2022年5月14日黑龙江五常龙卷天气分析

付洪泰 王一达 赵广娜 刘宇飞 袁颖颖 曹蕾

收稿日期：2023-12-10

基金项目：哈尔滨市雷暴大风天气特征分析及应用资助项目（HQ2020017）。

作者简介：付洪泰（1990—），男，黑龙江哈尔滨人，工程师，主要研究方向为中小尺度气象学。#通信作者：赵广娜，女，黑龙江佳木斯人，主要研究方向为灾害性天气预报，E-mail：zsjytt@163.com。

摘 要：采用多种观测资料，分析了2022年5月14日黑龙江五常EF1级龙卷发生的天气形势、环境条件及生成机制。结果表明：五常龙卷发生在东北冷涡中心环流的东北侧，上空均为偏北或西北气流，低层湿度低，垂直风切变小。但在大的CAPE值环境下，对流风暴首先在湿的下垫面产生，经过下山和地面辐合线的加强，移至干线露点梯度最强处，在其上空强上升运动的作用下，近地面的垂直涡度强烈加强，形成龙卷。

关键词：非超级单体龙卷；
干线；
地面辐合线

中图分类号：P445 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）03–0-03

龙卷是由雷暴云伸展至地面的漏斗状云产生的强烈旋风，是对流风暴产生的最猛烈的天气现象，其最大风速可超过140 m/s。龙卷生消迅速，常与其他强对流天气相伴出现，可造成重大的人员伤亡和财产

损失[1-2]。

在龙卷的监测和预警方面，先后发现了中气旋、龙卷涡旋特征，并将龙卷分类为中气旋龙卷和非中气旋龙卷。非中气旋龙卷通常分为两类：一类出现在弓形回波前部或者飑线的γ中尺度涡旋内；
另一类通常出现在边界层辐合切变线上。目前，关于龙卷的研究多集中于台风龙卷、梅雨期龙卷、强中气旋龙卷等，对于东北冷涡背景下“强”级以下的龙卷少有关注。

此次五常龙卷正是发生在东北冷涡背景下的非超级单体龙卷。从大尺度环流背景、环境特征及龙卷生成机制等方面对“5·14”龙卷进行分析，为此类天气的预报提供参考。

1 资料来源与天气实况

采用的数据包括高空观测资料、地面加密观测资料、风云4A卫星资料及多普勒雷达资料。由于“5·14”龙卷过程发生在午后，无法直接采用常规时次的探空资料，因此以上游哈尔滨站08：00探空资料为基础，以龙卷发生前13：00五常站的地面气温和露点订正。

2022年5月14日13：45，五常市卫国乡保家村十二户屯、福利屯遭遇龙卷风，大风持续约十几分钟，龙卷自北向南移动，接地路径长度约2.0 km（图1），经过之处多数房屋屋顶被掀去，2棵大树被连根拔起，受灾人口47人，损坏房屋35户37间，育秧大棚10栋，共造成经济损失约77.8万元。经实地调查和分析，确定该龙卷强度达到我国气象行业标准二级，属于弱到中等强度龙卷，相当于美国的EF1级（以下简称“5·14”龙卷）。

由于发生地距离测站较远，没有观测到中尺度系统造成的气象要素剧烈变化等特征，仅志广站（距离龙卷发生地东南方向约10 km）风向有90°偏转。龙卷发生前有降水产生，雨量最大为五常龙凤山乡镇雨量站（距离龙卷发生地东南方向约25 km）6.2 mm。

2 天气背景分析

2.1 环流背景

此次“5·14”龙卷发生在冷涡东北侧，冷涡处于减弱阶段。14日08：00 500 hPa上西伯利亚大陆为宽广深厚的脊，引导冷空气南下，北太平洋到鄂海为强大的暖脊，形成东阻。黑龙江省位于冷涡后部。

同时，“5·14”龙卷过程发生前后均无急流存在，仅在500 hPa上12 h的风速增幅达到了12 m/s，低空风速变化不大。上空均为偏北或西北气流，500 hPa、700 hPa在黑龙江西南部有冷空气中心，中低层有暖脊从黑龙江东部伸向中南部，形成了上冷下暖的不稳定层结。上游齐齐哈尔和索伦探空站500 hPa上温度露点差达到了12 ℃，存在干区。

地面上的龙卷发生地处于高低压过渡带，09：45从方正东部至五常就有辐合线存在，12：00辐合线上的西南风风速有明显增大，卫国站的风速由11：00的6 m/s增大至10 m/s，代表本地低空暖湿气流的增强，这股气流一方面加强了地面辐合线的强度，另一方面输送了水汽和暖空气，同时也加大了低层垂直风切变。

