2024, Vol. 50 
2. 安徽省人工影响天气办公室，合肥 230031；
3. 江苏省气象台，南京 210008；
4. 中国气象局水文气象重点开放实验室，北京 100081；
5. 国家气象中心，北京 100081
2. Anhui Weather Modification Office, Hefei 230031;
3. Jiangsu Meteorological Observatory, Nanjing 210008;
4. CMA Hydro-Meteorology Key Laboratory, Beijing 100081;
5. National Meteorological Centre, Beijing 100081
龙卷表现为雷暴云底向下伸展到地面的漏斗云，伴随小尺度的剧烈旋转风，具有尺度小、生命期短、突发性强、破坏性极大等特点。由于其很难被常规观测手段捕捉到，因此预报预警难度非常大，常造成严重的人员伤亡和财产损失(Davies-Jones et al，2001；Doswell Ⅲ，2001；俞小鼎等，2006；郑永光等，2016)。龙卷一般分为超级单体龙卷和非超级单体龙卷(Browning and Foote, 1976)，其中超级单体龙卷常发生于强垂直风切变环境下，即强烈的垂直不稳定、较低的抬升凝结高度和中高层强垂直风切变(俞小鼎等，2008；郑媛媛等，2009；周海光，2018)，这类龙卷强度一般强于非超级单体龙卷。龙卷在我国是一种低概率、高影响天气，强龙卷主要发生于华南地区、东部平原地区和东北平原地区(范雯杰和俞小鼎，2015；王秀明等，2015)。我国幅员辽阔，南北差异较大，产生龙卷的环流背景和物理量参数差异明显。东北地区的龙卷大多发生在冷涡背景下，大气温度垂直递减率和垂直风切变较大，低层大气的水汽含量和湿层厚度比华东和华南显著偏低，边界层辐合线常表现为干线(王秀明等，2015；才奎志等，2022；袁潮等，2023)。郑永光等(2020)对辽宁开原EF4级强龙卷研究指出，强度适宜的冷池有利于龙卷产生，当冷池温差大于7℃则不利于近地面垂直涡旋维持。华南地区EF2级以上强龙卷主要发生在台风外围雨带中，位于台风中心的东北象限，且其中气旋尺度和垂直伸展高度低于西风带超级单体龙卷(白兰强等，2020)。台风强龙卷的发生条件与弱龙卷相比，一般具有更强的深层、低层垂直风切变与风暴相对螺旋度(黄先香等，2019b)。苏皖平原地区也是龙卷高发区之一，龙卷常发生于梅雨期和台风螺旋雨带中。这两类天气系统中除了不稳定能量、充足的水汽和触发机制等普通雷暴所需条件，还具有较低的抬升凝结高度、低层强垂直风切变(尤其是0~1 km垂直风切变)和较小的对流抑制能量等环流背景(Brooks et al，2003；Grams et al，2012；张小玲等，2016；王磊等，2023)。姚叶青等(2012)和曾明剑等(2016)对江淮地区梅雨期龙卷观测分析指出，地面中尺度强气旋右侧、低空低涡右下方和低空急流左后侧之间的区域是龙卷的高度关注区。
新一代多普勒天气雷达可以获得高时空分辨率资料，填补常规地面观测的不足，为有效的龙卷预报预警提供了可能。研究表明钩状回波、中气旋、龙卷涡旋特征(TVS)等雷达特征对龙卷的形成、发展和预警有重要价值(吴芳芳等，2012；周后福等，2014；黄先香等，2019a)。TVS在雷达径向速度图上表现为相邻速度对结构，利用速度对的强度、水平尺度、伸展高度和持续时间等作为指标，同时结合中气旋特征，可以明显提高龙卷发生的监测概率(Brown et al，1978)。我国S波段双偏振雷达改造完成后，增加了双偏振参量，进一步提高了空间分辨率，可以更加细致地探测到强风暴云雨团参数和内部结构，如双偏振雷达探测到强反射率因子、低差分反射率和低相关系数的龙卷碎片特征时，基本可以确定地面龙卷的发生(Kumjian and Ryzhkov, 2008；张建云等，2018；李彩玲等，2019；杨祖祥等，2021)。
