2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析.pdf
《2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析.pdf(15页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、黎立页,孟智勇,白兰强,等.2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析J.热带气象学报,2023,39(4):507-521.文章编号:1004-4965(2023)04-0507-152017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析黎立页1,2,3,4,孟智勇4,白兰强3,4,李巍5,马小林6,韩经纬6,炎利军3,姚聃1,7,程银琳3(1.中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京 100081;2.中国科学院大学,北京 100049;3.佛山市龙卷风研究中心,广东 佛山 528000;4.北京大学物理学院大气与海洋科学系/中国气象局龙卷风重点开放实验室
2、,北京 100871;5.通辽市气象局,内蒙古 通辽028000;6.内蒙古自治区气象局,内蒙古 呼和浩特 010051 7.中国气象局气象探测中心,北京 100081)摘要: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,06 km风垂直切
3、变为12.9 m/s,01 km风垂直切变达到10.8 m/s;同时,01 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。关键词:EF4级龙卷;灾害调查;复杂地形;赤峰;多普勒雷达中图分类号:S42文献标志码:ADoi:10.16032/j.issn.1004-4965.2023.
4、046收稿日期:2021-10-27;修订日期:2023-04-08基金项目:国家自然科学基金项目(41875051、42030604)共同资助通讯作者:孟智勇,女,河北省人,教授,博士,从事强对流天气的机理、可预报性和资料同化。E-mail:第39卷 第4期2023年8月热 带 气 象 学 报JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGYVol.39,No.4Aug.,20231 1 引引言言龙卷是上接雷暴云底下接地面的快速旋转空气柱,中心风速可达140 m/s1,破坏力巨大。美国是龙卷发生频次最多的国家,年均约1 200个2-3。中国龙卷的年平均频次为美国龙卷频次的5%10
5、%4。强龙卷的发生频次尤其少,根据范雯杰等5的统计,中国在19612010年间共有165次强龙卷事件(增强藤田级数EF2级或以上),多发生在江淮流域、华南地区、东北地区和华北地区东南部等地势平坦的地区,其中江苏北部发生最频繁。对于高影响和典型个例的龙卷分析,灾害调查是补充观测的重要手段6。中国龙卷的精细化灾害调查始于2012年7月21日北京通州区的EF3级龙卷7,之后逐步常规化。其他灾调工作包括2015年10月4日广东佛山EF3级热带气旋龙卷8、2016 年 6 月 23 日江苏阜宁 EF4 级龙卷9-10、以及2019年 7月 3日的辽宁开原 EF4级龙卷11等。此外,灾害调查可帮助区分致灾
6、原因。例如,2015年6月1日“东方之星”客轮倾覆事件发生后,借助现场灾害调查和雷达观测,判断其遭遇的强对流天热 带 气 象 学 报第39卷气是下击暴流而非龙卷12。从 2016年至今,我国共有 5个 EF4级龙卷发生,包括 2016 年 6 月 23 日江苏阜宁 EF4 级龙卷9-10、2017年8月11日内蒙古自治区赤峰的三个EF4 级龙卷(后简称“8.11 赤峰龙卷”)和 2019 年 7月3日的辽宁开原龙卷11。其中,8.11赤峰龙卷是中国自 1961年以来观测到的最强的山地龙卷事件,也是山地下垫面有记录的最强龙卷。据当地政府统计,8.11赤峰龙卷共造成5人死亡、58人受伤、1 458
7、栋建筑物损坏、4万公顷农作物受损。总经济损失达22.056亿人民币。主要受灾点为内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗和翁牛特旗的五个行政村组(前进村、八里庄村、十里铺村、五台山村和山咀子村)。相比平原地区,山地龙卷的记录较少6。此次8.11赤峰龙卷的受袭村庄海拔高度在7001 080m之间,处于西高东低、丘陵起伏、下垫面不均匀的过渡地带(图 1)。复杂下垫面可能对这次龙卷及母体雷暴的发展演变有重要影响,具有调查和分析的价值。在8.11赤峰龙卷发生次日,北京大学、中国气象科学研究院、佛山市龙卷风研究中心、内蒙古自治区气象局、赤峰市气象局组成调查小组,结合无人机航拍和地面走访,对此次龙卷灾害进行了为期两天
