由雷暴云中的空氣強烈對流運動產生的，從雷暴云底伸展出來并到達地面的、一種伴隨著高速旋轉的漏斗狀云柱的強風渦旋。龍卷的尺度很小，典型龍卷的直徑約幾百米，其生命周期很短，一般在0.5 h以內，渦旋中心氣壓很低，從而順勢產生強大的吸引力。中心與外圍之間的氣壓梯度大約可達2 hPa/m，其中心風力可達100～200 m/s以上[1]，它可以把大氣中強大的不穩定能量集中在一個狹小的漏斗狀空間內不斷釋放，從而產生巨大的破壞力，所到之處拔起大樹、掀翻車輛、摧毀建筑物，甚至將人吸走，途徑水面時能夠吸水上升如柱（稱為水龍卷），雖然龍卷范圍不大，但可能造成重大的人員傷亡和財產損失[2]。

我國對龍卷風的研究起步相對較晚，20世紀由于嚴重缺失觀測資料，多數龍卷過程都是依靠目擊者描述的資料，因此，對于龍卷風的研究，我國學者早期都停留在對龍卷的天氣學特征、時空分布特征等方面的研究，如魏文秀等[3]統計研究了我國龍卷時空分布特征，得出中國東南部的平原地區是龍卷高發地等結論。黃先香等[4]對廣東佛山近10年發生的龍卷進行了時空特征分析，并將龍卷發生的環流背景分為臺風外圍型、鋒面暖區型、地面輻合線型和熱帶擾動型4種類型。龍卷雖然是由中小尺度系統發展而成的，但是龍卷的發生仍然要依托特定的大尺度環流系統。強對流天氣過程產生的3個條件是：水汽條件、不穩定層結條件和動力抬升條件。對龍卷風暴環境條件的研究中，大尺度環流背景不容忽視。雖然關于蘇北地區龍卷過程的研究較多，但多以個例形式開展，針對蘇北龍卷風暴過程發生的環流背景場的分析缺乏系統的統計。

1 資料與方法

主要采用的資料有：2009—2018年《中國氣象災害年鑒》和江蘇省氣象局提供的統計資料。年鑒內所統計的資料來自我國各級氣象部門的氣象觀測整編資料，災情數據主要由民政部門會商核定，再配合地方上報的情況綜合得出[5];NCAR fnl再分析資料，獲取資料每天4個時次，水平分辨率為1°×1°，通過再分析資料可以對龍卷發生時的環境條件進行分析。

主要采用的方法有：時空分布特征統計，將2009—2018年江蘇地區發生的龍卷進行逐年統計分析，得出江蘇龍卷的年際變化規律，然后對這10年間逐月發生龍卷的頻數變化進行規律總結;使用ArcGIS軟件對江蘇地區龍卷落區進行規律總結。由此完成對江蘇地區龍卷時空分布特征的分析和天氣環流分型，對2009—2018年蘇北地區34個龍卷發生時的大尺度天氣環流背景場進行統計分類，總結出蘇北龍卷發生所依靠的環流背景頻發類型。

2 江蘇龍卷時空分布特征

2.1 龍卷的時間分布特征

作為短時強對流天氣過程，龍卷在時間分布上具有一定規律，根據中國氣象災害年鑒和江蘇氣象局的資料，統計出2009—2018年10年間江蘇龍卷發生個數共計80個（可能存在一定程度低估）。

從2009—2018年江蘇龍卷頻數逐年的變化序列圖可見，2009—2018年江蘇龍卷發生頻數呈現出先增加再減小，然后又小幅度上升的趨勢。江蘇龍卷的逐年變化趨勢為雙峰型，第一個峰值出現在2011年，也是2009—2018年間出現龍卷次數最多的年份，多達14次;第二個峰值出現在2016年，次數達8次;在2015年和2018年均為谷值，均發生5次龍卷。從整個變化趨勢來看，從2011年以后，龍卷在江蘇的出現次數逐漸減少，這樣的變化與大氣的環流背景變化有關。