2023年9月19日，江苏北部发生多个龙卷，有三个龙卷被观测到，分别位于宿迁市南蔡乡、宿迁市大兴镇和盐城市阜宁县童营村。不同于我国常见的龙卷——梅雨期龙卷、台风龙卷和冷涡龙卷(郑永光，2020)，此次龙卷过程发生在西太平洋副热带高压(以下简称副高)边缘，海平面气压较高，与苏皖平原常见龙卷天气形势有所区别，并且该区域有记录以来9月中下旬从未出现过龙卷，非常罕见。本文重点针对阜宁强降水超级单体强龙卷(EF3级)，对其发生、发展和消亡过程中对应的双偏振雷达观测特征进行分析，以加深对此类龙卷的认识，从而提高龙卷监测识别和临近预报能力。
1 资料本文使用资料包括2023年9月19日(1)20:00(北京时，下同)常规高空观测资料和射阳探空站资料；(2)17:00—23:00地面自动气象站逐5 min观测数据，包括气压、气温和降水量；(3)17:00—23:00宿迁和盐城多普勒天气雷达资料，时间分辨率为6 min，空间分辨率为0.25 km×1°。观测站点分布见图 1。
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图 1 观测站点分布 Fig. 1 Distribution of observation stations |
2023年9月19日傍晚至夜间，黄淮和江淮地区自北向南出现一次大范围混合型强对流过程。地面自动气象观测站显示有大范围短时强降水天气，最大雨强(95.5 mm·h-1)出现在淮安涟水南集镇；多个站点出现8级以上雷暴大风，其中阜宁强龙卷TVS路径附近出现3个站次10级以上大风，最强为阜宁童营村41.8 m·s-1(14级)(图 2a)，该站距龙卷约1.2 km。实况观测和灾情调查显示，江苏北部发生的部分龙卷途经城镇、村落等居民聚集区，造成10人死亡、多人受伤，给当地群众生命财产和公共安全等造成严重伤害。阜宁龙卷发生于20:20左右，国家气象中心和江苏省气象局联合调查发现居民区有砖木混合结构的房屋倒塌，龙卷途经的厂房遭到严重破坏(图 2b)，据此认定此次龙卷强度达到强龙卷级别(EF3级)。以下将主要对阜宁龙卷的环流背景、物理量和双偏振雷达观测演变特征进行分析。
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图 2 2023年9月19日阜宁龙卷(a)TVS路径和(b)灾情航拍照片 注：图a中风羽为10级以上大风。 Fig. 2 (a) TVS path and (b) disaster aerial photo of Funing tornado on 19 September 2023 |
阜宁龙卷发生在副高边缘(图 3a)，苏皖北部上空受低空暖式切变线影响，9月19日20:00，700、850和925 hPa切变线接近，中低层锋面坡度大，动力抬升条件较好；切变线南侧风向、风速辐合明显，为暖湿辐合区；低层切变线两侧等温线密集，百千米气温差超过4℃，冷暖空气交汇剧烈。宿迁雷达反演的风廓线水平风场时间演变(图 3b)显示，18:00左右0.3 km高度上的风场由东南风经偏西风转为西北风；低空0.3~1.5 km风向随高度逆转，出现冷平流，即近地面及低层冷锋锋面逐渐经过宿迁雷达站。盐城雷达反演的风廓线水平风场时间演变(图 3c)显示，低层维持较强的偏南风，4 km以下风向随高度顺转明显，有较强的暖平流；20:00低空风速逐渐增强到14 m·s-1，超低空急流建立并加强，暖湿空气输送趋于加强。曾明剑等(2016)、戴建华等(2021)对华东梅雨期龙卷环流背景分析发现，梅雨期龙卷发生于地面准静止锋附近，低空切变线北侧有弱冷平流，低空急流左后侧是龙卷的高度关注区。而此次阜宁龙卷发生于秋季副高边缘，海平面气压较高，中低层水平温度梯度较大，地面锋面移速较快，环流形势与梅雨期环流形势有一定差异，但与姚叶青等(2012)总结的第一类龙卷概念模型相似(主要发生于5月、6月，500 hPa低槽后有强冷空气南下，锋区密集，中低层有低槽或切变线)，此类龙卷较为少见。
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图 3 2023年9月19日(a)20:00阜宁龙卷中尺度分析，17:00—21:00(b)宿迁、(c)盐城雷达反演的风廓线水平风场(风羽) 注：彩色表示水平风速的均方根误差。 Fig. 3 (a) Mesoscale analysis of Funing tornado at 20:00 BT, and (b, c) the retrieved horizontal wind (barb) of wind profiles by (b) Suqian Radar and (c) Yancheng Radar from 17:00 BT to 21:00 BT 19 September 2023 |
