龍卷風

簡介

龍卷風是一種少見的局地性、小尺度、突發性的強對流天氣，是在強烈的不穩定的天氣狀況下由空氣對流運動造成的、強烈的、小范圍的空氣渦旋。

從積雨云中伸下的猛烈旋轉的漏斗狀云樓。它有時稍伸即隱，有時懸掛空中或觸及地面。龍卷風漏斗云的軸一般垂直于地面，在發展的后期，當上下層風速相差較大時，可成傾斜狀或彎曲狀。其下部直徑最小的只有幾米，一般為數百米，最大可達千米以上，上部直徑一般為數千米，最大可達10公里。龍卷風的尺度很小，中心氣壓很低，造成很大的水平氣壓梯度，從而導致強烈的風速，中心風速可達100-200米/秒。由于氣流的旋轉力很強，常將地面的水、塵土、泥沙挾卷而起，其破壞力變動范圍很大，弱者僅能卷起稻草捆和(或)衣物強者可按樹倒屋，至把人、畜也一并升起，經過水面時可吸水上升如柱，(這時稱水龍卷)，所以龍卷風范圍雖小，但造成的災情卻很嚴重。龍卷風的移向、移速是由其母云(產生龍卷的積雨云)的移動決定的，母云的移速通常為每小時40-50公里，最快可達90-100公里。其移動路徑多呈直線，一般只有幾公里，個別可達數十公里。龍卷風是強對流天氣的產物，常發生于北緯20-50度地帶低層大氣層結具有很大對流不穩定的地區，往往與鋒面、氣旋或非熱帶性雷暴相伴隨。登陸后的熱帶氣旋移到中緯趨向衰亡時，也很易出現龍卷風，有時還可出現在熱帶地區。根據龍卷風產生的地區可分為陸龍卷(產生在陸地上空)和水龍卷(產生在海面或水面上空)。龍卷風很難預報，測雨雷達也未曾直接觀測到過。

基本特點

龍卷風，是一種具有一定破壞力的自然現象。一般情況下，龍卷風是一種氣旋。它在接觸地面時，直徑從幾米到幾百米，平均為250米左右，最大為1000米左右。在空中直徑可有幾千米，最大有10千米。極大風速每小時可達150千米至450千米，龍卷風持續時間，一般僅幾分鐘，最長不過幾小時。所到之處萬物遭劫。龍卷風漏斗狀中心由吸起的塵土和凝聚的水氣組成可見的“龍嘴”。在海洋上，尤其是在熱帶，類似的景象在發生稱為海上龍卷風。

龍卷風通常是極其快速的，每秒鐘100米的風速不足為奇，甚至達到每秒鐘175米以上，比12級臺風還要大五、六倍。風的范圍很小，一般直徑只有25~100米，只在極少數的情況下直徑才達到一公里以上；從發生到消失只有幾分種，最多幾個小時。

大多數龍卷風在北半球是逆時針旋轉，在南半球是順時針，也有例外情況。卷風形成的確切機理仍在研究中，一般認為是與大氣的劇烈活動有關。

從19世紀以來，天氣預報的準確性大大提高，氣象雷達能夠監測到龍卷風、颶風等各種災害風暴。

龍卷風經過之處，常會發生拔起大樹、掀翻車輛、摧毀建筑物等現象，它往往使成片莊稼、成萬株果木瞬間被毀，令交通中斷，房屋倒塌，人畜生命和經濟遭受損失。

形成條件

龍卷風這種自然現象是云層中雷暴的產物，具體的說，龍卷風就是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的區域內集中釋放的一種形式。

