采用不同背景場(chǎng)的龍卷模擬結(jié)果對(duì)比分析

黃舒婷,王東海,李國(guó)平,張春燕,曾智琳

（1.成都信息工程大學(xué)，成都 610225；2.中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院/廣東省氣候變化與自然災(zāi)害研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，珠海 519082；3.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室，珠海 519082）

引言

龍卷風(fēng)是一種強(qiáng)而小的空氣渦旋，它被界定為由積狀云向下垂直并延展到地面的劇烈旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的空氣柱，通常表現(xiàn)為漏斗云及/或在地面上旋轉(zhuǎn)的碎片/沙塵[1]。龍卷雖然影響范圍很小，但破壞力非常大，其中心最大風(fēng)速可超過(guò)140m/s，持續(xù)時(shí)間通常是幾分鐘至十幾分鐘，在這期間往往會(huì)對(duì)沿線的建設(shè)房屋、農(nóng)林作物、運(yùn)輸和捕魚等環(huán)境造成巨大損害，嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。因此，研究龍卷風(fēng)是當(dāng)今氣象工作中的一個(gè)重要課題。

在中國(guó)，龍卷高發(fā)區(qū)主要是廣東南部沿海一帶、長(zhǎng)江中下游平原、黃淮海平原和東北平原[3-4]。王東海等[5]對(duì)不同龍卷高發(fā)區(qū)的龍卷按照觸發(fā)其的影響系統(tǒng)及天氣形勢(shì)進(jìn)行了分類，黃先香等[6]則是對(duì)發(fā)生在佛山市內(nèi)的龍卷進(jìn)行分類，這些分類工作都只是針對(duì)局地龍卷高發(fā)區(qū)進(jìn)行的。從龍卷的影響天氣系統(tǒng)來(lái)看，國(guó)內(nèi)龍卷主要受副熱帶系統(tǒng)和西風(fēng)帶系統(tǒng)的影響，因此可以分為兩類，一是由熱帶氣旋外圍雨帶內(nèi)部的微型超級(jí)單體所產(chǎn)生的臺(tái)風(fēng)龍卷，二是與西風(fēng)帶系統(tǒng)相伴隨的超級(jí)單體產(chǎn)生的西風(fēng)帶龍卷[7-9]。

由于龍卷的時(shí)空尺度小、突發(fā)性與致災(zāi)性強(qiáng)，往往很難精準(zhǔn)地捕抓到龍卷的發(fā)生位置和時(shí)間，所以在早期，國(guó)內(nèi)外對(duì)龍卷的研究是以災(zāi)情調(diào)查和雷達(dá)觀測(cè)為主的個(gè)例分析[10-12]以及天氣背景的統(tǒng)計(jì)分析[13-19]。近年來(lái)，大氣數(shù)值模型與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，龍卷災(zāi)害等級(jí)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)勘探調(diào)查制度日益完善，國(guó)內(nèi)外龍卷的數(shù)值模擬研究也隨之取得巨大進(jìn)展[20-21]。Wicker和Wilhelmson[22]通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M龍卷的精細(xì)結(jié)構(gòu)，指出龍卷風(fēng)開始于低層中氣旋的旋轉(zhuǎn)增強(qiáng)至云底時(shí)，且旋轉(zhuǎn)的增加會(huì)引起向上的氣壓梯度力，從而在云底附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升氣流。Hu等[23]利用ARPS模型的三維變分法及使用雷達(dá)反射率改善云分析過(guò)程，準(zhǔn)確地捕捉到龍卷風(fēng)暴的重要特征，說(shuō)明雷達(dá)反射率對(duì)龍卷模擬具有正效應(yīng)。Mashiko[24-25]采用最內(nèi)層水平分辨率為50m的模式（1km～250m～50m）成功再現(xiàn)了日本的一次EF3級(jí)龍卷風(fēng)暴，研究了其中氣旋的渦旋來(lái)源與龍卷風(fēng)形成的機(jī)制。

國(guó)內(nèi)氣象學(xué)者也對(duì)龍卷開展了大量研究，但對(duì)數(shù)值模擬分析相對(duì)有限。陳鋒等[26]和李佳等[27]對(duì)2016年“6.23”江蘇阜寧龍卷進(jìn)行了數(shù)值模擬。陳鋒等[26]是基于GSI同化系統(tǒng)和WRF模式對(duì)雷達(dá)資料中反射率因子以及徑向速度資料同化進(jìn)行探討，結(jié)果顯示兩種資料的同時(shí)同化要優(yōu)于反射率因子和徑向速度資料的單獨(dú)同化，同時(shí)同化能改進(jìn)初始場(chǎng)的動(dòng)力條件、水汽條件和熱力條件。李佳等[27]是基于3km水平分辨率的預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)，對(duì)比有無(wú)資料同化的模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)逐小時(shí)循環(huán)同化對(duì)成功模擬類龍卷母體渦旋結(jié)構(gòu)起著關(guān)鍵作用。唐嘉蕙等[28]針對(duì)一次臺(tái)風(fēng)龍卷過(guò)程進(jìn)行高分辨率的數(shù)值模擬，成功模擬出類龍卷渦旋，對(duì)生成龍卷的類龍卷渦旋系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致化分析，發(fā)現(xiàn)龍卷發(fā)生在相對(duì)螺旋度正負(fù)高值區(qū)交界處。

