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冷涡背景下辽宁龙卷气候特征和环境条件

才奎志 姚秀萍 孙晓巍 程攀

才奎志,姚秀萍,孙晓巍,程攀. 2022. 冷涡背景下辽宁龙卷气候特征和环境条件. 气象学报,80(1):82-92 doi: 10.11676/qxxb2021.063
引用本文: 才奎志,姚秀萍,孙晓巍,程攀. 2022. 冷涡背景下辽宁龙卷气候特征和环境条件. 气象学报,80(1):82-92 doi: 10.11676/qxxb2021.063
Cai Kuizhi, Yao Xiuping, Sun Xiaowei, Cheng Pan. 2022. Climatic characteristics and environmental conditions of tornadoes in Liaoning under the background of cold vortex. Acta Meteorologica Sinica, 80(1):82-92 doi: 10.11676/qxxb2021.063
Citation: Cai Kuizhi, Yao Xiuping, Sun Xiaowei, Cheng Pan. 2022. Climatic characteristics and environmental conditions of tornadoes in Liaoning under the background of cold vortex. Acta Meteorologica Sinica, 80(1):82-92 doi: 10.11676/qxxb2021.063

冷涡背景下辽宁龙卷气候特征和环境条件

doi: 10.11676/qxxb2021.063
详细信息
    作者简介:

    才奎志,主要从事短时天气预报预警研究。E-mail:ckz_ivan@163.com

    通讯作者:

    姚秀萍,主要从事天气动力学及中尺度气象学研究与教学。 E-mail:yaoxp@cma.gov.cn

  • 中图分类号: P445 P456

Climatic characteristics and environmental conditions of tornadoes in Liaoning under the background of cold vortex

  • 摘要: 为了研究冷涡与辽宁龙卷的关系,揭示冷涡背景下辽宁龙卷发生的特征,利用1951—2020年辽宁省龙卷观测和灾情数据以及欧洲中期天气预报中心ERA5大气再分析资料,收集整理冷涡背景下辽宁龙卷个例,对比冷涡背景下EF2—4级(EF2+)和EF0—1级(EF1−)龙卷物理量参数的差异。结果表明:(1)冷涡背景下辽宁龙卷主要出现在辽宁沿海地区和中部、北部平原。冷涡背景下辽宁龙卷主要发生在冷涡东南和西南象限,易出现在冷涡增强阶段。龙卷与冷涡中心平均距离近900 km,冷涡越强,龙卷出现位置离冷涡中心越远,反之越近。(2)1951—2020年冷涡背景下辽宁龙卷个数接近总样本的50%,龙卷个数与冷涡日数呈正相关;冷涡背景下辽宁龙卷发生位置与冷涡中心的距离具有明显的月变化,8月距离达到最近。(3)对比冷涡背景下EF2—4级(EF2+)和EF0—1级(EF1−)龙卷,EF2+龙卷比EF1−龙卷大气热力和动力学环境参数的强度分别高出40%和65%以上。对比冷涡背景下辽宁龙卷和热带气旋龙卷发现,冷涡龙卷的对流有效位能是热带气旋龙卷的3倍左右,但风暴相对螺旋度只有热带气旋龙卷的1/2。(4)能量螺旋度和龙卷参数可区分冷涡背景下辽宁龙卷等级,远低于美国龙卷综合参数阈值。可见,冷涡强度、位置和辽宁龙卷的产生关系密切,冷涡背景下EF2+龙卷物理量参数明显大于EF1−龙卷,冷涡背景下辽宁龙卷与热带气旋龙卷的热力、动力学环境参数有较大差异,调整能量螺旋度和龙卷参数阈值标准,可以提高冷涡背景下辽宁强龙卷发生的命中率。

     

  • 图 1  1951—2020年冷涡背景下辽宁龙卷分布

    Figure 1.  Distribution of tornadoes under the background of cold vortex from 1951 to 2020 in Liaoning province

    图 2  1951—2020年辽宁历年龙卷出现个数

    Figure 2.  Annual number of tornadoes in Liaoning province from 1951 to 2020

    图 3  1951—2020年冷涡背景下辽宁龙卷逐月个数

    Figure 3.  Monthly number of tornadoes under the background of cold vortex from 1951 to 2020 in Liaoning province

    图 4  1951—2020年冷涡背景下辽宁龙卷逐时发生个数

    Figure 4.  Hourly number of tornadoes under the background of cold vortex from 1951 to 2020 in Liaoning province

    图 5  1951—2020年冷涡背景下辽宁龙卷相对于冷涡中心的分布 (a,圆圈颜色表示不同月份,圆圈大小表示冷涡中心强度,强度越大圆圈的面积越大,百分数表示各象限龙卷样本占总样本的比例)、龙卷与冷涡中心距离的箱线图 (b,箱子上下底分别是数据的上四分位数和下四分位数,横线为中位数,三角为平均值)

    Figure 5.  Spatial distribution of tornadoes relative to the center of cold vortex (a,the color of the dot indicates different months,the size of the dot indicates the strength of the center of the cold vortex,the greater the intensity,the larger the area of the dot,and the percentage indicates the proportion of tornado samples in each quadrant to the total samples),and the box-plot for the average distance between tornado and cold vortex center (b) under the background of cold vortex from 1951 to 2020 in Liaoning province (In the Box-and-whisker diagrams,the percentile extent and corresponding values represent the 25–75 th percentiles for boxes;the horizontal line shows the median,and the triangle indicates the average)

    图 6  1951—2020年冷涡背景下辽宁龙卷SBCAPE(a)、MLCAPE(b)和MUCAPE(c)箱线图 (箱子上下底分别是数据的上四分位数和下四分位数,绿横线为中位数,三角为平均值)

