【摘 要】
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本文利用再分析资料和中尺度数值模式WRFV3.6.1,对2018年9月17日上午发生在佛山市三水区的EF2级强龙卷过程开展49m分辨率数值模拟,利用模式数据,分析龙卷超级单体和低层类龙卷涡旋(Tornado-Like Vortex,TLV)的结构特征,并引入切变螺旋度(Shearing Wind Helicity)和螺旋度方程,诊断TLV的动力成因,结果表明:(1)龙卷由台风“山竹”外围螺旋雨带内
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本文利用再分析资料和中尺度数值模式WRFV3.6.1,对2018年9月17日上午发生在佛山市三水区的EF2级强龙卷过程开展49m分辨率数值模拟,利用模式数据,分析龙卷超级单体和低层类龙卷涡旋(Tornado-Like Vortex,TLV)的结构特征,并引入切变螺旋度(Shearing Wind Helicity)和螺旋度方程,诊断TLV的动力成因,结果表明:(1)龙卷由台风“山竹”外围螺旋雨带内的超级单体产生,该单体具有钩状回波、入流缺口、有界弱回波、悬垂回波等典型特征,水成物图上可见上冲云顶、云砧和后部云墙;单体内垂直环流由中部上升气流(Updraft,UD)、前部下沉气流(Front Flank Downdraft,FFD)和后部下沉气流(Rear Flank Downdraft,RFD)构成;(2)TLV发生在低层UD和RFD之间,随高度向西北方向倾斜,成熟期具有内部下沉、外部上升的结构;(3)切变螺旋度定义为垂直风切变和三维涡度的点积,由扭转项和拉伸项组成,可以较好地解释TLV的发展过程。发展期扭转项对TLV的加强上传更为关键,成熟期拉伸项主导了TLV强度和形态的变化;(4)通过诊断螺旋度方程得出了影响TLV系统的物理机制:发展阶段y方向水平螺旋度的收支主要与风场的平流输送、x-z方向上散度的分布以及风切变项有关,各项共同作用引起TLV移动方向前侧局地水平螺旋度增加,有利于TLV的加强;成熟期垂直螺旋度方程的主要强迫项包括垂直螺旋度水平方向上的平流项、净浮力随高度的变化项和散度项,表现为扰动低压的垂直分布引起内部下沉、四周上升的流场,TLV东南侧气流垂直拉伸产生正螺旋度,通过水平风的输送在TLV东侧形成涡度大值带。TLV的发生发展与垂直风切变的作用密不可分;(5)此次龙卷个例与之前的研究主要存在以下差异:在龙卷超级单体结构方面,本次个例中超级单体内无明显的中层中气旋(mid-level mesocyclone),TLV系统是由近地面向上发展而成的;在龙卷形成机制方面,TLV随高度倾斜产生的涡度垂直拉伸对其成熟期强度和形态的变化起到重要作用。
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