引言

2015年6月1日21:30时左右，载有454人的“东方之星”客轮在长江湖北监利段翻沉，导致442人遇难。这是长江航运史上从未出现过的极端突发事件。“东方之星”客轮船长和轮机长均称航行途中突遇龙卷风导致客轮瞬间翻沉。气象监测资料分析表明，6月1日20:00—22:00时左右，“东方之星”客轮翻沉事件发生江段及其附近区域出现了暴雨、雷电和大风等强对流天气；新一代天气雷达反射率因子和径向速度场分析表明这些区域存在线状对流、弓形回波、中气旋和下击暴流等特征。6月2—5和10—14日，中国气象局两次派出调查组赴湖北监利长江段两岸进行现场天气调查以辅助确定导致此次突发事件的天气成因。

现场天气调查是分析和确认无直接气象观测的中小尺度灾害性大风天气精细分布的最重要的直接手段。通过走访当事人、拍摄灾情照片和视频等可以确定大风天气的发生时间和地点、具体灾情、灾害路径长度和宽度、风向等，并估计最大风速和判断风灾的“藤田级别”或者“增强藤田级别”强度。20世纪70年代，Fujita等(1970)、Fujita(1974;1978) 在美国开创性地开展了风灾调查工作，现已形成了较为规范完整的龙卷和下击暴流所致风灾的调查体系(Bunting et al，1993；Doswell，2003；Frelich et al，2012；Edwards et al，2013；Atkins et al，2014)。我国虽然已有较多关于龙卷气候特征、环境条件和雷达资料特征等的研究(俞小鼎等，2008；王毅等，2012；周后福等，2014；范雯杰等，2015；郑媛媛等，2015；朱江山等，2015)，并且从20世纪70年代起也有部分文献给出了龙卷风灾个例的调查结果(辽宁丹东市气象台，1975；杨起华等，1978；林大强等，1984；刁秀广等，2014)，但这些调查工作相对比较简单，只有时间、地点、路径宽度、灾害损失等部分相关情况；最近，虽然Meng等(2014)给出了2012年7月21日北京特大暴雨期间发生的一次龙卷过程的详细调查结果，包括详细的照片、时间、地点、风力强度、风向分布、龙卷路径、雷达资料分析等；但我国的强对流风暴所致风灾现场调查分析工作还明显存在不足。

Fujita(1981)总结了强对流风暴导致的三类灾害性大风：龙卷大风、直线大风和下击暴流导致大风(图 1)。龙卷大风通常是高度辐合的旋转性风场(图 1a)，其路径相对狭窄；非辐散性直线大风通常发生在前进式阵风锋之后(如图 1b右上侧图形中的大风非常接近直线大风)；而下击暴流导致的大风通常是高度辐散的直线或者曲线型大风(图 1b)。但Fujita(1981)也指出，仅从地面灾害调查来看，有时很难区分是弱龙卷还是直线大风或者下击暴流所导致的大风灾害。

大气运动的多尺度特征是地球大气的基本属性之一，但尺度划分的标准有多种；Fujita(1981)对此进行了总结，提出了一种基于地球特征尺度的5个尺度划分标准：大尺度(Maso，400~40000 km)、中尺度(Meso，4~400 km)、小尺度(Miso，40~4000 m)、微尺度(Moso，0.4~40 m)和极小尺度(Muso，4~400 mm)，并进一步把每一个尺度划分为α和β尺度。Fujita(1981)的这个尺度划分标准不同于目前得到较为广泛认可的Orlanski(1975)尺度划分标准。Orlanski尺度划分标准为：α大尺度(Maso-α，超过10000 km)、β大尺度(Maso-β，2000~10000 km)、α中尺度(Meso-α，200~2000 km)、β中尺度(Meso-β，20~200 km)、γ中尺度(Meso-γ，2~20 km)、α小尺度(Micro-α，200~2000 m)、β小尺度(Micro-β，20~200 m)、γ小尺度(Micro-γ，小于20 m)。不同尺度划分标准的差异也表明了大气运动的复杂性和尺度划分的难度。

