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龙卷风预报到底有多难

郝非尔
2019-07-10 13:49:17  来源:北京日报

        新闻背景

        7月3日傍晚,辽宁省铁岭市开原市遭遇罕见龙卷风袭击。在龙卷风出现的时间段,开原国家气象观测站极大风速为23.0米/秒,风力达到9级。据初步统计,此次铁岭开原市龙卷风灾害受灾人口28628人,灾害造成6人死亡,190余人受伤。

        尽管中国的龙卷风灾害相对其它灾害发生次数较少,但是带给我们的伤痛却不小。特别是,龙卷风似乎来无影去无踪,对它的预报至今仍是世界性难题。

        1 孟加拉国龙卷风

        曾造成约1300人死亡

        在从事强对流天气研究的科学家眼里,龙卷风是地球大气中最强烈的对流风暴,是个冷漠的杀手。

        龙卷风与我们常见的冰雹、雷雨大风天气,均属于强对流天气。龙卷风是在不稳定天气条件下产生的小范围的快速旋转的空气涡旋,常表现为由雷暴云底伸展至地面的漏斗状涡旋云柱,如大象鼻子。龙卷风中心附近风速可达100-200米/秒,直径一般在几米到数百米之间,维持时间在十几分钟到几小时。其所到之处常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁房屋等现象,还会造成人员伤亡。

        美国是发生龙卷风最多的国家,堪称“龙卷王国”。从1991年到2014年统计来看,美国平均每年发生1122个。我国平均每年发生43个龙卷风。中国关于龙卷风的记载,最早是沈括在《梦溪笔谈》中记载的1076年恩州武城县的龙卷风灾难。我国龙卷风发生最多的地区是长江三角洲和广东,江苏省高邮市被称为我国的“龙卷风之乡”。

        根据世界气象组织2017年公布的数据,1989年4月26日,龙卷风摧毁孟加拉国马尼格甘杰县,造成约1300人死亡。这是近年来龙卷风造成人员伤亡最多的记录。

        在全球气候变暖的大背景下,极端天气气候事件呈频发高发态势。“现在人们已看到大规模洪水,更强力龙卷风,没有雨的雨季,更加猛烈的飓风和台风。”联合国秘书长古特雷斯说,人类必须为了一个健康的地球去建设和平和可持续的未来。

        2 美国龙卷风多发与特殊地理环境相关

        美国龙卷风多发与特殊地理环境等因素关系密切。由于美国东濒大西洋,西靠太平洋,南面又有墨西哥湾,大量的水汽不断从东、西、南面流向美国大陆。水汽多,雷雨云就容易发生发展。当雷暴云底发展到一定强度后,就会产生龙卷风。同时,美国平原区域多,中南部平原称为“龙卷走廊”。

        中国气象局气象干部培训学院教授俞小鼎表示,龙卷风形成既需要暖湿空气交汇提供对流条件,又要求高空和低空有强风,还需要有较平坦的地形,而美国特殊的地理环境容易满足龙卷风形成条件。

        从空间分布来看,中国的龙卷风一般多发生在中东部地形相对平坦的平原地区,平原多于山区,其中江苏和广东最多。从时间分布来看,4月至8月出现在我国的龙卷风个数占全年的92%,大多发生在午后至傍晚。

        龙卷风的形成一般要满足三个条件:一是空气湿热且非常不稳定;二是大气中有塔状积雨云形成;三是高空风和低空风方向相反。前两个条件也是雷雨、冰雹等强对流天气出现时的特征。高、低空出现不同方向的风是龙卷风出现的必要条件,这在气象学上叫做垂直风切变,制造这种状况的“元凶”往往是高空急流。通俗地说,高空急流就是高空中形成的快速流动的风带,一般在它的左侧容易形成抽吸低层大气的涡旋。在“抽吸的涡旋”中,地面气压迅速降低,气柱中的气流迅速上升,雷暴、冰雹、龙卷风等剧烈的天气现象就会相应发生。需要注意的是,以上三个条件在大自然中同时满足并非难事,因此,并不是每一次“三方聚首”都会出现龙卷风,他们的出现只是龙卷风产生的前提和征兆。

        3 龙卷风预报预警是世界性难题

        尽管世界各地天气预报准确率在逐步提高,但并非所有天气都可以被准确预报预测,预报龙卷风自然更不易。这就好比是医生给病人看病一样,本身日常的天气预报中就有很多“疑难杂症”,龙卷风更是“疑难杂症”中的“硬骨头”。