8、的灾害调查。本文将基于灾害调查和气象观测数据,揭示8.11赤峰龙卷的灾害分布、母体风暴的观测特征及形成环境,并探讨复杂地形的可能影响。2 2 数据和分析方法数据和分析方法8.11赤峰龙卷的灾害调查首先采用大疆无人机在距离地面50500 m高度航拍,共记录了3.34小时4 K视频和514幅照片。随后,在谷歌地球高清卫星图上标出航拍视频和照片中的灾害指示物(Damage Indicator,简称DI),以确定龙卷灾害的分布范围。树木和庄稼倒伏方向、碎屑也一并标出,以确定龙卷的中心位置和路径。通过路径上树木倒伏的涡旋辐合中心判定龙卷中心。结合群众走访和视频证据确定龙卷的具体袭击时间。本文采用美国灾害
9、指示物和 EF 分级13作为标准来判定受灾程度(Damage of Degree,简称DOD)和最高灾害等级。该标准已多次用于中国以往的龙卷灾调分析工作中7-8,10,其中,独栋或双栋联排住宅、厂房、树木、电线杆等DI的级别判识基本适用于中国。内蒙古赤峰市的民宅多为砖瓦屋顶和红砖墙体(有的覆盖水泥)的单层建筑,与美国的独栋或双栋联排民宅相似14。前进村少量房屋的承重墙有钢筋加固。因此,本文将参考美国住宅建筑,使用赤峰民宅类灾害指示物作为估计龙卷强度的依据。本文使用赤峰市C波段多普勒雷达(后文简写为赤峰雷达)分析龙卷的母体雷暴特征。赤峰雷达位于距离受灾村庄约120 km的东南侧(距离前进 村 1
10、20.9 km,距 离 十 里 铺 村 和 山 咀 子 村126.9 km),最大不模糊速度是 24.5 m/s。龙卷发生时,赤峰雷达体扫模式为VCP21,即6 min完成9层仰角体扫。赤峰雷达天线底座的海平面高度为 841 m,其 0.5 仰角波束在受灾点距地面高度约 1 890 m。雷达数据的三维分析通过 GibsonRidge Level II(GR2)雷达可视分析软件完成。旋转速度Vrot的计算为210 km尺度速度对的风暴相对径向速度差的一半。此外,因为赤峰雷达距离受灾村庄较远,观测质量受到限制,比如单个雷达像素块在受灾地点处的覆盖面积较大,杂波较多;同时,有些时刻和仰角上的雷达回波
11、没有完整覆盖中气旋,无法准确判断速度对或TVS大小。所以,本文仅给出能够准确识别的中气旋速度对及TVS数值,没有数值的时刻或层次严格意义上并不代表没有中气旋或TVS发生。此外,由于雷达径向速度质量较差,GR2无法做自动退模糊处理,我们对人工读取的中气旋和TVS逐一做了检查,发现未出现速度模糊。本文所使用的地形高度文件来自谷歌地球。对龙卷事件的天气背景分析基于ERA5全球再分析场(1小时间隔,水平网格为0.25 0.25)、地面站点观测、以及日本葵花8号静止卫星图像。温 前进村的卫星照片拍摄于2012年9月26日,龙卷路径上其他村落的卫星照片拍摄于2016年5月27日。赤峰雷达VCP 21扫描模
12、式的9个仰角为0.5、1.5、2.4、3.4、4.3、6.0、9.9、14.6 和19.5。http:/ 3 灾害路径和分布灾害路径和分布2017年8月11日下午,当地村庄共受到三个龙卷的袭击,通过调查给出其灾害分布(图1a),前进村(图2a)、十里铺村(图2b)、以及五台山到山咀子村(图2c)的灾害分布。以上三处龙卷在后文分别以前进村龙卷,十里铺龙卷以及五台山龙卷代表,其持续时间、路径长度以及发生地的海拔高度如表1所示。前进村、十里铺村和五台山-山咀子村之间的距离分别为 12.6 km 和 3.4 km(图 1b)。从灾害分布和龙卷发生时间来看,三个地点的龙卷均为独立涡旋。首先,前进村和十里
13、铺之间为连绵的山地,其间未发现灾害,且龙卷的时间间隔长达29 min,说明前进村龙卷和十里铺龙卷为独立的龙卷涡旋。同时,十里铺龙卷和五台山龙卷在时间上有重叠,也是两个独立的龙卷涡旋。图1a.2017年8月11日赤峰龙卷在前进村、十里铺和五台山-山咀子造成的灾害范围(蓝色实线)和中心路径(红色实线)以及母体中气旋的路径(黑色实线)(填色为地形高度);b.前进村到十里铺、十里铺到五台山村的地形高度垂直剖面(蓝色实线)及水平距离,不同颜色的点表示赤峰雷达0.5 仰角观测到的中气旋,填色代表旋转速度(Vrot)大小(横坐标为距离前进村的水平距离)。43.25N43.20N43.15N1 2001 16
14、01 1201 0801 0401 000960920880840800760720680640600(a)118.1E118.2E118.3E118.4E1 000900800700012.916.0 km(b)0.5201918171615Vrot/(m/s)m2 kmm509热 带 气 象 学 报第39卷三次龙卷有如下共同点:(1)均为 EF4 级龙卷;(2)持续时间较短,均约10 min;(3)灾害路径较短,约 2 km,远短于中国 19612010年记录的强龙卷(大于等于 EF2 级)的平均路径长度(35.7km)5;(4)当地丘陵地形崎岖复杂,但龙卷发生在相对平缓地带和下坡区,下垫