本文的目的并非是仅仅通过此次现场天气调查来确定导致“东方之星”客轮翻沉事件的天气原因，这是因为要确定该事件的天气原因还需要综合多个方面的观测资料和数值模拟结果来综合分析。本文的目的是通过现场天气调查分析并结合其他气象观测资料来揭示此次导致大风天气的原因和大气运动的复杂性以及多尺度性，进一步理解龙卷定义的含义以及中气旋、下击暴流等与龙卷的关系，从而更深入认识该类极端天气事件及其预报难度，并为推进概率预报业务发展提供参考。

1 调查事实 1.1 调查概况

中国气象局调查组赴湖北监利调查组携带了智能手机(具有照相、录像、百度地图、指南针、GPS定位等功能)、相机、GPS定位仪和无线网络通信等装备，在现场拍摄调查的同时与周边居民进行了交流调查，并利用无人机对部分现场进行了航拍。“东方之星”客轮翻沉事发江段东岸位于湖北省监利县，西岸为湖南省华容县；该江段周边陆地区域包括农田和滩涂，植被种类较多；滩涂分布有芦苇和小树林；多数农田种植玉米，部分农田闲置；农田及道路周边分布有树木和小树林；树种多为杨树，部分村庄中种植有杉树。需要说明的是，由于江面已没有风灾痕迹，因此已不可能通过事后的现场调查对当时长江江面的风力强度进行直接估计；对于芦苇、玉米等的倒伏情况，由于芦苇抗倒伏能力强，玉米倒伏后经过几天的时间也会很快恢复，加之事发后现场管制等原因，现场调查没有发现芦苇倒伏的情况，但也发现和从部分村民处了解到部分区域玉米倒伏的情况。

如前所述，调查的基本目的是确认大风天气的发生时间和地点、具体灾情、路径长度和宽度、风向、风力等。但需要说明的是，树木折断的痕迹或者树木拔出的泥土的新鲜程度或者附近居民讲述的发生时间是确认大风天气是否为近期发生的重要根据。在确认风力大小时，还需要根据树木的材质、树冠的大小、根系的深浅、是否干枯、是否虫蛀、根部是否浸泡在水中等因素来综合判断，因此风力判断具有不确定性。房屋的受损情况，比如简易房的房顶或者房屋的瓦片受损情况等，也是判断风力大小的重要依据。

湖北省气候中心调查组首先于6月2日发现了图 2中02-1#风灾现场；6月2—5日，中国气象局调查组与湖北省气候中心调查组共同发现两处较大范围风灾现场，分别为湖南省华容县东山镇顺星村及周边区域(图 2a中03-1#)和湖北省监利县老台深水码头附近区域(图 2a中03-2#)；6月10—14日，中国气象局调查组再次对6月1日天气导致的灾情进行了更全面细致的调查(图 2a)，其中6月13日，调查组使用长江海事局无人机对老台深水码头(图 2a中03-2#)、四台村养猪场附近树林(图 2a中11-3#)等地点进行了航拍。整个调查过程发现主要风灾地点19处。此外，6月4日，长江海事局也曾单独使用无人机对顺星村江堤防护林(图 2a中03-1#)进行了航拍。

总体来看，导致此次大风灾害的主导风向为西北偏西风；事发周边区域北部受中气旋影响陆地区域灾情较南部阵风锋及其后侧下击暴流影响的陆地区域(图 2c)更为显著。中气旋影响区域主要位于图 2所给出区域的北部(图 2a中椭圆标注区域)，调查点03-1#、03-2#、11-1#、11-3#、12-9#等的调查结果显示有较大范围的房屋受损和树木拔出、折断以及倒伏等痕迹；而图 2的中南部为受阵风锋及其后侧下击暴流大风影响区域，现场调查表明风灾点范围较小、分布较分散。

