Page 236 - 《高原气象》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 高 原 气 象 Vol. 41 No. 6
2022 年 12 月 PLATEAU METEOROLOGY December，2022

朱皓清，赵宇，2022. 江苏阜宁 EF4 级龙卷的高分辨率数值模拟研究［J］. 高原气象，41（6）：1599-1614. ZHU Haoqing，
ZHAO Yu，2022. High Resolution Numerical Simulation of an EF4 Tornado in Funing，Jiangsu Province［J］. Plateau Meteorolo‐
gy，41（6）：1599-1614. DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2021. 00095.

江苏阜宁EF4级龙卷的高分辨率数值模拟研究

朱皓清 1，2 ，赵 宇 1

（1. 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/
气候与环境变化国际合作联合实验室，江苏 南京 210044；
2. 江苏省启东市气象局，江苏 启东 226200）

摘要：利用美国 Advanced Regional Prediction System（ARPS）模式，采用水平分辨率分别为 9 km、1 km、
250 m 和 75 m 的四重单向嵌套网格，模拟了 2016 年 6 月 23 日发生在江苏阜宁的 EF4 级龙卷过程。结果
表明：1 km、250 m 和 75 m 网格都可以复制出龙卷风暴的一般特征，包括钩状回波和旋转上升运动等；
250 m 网格可以模拟出类龙卷涡旋（Tornado-like Vortex，TLV），75 m 网格才可以解析出龙卷涡旋。TLV
和龙卷涡旋的形成和增强是近地面上升运动增强导致的，随着模式分辨率的提高，模拟的近地面上升运
动更强，模拟的 TLV强度更强，持续时间更长。250 m和 75 m网格模拟的龙卷的最强级别分别为 EF2级
和EF3级。龙卷涡旋最初是由若干个强度较强的小尺度涡旋合并形成的，次级出流阵风锋的辐合作用进
一步增强了龙卷涡旋，从而发展至成熟阶段。成熟的龙卷涡旋呈现从单涡旋到双涡旋最后到多涡旋龙
卷的演变。
关键词：龙卷风暴；多涡旋龙卷；模拟；高分辨率；ARPS模式
+
文章编号：1000-0534（2022）06-1599-16 中图分类号：P445 .2 文献标识码：A
DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2021. 00095

1 引言 小鼎等，2006；郑媛媛等，2009；张一平等，2020）。
但中层中气旋与龙卷发生的关联程度较弱，只有约
龙卷是一种小尺度天气系统，外观上呈现由雷
15% 的中气旋会产生龙卷（Trapp et al，1999，2005；
暴云底伸展出来并到达地面的狭长漏斗云，中心最 Markowski et al，2011），若同时捕捉到强中气旋和
-1
大风速可超过 140 m·s （Davies-Jones et al，2001）， 低层 TVS，龙卷发生的概率也仅仅提高到 50%（Do‐
具有局地性、突发性和灾害性强的特点，是对流风 swell，2001）。S 波段雷达的分辨率为 0. 25~1 km，
暴产生的最猛烈的天气，常伴随雷暴、冰雹和暴雨 对于探测生命史只有十几分钟的龙卷的结构还远
等强天气，强龙卷可造成重大的财产损失和人员伤 远不够。
亡。多普勒天气雷达具有较高的时空分辨率，是目 数值模拟可以弥补龙卷探测资料的时空分辨
前探测龙卷的有力工具。强龙卷一般发生在超级 率不足，重建近地面三维风场和热力场，成为研究
单体中，雷达可识别出典型的钩状回波和中气旋 龙卷动力学的重要手段。龙卷的数值模拟主要受
（meso cyclone）特 征（Markowski，2002；Atkins et 中尺度大气模式和计算机性能发展的影响。早期
al，2012），龙卷一般位于钩状回波的顶部。除了中 Rotunno（1984）和 Lewellen（1993）通过计算流体力
气旋，雷达还可探测到比中气旋尺度更小的龙卷式 学数值模拟方法，揭示出龙卷具有仅包含上升气流
涡旋特征（Tornadic Vortex Signature，TVS），TVS在 的单涡旋（one-cell）、包含下沉气流的双涡旋（two-
雷达径向速度图上表现为紧挨着的正负速度对（俞 cell）和围绕中心旋转的多涡旋（multi-vortex）的结构

收稿日期：2021⁃08⁃05；定稿日期：2021⁃11⁃17
资助项目：国家重点研发计划项目（2018YFC1506102）；国家自然科学基金项目（41975055）
作者简介：朱皓清（1996-），男，江苏南通人，硕士研究生，主要从事中尺度气象学研究. E-mail：243281944@qq.com
通信作者：赵宇（1968-），女，辽宁沈阳人，副教授，主要从事中尺度气象学研究. E-mail：zy0817@126.com