隨著模式版本的不斷升級(jí)、參數(shù)化方案的日益完善、資料同化的種類增多，WRF模擬再現(xiàn)類龍卷渦旋的能力在不斷增強(qiáng)。但由于作為模式初始場(chǎng)的再分析資料是由不同的機(jī)構(gòu)提供，他們所使用的數(shù)據(jù)處理方法和觀測(cè)數(shù)據(jù)都存在一定的區(qū)別，使得這些資料之間存在一定差異[29]。而在模擬中小尺度的氣象特征時(shí)，細(xì)微的差異都會(huì)通過(guò)“蝴蝶效應(yīng)”造成不同的結(jié)果，所以不同再分析資料作為初始場(chǎng)對(duì)模擬結(jié)果的影響還是不容小覷的。袁有林等[30]把ERA-interim和FNL再分析資料作為模式的初始場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)ERA-interim的降水模擬結(jié)果要優(yōu)于FNL的。屠妮妮等[31]依據(jù)MET系統(tǒng)的客觀統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，針對(duì)24h降水分別評(píng)估SWCWARMS模式、GRAPES模式和ECMWF模式對(duì)四川地區(qū)的汛期預(yù)報(bào)能力。鄒振操等[29]也對(duì)比分析了ERA-interim、FNL及日本氣象廳的JRA-55資料，發(fā)現(xiàn)ERA-interim與FNL方案在模擬近地面風(fēng)場(chǎng)精度、反映近地面風(fēng)向廓線的變化趨勢(shì)方面要優(yōu)于JRA-55方案。韓子霏等[32]同樣選用了ERA-interim與FNL資料，并且加入了GRAPES_GFS資料，利用三種資料形成的初始場(chǎng)進(jìn)行模擬，對(duì)環(huán)流、降水特征進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三者的模擬結(jié)果中FNL資料最優(yōu)、GRAPES_GFS資料次之、ERA-interim資料最差。張懿等[33]利用ERA5與FNL資料作為WRF模式的初始場(chǎng)，通過(guò)對(duì)比分析模式模擬結(jié)果的風(fēng)溫濕等變量，發(fā)現(xiàn)FNL對(duì)平均氣溫的模擬效果更好，而ERA5資料對(duì)平均相對(duì)濕度的模擬效果更優(yōu)。

綜上所述，大多數(shù)學(xué)者主要關(guān)注的是美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心發(fā)布的再分析數(shù)據(jù)（FNL）以及歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心發(fā)布的再分析數(shù)據(jù)（ERA-interim與ERA5）。已知ERA5是繼ERA-interim之后發(fā)布的第五代再分析資料，與ERA-interim相比，ERA5空間分辨率與時(shí)間分辨率都有所提高（0.25°與1h）。因此，本文將對(duì)2014年5月21日廣州市黃埔龍卷天氣過(guò)程進(jìn)行診斷分析，并使用ERA5（下文簡(jiǎn)稱此模擬結(jié)果為ERA5）和FNL（下文簡(jiǎn)稱此模擬結(jié)果為FNL）再分析資料分別驅(qū)動(dòng)WRF，對(duì)龍卷天氣過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究不同初、邊界場(chǎng)對(duì)WRF模式模擬結(jié)果的影響，并對(duì)其中較好的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行超級(jí)單體的精細(xì)化結(jié)構(gòu)演變分析，以期為改進(jìn)西南區(qū)域業(yè)務(wù)模式、提升天氣預(yù)報(bào)精細(xì)化水平提供科學(xué)依據(jù)。

1 環(huán)流背景

2014年5月21日，雷雨云團(tuán)自西南方向逐漸移動(dòng)到廣東省廣州市上空，在本地不斷發(fā)展加強(qiáng)，受此強(qiáng)雷雨云團(tuán)的影響，17:40左右在黃埔區(qū)出現(xiàn)了龍卷過(guò)程（下文簡(jiǎn)稱西風(fēng)帶龍卷，圖1），給廣州黃竹村、大埔村和向西村造成了嚴(yán)重破壞，其中有部分的農(nóng)田被水淹沒(méi)，幾處廠房、民居被掀翻屋頂，一處圍墻(約20m)倒塌，并且有些村莊還出現(xiàn)停電狀況。

圖1 2014年5月21日西風(fēng)帶龍卷路徑

2014年5月21日，隨著雷雨云團(tuán)在廣州上空發(fā)展加強(qiáng)，在08時(shí)500hPa環(huán)流形勢(shì)（圖2a）可以看到，西風(fēng)帶龍卷發(fā)生前，華南上空受平直的西風(fēng)氣流控制，龍卷發(fā)生地位于短波槽前，且冷舌落后于高度場(chǎng)，在這種溫壓場(chǎng)配置下，高空槽前為暖平流，偏西氣流（10m/s）為龍卷發(fā)生地從海上帶來(lái)暖濕空氣。在700hPa的對(duì)流層低層（圖2b），西風(fēng)帶龍卷主要受偏西急流影響，與此次龍卷過(guò)程相距最近的清遠(yuǎn)站作比較，發(fā)現(xiàn)龍卷發(fā)生時(shí)的低空急流較弱，此時(shí)清遠(yuǎn)站的風(fēng)速為16m/s，而在850hPa、925hPa（圖略）上的風(fēng)速更低，只有8m/s，且風(fēng)向是從低層隨高度順轉(zhuǎn)，850hPa和925hPa的風(fēng)向分別為西南偏西風(fēng)和西南風(fēng)。在近地面層，利用24h變溫可以有效地說(shuō)明龍卷發(fā)生地在前24h內(nèi)，是受冷空氣影響導(dǎo)致呈負(fù)變溫狀態(tài)，還是受暖氣團(tuán)的控制呈正變溫狀態(tài)，從而分析出龍卷發(fā)生地溫度的變化情況及冷暖氣流交匯的劇烈程度。龍卷發(fā)生前（17時(shí)），有一暖低壓自東向西移動(dòng)，其伴隨的偏南氣流把海上的暖濕空氣帶到大陸上來(lái)，使西風(fēng)帶龍卷發(fā)生地升溫，溫度升幅為1～2℃（圖2c）。因此，在龍卷發(fā)生前，龍卷發(fā)生地附近的冷暖氣流交匯比較明顯，而風(fēng)場(chǎng)為單一的偏南氣流。

圖2 2014年5月21日08時(shí)西風(fēng)帶龍卷的（a）500hPa位勢(shì)高度（黑色實(shí)線，單位：gpm）、風(fēng)矢量（風(fēng)向桿，單位：m/s）、溫度（紅色實(shí)線，單位：℃）、地面高度（填色）；（b）700hPa風(fēng)速大值區(qū)，風(fēng)矢量（風(fēng)向桿，單位：m/s）、風(fēng)速（填色，單位：m/s）；（c）17時(shí)近地面氣壓場(chǎng)（黑色實(shí)線，單位：hPa）、風(fēng)矢量（風(fēng)向桿，單位：m/s）、24h變溫（填色，單位：℃），圖中紅色星號(hào)代表龍卷發(fā)生地

2 數(shù)值模擬對(duì)比分析

利用WRF-ARW V4.1.1中尺度數(shù)值模式對(duì)這次龍卷過(guò)程進(jìn)行模擬，采用的是三層雙向嵌套，各嵌套層均具有54層垂直層，實(shí)驗(yàn)?zāi)M的網(wǎng)格間距分別為4km（250×200）、800m（451×451）和160m（651×651）（圖3）。為了研究FNL和ERA5再分析資料驅(qū)動(dòng)WRF所造成的影響，選用相同的參數(shù)化方案（表1）。西風(fēng)帶龍卷積分時(shí)間為2014年5月21日00時(shí)～22日00時(shí)，d01每30min輸出一次模擬結(jié)果，d02每15min輸出一次模擬結(jié)果，d03每5min輸出一次模擬結(jié)果。