15、面较均匀,多为农田和草坡。三次龙卷之间也存在差异。从EF0级分布来看,前进村龙卷较蜿蜒且伴随多涡旋(图2a),十里铺龙卷为西南偏南-东北偏北(图2b)条状分布,五台山龙卷为西北偏西-东南偏东(图2c)条状分布。从地形高度来看(图1),前进村龙卷发生在海拔高度1 080 m的平坦高地上,十里铺龙卷发生在五台山(高 800 m)西侧山脚下(高 760 m),而五台山龙卷发生在五台山东侧,下垫面高度自西向东从790 m下降到740 m。图22017年8月11日赤峰龙卷分别在前进村、十里铺、五台山-山咀子的灾害分布等值线(白色实线)、树木倒伏(橘色箭头)和EF分级等值线(白、蓝、绿、黄和红色实线分别代
16、表EF0EF4级)b中的R2为EF4灾害等级的住宅位置,其照片见图3h。c中的T2处有一棵树树皮扭曲剥落。表12017年8月11日赤峰三次龙卷的基本情况龙卷前进村龙卷十里铺龙卷五台山龙卷受灾点前进村十里铺五台山-山咀子持续时间14时2839分15时1731分15时2636分路径长度1.9 km1.4 km1.6 km地形高度1 080 m760 m790740 m3.1 前进村的龙卷灾害龙卷最先发生在前进村,持续约为10 min(14时 2839 分),路径全长为 1.9 km,最大宽度为1.1 km(图2a)。前进村龙卷从西南偏南-东北偏北方向靠近前进村,于14时28分首先被S1和S2处摄像
17、头拍到(图 3c,3d 和 3g)。S1 处视频截图(图3d)清晰显示了前进村龙卷漏斗云触地特征。随后,龙卷的移动方向转为西北偏北,于14时39分穿过前进村,此时S3处摄像头(图3c)记录到龙卷漏斗云和被卷起的屋顶瓦片(图3a)。(a)前进村(b)十里铺(c)五台山-山咀子5 km5 km3 km510第4期黎立页等:2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析树木倒伏方向(图2a橘色箭头)指示了前进村龙卷的辐合中心。EF3(图2a黄实线)和EF4级(图2a红实线)灾害发生在前进村的西侧。程度最高的灾害指示物为龙卷中心路径上的房屋R1(图3c和3b),当龙卷穿过R1时,房顶垂
18、直坠下,墙体被向外推开,整栋建筑被完全摧毁,受损程度指示为EF4级。在前进村龙卷路过的树林(图3c的T1处)里,树木被连根拔起、树冠被剥去、只留下较粗的主干。C1处(图3c)原本停靠的农用卡车被大风推动滑向龙卷中心(图3f)。此外,在路径东北方向的农田发现一处小范围EF0级辐合,表明该龙卷周围可能伴随其他涡旋。图3 c、k和o分别为前进村、五台山和山咀子的灾害分布和指示物,黑色箭头指示北方;a、d、g为S1S3处摄像拍摄;b、e、f为前进村的灾害指示物;h为十里铺的EF4灾害指示物;i、j、l、m、n为五台山灾害指示物;pr为山咀子灾害指示物。(a)S3:1439BJT(b)R1(c)A1(d
19、)S1:1428BJT(e)T1(h)R2(f)C1(g)S2:1428BJT(i)C2(l)P1(j)R3(o)A3(k)A2(n)R5(q)T3(r)R6(p)R7(m)R4511热 带 气 象 学 报第39卷3.2 十里铺的龙卷灾害十里铺龙卷发生在五台山西侧的平坦山谷(图1,图2b),持续约14 min(15时1731分),比前进村龙卷晚约50 min。十里铺龙卷从西南偏南移动至东北偏北,留下约 2.4 km 长的灾害路径。EF0级等值线最宽处约1.0 km。从EF3级等值线(图2b黄实线)可见,十里铺东侧出现明显灾害,包括辐合倒伏的树木和电线杆(图2b橘色箭头)。龙卷中心路径上的一栋单
20、层住宅 R2受灾达到 EF4级(图2b,图3h)。3.3 五台山-山咀子村的龙卷灾害五台山龙卷发生于 15 时 26 分,持续约 10min,总路径长度为 1.6 km,EF0级等值线最宽处为0.7 km。五台山龙卷自西南偏西向东南偏东方向移动,先后穿过五台山和山咀子村(图 1a)。如EF0到EF4级灾害等值线所示(图2c),龙卷从五台山东侧下坡时增强变宽,造成位于五台山下坡处的T2处(图2c)树皮扭曲剥落,随后在五台山村完全摧毁房屋R3和R4(图3j和3m),造成最高EF4级的灾害(图3k红色方框)。同时,C2处有一辆农用汽车被严重扭曲(图3i)。P1处(图3k)有直径25 cm的钢筋混凝土
21、电线杆被损毁(图3l),指示了EF3级灾害。房屋R5距离五台山龙卷路径中心约50 m(图3k,3n),少于20%的屋顶被吹毁,受损程度为EF0级。五台山龙卷移向山咀子村的过程中 EF2 和EF3级等值线变窄(图2c),但强度维持,随后在山咀子村造成了另一处EF4级灾害中心(图3o)完全损毁的房屋R6(图3r)。其他灾害指示物包括T3处树冠和树皮被剥去的树木(图3q)。此外,R7处房屋墙体上有一块飞射嵌入的砖块,留下深 1cm 的凹痕(图 3p)。龙卷经过山咀子村后继续东移,下垫面由平坦农田变为崎岖上坡,龙卷强度减弱,灾害痕迹消失。4 4 龙卷生成环境和雷达观测特征龙卷生成环境和雷达观测特征4.