我国超级单体龙卷与低抬升凝结高度和低层强垂直风切变对应较好，但不同地区产生的超级单体龙卷物理量参数也有较大差异。分析19日20:00龙卷发生地附近探空站的T-lnp图(图 4)发现，此次龙卷发生时大气环境具有高温、高湿、高能的特点：整层大气接近饱和，中低层大气的温度露点差低于2℃，尤其是地面气温达26.5℃，露点温度达26.3℃，抬升凝结高度仅为27.8 m，远低于国内外各类龙卷抬升凝结高度的指标；925 hPa比湿达到18.6 g·kg-1，低空水汽充足，与梅雨期龙卷低空水汽条件相仿(王磊等，2023)；对流有效位能(CAPE)达到2270.6 J· kg-1，超过苏皖地区龙卷发生时所需的平均值(姚叶青等，2012)，对流抑制能量(CIN)只有0.1 J·kg-1；相比于不稳定能量，龙卷对较低的抬升凝结高度和低层垂直风切变更加敏感(Brooks et al，2003；杨波等，2019)，射阳站0~1 km垂直风切变约10.9 m·s-1，0~6 km垂直风切变达到21.9 m·s-1，略低于吴芳芳等(2013)对苏北龙卷统计分析结果。
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图 4 2023年9月19日20:00射阳探空曲线 注：绿色阴影为相对湿度大于80%的区域。 Fig. 4 T-lnp at Sheyang Sounding Station at 20:00 BT 19 September 2023 |
沿淮地区存在地面辐合线，龙卷发生前地面气温达到27~28℃，露点温度为27℃左右，接近饱和，为显著的高温高湿区。图 5为龙卷移动路径前后侧涟水站和苏嘴镇站的5 min气温、气压和降水量，两站相距18 km(图 2a)。19:40左右强对流开始影响涟水站，该站气压为1006.8 hPa，气温为27.2℃。随后出现强降水，10 min降水量达到21 mm；气压迅速升高，20 min升高2 hPa，20:00气压达到1008.8 hPa；气温迅速下降，10 min降温2.6℃。涟水站发生强降水时，苏嘴镇站位于雷暴高压前侧，19:45气压为1006.7 hPa，而后迅速下降，20:00最低，降为1005.6 hPa。与近年江苏龙卷发生时地面特征相比，气压明显偏高，但变温和变压幅度相仿(慕瑞琪等，2021；王磊等，2023)。19:58—20:10，雷达探测到的TVS位于涟水站和苏嘴镇站之间(图 2a)，20:00两站气压差值最大3.2 hPa，温差达到2.7℃ (图 5)。此时雷暴移动路径前侧有高温高湿区，伴随局地气压陡降和风场辐合；风暴后侧出现强降水，气压陡升、气温陡降，产生冷池和高压中心；风暴前后侧温度梯度和气压梯度增强，近地面冷空气渗透叠加雷暴高压产生的冷池密度流，有利于辐合线前侧对流触发和增强。风暴后侧的下沉气流和冷池对龙卷的生成至关重要，其与环境生成的温差有利于近地面垂直涡度发展，通过上升和下沉运动使得水平涡度在倾斜和拉伸作用下生成垂直涡度，从而产生龙卷涡旋(Davies-Jones et al，2001)。20:23以后，雷暴移向前侧的板湖镇开始产生强降水(图 2a)，在20:45前的15 min内降水量达18 mm，降温1.9℃(图略)。Wurman et al(2007)指出龙卷生成前首先要存在后侧下沉气流，但当后侧下沉气流完全包裹在龙卷周围时则使龙卷消亡。此时龙卷前侧邻近位置的强降水和降温产生冷池和下沉气流，破坏了龙卷风暴前侧低层暖湿环境和垂直环流，不利于龙卷风暴的维持和发展。
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图 5 2023年9月19日19:00—21:00涟水站和苏嘴镇站气压、气温和5 min降水量的时间演变 Fig. 5 Time series of pressure, temperature and 5 min precipitation at Lianshui Station and Suzui Town Station from 19:00 BT to 21:00 BT 19 September 2023 |