表1 模式參數(shù)化方案設(shè)置

圖3 西風(fēng)帶龍卷的3層嵌套區(qū)域

比較發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)NL（圖4b）能較好地模擬出對(duì)流單體，其最強(qiáng)回波為56.7dBZ與實(shí)況的最大回波58dBZ相近，但位置與實(shí)況相比偏東；在圖4c中，ERA5模擬的龍卷發(fā)生地對(duì)流單體強(qiáng)度稍弱，為32.7dBZ，與實(shí)況相差甚遠(yuǎn)，且無(wú)明顯的強(qiáng)回波位于龍卷發(fā)生地。圖5為兩種再分析資料的模擬結(jié)果與實(shí)況降水的逐小時(shí)累計(jì)降水圖。如圖所示，在西風(fēng)帶龍卷發(fā)生地附近實(shí)況的最大降水量為20mm，F(xiàn)NL（圖5b）中的降水量與實(shí)況相比偏大，最大降水量可達(dá)62.9mm，但其降水中心與實(shí)況降水中心較為一致；ERA5則無(wú)降水過(guò)程（圖5c），說(shuō)明FNL資料對(duì)西風(fēng)帶龍卷的降水模擬效果優(yōu)于ERA5資料。

圖4 西風(fēng)帶龍卷發(fā)生期間雷達(dá)反射率空間分布（a.廣州多普勒雷達(dá)組合反射率，b.FNL模擬結(jié)果，c.ERA5模擬結(jié)果，單位：dBZ，紅白五角星均代表龍卷發(fā)生地）

圖5 西風(fēng)帶龍卷發(fā)生期間1h累計(jì)降水空間分布（a.實(shí)況，b.FNL模擬結(jié)果，c.ERA5模擬結(jié)果，單位：mm，紅色五角星代表龍卷發(fā)生地）

3 不同初始場(chǎng)對(duì)WRF模擬結(jié)果的影響

3.1 雷達(dá)回波分析

為了研究對(duì)流單體中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其發(fā)展強(qiáng)度，對(duì)160m分辨率的最大雷達(dá)回波以及雷達(dá)回波的剖面進(jìn)行分析。

從圖6a1～c1可以看到，在FNL模擬結(jié)果中，17:35在龍卷發(fā)生地的東北方向有一鉤狀回波狀的對(duì)流單體，在向東北方向緩慢移動(dòng)過(guò)程中，其中心強(qiáng)回波強(qiáng)度維持在55dBZ，影響范圍不斷向東北擴(kuò)展；從圖7a1～c1中的雷達(dá)回波剖面圖可以看到，在17:35的45dBZ回波已經(jīng)觸地，且強(qiáng)回波高達(dá)約10km處，在單體東側(cè)為懸掛的穹窿，配合垂直氣流可以看到單體東側(cè)有較強(qiáng)的上升氣流；在1～3km的強(qiáng)回波處看到風(fēng)向由近地面北風(fēng)在3km高度順轉(zhuǎn)為南風(fēng)，有學(xué)者[34-36]指出在北半球，風(fēng)向隨高度順時(shí)針轉(zhuǎn)變有利于右移氣旋式超級(jí)單體風(fēng)暴。在17:40與17:45，強(qiáng)回波在向東北方向擴(kuò)展的同時(shí)，鉤狀回波特征也逐漸消失。從圖7b1～c1中可以看到，強(qiáng)回波逐漸向東移動(dòng)，其觸地強(qiáng)回波范圍不斷擴(kuò)大，且強(qiáng)回波中心在向下發(fā)展的過(guò)程中，在17:40先是50dBZ強(qiáng)度的回波觸地，到17:45強(qiáng)度為55dBZ的強(qiáng)回波觸地，使得與地面相接觸的強(qiáng)回波變粗且加強(qiáng)；與此同時(shí)，其東側(cè)的有界弱回波區(qū)也在向下發(fā)展。

圖6 基于FNL（上）與ERA5（下）資料模擬西風(fēng)帶龍卷期間160m分辨率的最大雷達(dá)回波（a1～2.09:35 UTC，b1～2.09:40 UTC，c1～2.09:45 UTC，單位：dBZ，紫色點(diǎn)線為龍卷路徑）

圖6a2～c2為ERA5模擬結(jié)果，可以看到在龍卷發(fā)生地附近，只有其西南側(cè)有范圍較大、回波強(qiáng)度為10dBZ的回波區(qū)，這種強(qiáng)度的回波遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到對(duì)流的強(qiáng)度。從圖7a2～c2可以看到，該回波區(qū)的高度位于13～14km之間，與地面相距甚遠(yuǎn)，不足以與地面相互配合，形成對(duì)流。

圖7 對(duì)應(yīng)圖6中沿黑色實(shí)線的雷達(dá)回波強(qiáng)度（填色，單位：dBZ）及風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）垂直剖面（a1～2.09:35 UTC，b1～2.09:40 UTC，c1～2.09:45 UTC）

3.2 垂直速度和水平風(fēng)場(chǎng)分析

為了研究風(fēng)暴低層的環(huán)流特征，本文對(duì)10m水平風(fēng)場(chǎng)和2000m高度的垂直速度以及垂直速度的剖面進(jìn)行分析。FNL的模擬結(jié)果（圖8a1）可以發(fā)現(xiàn)西風(fēng)帶龍卷發(fā)生處的垂直速度以上升氣流（最大上升速度在8m/s以上）為主，其中心大值區(qū)與強(qiáng)回波50dBZ的范圍對(duì)應(yīng)，并且近地面風(fēng)為明顯的輻合區(qū)，在龍卷西北側(cè)有微弱的下沉氣流區(qū)，對(duì)應(yīng)近地面的偏西風(fēng)；從垂直剖面圖（圖9a1）來(lái)看，對(duì)流單體的南部有一強(qiáng)上升氣流區(qū)，在8km高度其風(fēng)速可以達(dá)到12m/s，在強(qiáng)上升區(qū)的西側(cè)4km以下高度有一弱下沉氣流，其強(qiáng)度為5m/s。17:40可以看到風(fēng)暴西北側(cè)的下沉中心增強(qiáng)至6m/s，而上升氣流速度仍保持在8m/s以上（圖8b1）；從圖9b1中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)流單體西側(cè)的上升氣流中心有所增強(qiáng)，其中心最強(qiáng)下沉速度達(dá)7m/s，而在上升氣流上方也有一強(qiáng)下沉氣流與之輻合，使9km處出現(xiàn)東風(fēng)急流。17:45風(fēng)暴南部的近地面中出現(xiàn)明顯的氣流輻合區(qū)，2km高度上的下沉氣流與上升氣流在錮囚處形成氣旋式環(huán)流（圖8c1）；從圖9c1發(fā)現(xiàn)，下沉氣流中心強(qiáng)度在4km處增強(qiáng)為8m/s，與6km處強(qiáng)中心為16m/s的上升氣流錮囚。