22、1 天气尺度和中尺度环境本次龙卷事件发生的天气背景是南下加强的东北冷涡(NCCV)和增强的 Yakutsk-Okhotsk(YO)阻塞高压。2017年8月9日14时(图4a),东北冷涡发展并从蒙古南下,中层温度槽略落后于气压槽,在其东南侧有一个宽广的低压槽。赤峰位于500hPa 低压槽底弱风区、850 hPa 的水汽高值区(图4d)和地面干线北侧(图5a)。8月10日14时(图4a、4b和4d、4e),鄂霍次克海阻塞高压加强并南移。500 hPa东北冷涡加强并向东南靠近内蒙古自治区;冷涡中心距赤峰约1 010 km。同时,中层低压槽扫过赤峰。赤峰上空500 hPa处于中层冷涡东侧和低压槽西侧,
23、受槽后西北风控制;850 hPa 位于低层冷涡的东南象限,受西南风影响,水汽输送加强。由于冷涡的靠近,经向水汽梯度加大,地面干线向北延伸并靠近赤峰,赤峰地区达到干线标准但仍然位于干冷区域的北侧(图5b)。上述天气变化有利于对流发展。龙卷发生前6小时,即8月11日08时,赤峰探空站的观测数据(图5f)显示,850 hPa和500 hPa存在逆温且中层较干,地面至850 hPa水汽丰富,上干下湿的配置有利于深湿对流的发展。抬升凝结高度(LCL)为 862 hPa。06 km 风垂直切变为12.9 m/s,06 km 相对风暴螺旋度(SRH)为 82.7m2/s2;01 km 风垂直切变为 10.8
24、 m/s,01 kmSRH达到67.3 m2/s2。对比Rasmussen16统计的美国超级单体龙卷探空环境,赤峰龙卷的 06 kmSRH 未达到美国龙卷历史统计的 25%分位(100m2/s2),但01 km SRH数值超过了其历史统计的25%分位(33.2 m2/s2),接近中位数(89.2 m2/s2)。ERA5逐小时分析显示,随着时间推移,龙卷发生地的SRH在进一步增大(图6)。这说明较强的01 km SRH是此次超级单体及龙卷发生维持的重要条件。8月11日14时(图4c,4f)的500 hPa等压面上,冷涡进一步加强,形状上更加接近圆形。此时,赤峰处于冷涡东南象限的强西南风区域,距离
25、冷涡中心约656 km。850 hPa上,赤峰上空为约10 m/s偏南风并伴随水平辐合,水汽及其梯度进一步加强,水汽混合比超过16 g/kg。地面上,赤峰位于气旋中心东南侧,介于冷锋和湿舌之间(图5e)。地面干线沿着气旋边缘发展并移到赤峰西侧(图 5c,5d),同时赤峰附近存在局地干线,东侧和南侧露点梯度均超过 5 K/(100 km)。该时刻的 ERA5数据表明(图7),干线的位置和强度基本决定着不稳定能量、对流抑制能量、风暴相对螺旋度和综合参数的分布特征和高值区位置。赤峰处于考虑了夹512第4期黎立页等:2017-08-11内蒙赤峰EF4级山地多发龙卷灾调与成因分析卷效应的对流有效位能(E
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2017 08 11 内蒙 赤峰 EF4 山地 多发 龙卷 成因 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。