综合分析来看，苏皖北部位于副高边缘北侧，低空切变线水平位置接近，锋面坡度较大，垂直度较高；但地面辐合线(锋线)位于沿淮地区，与925 hPa切变线距离超过120 km；地面辐合线及其北侧上空为偏南暖湿平流辐合区。对流风暴在低空切变线南侧高温、高湿、高能辐合区内发展，水汽和能量充足，配合极低的抬升凝结高度和CIN、较高垂直风切变，有利于形成龙卷。龙卷触地之前，TVS位于涟水站和苏嘴镇站之间时，两站气压和温差值分别达到3.2 hPa和2.7℃；龙卷风暴前侧为暖湿区和低压辐合区，后侧为冷池和高压中心，斜压作用加强近地面的水平顺流涡度，通过上升和下沉运动，使得水平涡度在倾斜和拉伸作用下生成垂直涡度，是有利于形成龙卷的一个近地面机制。
4 双偏振雷达产品分析 4.1 雷达回波和龙卷涡旋演变特征阜宁龙卷单体最早生成于泗阳县，初生时对流范围较小，强度较弱，而后向东偏南移动过程中不断增强，最后龙卷发生于阜宁县童营村附近(图 6a1)。为了详细分析强降水超级单体发生、发展和移动的变化特征，选取33.43°~34.23°N、118.65°~119.85°E范围(图 6a1，6b1和图 7a1~7d1)基本反射率因子(ZH)，并将反射率因子图中方框所示区域径向速度、差分反射率因子(ZDR)、相关系数(CC)和差分传播相移率(KDP)等产品放大显示，以便更清晰地分析龙卷附近风场旋转特征和双偏振参量特征。18:40，宿迁雷达(图 6a1)中单体A最强反射率因子为52 dBz，0.5°仰角的径向速度图中有弱风速辐合(图 6a2)；抬高仰角，表现为一致的西南风。ZH剖面(图 6a3)显示，单体A的质心非常低，伸展高度也不高，30 dBz伸展高度约5 km；倾斜较为明显，出现回波悬垂，此时单体处于初生发展阶段。随后单体A快速地东移发展，19:15与东北侧单体B合并(图 6b1)，最强ZH达到58 dBz以上；径向速度图中观测到逆时针旋转辐合风场(图 6b2)，宿迁雷达和淮安雷达均首次观测到较弱的龙卷TVS切变速度对；ZH剖面(图 6b3)的强度、范围、伸展高度等比之前时刻均有明显增强，出现了悬空的高ZH核心，40 dBz回波伸展到12 km高空。
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图 6 2023年9月19日宿迁雷达0.5°仰角的(a1，b1)基本反射率因子(填色)，(a2，b2)径向速度(填色)，及(a3，b3)分别沿图 6a1, 6b1中红线的基本反射率因子(填色)剖面 注：蓝色实线为45 dBz基本反射率因子等值线；红色折线为TVS路径；三角为阜宁龙卷位置；黑色方框为径向速度和双偏振参量产品的放大区域；红线为自西北向东南的垂直剖面位置；字母为对流单体。 Fig. 6 (a1, b1) Basic reflectivity factor (colored), (a2, b2) radial velocity (colored) at 0.5° elevation of Suqian Radar and (a3, b3) cross-section of basic reflectivity factor (colored) along the red line in Figs. 6a1 and 6b1 respectively on 19 September 2023 |
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图 7 2023年9月19日盐城雷达0.5°仰角的(a1~d1)基本反射率因子(填色)，(a2~d2)径向速度(填色)，及(a3~d3)分别沿图 7a1~7d1中红线的基本反射率因子(填色)剖面 注：蓝色实线为45 dBz基本反射率因子等值线；三角为TVS位置；黑色方框为径向速度和双偏振参量产品的放大区域；红线为自西北向东南的垂直剖面位置；圆圈为中气旋位置。 Fig. 7 (a1－d1) Basic reflectivity factor (colored), (a2－d2) radial velocity (colored) at 0.5° elevation of Yancheng Radar and (a3-d3) cross-section of basic reflectivity factor (colored) along the red line in Figs. 7a1-7d1 respectively on 19 September 2023 |