1.2 下击暴流所致风灾

湖南省华容县东山镇顺星村及其附近江堤防护林区域(图 2中03-1#调查点)发现了大面积风灾现场。顺星村中房屋损失主要是迎风侧瓦片被大风吹落，附近一个化工厂的铁皮屋顶被掀翻、石棉瓦被吹落；顺星村中多处树木出现折断和倒伏，其中一株直径超过50 cm的杨树从底部折断(图 3a)，离此树约200 m以东的一株直径约20 cm的杉树从中部折断(图 3b)，因此估计最强风力超过12级；该处风灾路径长度约500 m、宽度约200 m。

通过航拍发现顺星村江堤防护林中大片树木倒伏，部分树木折断，估计最强风力12级左右；风灾路径长度约1200 m、宽度约300 m(图 3c)，这是该次灾情调查中发现的最大范围树木倒伏区域。顺星村及其附近江堤防护林区域的树木倒向主要为东南偏东方向，主导风向为西北偏西风；树木倒伏主要呈现为直线型(图 3c)，部分地点有辐散。因此，综合判断该区域受到风力强、影响范围较大的微下击暴流所致大风灾害。

湖北省监利县四台村养猪场附近树林(图 2中11-3#)出现了范围虽小于顺星村附近江堤防护林的风灾，但较后文给出的老台深水码头更大范围的树木倾倒、拔出和折断。该处主要风灾路径长度约400 m、宽度约100 m(图 4)；该处较大风灾区域的周边也发现了多个较小面积的风灾点，包括该树林北侧一条沟渠两侧的树木折断和倾倒(图 4c)以及玉米倒伏和其他一些小区域树木灾情(如图 2中11-6#与13-1#调查点，照片未给出)。

该处树木的主要倒向仍为东南偏东方向，主导风向为西北偏西风；其中多株直径约30 cm的杨树被连根拔起，该树林中(图 4d)和其北侧沟渠(图未给出)的另一侧各有直径约40 cm的杨树被折断，估计最强风力超过12级。该树林附近的输电线被倾倒的大树砸断，根据附近码头(图 2中11-2#，距离此树林约1 km)董先生提供的停电时间判断大风发生时间为6月1日21时多。四台村小学养猪场(图 2中11-1#，距离此树林约800 m)也有多株直径约30 cm的大树被大风折断。据养猪场居民朱先生描述和现场勘查，6月1日21时多，养猪场多座猪舍屋顶的瓦片被大风吹落、一座鸡舍的窗户玻璃被大风吹破等(照片未给出)。

该处树林及其周边区域风灾的分布特点是：风灾路径较宽、周边风灾点多、树木的倒向呈现明显的辐散和辐合交替分布(图 4a)、风力强等特点。结合同时段岳阳雷达观测的该区域附近上空径向速度场分布特征，再根据Frelich等(2012)给出的根据树木受损程度判断风力大小的实例，以及下击暴流风灾路径较宽(Fujita，1981)的特点，综合判断该处有EF1级强度微下击暴流发生。

不仅该处树林中出现的辐散和辐合交替分布的树木倒伏、折断和拔出(图 4a)，邻近该树林北侧的一条沟渠两侧也出现了呈辐散和辐合状树木倒伏、折断和拔出(图 4c)。这种交替分布的辐散和辐合图像与典型的下击暴流导致的树木倒伏图像(Wilson et al, 2001)有所不同，表明该处同时发生了多个相邻的微下击暴流条迹(burst swath)，每一个微下击暴流条迹的水平宽度约30 m，其形成原因值得对该对流系统中的下沉气流结构做进一步分析研究。

Davies-Jones等(1978)给出了一次龙卷过程导致的麦田中小麦辐散和辐合交替分布倒伏的特征(图 5a)，并提出可能是由浅薄的水平滚动涡旋(horizontal roll vortices)造成的，但这种辐合和辐散区的水平宽度仅为1 m、长度仅为7 m，尺度远小于四台村养猪场附近树林出现的类似特征。Fujita(1978)给出了现场调查得到的多个微下击暴流发生时的地面风场分布，表明距离邻近的不同微下击暴流的地面辐散流场之间会形成辐合流场(图 5b)，但Fujita(1978)给出的这种辐合流场宽度(约几百米)要大于四台村养猪场附近树林的辐合流场宽度(约30 m)。由于这种辐合特征的存在，如前所述，Fujita(1978)也指出，微下击暴流和龙卷、尤其是弱龙卷两者导致的风灾有时很难区分。