從江蘇龍卷頻數分布的月變化圖（圖1）可以看出，江蘇龍卷發生次數的逐月變化規律基本呈現出單峰型特征，6、7、8月是江蘇龍卷的高發期;7月是龍卷發生的峰值，高達27次，約占全年的33%，8月份次之，發生了18次，約占全年的22%。由于氣溫回升，6月較5月的龍卷發生次數有一個躍升;9月龍卷出現頻次才顯著減少。

江蘇地區的龍卷風主要發生在春夏季，由冬入春，氣溫的升高使得近地面暖濕氣流變得不穩定，此時冷空氣勢力尚未完全消退，在相對偏冷的溫度環境下，低層暖濕氣流的擾動使得對流活動增強，為龍卷天氣的產生創造了良好的條件。到了夏季以后，暖濕氣流進一步加強，大氣層結特征與春季相比發生了變化，江蘇地區的熱力條件愈加有利于龍卷天氣的產生，在相對暖濕的環流背景下，遇到中高層的干冷空氣則會使得大氣層結出現不穩定，進而易于產生龍卷風。

2.2 龍卷的空間分布特征

從2009—2018年江蘇龍卷落區頻次分布圖（圖2）可以看出，蘇北五市是龍卷出現最頻繁的區域，蘇北地區一共出現48次龍卷風暴，其中鹽城次數最多，高達16次，其次是徐州，出現13次;蘇中地區（揚州、泰州、南通）一共出現23次龍卷，雖然不及蘇北地區產生的龍卷頻次多，但是揚州一共出現了12次龍卷，單個區域出現龍卷的頻次同樣很高，其中，揚州高郵市被稱為“中國龍卷風之鄉”，是龍卷風經常光顧的地區;蘇南地區出現龍卷風的次數較低。造成這種情況的原因是蘇北地區地勢比較低洼平坦，相對于地勢不平的地區，蘇北平原對氣流產生的摩擦力更小，從而使得蘇北地區容易形成龍卷風。此外，蘇北地區水網密集，臨河臨海，再加上處于亞熱帶和暖溫帶氣候的過渡地帶，容易積聚不穩定能量，這為龍卷的產生提供了良好的熱力和動力條件。

3 蘇北地區龍卷風暴環流分型

利用分辨率1°×1°NCAR fnl再分析資料對2009—2018年發生的龍卷過程的環流背景場進行環流分型，主要以500 hPa上的影響系統為基礎，再結合700 hPa、850 hPa的環流特征，總結出下面3種蘇北龍卷對應的主要天氣流型：冷渦槽后型、副高邊緣型和熱帶臺風型。

3.1 冷渦槽后型

冷渦槽后型是蘇北地區龍卷風較為典型的天氣環流場，同樣也是江淮地區強對流天氣比較常見的環流背景之一。此種天氣環流形勢多出現于4—6月上旬左右，天氣在逐漸回暖的過程中，環流場主要被東北冷渦所籠罩，冷渦在移動時，若存在冷空氣向南下沉發展，再配合環境風場的擾動使得處于西北風場的蘇北地區上空偏北氣流加強，促使冷空氣順利輸送，有利于蘇北地區出現大風冰雹等強對流天氣過程。

圖3為此種環流型500 hPa高度場，從圖3中可以看出兩槽一脊型的大尺度環流背景，西伯利亞冷空氣南下移入蒙古地區，再進入我國東北地區停滯徘徊形成東北冷渦，冷渦后部有冷中心相配合，使得氣旋性環流在垂直空間內充斥整個對流層。500 hPa槽后偏冷氣流南下，由此形成了一股穿越蘇北的西北急流（或較強的西北氣流），從而增強了不穩定層結和垂直風切變強度，創造了良好的強對流條件。水汽條件良好的情況下配合地面中尺度觸發機制，強對流天氣便自然產生。