從圖8a2～c2中可以看到西風(fēng)帶龍卷的ERA5模擬結(jié)果并無(wú)明顯的上升氣流區(qū)或下沉氣流區(qū)，且近地面風(fēng)場(chǎng)并無(wú)明顯的氣流輻合或輻散，在垂直剖面（圖9a2～c2）上也無(wú)明顯的氣流特征。

圖8 基于FNL（上）與ERA5（下）資料模擬西風(fēng)帶龍卷期間160m分辨率的2km高度垂直速度（填色，單位:m/s）、近地面10m風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）及反射率（等值線，單位：dBZ）空間分布（a1～2.09:35 UTC，b1～2.09:40 UTC，c1～2.09:45 UTC，紅色五角星代表龍卷發(fā)生地）

圖9 對(duì)應(yīng)圖8中沿黑色實(shí)線的垂直速度（填色，單位：m/s）和風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）垂直剖面（a1～2.09:35 UTC，b1～2.09:40 UTC，c1～2.09:45 UTC）

3.3 水成物分析

為了研究對(duì)流單體對(duì)應(yīng)云體的發(fā)展演變過(guò)程，對(duì)160m分辨率的整層水成物（各個(gè)高度層的雨水、云水、云冰、雪、霰粒子混合比含量的總和）平面圖與沿單體水成物最大混合比含量（雨水、云水、云冰、雪、霰粒子混合比含量的總和）的垂直結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

圖10是基于FNL和ERA5資料模擬西風(fēng)帶龍卷期間160m分辨率的整層水成物分布。FNL中的水成物分布（圖10a1～c1）與對(duì)應(yīng)的雷達(dá)回波結(jié)果（圖6a1～c1）相吻合，隨著對(duì)流單體的向東發(fā)展，單體南部的水成物中心也向東北方向移動(dòng)并逐漸增強(qiáng)，其垂直方向的強(qiáng)中心不斷向東發(fā)展、增強(qiáng)，17:35厚度11km的對(duì)流單體不斷向上伸展，在17:45厚度增長(zhǎng)至約20km，單體高度增長(zhǎng)近兩倍。在17:40，對(duì)流單體西側(cè)云底出現(xiàn)單獨(dú)的接地水成物，17:45接地水成物加粗且強(qiáng)度增強(qiáng)。水成物中心強(qiáng)度不斷的向上和向東發(fā)展，西風(fēng)帶龍卷的水成物高值中心從6～7km單一的0.006kg/kg（17:35），增長(zhǎng)至17:45的多個(gè)高值中心，最高達(dá)到13km（0.0095kg/kg）。

反觀ERA5中的水成物分布（圖10a2～c2）較為均勻，水成物混合比均為0.0005kg/kg，僅在圖11a2中3～5km出現(xiàn)了低值中心，但這并不足以形成對(duì)流云體。

圖10 基于FNL（上）與ERA5（下）資料模擬西風(fēng)帶龍卷期間160m分辨率的整層水成物（a1～2.09:35 UTC，b1～2.09:40 UTC，c1～2.09:45 UTC，單位：kg/kg，紫色點(diǎn)線為龍卷路徑）

圖11 對(duì)應(yīng)圖10中沿黑色實(shí)線的水成物垂直剖面（a1～2.09:35 UTC，b1～2.09:40 UTC，c1～2.09:45 UTC，單位：kg/kg）

4 超級(jí)單體精細(xì)化結(jié)構(gòu)演變

由第3節(jié)可知西風(fēng)帶龍卷（2014年5月21日）以FNL作為初始場(chǎng)的模擬結(jié)果與實(shí)況較為吻合，所以下文針對(duì)此次數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行研究，分析此過(guò)程中對(duì)流風(fēng)暴的演變過(guò)程，并對(duì)本次龍卷所在的超級(jí)單體風(fēng)暴的精細(xì)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷分析。

4.1 超級(jí)單體的形成與減弱過(guò)程

從模擬結(jié)果來(lái)看，對(duì)流單體內(nèi)的出流變化明顯。17:20～17:30，對(duì)流單體內(nèi)部的東北氣流在南風(fēng)加持下向西流出，對(duì)流單體內(nèi)沒(méi)有較強(qiáng)烈的風(fēng)場(chǎng)輻合，界定這一階段為超級(jí)單體的初期。17:35～18:00，超級(jí)單體的出流明顯加強(qiáng)，由原來(lái)的東北氣流逐漸向偏北氣流發(fā)展，與南邊的入流在單體右后側(cè)（相對(duì)風(fēng)暴移動(dòng)方向）形成強(qiáng)輻合，界定這一階段為超級(jí)單體的發(fā)展期。18:05～18:30，超級(jí)單體的出流顯著減弱，而南風(fēng)加強(qiáng)，南部輻合區(qū)逐漸消散，界定這一階段為超級(jí)單體的衰減期。需要特別指出的是，為了能較清晰地追蹤對(duì)流單體內(nèi)部出流與入流的變化情況，圖12、圖13和圖15均是跟隨對(duì)流單體右后側(cè)強(qiáng)反射率的移動(dòng)進(jìn)行繪制，而圖14各時(shí)次的經(jīng)緯度與圖13保持一致。

圖13 基于FNL資料模擬的對(duì)流單體發(fā)展期0.5km（a1～f1）和1km（a2～f2）高度的雷達(dá)反射率（填色，單位：dBZ）和水平風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）空間分布（a1～2.09:35 UTC，b1～2.09:40 UTC，c1～2.09:45 UTC，d1～2.09:50 UTC，e1～2.09:55 UTC，f1～2.10:00 UTC）