新沟子养鸡场附近树林(图 2中12-9#)位于湖北监利新洲围堤的靠近长江一侧，是调查发现的一个较大范围风灾现场(图未给出)。该风灾现场主要是较多树木倾倒、少量树木被拔出，未发现折断树木；风灾路径长度和宽度各约200 m；在该地周边也发现了多个较小面积的风灾点(图未给出)。树木倒向仍主要为东南偏东方向，主导风向为西北偏西风；少数树木的倒向为东北偏东方向，呈现出一定的辐散特征。由于该树林中出现了多处树木倒伏或拔出，有些树木的倒向之间存在弱辐合特征。树林中多株直径约30 cm的杨树被连根拔起，估计最强风力12级左右。据距离此树林以南约2 km(图 2中12-10#调查点)养蜂场贺先生描述6月1日晚大风把数十个蜂箱盖自围堤下吹到围堤上，导致大量蜜蜂死亡。综合风灾路径较宽、辐散型树木倒向等特征判断该处属于下击暴流导致的风灾地点，并存在多个微下击暴流条迹。树木倒向的弱辐合特征最大可能也是由近距离相邻的微下击暴流条迹所致的近地面辐散气流(图 5b)形成。

除了以上调查点和老台深水码头外，其他调查点受大风灾害的面积相对较小且分布较零散。11-4#和12-4#调查点(图 2)是两个相对受灾树木较多的调查点，位于沉船事发区域南部、岳阳雷达观测到的下击暴流影响区域，其中11-4#调查点是离“东方之星”客轮最后定位位置最近的一个风灾点，直线距离仅约400 m。11-4#调查点位于长江东岸的湖北省监利县，调查发现该处有十几棵树木倾倒或者折断，但分布比较分散，没有出现成片树木受灾，其中最大的折断树木为一棵直径约30 cm的大树，估计最强风力12级以上(图未给出)。12-4#调查点位于长江西岸的湖南省华容县，也发现了十几棵树木倾倒、折断或者拔出，其中有3棵树木被拔出，一棵直径约20 cm的大树折断，估计最强风力12级左右(图未给出)。树木主要倒向为东南方向，因此主导风向为西北风。结合岳阳雷达观测的0.57°仰角径向风场分布特征，根据树木的倒向为直线型或者辐散型为主的特征判断这些调查点的风灾为微下击暴流所致。

湖北省监利县老台深水码头附近树林(图 2中03-2#)发现了较大范围的树木倾倒、拔出或者折断(图 6)，树木受灾路径呈现出一定的曲率弯曲，长度约300 m、宽度约50 m。树木主要倒向仍为东南偏东方向，因此主导风向为西北偏西风，预示此地可能遭受了下击暴流；但风灾路径两侧的倾倒树木呈现出部分辐合特征；其中多株直径约30 cm的杨树被连根拔起或折断，估计最强风力达12级以上。附近采沙场居民汤先生确认大风发生时间约为6月1日21时20—35分；据其讲述6月1日晚大风还导致沙场堆积的湿沙被大风剧烈扬起。

结合同时段岳阳雷达观测的老台深水码头附近区域上空1.5°和2.4°仰角径向速度场存在中气旋特征(图未给出)、0.5°仰角径向风场存在涡旋(图 2c中蓝色椭圆内)特征，再根据Frelich等(2012)给出的根据树木受损程度判断风力大小的实例，以及龙卷风灾路径相对较窄(Fujita, 1981)和存在一定曲率的特点，综合判断该处在遭受下击暴流的同时有龙卷发生的可能，但缺乏龙卷漏斗云的直接目击证据。风灾路径长度较短这一特征表明该疑似龙卷持续时间很短，也表明了其时空尺度显著小于典型的龙卷尺度。其路径与内蒙古1981年发生的一次龙卷接地后的灾害路径长度接近(林大强等，1984)，显著窄于和短于2012年7月21日北京一次龙卷的路径宽度和长度(Meng et al, 2014)。

