Page 246 - 《高原气象》2022年第6期

6 期 朱皓清等：江苏阜宁EF4级龙卷的高分辨率数值模拟研究 1609
有 观 测 对 应 。 模 拟 的 第 2 和 第 3 阶 段 的 龙 卷 与 旋呈椭圆状。V1与V8合并后垂直涡度超过0. 6 s ，
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Meng et al（2018）通过灾害调查得出的由同一龙卷 涡度呈环状结构（涡度放大图略），即双涡旋龙卷结
超级单体生成的阜宁和射阳 2 个龙卷类似，但模拟 构［图 10（g），（h）］。该过程中，龙卷涡旋除了与几
的龙卷水平风速较观测风速小，只是大约在 14:58 个强度较弱的小尺度涡旋合并外，次级出流向东偏
模拟出最强的龙卷涡旋，强度达到 EF3 级［图 9 南移动，逐渐靠近龙卷涡旋，并最终与 RFGF 西侧
（b）］。第 3 阶段的龙卷持续时间短于第 2 阶段，模 的出流合并，次级出流的强烈辐合进一步增强了龙
拟出的龙卷涡旋强度仅EF2级，与射阳龙卷对应。 卷涡旋的强度，并产生一条由一系列小尺度涡旋构
进一步给出了模式 75 m 网格模拟的龙卷路 成的涡度带［图 10（h）］。此时龙卷涡旋强度接近最
径，由风暴钩状回波区域最大地表涡度定义。第一 强［图 7（c），（d）］，进入成熟阶段，龙卷涡旋由双涡
个龙卷约在 13:34 形成，13:43 消散，维持时间较 旋再次变为单涡旋结构［图11（a）］。
短，没有相应的观测对应。第 2 个龙卷 14:40 左右 图 11 为龙卷涡旋成熟阶段（14:56-15:04）50 m
形成，15:20 左右消散，位置在江苏西北部，与观测 高度垂直涡度的水平分布和垂直剖面，此阶段龙卷
的阜宁龙卷相对应，相较于阜宁龙卷灾害路径向西 涡旋的强度和结构再次发生变化。14:56 龙卷涡旋
北偏移约 15 km（图 1）。第 3 个龙卷 15:28 形成，15: 只有一个涡度中心，呈单涡旋结构，最大垂直涡度
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40左右消散，持续时间较短，与射阳龙卷对应。 超过 0. 5 s ，FFGF和 RFGF在龙卷涡旋周围产生的
4. 3 75 m网格龙卷涡旋结构和演变 一系列涡度带绕龙卷涡旋气旋式旋转［图 11（a）］。
本节将详细分析 75 m 网格模拟的龙卷涡旋的 经过涡度中心的垂直剖面［图 11（b）］显示，龙卷涡
结构和演变，特别是龙卷涡旋的生成，以及龙卷从 旋大的正涡度从地面向上伸展到 1. 3 km 高度，上
单涡旋到双涡旋最后演变为多涡旋的过程。 升气流核心位于涡旋中心，下沉气流较弱，仅在近
图 10为 75 m 网格模拟的 50 m 高度垂直涡度和 地面 100 m 高度附近。15:01，龙卷涡旋范围扩大，
风分布，显示了龙卷涡旋的演变过程。龙卷涡旋形 呈明显的环状结构，即双涡旋龙卷［图 11（c）］，大
成前的 14:50:50［图 10（a）］，在前侧阵风锋（FFGF） 的涡度位于涡旋北侧和西侧，涡度带中的小尺度涡
和后侧阵风锋（RFGF）附近有 3 个小尺度涡旋生 旋从龙卷涡旋东南侧进入龙卷涡旋，并在进入龙卷
成，分别标记为 V1，V2 和 V3，其中 V1 强度最强， 涡旋前强度显著增强［图 11（c）］；相应的垂直剖面
垂直涡度达 0. 1 s ，是未来形成龙卷的主涡旋。V1 ［图 11（d）］显示，上升气流核心在龙卷涡度环的西
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和 V2 迅速增强，V3 停滞少动、强度变化不大。后 侧，上升气流的拉伸作用将涡环西侧的涡度向上拉
侧下沉气流产生的次级出流（图中虚线）迅速向南 伸至 1. 7 km 高度，龙卷涡度环东侧的上升气流较
推进，其前部的风速辐合产生小尺度涡旋 V4［图 10 弱，强涡度伸展高度不高，龙卷涡旋中心 500 m 以
（b）］。之后 V1 继续增强并向南移，最大涡度超过 下为下沉气流。
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0. 22 s ，小尺度涡旋 V2、V3 和 V4 绕着主涡旋 V1 15:03-15:08，有 3~5个子涡旋沿龙卷涡度环发
做逆时针旋转，小尺度涡旋 V4 并入 V2，V3 和 V1 展，龙卷涡旋呈多涡旋结构，由于子涡旋的环流叠
合并［图 10（c）］，合并后涡旋强度明显增强，同时 加在主涡旋环流上，龙卷涡旋中心风速比外围弱
在次级出流、FFGF 和 RFGF 附近又有小尺度涡旋 ［图 11（e）］；龙卷涡旋中心的下沉气流显著增强，
V5、V6、V7 生成［图 10（c）］。14:52:40，V1、V2、 深度达 1. 5 km［图 11（f）］。子涡旋的强度和伸展高
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V3 和 V6 合并成一个涡旋，最大涡度达 0. 4 s ，龙 度有显著的差异，15:04的垂直剖面中，西侧子涡旋
卷涡旋形成，此涡旋仍沿用标记 V1［图 10（d）］。可 厚度仅 500 m，而东侧子涡旋厚度达 1. 7 km，且呈
见，小尺度涡旋的合并产生了最初的龙卷涡旋，并 明显的西倾结构，分别在 200 m 和 1. 4 km 高度存在
迅速增强到龙卷涡旋强度，龙卷涡旋最初呈单涡旋 涡度中心，说明子涡旋呈螺旋结构［图11（f）］。
结构。 可见，龙卷涡旋最初是由若干个强度较强的小
之后，除小尺度涡旋 V5、V7 和次级出流生成 尺度涡旋合并形成的，涡旋合并后次级出流阵风锋
的小尺度涡旋 V8外，RFGF附近还有若干个强度较 产生的辐合作用进一步加强了龙卷涡旋，在此过程
弱的小尺度涡旋生成，由于对龙卷涡旋的增强贡献 中龙卷涡旋结构从单涡旋转变为双涡旋结构。
较小，不再一一标记［图 10（e）］，但龙卷涡旋强度 5 结论
显著增强［图 10（e）~（h）］。由图 10（e）~（f）看到，
V1 逐渐与 V5 和 V7 合并，最大涡度接近 0. 5 s ，涡 利用ARPS模式，采用水平分辨率分别为9 km、
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