龍卷風的形成可以分為四個階段：

（1）大氣的不穩定性產生強烈的上升氣流，由于急流中的最大過境氣流的影響，它被進一步加強。

（2）由于與在垂直方向上速度和方向均有切變的風相互作用，上升氣流在對流層的中部開始旋轉，形成中尺度氣旋。

（3）隨著中尺度氣旋向地面發展和向上伸展，它本身變細并增強。同時，一個小面積的增強輔合，即初生的龍卷在氣旋內部形成，產生氣旋的同樣過程，形成龍卷核心。

（4）龍卷核心中的旋轉與氣旋中的不同，它的強度足以使龍卷一直伸展到地面。當發展的渦旋到達地面高度時，地面氣壓急劇下降，地面風速急劇上升，形成龍卷風。

探測方法

多普勒天氣雷達探測

龍卷風發生至消散的時間短，作用面積很小，以至于現有的探測儀器沒有足夠的靈敏度來對龍卷風進行準確的觀測。相對來說，多普勒雷達是比較有效和常用的一種觀測儀器。多普勒雷達對準龍卷風發出的微波束，微波信號被龍卷風中的碎屑和雨點反射后重被雷達接收。如果龍卷風遠離雷達而去，反射回的微波信號頻率將向低頻方向移動；反之，如果龍卷風越來越接近雷達，則反射回的信號將向高頻方向移動。這種現象被稱為多普勒頻移。接收到信號后，雷達操作人員就可以通過分析頻移數據，計算出龍卷風的速度和移動方向。

雙極化天氣雷達探測

雙極化技術的出現對多普勒天氣雷達探測中氣旋和龍卷進行了有力的補充，全面提升了對龍卷微物理特征分析與預警預報水平。①由于多普勒天氣雷達對較小尺度的龍卷渦旋探測需要具有良好的空間分辨率，然而對雙極化探測而言并不需要太高的精度。②雙極化特征信號不同于多普勒特征信號，由于其是“各向同性”的，所以并不依賴于觀測角度的變化。③當龍卷在夜間發生或被大量降水包裹著難以通過多普勒雷達觀測發現時，雙極化信息更能有效地將其識別。

快速掃描雷達探測

Wurman設計開發了第一部X波段移動式快速掃描雷達 Rapid DOW，該雷達每7秒可以完成一次360°的體掃，在14秒的時間里可以探測到 12個波束范圍的數據，并且其距離分辨率達到11米，更易于對龍卷三維結構進行研究。從當前對龍卷的探測技術來看，快速掃描雷達在時空尺度上對龍卷觀測獨特優勢。而美國計劃的下一代天氣雷達網絡也定位為多功能相控陣雷達。所以可見該技術未來必將成為研究該類天氣的主要手段。

主要類型

多漩渦龍卷風

多漩渦龍卷風（Multiple vortex）指帶有兩股以上圍繞同一個中心旋轉的漩渦的龍卷風。多漩渦結構經常出現在劇烈的龍卷風上，并且這些小漩渦在主龍卷風經過的地區上往往會造成更大的破壞。

水龍卷

水龍卷（或稱海龍卷，英文：waterspout）可以簡單地定義為水上的龍卷風，通常意思是在水上的非超級單體龍卷風。世界各地的海洋和湖泊等都可能出現水龍卷。在美國，水龍卷通常發生在美國東南部海岸，尤其在佛羅里達南部和墨西哥灣。水龍卷雖在定義上是龍卷風的一種，不過其破壞性要比最強大的大草原龍卷風小，但是它們仍然是相當危險的。水龍卷能吹翻小船，毀壞船只，當吹襲陸地時就有更大的破壞，并奪去生命。當水龍卷很可能產生或在海岸水域上已經看得見的時候，美國國家氣象局將會經常發出特殊的海上警告，或者當水龍卷會向陸地移動時發出龍卷風警告。

陸龍卷

陸龍卷（英文：landspout，美國國家氣象局稱dust-tube tornado）用以描述一種和中尺度氣旋沒有關聯的龍卷風。陸龍卷和水龍卷有一些相同的特點，例如強度相對較弱、持續時間短、冷凝形成的漏斗云較小且經常不接觸地面等。雖然強度相對較弱，但陸龍卷依然會帶來強風和嚴重破壞。