2 下击暴流、龙卷与涡旋

此次现场调查既发现了微下击暴流导致的灾害，也发现了可能由龙卷导致的灾害。Fujita(1978)也指出两者导致的地面风灾有时很难区分，尤其是弱龙卷和微下击暴流很难仅从地面风灾来区分(Fujita, 1981)。Fujita(1974;1978) 最早发现并命名了下击暴流。下击暴流不等同于对流风暴中的下沉气流。在对流系统下沉气流区中形成的强灾害性大风区称为下击暴流，其水平尺度通常为1~400 km(American Meteorological Society，2013)；其中，水平尺度小于4 km、持续时间为2~5 min的强下沉气流区为微下击暴流(American Meteorological Society，2013)；其最大强度可导致达F3级龙卷强度的强风灾害(Fujita et al, 1981)。雷达观测的反射率因子场上表现出的弓形回波特征就是对流系统中下击暴流所产生的结果(Fujita, 1978；Wilson et al, 2001)。

下击暴流是能够把水平涡度转换为垂直涡度的非常强的下沉气流，并在近地面导致很强的风切变，通过与强上升气流等的相互作用，会在近地层产生和伴随小尺度的涡旋特征(Fujita, 1978; Przybylinski, 1995; Weisman, 1993; W2001; Wilson et al, 2001; Bluestein, 2013; Xu et al, 2015)，比如弓形回波两端的书挡涡旋(bookend vortex；Weisman，1993)，这些涡旋有可能会发展为气旋式或者反气旋式龙卷(Fujita, 1978; Przybylinski, 1995; Weisman, 2001)，其最大强度可达F4或者EF4级(Wakimoto, 1983; Przybylinski, 1995; Agee et al, 2009)。已有较多文献(Fujita，1978；Forbes et al, 1983；Wakimoto, 1983; Kessinger et al，1988；Forbes et al, 2001；Davies-Jones et al, 2001；Wilson et al, 2001；Bluestein et al, 2003；Atkins et al, 2005；Trapp et al, 2005；Agee et al，2009)给出了下击暴流或者弓形回波和龙卷同时导致灾害的个例或者气候分布特征。图 7a为Fujita(1978)给出的美国一次大范围龙卷和下击暴流过程现场调查结果，该图也可在Forbes等(1983)和Weisman(2001)的文献中查阅到。该次过程持续5个多小时，由一个孤立的对流单体发展为弓形回波，导致了一系列地面大风灾害；他们发现了10个下击暴流、17个微下击暴流和18个龙卷，其中一个是反气旋式龙卷。图 7b为Fujita(1979)给出的经典弓形回波演变过程，包括直长回波、弓形回波和逗点回波三个阶段，弓形回波阶段是大风灾害最为严重的阶段，尤其弓形回波的顶点附近是大风最强的区域，并可能在弓形回波的左侧产生龙卷。图 7c为Atkins等(2005)总结的2003年美国一次弓形回波演变过程，其与Fujita的经典弓形回波演变过程有所不同，该次过程伴随有多个γ中尺度涡旋和龙卷，龙卷发生在弓形回波的顶点附近或者右侧，最强风灾发生在弓形回波顶点左侧的中涡旋附近；Atkins等(2005)认为弓形回波伴随的龙卷涡旋同普通γ中尺度涡旋的差异在于龙卷涡旋持续时间较长、地面以上3 km高度的涡旋强度较强，且在生成龙卷前其快速加深和增强；Wheatley等(2006)给出了多个弓形回波的中涡旋导致强地面大风灾害个例。此次现场调查发现的微下击暴流所致的树木倒向辐合特征，如四台村养猪场附近树林和11-4#调查点，其水平尺度很小，仅有几十米，远小于Weisman(1993)定义的书挡涡旋与弓形回波伴随的γ中尺度涡旋的几千米水平尺度，因此还有待于将来应用更先进的高分辨率数值模拟等手段来确认是否属于涡旋。