圖14 基于FNL資料模擬的對(duì)流單體發(fā)展期海平面擾動(dòng)氣壓場(chǎng)（填色，單位：hPa），0.5km（a1～f1）與1km（a2～f2）高度雷達(dá)反射率（紅色等值線，單位：dBZ）、輻合（藍(lán)色虛線，單位：-0.5s-1）及水平風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）空間分布 （a1～2.09:35 UTC，b1～2.09:40 UTC，c1～2.09:45 UTC，d1～2.09:50 UTC，e1～2.09:55 UTC，f1～2.10:00 UTC，藍(lán)色框表示有明顯風(fēng)場(chǎng)輻合）

圖15 基于FNL資料模擬的對(duì)流單體衰減期0.5km（a1～f1）和1km（a2～f2）高度的雷達(dá)反射率（填色，單位：dBZ）和水平風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）空間分布（a1～2.10:05 UTC，b1～2.10:10 UTC，c1～2.10:15 UTC，d1～2.10:20 UTC，e1～2.10:25 UTC，f1～2.10:30 UTC）

首先從圖12模擬結(jié)果中可以看到，2014年5月21日17時(shí)20分，在廣州市黃埔區(qū)上空有大片的對(duì)流云系發(fā)展，且此對(duì)流云系位于實(shí)況龍卷發(fā)生地的東北側(cè)，模擬結(jié)果達(dá)50dBZ強(qiáng)度的對(duì)流單體與實(shí)況龍卷發(fā)生地相距約9km。

圖12為超級(jí)單體初期，17:20～17:30，500m高度與1000m高度的雷達(dá)反射率因子位置與強(qiáng)度均十分相似。圖12a中，對(duì)流單體強(qiáng)度最高達(dá)60dBZ，在對(duì)流單體中部有明顯的入流區(qū)，而強(qiáng)回波（＞40dBZ）包圍著入流區(qū)，單體北部普遍為東北風(fēng)，在單體左后側(cè)與南部的東南風(fēng)相遇，使得單體左后方有一類弓狀回波產(chǎn)生，且由于單體的出流與入流區(qū)在南部的弱回波區(qū)相匯，使得此處有風(fēng)向輻合；圖12d的回波位置與強(qiáng)度基本與500m高度相似，但1000m高度風(fēng)場(chǎng)以南風(fēng)為主，且風(fēng)場(chǎng)中沒(méi)有明顯的輻合區(qū)出現(xiàn)。在17:25（圖12b），對(duì)流單體的出流明顯增強(qiáng)，使得西側(cè)的強(qiáng)回波逐漸與東部的強(qiáng)回波區(qū)靠近，中部回波也有所增強(qiáng)，能達(dá)35dBZ以上；在1000m高度處（圖12e）則是入流增強(qiáng)明顯，使得對(duì)流單體西側(cè)以東南風(fēng)為主。到了17:30，對(duì)流單體中的強(qiáng)回波區(qū)合并，但強(qiáng)度有所減弱（58dBZ），位于500m高度（圖12c）的東北風(fēng)依舊強(qiáng)勁，而在1000m高度（圖12f）上位于單體左后側(cè)的入流明顯增強(qiáng)，在此處出現(xiàn)較為明顯的輻合區(qū)。

圖12 基于FNL資料模擬的對(duì)流單體初期0.5km（上）和1km（下）高度的雷達(dá)反射率（填色，單位：dBZ）和水平風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）空間分布（a、d.09:20 UTC，b、e.09:25 UTC，c、f.09:30 UTC）

圖13為超級(jí)單體發(fā)展期，主要關(guān)注的是單體左后側(cè)強(qiáng)回波處的形狀變化及風(fēng)場(chǎng)配置。從圖13a1可以看到，在17 :35強(qiáng)回波匯合后，對(duì)流單體以北風(fēng)為主，強(qiáng)回波處為明顯的東北風(fēng)與北風(fēng)，而單體南部為偏南風(fēng)，在強(qiáng)回波區(qū)的東南側(cè)輻合，有弱渦旋出現(xiàn)；在1000m高度（圖13a2），由于偏南風(fēng)明顯加強(qiáng)，此高度上并無(wú)明顯的渦旋出現(xiàn)。到了17:40（圖13b1～2），對(duì)流單體逐漸向東移動(dòng)，位于強(qiáng)回波東側(cè)的渦旋加強(qiáng)，且在1000 m高度上也出現(xiàn)了明顯的渦旋。在17:45（圖13c1～2），對(duì)流單體的反射率因子的形狀與Lemon等[37]總結(jié)的經(jīng)典超級(jí)單體的概念模型十分相似，單體均為西南向東北方向移動(dòng)，低層入流方向位于相對(duì)風(fēng)暴移動(dòng)方向的右后側(cè)，在此處回波出現(xiàn)入流缺口和鉤狀回波，而模擬結(jié)果中的單體回波在右后側(cè)有一入流缺口，且回波形狀表現(xiàn)為類鉤狀回波，說(shuō)明模擬的對(duì)流風(fēng)暴為超級(jí)單體。17:45的小尺度渦旋逐漸發(fā)展增強(qiáng)，到了17:50（圖13d1～2）渦旋發(fā)展到強(qiáng)回波區(qū)內(nèi)，在入流與出流的配合下，在類鉤狀回波中發(fā)展增強(qiáng)，此時(shí)的渦旋最為明顯且最強(qiáng)盛，龍卷最有可能發(fā)生在此刻。到了17:55由于對(duì)流單體內(nèi)的東北風(fēng)以及單體外部的西南風(fēng)明顯減弱，使得渦旋也出現(xiàn)明顯的減弱現(xiàn)象，在500m高度（圖13e1）處渦旋特征消失，在1000m高度（圖13e2）處，小尺度渦旋明顯減弱。在18:00，500m高度（圖13f1）與1000m高度（圖13f2）上，超級(jí)單體仍伴有明顯的出流（偏北風(fēng)）與入流（偏南風(fēng)），但渦旋特征基本消失。