火龍卷

火龍卷，非常罕見的龍卷風形態，由陸龍卷與火焰的結合。2010年，位于南半球的巴西遭遇罕見的干旱少雨天氣，全國多地燃起了山火。8月24日，巴西圣保羅市一處火點刮起了龍卷風，形成了罕見的火焰龍卷風景觀。龍卷風夾起火焰高達數米，像一條巨大的火龍旋轉前進。這條“火龍風”于24日被拍攝到。“火龍”在燃燒的田野上飛舞高約數米高，阻斷了一條公路。為了熄滅這條“火龍”，當地出動了直升機。

出現“火龍風”的地區已經有3個月沒有下雨。異常干旱的天氣和強勁的風勢助長了此處的火勢。巴西全球電視臺報道稱，圣保羅地區的空氣干燥程度已趕上了撒哈拉沙漠。

EF分級

龍卷風按它的破壞程度不同，分為0-5增強藤田級數，簡單來說就稱為EF級，由1971年芝加哥大學的藤田哲也博士所提出。

EF0級：風速在65-85英里每小時，約合105-137公里每小時，雖然較弱，但還是足以把樹枝吹斷，把較輕的碎片卷起來擊碎玻璃，一些煙囪會被吹斷。（出現幾率極高，53.5%）

EF1級：風速在每小時86-110英里每小時，約合138-177公里每小時，它們可以把屋頂吹走，把活動板房給吹翻，一些較輕的汽車會被吹翻或刮離路面。（出現幾率較高，31.6%）

EF2級：風速在111-135英里每小時，約合178-217公里每小時，它們可以把沉重的甘草包吹出去幾百米遠，把一棵大樹連根拔起，貨車可以刮離路面。（出現幾率中等偏低，10.7%）

EF3級：風速在136-165英里每小時，約合218-266公里每小時，它們可以把一輛較重汽車吹翻，樹木被吹離地面，房屋一大半被毀，火車脫離軌道。（出現幾率低，3.4%）

EF4級：風速在166-200英里每小時，約合267-322公里每小時，它們可以把一輛汽車刮飛，把一幢牢固的房屋夷為平地，樹木被刮到幾百米高空。（出現幾率很低，0.7%）

EF5級：EF5級風速超過每小時200英里每小時，也就是超過了322公里每小時，房屋完全吹毀，汽車完全刮飛，路面上的瀝青也會被刮走，貨車、火車、列車全部脫離地面。（出現幾率較低偏高，20%—45%）

龍卷風并沒有EF6級。那是絕對不可能的，這是根據物理和氣象學推算出來的，所以，1999年5月3日俄克拉荷馬城的龍卷風不是EF6級，而是EF5級，但是電視臺也報道過當天超過每小時512公里的風速，而且在一個雷達上估測到了318英里每小時的大風，這就表明龍卷風的破壞力量很大，不要相信有EF6級龍卷風，那是虛構。

除此之外，龍卷風還可以分為4個形狀：

煙囪龍卷風：輪廓直，比較粗壯，強度中等，一般在EF2—EF4級左右。

繩形龍卷風：纖細，輪廓教彎，強度弱，一般在EF0—EF2左右。

楔形龍卷風：長度較寬，可達1.5公里，寬度超過高度，強度強，一般在EF4—EF5左右。

雙胞胎龍卷風：兩個龍卷風，有的粗，有的細，強度不定。

易發國家和地區

全球除南極洲以外的大洲都有龍卷風記錄，龍卷風主要發生在中緯度地區，其中美國發生最為頻繁，堪稱“龍卷王國”，被稱為“龍卷風之鄉”，其發生的龍卷風約占全球龍卷風總數的75%；其次為加拿大；歐洲西部和中部、中國、孟加拉國、日本、澳大利亞、新西蘭、南非和阿根廷等國家或地區龍卷風發生也較為頻繁。