美国气象学会(AMS)对龙卷的定义作了多次修订。1959年AMS给出的龙卷定义为“从积雨云下垂的强烈旋转空气柱，且几乎总可以观测到漏斗状云或者管状云^①” (Huschke, 1959)，2000年修订的定义为“从积状云下垂或位于其下方的伸展至地面的强烈旋转空气柱，且经常(但并不总是)可看到漏斗状云^②” (Glickman, 2000)，2013年再次修订为“从积状云下垂伸展至地面的强烈旋转空气柱，且经常可看到漏斗状云和/或地面旋转的碎片/沙尘^③”(American Meteorological Society，2013)；我国大气科学辞典编委会(1994)中给出的龙卷定义为“从积雨云中伸下的猛烈旋转的漏斗状云柱。它有时稍伸即隐，有时悬挂空中或触及地面”。因此，龙卷的基本特征是对流活动导致的从空中向下方伸展的强烈旋转空气柱，其表现为可以观测到的漏斗云和/或旋转的碎片/沙尘等。

① 英文原文为“A violently rotating column of air, pendant from a cumulonimbus cloud, and nearly always observable as a funnel cloud or tuba”(Huschke, 1959)

② 英文原文为“A violently rotating column of air, in contact with the ground, either pendant from a cumuliform cloud or underneath a cumuliform cloud, and often (but not always) visible as a funnel cloud”(Glickman, 2000)

③ 英文原文为“A rotating column of air, in contact with the surface, pendant from a cumuliform cloud, and often visible as a funnel cloud and/or circulating debris/dust at the ground”(AMS，2013)

由于龙卷的基本特征是对流活动导致的从空中向下方伸展的强烈旋转空气柱，是一种强烈的涡旋，但是目前还没有定量标准来判定达到怎样剧烈程度的涡旋就属于龙卷，因此Doswell(2011)、Crowley(2015)、Smith(2015)对怎样识别和判断是否是龙卷提出了他们的观点，尤其漏斗云是否触地、水龙卷、陆龙卷(landspout)、阵风锋龙卷等的判定标准存在争议，具体可参见相关文献。例如，Doswell(2011)认为判断阵风锋龙卷是否属于龙卷的标准就是其涡旋环流是否扩展到对流云的底部，但Agee(2014)认为阵风锋龙卷不符合2013年AMS最新修订的龙卷定义。

龙卷通常分为两类，一类为超级单体龙卷，另一类为非超级单体龙卷(Davies-Jones et al, 2001; Bluestein, 2013)。超级单体龙卷也称为中气旋龙卷，在美国约有25%的中气旋能够产生龙卷(Davies-Jones et al, 2001)。非超级单体龙卷也称为非中气旋龙卷，通常由辐合线上的中小尺度涡旋和快速发展对流风暴中的强上升气流共同作用形成(Wakimoto et al, 1989)。超级单体龙卷通常强度较强(Davies-Jones et al, 2001; Agee et al, 2009; Bluestein, 2013)，但如前所述，与下击暴流相联系的气旋式或者反气旋式龙卷最大强度也可达F4或者EF4级(Wakimoto, 1983; Przybylinski, 1995; Agee et al, 2009)。Agee等(2009)进一步将龙卷分为三类，分别为超级单体龙卷、线状对流龙卷和其他类型龙卷，其他类型龙卷包括陆龙卷、水龙卷、冷空气漏斗云(cold air funnel)、阵风锋龙卷、发生在热带气旋眼墙龙卷、反气旋式次级涡旋等，具体可参见文献Agee等(2009)。Agee(2014)根据AMS 2013年最新修订的龙卷定义，在其他类型龙卷中剔除了阵风锋龙卷、发生在热带气旋眼墙龙卷和反气旋式次级涡旋三种亚类型。Trapp等(2005)对美国1998—2000年3828个龙卷进行分类统计表明，79%由孤立对流风暴产生，18%由线状对流产生，其他风暴类型产生的龙卷仅占3%；而Mulder等(2015)对地处高纬度的英国龙卷统计表明，42%由线状对流产生，28%由孤立对流风暴产生；因此，美国和英国龙卷的统计结果存在较大差异。