        龙卷风预报之所以难,与其自身特点有关,其尺度小不易发现、发展快不易捕捉。曾任中央气象台台长的李小泉说,出现龙卷风,就好比手划拨过水面后,水面肯定会出现漩涡,但很难判断出具体在哪个点会出现漩涡。龙卷风预报也是如此。冷空气侵入暖湿气流旺盛的地区,会引起强对流天气,但具体到哪个点会出现龙卷风,则几乎不可预测。

        加之,在类似于龙卷风这种强对流天气出现时,往往有几种灾害可能同时出现,其生成环境复杂。以龙卷风为例,可以在暴雨环境中发生,有的时候可以伴着冰雹、雷暴等极端天气组团来袭,也可以发生在聚集强大能量的台风环境中。

        美国龙卷风出现频率高、危害大,在龙卷风研究领域也起步较早。从19世纪80年代开始,美国开始发力研究龙卷风。如今,其已开展了一系列大型外场观测试验,深入研究龙卷风的机理问题,在龙卷风理论研究、实验室模拟以及数值模式开发方面有不少进展,其龙卷风观测设备也不断发展和改进。然而,龙卷风在美国也十分难以预测。美国国家气象局气象学者克里斯多夫·斯特朗曾表示,针对龙卷风,虽然一个强有力的气象服务机构确实能够提供一定范围的预报,但很难做到定时定点准确预报。

        由于影响我国的龙卷风数量相对较少,其属于小尺度天气系统或者小概率事件,时间、空间随机性较强,中国对于龙卷风等强对流天气预报的起步较晚,但目前也有了长足进展。中国气象局国家气象中心强天气预报中心首席预报员张涛说,我国新一代多普勒天气雷达在硬件和监测技术方面与美国差不多。

        在全球范围内来看,监测预报预警龙卷风面临重重困难,还有很漫长的路要走。在一些国家,大量的志愿者、追风者所拍摄下的龙卷风视频和画面已经成为记录龙卷风宝贵的资料,成为监测预报预警龙卷风的重要基础。有科学家认为,即使采用世界上最先进的高分辨率、快速扫描的移动雷达系统进行观测,对于龙卷风精细结构和演变分析研究仍然十分困难。

        延伸阅读

        龙卷风破坏力巨大的原因

        龙卷风为什么具有这么巨大的破坏力?巨大的风力、飞旋的碎屑和极低的气压是“罪魁祸首”。

        龙卷风的风速一般能达到50-150米/秒,远远大于超强台风(中心附近风力大于51米/秒)的风力。当龙卷风冲击房屋的一侧时,相当于用10吨的大锤去撞击。又由于风并不是向一个方向吹,而是旋转运动,因此,房屋四面八方都会受到压力,瞬间被粉碎也就不足为奇了。

        同时,龙卷风内部的空气很稀薄,气压极低,这样的结构就像一个强力吸尘器,它能快速地将地面上的东西吸到“漏斗”中。一般来说,龙卷风破坏力最强的地方就是靠近地面的漏斗嘴附近,当这部分离开地面后,龙卷风的威力也就会大大地减弱。

        而这样的“吸食”作用还可以造成房屋的内部发生“爆炸”。这是由于伸向地面的龙卷风内部气压特别低,门窗紧闭的房屋则是处于正常的大气压状态下,当龙卷风裹住密闭的房屋时,就会形成屋内大气压力远远大于屋外的大气压力,巨大的压力差会迫使房屋瞬间发生“爆炸”现象。

        除了强风、低气压,在龙卷风中,飞旋的碎屑也是重要的破坏分子。龙卷风一路行进,就好比一个“绞肉机”,会将进入“口”中的“食物”全部打碎,同时又将碎屑向四处抛散。碎屑虽小,但速度很快,冲击力极大,很多致命的伤害就是由碎屑造成的。调查发现,被龙卷风撕裂的小小木片能够穿透粗大的树干,可见龙卷风的威力有多大!

        但是,在龙卷风内部也会有奇迹发生,曾经发生过有人被龙卷风吸走,而后又平安无恙落回到地面的事情,这样的人就很幸运地躲过了碎屑的袭击。

        虽然听上去龙卷风造成的破坏十分恐怖,无坚不摧,但好在它的生命史很短暂。一般正常的只有二三十分钟,短的不到10分钟,很少有能超过1小时的;龙卷风行进的路线也不长,从几千米到二三十千米。

编辑:迟语洋

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