圖14為基于FNL資料模擬的超級(jí)單體發(fā)展期海平面擾動(dòng)氣壓場(chǎng)，0.5km與1km高度雷達(dá)反射率、輻合及水平風(fēng)場(chǎng)的空間分布，目的是為了能更清晰地觀察超級(jí)單體發(fā)展期中的氣壓配置情況。從圖14a1～2中可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)回波區(qū)（＞40dBZ）與正擾動(dòng)氣壓相配合，50dBZ的回波區(qū)氣壓擾動(dòng)達(dá)到0.8hPa以上，與南風(fēng)相配合的是負(fù)擾動(dòng)氣壓（強(qiáng)中心氣壓達(dá)-1hPa），風(fēng)場(chǎng)輻合區(qū)正是位于擾動(dòng)氣壓的正負(fù)值邊界偏正擾動(dòng)氣壓處。配合著對(duì)流單體的發(fā)展，正擾動(dòng)氣壓也逐漸增強(qiáng)，17:40的500m（圖14b1）與1000m（圖14b2）高度中心值都達(dá)到了1.2hPa以上，且強(qiáng)中心與55dBZ強(qiáng)度的強(qiáng)回波位置相近，而配合強(qiáng)勁偏南風(fēng)出現(xiàn)的是負(fù)擾動(dòng)氣壓，負(fù)擾動(dòng)中心高達(dá)-1.4 hPa以下，隨著兩側(cè)擾動(dòng)氣壓的增強(qiáng)，渦旋強(qiáng)度增強(qiáng)，且向負(fù)變壓處靠近。到了17:45，正負(fù)擾動(dòng)氣壓中心均有所減弱，但仍然是負(fù)擾動(dòng)氣壓中心稍強(qiáng)于正擾動(dòng)氣壓，所以渦旋強(qiáng)度增強(qiáng)的同時(shí)，其中心持續(xù)向負(fù)擾動(dòng)氣壓中心靠近，此時(shí)渦旋無(wú)論是在500m高度（圖14c1）還是在1000m（圖14c2）高度上，均位于正負(fù)擾動(dòng)氣壓的交界處。在17:50（圖14d1～2），小尺度渦旋強(qiáng)度在此時(shí)發(fā)展最為強(qiáng)烈，與之相配合出現(xiàn)的是小尺度渦旋所在地為負(fù)擾動(dòng)氣壓的強(qiáng)中心處，而對(duì)流母體以正擾動(dòng)氣壓為主，但南部的強(qiáng)回波處于強(qiáng)負(fù)擾動(dòng)氣壓中心處（-1.6hPa以下），在強(qiáng)回波與強(qiáng)負(fù)擾動(dòng)氣壓的相互配合下，強(qiáng)勁的南北風(fēng)在此處匯合，使得小尺度渦旋在此刻發(fā)展最為強(qiáng)烈。到17:55，正負(fù)擾動(dòng)氣壓中心都有所減弱，而渦旋特征明顯減弱，在500m高度（圖14e1）上并無(wú)明顯的渦旋特征出現(xiàn)。到18:00，負(fù)擾動(dòng)氣壓減弱明顯，對(duì)流主體受正擾動(dòng)氣壓控制為主，此時(shí)的風(fēng)場(chǎng)輻合并不顯著，但500m高度（圖14f1）的輻合情況要比17:55的稍強(qiáng)。

圖15為超級(jí)單體的衰減期。在18:05可以看到對(duì)流單體內(nèi)部的偏北風(fēng)減弱（圖15a1），1000 m高度處的對(duì)流單體風(fēng)向變化明顯，由東北風(fēng)轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，在單體南側(cè)的強(qiáng)回波區(qū)仍有風(fēng)向輻合，但此時(shí)兩個(gè)高度層均無(wú)明顯的渦旋特征。到了18:10（圖15b1～2）單體南部的強(qiáng)回波區(qū)域減小，且強(qiáng)回波區(qū)內(nèi)的風(fēng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠珫|風(fēng)，并無(wú)明顯的出流，但入流缺口仍很明顯，在對(duì)流單體的右后側(cè)仍為明顯的偏南風(fēng)，與單體南部的偏東風(fēng)匯合，在強(qiáng)回波的右側(cè)出現(xiàn)輻合現(xiàn)象。到了18:15（圖15c1～2）渦旋現(xiàn)象加強(qiáng)，但對(duì)流單體的主體受偏東風(fēng)影響為主，位于南側(cè)的強(qiáng)回波區(qū)則是西北風(fēng)，與強(qiáng)入流在此處形成渦旋特征。18:20～18:30（圖15d～f）期間，對(duì)流單體受強(qiáng)勁的東南風(fēng)影響，在南側(cè)的強(qiáng)回波處雖然有出現(xiàn)風(fēng)輻合特征，但隨著南風(fēng)的加強(qiáng)，單體的入流缺口逐漸減弱消失，而由南風(fēng)形成的輻合區(qū)持續(xù)的時(shí)間短暫且強(qiáng)度不大，難以形成龍卷渦旋。

4.2 超級(jí)單體的垂直結(jié)構(gòu)