之后几个时次切变速度对时有时无，但中尺度旋转风场逐渐加强。19:46，对流风暴移至淮安区和涟水县交界处，盐城雷达0.5°仰角观测显示有钩状回波(图 7a1)。0.5°仰角径向速度图中有中气旋(图 7a2)，直径约7.0 km(表 1)，旋转速度达到19.0 m·s-1，底高约1.4 km，并开始稳定识别出TVS，此刻TVS切变速度为25.0 m·s-1，回波顶有明显的风场辐散。ZH剖面分析(图 7a3)发现，钩状回波头部前侧出现有界弱回波区和回波悬垂，悬垂中有超过60 dBz的强ZH核心，并且强回波伸展高度非常高，40 dBz回波伸展高度达到16 km；雷达识别出的TVS位于近地面层强回波和弱回波之间的反射率因子强梯度区内。20:04，TVS切变速度跃增到50.5 m·s-1，此后连续6个体扫识别出切变速度超过40 m·s-1的TVS(表 1)。20:10，超级单体东移发展(图 7b1)，钩状回波头部附近的中气旋旋转速度达到28.5 m·s-1，直径缩小至5.0 km，观测到的中气旋底高为1.1 km，受探测仰角和距离影响，实际高度可能更低；ZH剖面中强回波倾斜向上伸展(图 7b3)，40 dBz回波伸展高度维持16 km左右，回波悬垂仍然存在；钩状回波前部出现宽广的强回波悬垂，此处的回波悬垂并非对流单体倾斜形成，而是低层暖湿环境中形成的低质心暖云降水回波。图 3c显示，18:00—20:00盐城雷达站上空0.9 km及以下高度的风速逐渐增强到14 m·s-1，超低空急流建立并增强；而宿迁雷达站上空0.9 km高度为西偏南风，风速约6 m·s-1，水平辐合出现在超低空近饱和的暖湿空气中，产生龙卷风暴前侧的低质心降水云团。此后超级单体维持并向东偏南移动，20:16深厚的强中气旋最强旋转速度达35.5 m· s-1(图 7c2)，直径最小达到3.0 km。随着中气旋直径缩小，垂直涡度增强，底高降低，使得龙卷维持和增强，TVS切变速度最大达到59.0 m·s-1。强龙卷涡旋维持时间较长，20:41开始减弱，TVS切变速度降低到29.5 m·s-1，但中气旋旋转速度仍达到20.0 m·s-1(图 7d2)，直径扩大到6.0 km；ZH产品显示(图 7d1)钩状回波消失。剖面图分析显示，高耸倾斜的强ZH维持到20:41后减弱、坍塌(图 7c3，7d3)，45 dBz强回波顶高降至5 km左右，龙卷TVS切变速度也显著降低(表 1)。超级单体前侧低质心暖云回波的高度和质心持续降低(图 7d3)，并产生强降水。
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表 1 2023年9月19日盐城双偏振雷达龙卷特征量 Table 1 Tornado characteristics of Yancheng Dual-Polarization Radar on 19 September 2023 |
盐城双偏振雷达距阜宁龙卷发生地约为70 km，距离适中，龙卷移动方向接近雷达径向方向，对龙卷风暴演变特征观测效果较好，故使用盐城雷达观测数据对龙卷风暴进行详细研究。
19:46，钩状回波头部前侧的弱回波区中出现ZDR弧(图 8a1)，中心最大值达5.65 dB；钩状回波头部CC值高于0.97(图 8a2)，较高的CC值持续到20:04(表 1)，即风暴中以液态降水粒子为主，而强ZDR表明此处以扁平的大雨滴为主，对应强烈的上升气流。钩状回波尾部区域有大范围KDP大值区(图 8a3)，中心值超过3.9 °·km-1，超级单体内液态降水粒子较多，后侧出现强降水，涟水陈师站19:30—19:45降水量达35 mm。强降水区多伴有下沉气流，此时ZDR弧的位置与强KDP中心分离，低层水平辐合和上升气流在较强的垂直风切变作用下，小粒子被风暴环流输送到风暴核心区，向后侧斜升碰并下落聚集，形成降水粒子的“分选机制”(管理等，2022)。ZDR柱倾斜向上伸展(图 9a1)，1 dB伸展高度达到8 km，可以定位对流单体的上升气流区，表明风暴内部上升气流的强度增强、高度增高，预示着风暴会迅速发展(Ryzhkov et al，1994；刁秀广等，2021)，并且伸展高度较高的强上升运动有利于水平涡度转换为垂直涡度。