年尺度特征美國龍卷風平均每年有1000多個（1991—2010年間，平均為1253個/年）。其次為加拿大，記錄到的龍卷風平均約70個/年，估計實際發生的龍卷風平均約150個/年。歐洲平均觀測到的龍卷風大約有330個/年，其中陸龍卷170個，水龍卷160個，而實際發生的龍卷風大約有700個/年，其中陸龍卷300個，水龍卷390個。歐洲龍卷風多發生于英國、德國、法國和西班牙：英國（1981—2010年間）平均每年大約有 （47.2±10.5）個龍卷風，其中陸龍卷（36.5±10.1）個，水龍卷（12.7±2.8）個；法國平均每年有15~20個龍卷風。亞洲的龍卷風主要發生在中國、日本、印度和孟加拉國：中國平均每年發生的龍卷風有73個；日本平均每年發生20.5個陸龍卷和4.5個水龍卷；孟加拉國平均每年發生的龍卷風有2個。大洋洲的龍卷風主要發生在澳大利亞和新西蘭：澳大利亞平均每年發生的龍卷風有29個，新西蘭平均每年發生的龍卷風有17個。南美洲的龍卷風多發于阿根廷中部的潘帕斯草原：阿根廷平均每年記錄到的龍卷風大概有10個；巴西、智利和烏拉圭也有龍卷風的記錄，巴西平均每年記錄到的龍卷風有3個。

美國的龍卷風多發于春季，其次為夏季，冬季最少發生。歐洲的龍卷風主要發生在夏季，其次為秋季：英國龍卷風主要發生在秋季（9—11月），其次為夏季（6—8月），11月為龍卷風發生最多月；德國2/3的龍卷風發生在6—8月，其中7月龍卷風發生頻率達27%；法國的龍卷風多發于春季和夏季，8月發生最多；西班牙的龍卷風多發于暖季，明顯的趨向于秋季。澳大利亞的龍卷風多發于初春和夏季，其次為初冬。中國龍卷風發生的季節變化特征明顯，主要集中在春夏兩季，尤以7月和8月最多，兩月約占全年總數的50%以上。日本56%的陸龍卷發生在7—10月，其中9月最為頻繁，3月最少；水龍卷主要發生在9—10月，10月最多。

美國的佛羅里達州和中南部平原是龍卷風的高發區，中南部平原稱為“龍卷走廊”，其范圍一般指從德克薩斯州中部向北到愛荷華州北部，以及從堪薩斯州中部和內布拉斯加東部到俄亥俄西部的區域。英國的龍卷主要發生于英格蘭的東部和南部以及海峽群島周邊。德國的龍卷風多發于沿海和丘陵地區。法國的龍卷風多發于西北部、南部和東部。西班牙的龍卷風多發于地中海區域和加的斯灣附近省份。中國龍卷風一般多發生在中東部地形相對平坦的平原地區，平原多于山區；從區域尺度來看，長江三角洲、蘇北、魯西南、豫東等平原、湖沼區以及雷州半島等地都是龍卷風的易發區；從省級行政單元尺度來看，江蘇省、安徽省、廣東省、河南省、湖北省是龍卷風多發的省份，黑龍江省、河北省、浙江省、江西省和湖南省等省份龍卷風的發生頻次較高。1961—1993年間日本的陸龍卷和水龍卷主要發生在沿海地區，而關東地區大量龍卷風遠離沿海區域。大洋洲的龍卷風主要發生在澳大利亞和新西蘭。澳大利亞的龍卷風主要發生于東南部和西南部。南美洲的龍卷風多發于阿根廷中部的潘帕斯草原。巴西龍卷多發于南部和東南部。

中國龍卷風

我國大部分省（區、市）都有龍卷風的蹤跡，主要發生在我國東部平原地區，1991年-2014年，我國平均每年有43個龍卷風，其中江蘇和廣東最多，年均龍卷風分別為5.5個和4.8個。春季、夏季是龍卷風的多發季節，4-8月龍卷風占全年的92%。