圖16給出了超級(jí)單體風(fēng)暴沿圖13（a1～f1）風(fēng)場(chǎng)輻合中心的黑色線段所在垂直剖面內(nèi)的雷達(dá)反射率因子、垂直速度（黑色實(shí)線表示垂直上升運(yùn)動(dòng)，虛線則表示風(fēng)場(chǎng)的下沉運(yùn)動(dòng)）、徑向風(fēng)與垂直速度的合成風(fēng)場(chǎng)，目的是為了分析超級(jí)單體的垂直結(jié)構(gòu)以及其風(fēng)場(chǎng)的配置情況。從圖16a可以看到，17:35時(shí)對(duì)流風(fēng)暴南部具有低層弱回波區(qū)和其上部中高層懸垂回波結(jié)構(gòu)特征，其與周海光[38]分析的2016年“6.23”江蘇阜寧超級(jí)單體風(fēng)暴結(jié)構(gòu)相似，對(duì)流母體的強(qiáng)回波從地面一直伸展到高空11km處，與實(shí)況接近，并且本文模擬的最強(qiáng)回波位于地面至6km處；從垂直速度來(lái)看，對(duì)流母體的右側(cè)為強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)（最強(qiáng)中心達(dá)10m/s），而左側(cè)為弱的下沉運(yùn)動(dòng)（-2m/s）；從風(fēng)場(chǎng)來(lái)看，2～6km在強(qiáng)勁（風(fēng)速高達(dá)24m/s）的垂直-徑向風(fēng)的作用下，（23.32°N，113.61°E）～（23.32°N，113.63°E）區(qū)域之間出現(xiàn)了回波懸掛現(xiàn)象，而在單體西側(cè)（23.32°N，113.59°E）處與強(qiáng)回波一起出現(xiàn)的是下沉運(yùn)動(dòng)，已知龍卷形成的必要條件為對(duì)流母體的后側(cè)下沉氣流，這一般形成于超級(jí)單體風(fēng)暴的成熟期，說(shuō)明此時(shí)的環(huán)流特點(diǎn)有利于龍卷的生成。隨著對(duì)流風(fēng)暴的增強(qiáng)過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)在17:40～17:45（圖16b～c）中對(duì)流單體右側(cè)的垂直速度明顯增強(qiáng)，在17:45上升速度演變?yōu)閮蓚€(gè)大值中心，其上升速度隨回波向東偏移，在強(qiáng)勁的垂直速度（強(qiáng)中心達(dá)到16m/s）作用下，超級(jí)單體出現(xiàn)有界弱回波區(qū)，配合圖13c中的鉤狀回波以及入流缺口，說(shuō)明此時(shí)的對(duì)流單體已發(fā)展成為超級(jí)單體。17:45是超級(jí)單體發(fā)展最強(qiáng)烈的時(shí)刻，南部母體的垂直速度明顯增大且范圍隨著強(qiáng)回波的擴(kuò)張向上向東西兩側(cè)擴(kuò)大，其垂直速度的強(qiáng)中心（最大值22m/s）能高達(dá)11km，與回波頂高度相近；在近地面處，可以發(fā)現(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)是下沉-上升-下沉-上升相配合的，與Lemon等[37]建立的超級(jí)單體模型相似，因?yàn)辇埦硐到y(tǒng)最有可能生成于超級(jí)單體后部底層的云體中，由中部強(qiáng)上升氣流攜帶前側(cè)與后側(cè)的下沉氣流相互作用形成。在17:55，超級(jí)單體持續(xù)向東移動(dòng)的同時(shí)，其強(qiáng)回波也在不斷的向上發(fā)展，強(qiáng)回波厚度在此時(shí)高達(dá)15km，伴隨著強(qiáng)回波區(qū)的是其垂直上升運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)中心高度也隨之抬高，強(qiáng)度也維持在22m/s，但地面的垂直速度變化明顯，夾雜在上升氣流中的下沉氣流消失，只余單體西側(cè)的下沉氣流區(qū)存在，且兩股垂直氣流的中心值相距較遠(yuǎn)，這并不利于渦旋的存在，說(shuō)明此時(shí)的對(duì)流特征并不利于龍卷的生成。到了18:00上升氣流隨著強(qiáng)回波持續(xù)向東發(fā)展，但強(qiáng)度有所減弱，而近地面的下沉氣流明顯與上升氣流間距拉大，這不利于對(duì)流的發(fā)展。

圖16 對(duì)應(yīng)圖13中沿黑色實(shí)線的對(duì)流單體發(fā)展期雷達(dá)反射率（填色，單位：dBZ）、垂直速度（實(shí)線為正值，虛線為負(fù)值，單位：m/s）以及徑向風(fēng)與垂直速度合成風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）的垂直剖面（a.09:35 UTC，b.09:40 UTC，c.09:45 UTC，d.09:50 UTC，e.09:55 UTC，f.10:00 UTC）

圖17為基于FNL資料模擬分辨率為160m的不同高度垂直渦度、水平風(fēng)場(chǎng)及40dBZ雷達(dá)反射率的空間分布，目的是為了研究小尺度渦旋發(fā)展最強(qiáng)盛的時(shí)候（17:50），垂直渦度在各層的一個(gè)分布狀況。從250m高度層（圖17a）就可以看到，在強(qiáng)回波處有氣旋輻合出現(xiàn)，伴隨在小尺度氣旋中心的為正渦度中心，而在小尺度氣旋的北部以及南部有負(fù)渦度存在，渦旋南北兩側(cè)的下沉氣流為中心強(qiáng)上升氣流不斷的提供能量，使得氣旋輻合能不斷的加深；強(qiáng)回波范圍隨著高度的增加不斷的向北擴(kuò)展，在500m高度（圖17b）以及750m高度層（圖17c）中，氣旋中心均在鉤狀回波中的強(qiáng)回波區(qū)（＞40dBZ）內(nèi)發(fā)展，且中心為正渦度的環(huán)流配置。但隨著強(qiáng)回波以及氣旋中心的不斷北移，北部的負(fù)渦度強(qiáng)度也逐漸減弱，到了1.25km高度（圖17e）處，北部的負(fù)渦度減弱，而氣旋中心的正渦度強(qiáng)度也稍有減弱。在1.5～2km（圖17f～h）處，南北部的負(fù)渦度有所增強(qiáng)，配合正渦度中心，小尺度氣旋仍然很明顯，但到了2.5km（圖17i）處，由于強(qiáng)回波（40dBZ）不斷的向東方向收縮，致使渦旋特征消失，但強(qiáng)正渦度已經(jīng)強(qiáng)負(fù)渦度中心仍然配合存在。在3～4km高度層中，與渦度中心配合存在的是強(qiáng)勁的偏東風(fēng)，并且此高度的強(qiáng)回波區(qū)也逐漸向東北方向移動(dòng)收縮。由此看來(lái)，小尺度氣旋渦旋是從地面一直延伸至2km的高度，并隨著強(qiáng)回波向西北方向傾斜。