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图 8 2023年9月19日盐城雷达0.5°仰角的(a1~d1)ZDR(填色), (a2~d2)CC(填色)，(a3~d3)KDP(填色) 注：蓝色实线为45 dBz基本反射率因子等值线；三角为TVS位置。 Fig. 8 (a1－d1) ZDR(colored), (a2－d2) CC (colored) and (a3－d3) KDP (colored) at 0.5° elevation of Yancheng Radar on 19 September 2023 |
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图 9 2023年9月19日盐城雷达(a1~d1)ZDR(填色)，(a2~d2)CC(填色)，(a3~d3)KDP(填色)分别沿图 7a1~7d1中红线的剖面 注：蓝色实线为45 dBz基本反射率因子等值线；三角为TVS位置。 Fig. 9 Cross-sections of (a1－d1) ZDR(colored), (a2－d2) CC (colored) and (a3－d3) KDP(colored) along the red line in Figs. 7a1-7d1 respectively of Yancheng Radar on 19 September 2023 |
20:10，超级单体头部的双偏振参量出现显著变化，ZDR产品显示TVS及其附近格点为低值区域；TVS周边出现环状大值区(图 8b1)，ZDR值跃增超过1.5 dB，最大达到3.5 dB；ZDR剖面显示(图 9b1)，TVS附近出现ZDR低值柱。同时CC产品在TVS附近观测到水平尺度约3°×3 km范围的低值区(图 8b2)，中心极低值从0.98陡降为0.55(表 1)；CC产品剖面(图 9b2)表现为显著低值柱，伸展高度较高。该时刻低空首次出现龙卷碎片特征(TDS)，其是由大尺度碎屑、形状不规则、运动较为杂乱和高介电常数等因素导致，表现为高ZH(图 7b1，7b3)、低ZDR(图 8b1，图 9b1)和异常低的CC(图 8b2，图 9b2)。TDS的出现表明已经有龙卷接地并将地面杂物卷到空中，在龙卷监测预警业务中具有重要作用，尤其是龙卷发生在强降水区或夜间等视觉不易观测到的时候，可以辅助确认龙卷发生和位置(Ryzhkov et al，2002；张建云等，2018)。图 2b为阜宁龙卷触地位置，当地厂房屋顶有大片彩钢瓦被破坏，导致迅速产生大范围的TDS。20:16，TDS水平范围达到最大(图 8c1，8c2)，包含约5°×4 km的扇形区域，水平尺度明显大于杨祖祥等(2021)分析的2020年梅雨期EF2级龙卷，也超过黄先香等(2019c)研究的台风EF3级龙卷，表明阜宁龙卷强度和破坏可能更强。TDS前侧ZDR弧和ZDR柱强度达到最强，中心值超过4 dB。20:10和20:16的TDS特征最明显，受被卷起的地物碎片分布影响，TDS中的ZDR范围和大小随机性较大，导致强ZDR区域内出现低值中心；而TDS前侧的ZDR弧和ZDR柱则反映出非常强烈的上升运动，使得龙卷风暴的强度维持或加强。TDS特征持续存在约6个体扫，CC值均低于0.74(表 1)，表现为非气象回波，滞后于强TVS切变速度对1个体扫。