3 对流系统多尺度特征

大气运动的多尺度性是导致天气多样性的重要原因之一。强对流天气预报业务人员虽然对天气尺度系统和中尺度系统的认识已经较为深入，但仍需提高对强对流风暴中气流多尺度性的认识，尤其是对小尺度特征的理解和认识。Fujita(1981)给出了4种尺度高压和气旋(图 8a和8b)，分别为尺度达上千千米的大尺度(超过400 km)反气旋和气旋、中尺度(4~400 km)中高压和中气旋、小尺度(40~4000 m)高压(与下击暴流相联系)和小尺度气旋(与龙卷相联系)、微尺度(不超过40 m)高压(与下击暴流条迹相联系)和微尺度气旋(如龙卷中的抽吸涡旋suctionvortex，见图 8d)；Agee等(1976)和Fujita(1981)都给出了龙卷涡旋中可存在多个抽吸涡旋的多尺度特征(图 8d)；Fujita(1978)给出了1948年7月22日美国一次下击暴流过程导致树木倒向分布所表征的两种尺度流场(图 5b)；Fujita等(1981)通过1980年7月16日美国一系列下击暴流事件给出了与下击暴流相联系的5种尺度气流(图 8 c)，包括尺度达几百千米的β大尺度下击暴流族(由影响范围为几百千米的一系列下击暴流群组成)、α中尺度(40~400 km)下击暴流群(由2个或者多个下击暴流组成)、β中尺度(4~40 km)下击暴流、α小尺度(400~4000 m)微下击暴流、β小尺度(40~400 m)下击暴流条迹，需要说明的是，这5种尺度与Orlanski (1975)的尺度定义有所不同；最近，Bluestein等(2015)使用多种探测资料和现场照片分析了2013年5月31日美国Oklahoma州El Reno龙卷的多尺度特征，揭示了该次过程存在多个次级涡旋(subvortices)和一个阵风锋后侧强反气旋式龙卷等事实。Fujita等(1981)、Agee等(1976)和Fujita(1981)通过多种资料分析和现场天气调查给出的大气运动尺度划分标准以及Bluestein等(2015)等分析给出的El Reno龙卷的多尺度特征清楚地表征了大气运动的多尺度性和复杂性，这也说明不能简单地使用大、中、小三个尺度来区分大气运动的尺度。

从2015年6月1日这次强对流天气过程来看，导致此次大风灾害的中尺度对流系统在21:30时静止卫星云图上表现为近似圆形的强对流云团(图未给出)，直径约250 km，达到Fujita(1981)和Orlanski(1975)定义的α中尺度。但从21:26时岳阳雷达观测的0.57°仰角反射率因子场(图 2b)来看，导致大风灾害的中尺度对流系统为一个长度约180 km的准线状对流系统，其大小为Fujita(1981)定义的α中尺度和Orlanski(1975)定义的β中尺度。21:26时岳阳雷达观测的0.57°仰角径向速度大小超过10 m·s^-1的尺度约为15 km(图 2c)，为下击暴流区；而2.5°仰角上的中气旋(图未给出)直径仅约5 km；下击暴流和中气旋的尺度都为Fujita(1981)定义的β中尺度和Orlanski(1975)定义的γ中尺度。21:26时岳阳雷达观测的0.57°仰角径向速度场的下击暴流区还存在3个水平尺度不超过4 km的强风速中心，为微下击暴流，其尺度为Fujita(1981)定义的α小尺度和Orlanski(1975)定义的γ中尺度。从现场调查来看，大片庄稼倒伏、树木和房屋受灾区域的水平尺度为几十米到1 km左右，为微下击暴流导致的下击暴流条迹或者可能由龙卷导致的风灾痕迹，其尺度为Fujita(1981)定义的小尺度和Orlanski(1975)定义的小尺度；其中多个风力达12级或以上的调查点水平尺度仅为几十米，属于Fujita(1981)定义的β小尺度和Orlanski(1975)定义的β小尺度；尤其在四台村养猪场附近树林和新沟子养鸡场附近树林中发现多个宽度约30 m的微下击暴流条迹，属于Fujita(1981)定义的α微尺度和Orlanski(1975)定义的β小尺度。因此，结合静止卫星和雷达观测以及现场调查的分析结果充分展示了此次强对流天气过程的多尺度特征和大气运动的复杂性。