圖18為模擬的擾動(dòng)溫度、垂直速度、緯向風(fēng)、風(fēng)速以及反射率沿圖13（a1～f1）中黑色實(shí)線的剖面圖，目的是為了研究超級(jí)單體風(fēng)暴的溫度垂直結(jié)構(gòu)：暖色表示正擾動(dòng)溫度，冷色表示負(fù)擾動(dòng)溫度，黑色實(shí)線表示＞12m/s的風(fēng)速區(qū)域，紅色實(shí)線表示強(qiáng)回波所在區(qū)域。從圖18a可以觀察風(fēng)暴頂為強(qiáng)的正溫度擾動(dòng)，而在風(fēng)暴底為強(qiáng)的負(fù)溫度擾動(dòng)，對(duì)比圖18a中的溫度擾動(dòng)與圖16a中的垂直速度可以發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)垂直速度中心處均伴隨有一個(gè)溫度擾動(dòng)區(qū)存在，在單體西側(cè)的近地面處的冷池正好對(duì)應(yīng)下沉氣流中心，這是由于近地面的降水以及下沉運(yùn)動(dòng)的共同作用使空氣變冷，而單體高空中的暖池則是由于東部的上升入流經(jīng)過(guò)冷池的抬升，往高空帶來(lái)豐富的水汽，水汽在高空凝結(jié)釋放潛熱，使得上升氣流中心區(qū)為暖中心。隨著單體不斷的向東北方向移動(dòng)，高空的暖池也在跟隨強(qiáng)回波區(qū)向東方向移動(dòng)，地面的深厚的冷池區(qū)是由于強(qiáng)回波不斷的向東方向移動(dòng)，同時(shí)其東面在強(qiáng)勁的上升氣流逼緊的情況下，使得冷池不斷變窄加深（圖17b）。到了17:45，由于垂直速度強(qiáng)中心的前傾，連帶暖池的減弱與前傾，而近地面高度的冷池中心穩(wěn)定維持，且地面的風(fēng)速大值區(qū)也跟隨單體不斷地向東移動(dòng)。由前文可知，17:50是低層對(duì)流發(fā)展最強(qiáng)烈的時(shí)刻，從圖18d也可以發(fā)現(xiàn)，配合強(qiáng)回波暖池的范圍也相應(yīng)的增大，但暖池的強(qiáng)中心位于風(fēng)暴頂50～55dBZ處，而不是與垂直速度相對(duì)應(yīng)了，反觀近地面的冷池中心仍然與下沉運(yùn)動(dòng)向配合，并且此時(shí)的0～4km的垂直速度-緯向風(fēng)合成的風(fēng)速達(dá)到了12m/s，有利于增強(qiáng)后側(cè)下沉運(yùn)動(dòng)，而超級(jí)單體的東部風(fēng)速也相應(yīng)增大，說(shuō)明此時(shí)的對(duì)流十分明顯。到了17:55，隨著后側(cè)下沉氣流的不斷增強(qiáng)，冷池被推移出強(qiáng)回波區(qū)，位于對(duì)流單體的東側(cè)，高空暖池在冷池的正上方，其在強(qiáng)勁的西風(fēng)作用下伴隨強(qiáng)回波向上發(fā)展。在18:00，雖然冷池的范圍增大，但其深度減小，且風(fēng)暴頂?shù)呐孛黠@減弱，說(shuō)明此時(shí)的超級(jí)單體呈衰減狀態(tài)。

圖17 基于FNL資料模擬分辨率為160m的不同高度垂直渦度（填色，單位：s-1）、水平風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）及40dBZ雷達(dá)反射率（紅色等值線，單位：dBZ）空間分布（a.0.25km，b.0.5km，c.0.75km，d.1km，e.1.25km，f.1.5km，g.1.75km，h.2km，i.2.5km，j.3km，k.3.5km，l.4km）

圖18 對(duì)應(yīng)圖13中沿黑色實(shí)線的對(duì)流單體發(fā)展期擾動(dòng)溫度（填色，單位：℃）、40dBZ雷達(dá)反射率（紅色等值線，單位：dBZ）、緯向風(fēng)與垂直速度合成風(fēng)場(chǎng)（風(fēng)向桿，單位：m/s）以及12m/s風(fēng)速（黑色等值線，單位：m/s）垂直剖面（a.09:35 UTC，b.09:40 UTC，c.09:45 UTC，d.09:50 UTC，e.09:55 UTC，f.10:00 UTC）

5 結(jié)論

本文利用4km和160m分辨率的數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)產(chǎn)生可能是龍卷母體的對(duì)流單體進(jìn)行綜合診斷，從雷達(dá)反射率、1h降水量、垂直速度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、水成物這幾個(gè)方面分析兩套再分析資料對(duì)龍卷區(qū)域模擬效果的差異，以及對(duì)利用FNL再分析資料作為背景場(chǎng)的西風(fēng)帶龍卷模擬結(jié)果進(jìn)行超級(jí)單體的精細(xì)化結(jié)構(gòu)診斷，從雷達(dá)反射率、海平面氣壓擾動(dòng)、垂直渦度場(chǎng)、擾動(dòng)溫度這幾個(gè)方面進(jìn)行分析，結(jié)論如下：

（1）通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果和實(shí)況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)FNL資料對(duì)西風(fēng)帶龍卷模擬效果較好，但模擬結(jié)果與實(shí)際結(jié)果仍有差異。與ERA5的模擬結(jié)果相比，F(xiàn)NL模擬的西風(fēng)帶龍卷的對(duì)流單體較大。

（2）FNL再分析資料能較好的從雷達(dá)回波、垂直速度、風(fēng)場(chǎng)以及水成物這幾個(gè)變量中模擬出對(duì)流單體的結(jié)構(gòu)，并且在雷達(dá)回波中出現(xiàn)鉤狀回波特征。

（3）通過(guò)對(duì)500m與1000m高度的雷達(dá)回波反射率平面圖以及海平面氣壓擾動(dòng)對(duì)對(duì)流風(fēng)暴的演變過(guò)程進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)流單體發(fā)展初期，對(duì)流單體主要以南風(fēng)為主，隨著回波的合并且東北風(fēng)的增強(qiáng)，逐漸在單體的左側(cè)出現(xiàn)風(fēng)的輻合區(qū)。在超級(jí)單體的發(fā)展期時(shí)，對(duì)流單體內(nèi)的偏北風(fēng)與南部的偏南風(fēng)明顯增強(qiáng)，在超級(jí)單體的鉤狀回波處輻合，形成了小尺度氣旋特征，在南北風(fēng)以及負(fù)擾動(dòng)氣壓的配合下，小尺度渦旋在17:45增強(qiáng)，在17:50小尺度發(fā)展最為強(qiáng)烈，隨后減弱。超級(jí)單體的衰減期，單體內(nèi)的北風(fēng)開始減弱消失，南風(fēng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)流單體的入流缺口逐漸消失，超級(jí)單體特征也隨之減弱。

（4）利用垂直剖面以及各個(gè)高度層的氣象要素場(chǎng)分析超級(jí)單體的垂直結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在17:50超級(jí)單體底部的發(fā)展最為強(qiáng)烈，其伴隨有后側(cè)下沉氣流以及強(qiáng)上升氣流，各高度層的水平風(fēng)場(chǎng)均有明顯的氣旋性渦旋存在，配合出現(xiàn)的是正渦度中心，而渦旋的高度在0.25～2km高度處，由此看來(lái)小尺度氣旋渦旋是從地面一直延伸至2km的高度，并隨著強(qiáng)回波向西北方向傾斜，在這高度層中伴隨有深厚的冷池，說(shuō)明在各種氣象要素的配置下，龍卷有可能發(fā)生在這小尺度氣旋內(nèi)。