13：35地面风场形成了明显的中尺度涡旋，龙卷发生地上游的平山（H0283）和玉泉（H0284）气压为980 hPa，

比周围测站低5 hPa左右，可确定该地有一个中尺度气旋存在，龙卷发生地位于地面中尺度气旋的西南侧。

2.2 探空特征

一般龙卷发生需要较大的CAPE和强的深层垂直风切变，还需要较高的0～1 km的相对湿度、较低的LCL和较大的低层垂直风切变[3]。

08：00哈尔滨探空曲线显示，哈尔滨上空大气无明显的湿层，CAPE为24.6 J/kg，CIN为0，LCL为989.8 m，

露点为3 ℃，低层至中层有浅薄的不稳定层结，0～1 km风垂直切变为5.7 m/s，0～6 km垂直风切变为3.2 m/s。随着高空冷涡的东移，20：00探空曲线为下开口状，CAPE升至54 J/kg，CIN升至142.5 J/kg，中层的浅薄不稳定层结消失，LCL抬升至1 598.7 m，露点为1 ℃，0～1 km风垂直切变为7.5 m/s，0～6 km垂直风切变为17.7 m/s，深层垂直风切变有明显增大。

利用未受对流风暴影响的下游五常站13：00的地面资料来订正哈尔滨站08：00探空，五常站CAPE和LCL分别为1 248.5 J/kg和1 539.27 m，0～1 km垂直风切变为7 m/s。有研究表明，对于非龙卷超级单体的CAPE峰值频率区间位于1 500～2 500 J/kg；
LCL峰值频率区间为1 250～1 500 m；
0～6 km垂直风切变主要位于15～30 m/s，低层风垂直切变多在10 m/s以上。这也是“5·14”龙卷特征不典型的特征之一，低层和深层垂直风切变小，但其CAPE和LCL满足生成条件。

2.3 地面干线

从地面露点的变化趋势上看（图3），从早上08：00开始，500 hPa下沉的干空气向西延伸，同时吉林省有大面积的降水，干空气与来自吉林的暖湿气流之间逐渐形成干线，10：00五常站与双城站之间的露点差异已经达到了6.7 ℃，之后干线向东北方向延伸，14：00用未受降水影响的榆树大岭站E1322和五常站54080的露点进行计算，梯度达到了25 ℃/100 km，干线长度达到了118 km左右。龙卷发生时的露点无法获得，但13：00地面加密观测站两站之间的露点梯度是

25 ℃/100 km，龙卷发生地很有可能会大于该数值。

地面辐合线

“5·14”龙卷发生当天13：00的地面气温和露点分别只有12和6 ℃左右，干线的露点梯度从5月到8月呈增大趋势，范围为9.6～15 ℃/100 km。在5月份的黑龙江出现如此强的干线较为少见。

对流云团起于西泉眼水库附近，在龙卷形成之前五常有弱降水，同时龙卷经过宽阔水田，在一定程度上改善了低层湿度条件。下山的对流与干线处的上升运动叠加，垂直上升运动加强的一侧水平涡度很容易转换为垂直涡度，并在一定的条件下拉伸加强，形成龙卷。

2.3 雷达观测特征

回波首先在10：58产生于西泉眼水库附近，向东南

偏东方向移动，移动速度为12～15 km/h，中心强度在35～40 dBz。12：16下山显著加强。南下经过牤牛河后，移至地面辐合线上继续发展，上升气流叠加在地面涡度之上，使涡管迅速伸长，旋转加快，12：38对流强度达到50 dBz，在1.5°速度场上可识别出速度对，正负速度中心分别为15和-5 m/s，转动速度为10 m/s。

13：18对流发展旺盛，回波达到55 dBz以上，强中心高度6 km左右，回波顶高9 km，强回波面积增大，回波由低到高向南倾斜，低仰角可见弱回波区，有一定的悬垂结构。13：24龙卷的最高VIL值达到了30 kg/m2，13：29之后强中心开始下降，此时龙卷很可能已经形成，比现场目击的时间要早。

3 结论

2022年5月14日五常龙卷虽然属于中等强度的龙卷，但是能在弱垂直风切变和低露点的环境下发展，引起了广泛关注。应用多种资料分析了该龙卷发生发展的环流背景、环境条件和生消机制，得出以下结论。

（1）本次龙卷发生在东北冷涡中心环流的东北侧，冷涡处于减弱阶段，上空为偏北或西北气流，500 hPa 12 h的风速增幅达到了12 m/s，低层风速变化不大，探空特征不具备龙卷天气发生的有利条件，但经过订正，CAPE、LCL和CIN满足龙卷生成条件。地面上有辐合线和干线存在，该干线露点梯度最强达到了

25 ℃/100 km，强干线是本次龙卷生成的重要条件。

（2）本次龙卷发生的不利条件是低层环境湿度低和0～1 km垂直风切变太小，但对流云团起于水库附近，在龙卷形成之前有弱降水，同时龙卷经过大面积水田，这都在一定程度上改善了低层湿度条件。地面西南风有明显增大，也改善了龙卷生成的风切变环境。

（3）形成五常龙卷的直接对流系统是一孤立的对流云，不具有超级单体的中气旋等回波特征，仅观测到弱的速度对，旋转速度大概在10 m/s。VIL值最高只有30 kg/m2。

参考文献

[1] 才奎志，姚秀萍，孙晓巍，等.冷涡背景下辽宁龙卷气候特征和环境条件[J].气象学报，2022，80（1）：82-92.

[2] 王秀明，俞小鼎，周小刚.中国东北龙卷研究：环境特征分析[J].气象学报，2015，73（3）：425-441.

[3] 范雯杰，俞小鼎.中国龙卷的时空分布特征[J].气象，2015， 41（7）：793-805.

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