Page 237 - 《高原气象》2022年第6期
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高     原      气     象                                 41 卷
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             演变；Marquis et al（2008）在一次龙卷的观测中也                   条件影响较大，三维变分（3-Dimensional Variation‐
             发现了这种结构演变。随着非静力大气模式的发                              al Assimilation，3DVAR）模块同化雷达径向速度来
             展，开始采用在水平均匀初始场上叠加触发对流的                             直接调整风场，有效地强迫出龙卷发生发展的环境
             初始扰动的理想背景的数值模拟。Orf et al（2017）                     条件；同时同化雷达反射率和径向速度可以综合调
             利用 Cloud Model 1（CM1；Bryan and Fritsch，2002）       整风场、温度场和湿度场，使初始场在动力、热力
             模式，采用美国快速循环更新系统 1 h 预报的探空                          和水汽上达到协调。
             廓线，对 2011年 5月 24日俄克拉何马州一次 EF5级                         中国龙卷主要发生在地势平坦的平原湖泊地
             龙卷过程进行数值模拟，发现龙卷风暴前侧下沉气                             区，如江淮流域、华南、东北和华北部分地区，主
             流的出流边界形成大量涡旋对沿该边界向后侧移                              要集中在春夏季，一般发生在下午至傍晚（魏文秀和
             动 ，并 在 前 侧 阵 风 锋（Forward-Flank Gust Front，         赵亚民，1995；郑媛媛等，2009；姚叶青等，2012；
             FFGF）和后侧阵风锋（Rear-Flank Gust Front，RF‐              范雯杰和俞小鼎，2015）。
             GF）交点处聚集，逐渐形成龙卷涡旋。Yao et al                            目前中国学者对龙卷的研究主要集中在对龙卷
             （2018）使用 CM1 模式，基于由 WRF（Weather Re‐                发生条件（曾明剑等，2016）和多普勒雷达资料的分
             search and Forecasting Model）模式模拟提取的风暴             析方面（俞小鼎等，2006；刘娟等，2009；周后福等，
             发生地的探空数据，在均匀背景场中采用“updraft                         2014），近年来也开展了一些有关龙卷的灾害调查
             nudging”方法触发对流，模拟了 2016年 6月 23日江                  （Meng and Yao，2014；Meng et al，2018），但使用真
             苏阜宁龙卷过程，模拟的龙卷强度达 EF4 级，具有                          实初始条件对龙卷进行高分辨率数值模拟的工作较
             双螺旋涡度结构。上述两种模拟方法均不同程度                              少。因此，本文选取2016年6月23日发生在江苏省
             地简化了龙卷的生成环境，忽略了环境的不均匀性                             盐城市阜宁县的一次 EF4 级龙卷过程，采用 ARPS
             和地面过程等对龙卷生成有重要作用的因素，仅仅                             模式对这次龙卷过程进行高分辨率数值模拟，基于
             关注类龙卷涡旋（Tornado-Like Vortex，TLV）的生成                数值模拟资料对比不同分辨率对龙卷模拟的影响，
             和结构，模拟出的龙卷并非真实龙卷（姚聃，2018）。                         并利用 75 m 网格资料分析龙卷的结构和演变特征，
                  近年，随着计算机技术和资料同化技术的发展，                         为龙卷预报和数值模拟研究提供参考。
             学者们逐渐开展了一些基于真实初始条件来模拟龙                             2   龙卷个例介绍及其发生的环境条件
             卷的工作。Mashiko et al（2009）采用 Japan Meteoro‐
             logical Agency Nonhydrostatic Model（JMANHM，            2016 年 6 月 23 日，江苏省阜宁县发生一次 EF4
             Saito et al，2006）模式，通过四维变分同化技术，成                   级龙卷过程，造成了大范围 EF0-EF4级不等的破坏
             功模拟了登陆台风外雨带一个微超级单体产生的                             ［图 1，该图及文中涉及的地图是基于国家测绘地理
             龙卷。Hanley et al（2013）在不同化任何资料的情况                   信 息 局 标 准 地 图 服 务 网 站 下 载 的 审 图 号 为 GS
             下，在 100 m 网格上对 2013 年 5 月 20 日美国 EF5 级            （2016）1593 的标准地图制作，底图无修改］，导致
             龙卷“Moore”进行模拟，成功模拟出了龙卷风暴结                          99 人死亡，846 人受伤，是 1950 年以来江苏省记录
             构和龙卷漏斗云。Xue et al（2014）和 Schenkman et              的第 2 个 EF4 级龙卷（Xue et al，2016；Meng et al，
             al（2014）采用 Advanced Regional Prediction System     2018；郑永光等，2018）。袭击阜宁的龙卷形成于
             （ARPS）模式，并引入地表摩擦，在 50 m 网格上成                       14:10（北京时，下同），15:00 消失，最大风速超过
             功模拟了 2003年 5月 8日俄克拉何马州一次龙卷过                        70 m·s ，区域自动气象站记录到的小时极大风速
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             程，发现摩擦产生的近地面切变涡度是龙卷的主要                             超过 8 级，仅出现在阜宁县西南部 25 km×10 km 的
             涡度来源。唐嘉蕙等（2019）采用 WRF 模式模拟了                        范围内。龙卷母体风暴降水主要影响阜宁县西北
             2015 年 10 月 4 日台风“彩虹”在广东佛山引发的一                     部，并伴有直径 20~50 mm 的冰雹。阜宁龙卷消失
             次龙卷过程，在 48 m 网格上模拟出 TLV，并分析了                       约 10 min 后，射阳县出现第二个龙卷，由产生阜宁
             其三维热动力精细化结构。很多基于真实数据的                              龙卷的同一个龙卷风暴生成，该龙卷强度达 EF2
             模拟往往通过雷达资料同化来实现，雷达资料同化                             级，从 15:10 持续到 15:30（Meng et al，2018），本文
             在龙卷模拟中有重要作用（Hu et al，2006a，2006b；                  重点关注阜宁龙卷。
             Natenberg et al，2013；陈锋等，2019；彭菊香等，                    阜宁龙卷发生在典型的梅雨期环流形势下。
             2020）。ARPS 模式的复杂云分析系统同化雷达反                         23 日 14:00，500 hPa 上副热带高压控制华南，副高
             射率可以调节水成物含量，对初始场的水汽和热力                             脊线位于 22°N附近，东北地区有一较弱冷涡，冷涡
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