    Figure 6.  Box-plots for SBCAPE (a),MLCAPE (b) and MUCAPE (c) of tornadoes under the background of cold vortex from 1951 to 2020 in Liaoning province (In the Box-and-whisker diagrams,the percentile extent and corresponding values represent the 25—75 th percentiles for boxes;The green horizontal line shows the median,and the triangle indicates the average)

    图 7  1951—2020年冷涡背景下辽宁龙卷 0—1 km SRH(a)、0—3 km SRH(b)和0—6 km SRH(c)的箱线图 (箱子上下底分别是数据的上四分位数和下四分位数,绿横线为中位数,三角为平均值)

    Figure 7.  Box-plots for 0—1 km SRH (a),0—3 km SRH (b) and 0—6 km SRH (c) of tornadoes under the background of cold vortex from 1951 to 2020 in Liaoning province (In the Box-and-whisker diagrams,the percentile extent and corresponding values represent the 25—75th percentiles for boxes. The green horizontal line shows the median,and the triangle indicates the average)

    图 8  1951—2020年冷涡背景下辽宁龙卷0—1 km EHI(a)、0—3 km EHI(b)和STP(c)的箱线图 (箱子上下底分别是数据的上四分位数和下四分位数,绿横线为中位数,三角为平均值)

    Figure 8.  Box-plots for 0—1 km EHI (a) and 0—3 km EHI (b) and STP (c) of tornadoes under the background of cold vortex in Liaoning province from 1951 to 2020 (In the Box-and-whisker diagrams,the percentile extent and corresponding values represent the 25—75th percentiles for boxes;The green horizontal line shows the median,and the triangle shows the average)

    表  1  冷涡背景下辽宁龙卷伤亡情况统计

    Table  1.   Statistics of tornado casualties under the background of cold vortex in Liaoning province

    编号日期北京时间地点强度等级资料来源伤亡情况
    11966年10月13日14时20分庄河市EF1《中国气象灾害大典》(辽宁卷)1伤
    21969年8月25日12时00分东港市EF2《中国气象灾害大典》(辽宁卷)49死
    31979年5月17日海城市EF2《中国气象灾害大典》(辽宁卷)1伤
    41980年6月20日15时20分兴城市EF3地面观测、
    《中国气象灾害大典》(辽宁卷)
    12伤
    51983年9月14日普兰店EF2《中国气象灾害大典》(辽宁卷)5死150伤
    61983年9月14日15时10分绥中县EF3《中国气象灾害大典》(辽宁卷)5死105伤
    71986年8月12日阜新县EF2县级历史气象灾情收集资料18伤
    81987年6月19日14时25分朝阳县EF2县级历史气象灾情收集资料10伤
    91988年6月18日北票市EF1县级历史气象灾情收集资料1死43伤
    101993年6月6日连山区EF1县级历史气象灾情收集资料2死30伤
    112005年5月22日凌源市EF1县级历史气象灾情收集资料2伤
    132005年6月10日16时05分朝阳县EF2县级历史气象灾情收集资料8死28伤
    132015年10月9日15时30分凤城市EF0县级历史气象灾情收集资料1死1伤
    142019年7月3日17时15分开原市EF4现场调查7死190伤
    152019年8月16日15时35分老边区EF1现场调查6轻伤
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    表  2  物理量参数说明

    Table  2.   Main physical parameters

    物理量单位
    SBCAPE从地面抬升气块的对流有效位能J/kg
    MLCAPE从混合层抬升气块的对流有效位能J/kg
    MUCAPE从最不稳定层抬升的对流有效位能J/kg
    SBCIN从地面抬升气块的对流抑制能量J/kg
    SHEAR10—1 km风垂直切变m/(s·km)
    SHEAR30—3 km风垂直切变m/(s·km)
    SRH10—1 km风暴相对螺旋度m2/s2
    SRH30—3 km风暴相对螺旋度m2/s2
    SRH60—6 km风暴相对螺旋度m2/s2
    PWV大气可降水量mm
    LCL抬升凝结高度m
    EHI10—1 km能量螺旋度指数m2·J /(s2·kg)
    EHI30—3 km能量螺旋度指数m2·J /(s2·kg)
    STP龙卷参数
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    表  3  冷涡背景下辽宁龙卷持续时间

    Table  3.   Duration of tornadoes under the background of cold vortex in Liaoning province

    持续时间(min)t≤55<t≤1010<t≤20t>20
    出现个数41075
    百分比(%)15%38%27%19%
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    表  4  6—8月高空观测与再分析资料相关系数均值

    Table  4.   Mean values of correlation coefficients of upper-air observations and reanalysis data from June to August

    站名沈阳大连丹东锦州长春通辽赤峰
    气温0.970.990.950.960.970.980.97
    相对湿度0.680.730.600.600.610.700.72
    u
    (纬向风)
    0.910.960.870.910.960.950.94
    v
    (经向风)
    0.950.950.850.900.960.960.94
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    表  5  冷涡背景下辽宁龙卷环境参数平均值

    Table  5.   Mean values of environmental parameters of tornadoes under the background of cold vortex in Liaoning province

    物理量SBCAPE
    (J/kg)
    MLCAPE
    (J/kg)
    SBCIN
    (J/kg)
    SHEAR1
    (m/(s·km))
    SHEAR3
    (m/(s·km))
    SRH1
    (m2/s2
    SRH3
    (m2/s2
    PWV
    (mm)
    LCL
    (mm)
    EHI1
    (m2·J /(s2·kg))
    EHI3
    (m2·J /(s2·kg))
    STP
    平均值12791020556.012.365.2119.532.08215.19.30.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-21
  • 录用日期:  2021-12-22
  • 修回日期:  2021-07-19
  • 网络出版日期:  2021-10-25
  • 刊出日期:  2022-02-26

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