3.2 副高邊緣型

副高邊緣型主要是由西風槽東移導致的，入梅期之后暖濕氣流向北推進，副高脊線處于21°N以北，蘇北地區處于583～588 dagpm附近，在副高移動過程中，強對流天氣過程出現。

蘇北地區龍卷天氣出現最頻繁的天氣環流背景就是副高邊緣型，此種環流型常在6月中旬—7月上旬梅雨季出現。從環流背景場（圖4）可以看出，伴隨副熱帶高壓（下稱副高）增強，暖濕氣流北上。500 hPa上120°E副高脊線處在21°N以北，副高588 dagpm西界向大陸伸展，此時蘇北地區處在副熱帶高壓附近。西風槽向東移動，配合700 hPa與850 hPa存在的槽或者切變線，蘇北地區位于槽前或切變線南側西南氣流之中，使其水汽條件相當好。

3.3 熱帶臺風型

熱帶臺風型的環流天氣配置較為多樣化，蘇北地區的龍卷天氣過程與臺風低壓、臺風倒槽等熱帶臺風系統相聯系，因此將其總結為熱帶臺風型。此種背景下的水汽條件異常充沛，多屬于暖云降水，抬升凝結高度很低，此種類型的龍卷多伴隨短時強降水。

從圖5中的500 hpa高度場上可以看到，陸上臺風低壓可以直接影響蘇北地區，還有可能低壓倒槽伸至蘇北地帶.原來控制蘇北地區上空的副高位置減弱東退，而后位置偏東至洋面上，與大陸高壓相對峙，中高緯伴隨西風槽向東移。臺風低壓與副熱帶高壓之間維持強勢的偏南氣流，水汽輸送通道完整，當北上暖濕氣流與高層滲透下沉的冷空氣相遇便會為龍卷的產生提供良好的對流條件。與500 hPa相對應，對流層低層700 hPa、850 hPa同樣存在減弱的低壓環流。

4 結論

本文對江蘇地區的時空分布特征以及蘇北地區龍卷發生前的環流背景進行了總結，并對大尺度環流背景進行總結分型得到如下結論。

（1）2009—2018年江蘇發生龍卷共計80個，發生頻數呈現出先增加再減小，然后又小幅度上升的趨勢。從整體變化趨勢來看，2011年以后，龍卷在江蘇的出現次數有所減少，這樣的變化與大氣的環流背景變化有關。蘇北五市是龍卷出現最頻繁的區域，蘇北地區一共出現48次龍卷風暴，其中鹽城次數最多，高達16次，其次是徐州，出現13次。

（2）總結出3種蘇北龍卷發生對應的主要天氣流型：冷渦槽后型、副高邊緣型和熱帶臺風型。冷渦槽后型多出現于4—6月上旬左右;副高邊緣型是蘇北地區龍卷天氣出現的最頻繁的天氣環流背景，此種環流型常在6月中旬—7月上旬梅雨季出現，副高邊緣型主要由西風槽東移所導致的;熱帶臺風型的環流天氣配置多變，蘇北地區的龍卷天氣過程與臺風低壓、臺風倒槽等熱帶臺風系統相關，故將其歸類為熱帶臺風型。

參考文獻

[1] 黃姚欽，陳小蕓.一次龍卷風天氣的熱力學動力學分析[J].廣東氣象，1996（2）： 17-19.

[2] 譚冠日.氣候變化與社會經濟[M].北京：氣象出版社，1992.

[3] 魏文秀，趙亞民.中國龍卷風的若干特征[J].氣象，1995（5）：36-40.

[4] 黃先香，炎利軍，王碩甫，等.佛山市龍卷風活動的特征及環流背景分析[J].廣東氣象，2014，36（3）：20-24.

[5] 中國氣象局.中國氣象災害年鑒（2013）[M].北京：氣象出版社，2009.

責任編輯：黃艷飛