預測難點

直徑小

龍卷風是一種破壞力極強的小尺度天氣現象，直徑一般在100米以下，強龍卷可達幾百米到1千米左右。相比于臺風、副高這些天氣系統中的“大塊頭”，龍卷風絕對屬于“小個子”。而當前我們的氣象臺站不夠密集，以至于龍卷風經常躲過氣象監測的“法眼”。

持續時間短

龍卷風強對流天氣往往生成很突然，對某一地區的影響時間也相對較短，“生命史”只有十幾分鐘到個把小時。因此，要提前24小時或是48小時預報局部地區的強對流天氣也就非常困難了。

形成環境復雜

龍卷風等強對流天氣的生成和發展需要衡量綜合大氣條件，而這些條件往往是難以預料、不確切的，再加上不同地區之間各不相同的地形因素，也進一步增加了準確監測、預報的難度。

防范措施

（1）龍卷風發生是和強烈發展的積雨云聯系在一起的，也就是通常所說的雷雨云。龍卷風出現時天空往往烏天黑地（云層低而深厚、亮度差）、電閃雷鳴、風雨交加。以春未到秋初最常見，在一天中以下午至傍晚和凌晨至早晨出現最多。當看到天空有類似的癥兆就要引起注意。人群應立刻離開危險房屋、活動場所或其他簡易臨時住處，到附近比較堅固的房屋內躲避。在公共場所，要服從指揮，有秩序地向指定地點疏散。躲避龍卷風最為安全的地方是位于地下的空間或場所（如地下室或半地下室），地面上所有建筑物此時都不是安全躲避的場所。

（2）在野外遇到龍卷風襲擊時，不必驚慌失措，應迅速朝龍卷風移動方向的垂直方向跑動，伏于低洼地面、溝渠等，但要遠離大樹、電線桿、廣告牌、圍墻等，以免被砸、被壓或發生觸電事故。如在汽車中，應及時離開，到低洼地躲避，因為汽車本身沒有防御龍卷風能力，一旦汽車和人同時被龍卷風卷起，危害更大。

（3）在家遇到龍卷風時，遠離和龍卷風同方向的窗、門、房屋的外圍墻壁，盡可能在龍卷風相反方向角落或比較堅固的小房間抱頭蹲下，保護好自己的頭部。在樓上，特別是農村的樓房內，應立即暫避到一樓比較堅固的桌子底下或廁所、儲物間內。這是因為龍卷風中心的氣壓極低，容易被龍卷風外吸、房屋倒塌而殃及室內人員安全。

（4）在遭遇龍卷風和發生房屋倒塌、電桿折斷的情況下，應及時切斷電源，以防觸電和引發火災事故。如果是化工生產企業遭受龍卷風襲擊，應及時關閉有毒化學物品閥門，控制化學物品泄漏，防止污染源向土壤和水面擴散，必要時組織附近市（村）民緊急轉移。

（5）龍卷風后自救互救。由于龍卷風的風力特別大，具有巨大的破壞作用，龍卷經過的區域內，房屋等建筑物常會遭受不同程度的破壞，甚至發生倒塌。因此，受龍卷影響地區的群眾，尤其是家庭、鄰里之間在災后第一時間的自救互救可最大限度減少人員傷亡。被埋壓人員要保持清醒頭腦，盡快想法脫離險境，如果不能自我脫險時，應盡量創造和擴大安全生存空間，減少對身體的擠壓，特別是對腹部以上身體部位的壓物要清除或移開，加強對頭部及口、鼻等器官的自我保護，等待救援。救援時要講究方法，首先應使被救者暴露頭部，保持呼吸暢通，如有窒息，應立即進行人工呼吸。其次不可生拉硬扯或使用利器硬挖被埋者，以免造成進一步的損傷，同時對傷重者及時送醫院搶救。