现场调查结果表明此次过程中强风灾害具有显著的空间分布不连续性和尺度微小等特征，尤其顺星村、老台深水码头、四台村养猪场附近树林和新沟子养鸡场附近树林的调查结果展示的这种特征最为显著。从此次过程的地面观测来看，湖北省监利县气象观测站(距客轮翻沉事件位置偏北约10 km)观测到的最大瞬时风仅为9.2 m·s^-1(5级)，而周边区域自动站观测到的最大瞬时风为16.4 m·s^-1(7级)，位于监利县尺八镇(距客轮翻沉事件位置偏南约15 km)，与现场调查估计的多个风灾点的最强风力超过12级差异巨大，因此这也充分表明了此次强风灾害具有空间不连续性和小尺度的分布特点。需要指出的是，强对流天气过程不仅在空间上是多尺度的，在时间上也具有多尺度特征。Fujita(1986)给出了水平尺度和时间尺度之间的关系，水平尺度40 m~4 km的扰动仅存在1~30 min(转张玉玲，1999)。本次现场调查得到的强风灾害点不连续空间分布特征正是强风时间上的小尺度特征在空间分布上的反映，其持续时间非常短，只有几分钟的时间尺度，相关文献可参见Fujita(1981)、Agee等(1976)、Fujita等(1981)。对于这类由强对流风暴引起的达到或者超过12级的强风灾害，目前的数值模式和业务临近预报还不可能明确地给出针对某一地点或者格点的确定性预报，因此还需要深入研究该类天气的形成机理，并以对流可分辨的高分辨率数值预报为基础发展针对该类天气的概率预报技术以进一步提高对其的预报能力。

4 结论

2015年6月1日21:30时左右，长江湖北监利段发生“东方之星”客轮翻沉特大事故。同时段该区域存在一个直径约250 km近似圆形的α中尺度强对流云团，岳阳雷达0.57°仰角反射率因子场上为一个长度约180 km的准线状对流系统，该对流系统导致事发江段及其周边区域发生了强风灾害。

对事发周边陆地区域的现场天气调查共发现19处主要风灾地点；调查结果表明事发周边区域的北部陆地区域灾情较南部陆地区域更为显著，其中顺星村、老台深水码头、四台村养猪场附近树林和新沟子养鸡场附近树林等地是遭受风灾最为显著的4个地点，这些调查点风灾为典型微下击暴流所致，其中老台深水码头有龙卷发生的可能。

虽然下击暴流会伴随中小尺度的涡旋特征，但现场调查发现的由下击暴流所致的树木倒向辐合特征仅有几十米水平尺度，因此不同于书挡涡旋或者中涡旋。目前，龙卷漏斗云是否触地、水龙卷、陆龙卷(landspout)、阵风锋龙卷等的判定标准等还有争议。

现场调查获得的风灾分布具有空间分布不连续和多尺度等特征，强风灾害具有显著的小尺度时空分布特征，尤其顺星村、老台深水码头、四台村养猪场附近树林和新沟子养鸡场附近树林的调查结果展示的这种特征最为显著；值得注意的是，四台村养猪场附近树林中同时发生了多个相邻的微下击暴流条迹，呈现出辐散和辐合交替分布的特征，表明对流系统中的大气运动分布非常复杂。风灾的不连续分布特征是其时间上的小尺度特征(持续时间短)在空间分布上的反映。风灾的这种时空分布特征要求发展以对流可分辨的高分辨率数值预报为基础的概率预报技术以提高对该类天气的预报能力。

致谢：特别感谢中国气象局、湖北省气象局、湖北省气象台和湖北省监利县气象局对现场调查的大力支持；感谢北京大学陶祖钰教授、国家气象中心毕宝贵、金荣花和张小玲研究员等给予指导；湖北省气象局陈波、湖北省气象台吴涛、湖北省气候中心刘敏、梁益问和王凯在现场调查过程中给予大力协助。