20:23之后，TDS前侧ZDR强度开始减弱，且其伸展高度和水平范围逐渐降低。20:41以后，龙卷风暴中气旋强度和TVS切变速度迅速减弱，TDS特征范围缩小，仅出现于最低仰角近地面附近(图 8d1~8d3和图 9d1~9d3)。20:47 CC值恢复至0.96(表 1)，风暴中非气象回波减弱消失。值得注意的是，探空资料显示0℃层位于4.6~5.1 km(图 4)，0℃层附近冰相粒子在下降过程中融化，粒子属性不一，在融化层顶部和底部之间形成CC低值带(图 9a2~9d2)，即融化层亮带(夏凡等，2023；杨祖祥等，2019)。结合ZH(图 7c3)和KDP(图 9c3)可见，20:16超级单体钩状回波的头部前侧出现低质心、暖云降水强回波，地面观测显示龙卷运动方向前侧的板湖镇(图 2a)15 min降水量达18 mm，气温下降1.9℃。强ZH和KDP核心从融化层附近快速下降，表征较强的下沉气流(Kuster et al，2021)。龙卷前侧出现冷池和下沉气流，对龙卷风暴减弱有一定影响。
综合分析表明，盐城雷达19:46已经观测到龙卷TVS切变速度对，但此时距离较远，切变速度较小，中气旋直径较大且旋转速度不强；而后中气旋直径缩小，旋转加强，底高降低。20:04 TVS切变速度跃增，低层大气旋转剧烈，钩状回波头部前侧出现ZDR弧和ZDR柱，对流单体强回波伸展高度达到18 km以上。20:10出现显著TDS特征，并且碎片区域大、伸展高度高，表明龙卷已经接地并造成严重灾害。龙卷灾调显示，龙卷途经村庄居住区，有平房整体受损、厂房顶部彩钢瓦被卷起、树木折断倒伏等灾情，剧烈的旋转和上升运动将地面复杂物体卷到空中并被双偏振雷达探测到，从而形成较大范围的TDS特征。较强的TVS切变速度、大范围的TDS、较长的持续时间，体现了此次龙卷过程强度大、破坏力强。龙卷减弱消失前，在龙卷移动路径前侧有低质心强降水回波快速生成发展，而后在地面观测到强降水和降温；同时融化层附近强ZH和KDP质心快速下降，伴随的下沉气流扰乱了龙卷风暴前侧的上升气流，破坏垂直环流，对龙卷风暴减弱有一定影响。
5 结论和讨论2023年9月19日，黄淮和江淮地区自北向南出现了一次混合型强对流过程，以短时强降水为主，伴有雷暴大风和多个龙卷。阜宁强龙卷过程是一次发生在秋季副高边缘的强降水超级单体龙卷，且近年来9月中下旬当地尚未有龙卷过程记录，非常罕见。利用高密度地面观测站资料、探空资料、S波段双偏振雷达资料等，对阜宁强龙卷过程进行分析，并探讨此次强龙卷天气的发生、发展和消亡过程对应的双偏振雷达观测特征。结果表明：
(1) 阜宁强龙卷发生于副高与低空切变线之间的高温高湿辐合区中。低空锋面坡度大，冷暖空气交汇剧烈，水汽条件和抬升条件较好，是发生于秋季副高边缘的罕见龙卷天气过程。极低的抬升凝结高度和CIN、较高的能量和垂直风切变的配置符合有利于龙卷形成的环境条件；风暴后侧出现强度适宜的冷池和雷暴高压，也是有利于龙卷近地面涡旋增强的一个重要机制。
(2) 阜宁强龙卷超级单体发展迅速，盐城雷达观测到钩状回波、有界弱回波区、持久深厚的强中气旋等特征，40 dBz高耸倾斜的强回波伸展高度超过16 km，提前24 min能稳定识别出TVS；超级单体前侧生成低质心暖云强降水回波，其产生的强降水和降温对龙卷风暴减弱有一定影响。
(3) 双偏振雷达观测到异常的低ZDR、低CC和强ZH的TDS特征，其影响范围较大、持续时间较长，表明龙卷过程强度大、破坏强。龙卷产生前和维持阶段，钩状回波头部出现环状或弧状的ZDR高值区，垂直方向上出现ZDR倾斜柱，对应于风暴头部的强上升区；伸展高度较高的强上升运动有利于水平涡度转换为垂直涡度。强垂直风切变使得风暴前侧上升运动与后侧下沉运动分离，表现为ZDR弧与强KDP中心分离，其有利于风暴强度维持和发展。龙卷风暴前侧强降水发生后，头部ZDR弧和ZDR柱消失，龙卷强度减弱并逐渐消散。
与实况相比，全球模式9月18日20:00起报的19日20:00射阳站近地面水汽条件、能量条件、抬升条件、垂直风切变、风暴相对螺旋度等相对偏弱，整体条件不是很有利于龙卷产生，使得短期预报时效内对此类极端天气事件的预报较为困难。19:15首次在阜宁龙卷单体中识别出TVS，20:20左右地面观测到龙卷实况，TVS预警比实况提前约1 h；19:46开始稳定识别出TVS，20:00之后有多部雷达同时识别出TVS，雷达稳定识别的TVS和TDS等对对流风暴下游地区有明确的警示作用。
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