恶劣天气：龙卷风的形成与追踪 - 全球视角

龙卷风是地球上最具破坏性的天气现象之一。虽然通常与特定区域相关联，但它们可能发生在世界许多地方。本综合指南提供了关于龙卷风形成、分类、追踪和安全措施的全球视角。

了解龙卷风的形成

龙卷风是从雷暴延伸到地面的旋转气柱。它们的形成是一个复杂的过程，涉及几个关键要素：

1. 大气不稳定

不稳定是指空气快速上升的趋势。当近地面的暖湿空气被上空较冷、干燥的空气覆盖时，就会发生这种情况。温差越大，大气越不稳定。

示例： 在阿根廷的潘帕斯草原，来自北方的暖湿空气与来自安第斯山脉的冷空气相遇，创造了适合不稳定条件的环境。

2. 湿度

充足的湿度对于雷暴的发展至关重要。水蒸气为风暴提供燃料，因为它凝结并释放潜热，进一步增强不稳定性和上升气流的强度。

示例： 孟加拉湾将湿气输送到孟加拉国，是已知会发生强烈雷暴和相关龙卷风风险的地区。

3. 抬升力

需要一种抬升机制来启动空气的向上运动。这可以是锋面、干线，甚至是像山脉这样的地形特征。

示例： 在意大利的波河谷，阿尔卑斯山可以充当抬升机制，当空气被迫沿山坡向上移动时，会引发雷暴。

4. 风切变

风切变是指风速和/或风向随高度的变化。它可能是龙卷风形成最关键的因素。具体来说，强风切变会产生水平涡度（一种旋转的、不可见的空气管）。当这种水平涡度被强烈的上升气流垂直倾斜时，它会在雷暴中形成一个旋转柱，称为中气旋。

示例： 美国的广阔平原，特别是“龙卷风走廊”，经常经历低空急流和高空风之间的强烈风切变。

超级单体雷暴

大多数强龙卷风和剧烈龙卷风是由超级单体雷暴产生的。超级单体雷暴是一种具有旋转上升气流（中气旋）的雷暴。中气旋可以宽达几公里，并且可以持续数小时。

超级单体的关键特征：

• 旋转上升气流（中气旋）： 这是超级单体的决定性特征，也是龙卷风形成的前兆。
• 墙云： 一种降低的、旋转的云底，通常在中气旋下方形成。龙卷风经常从墙云发展而来。
• 后侧下降气流（RFD）： 一股冷、干燥的空气，环绕中气旋，有助于收紧旋转并将龙卷风带到地面。
• 前侧下降气流（FFD）： 来自风暴的主要外流，通常包含大雨和冰雹。

龙卷风分类：增强型藤田 (EF) 级数

增强型藤田 (EF) 级数用于根据龙卷风造成的破坏程度来评估龙卷风的强度。它是对原始藤田 (F) 级数的改进，后者主要基于风速估计。

EF 级数类别是：

• EF0： 弱（65-85 英里/小时；105-137 公里/小时）- 轻微破坏，例如树枝折断和标志损坏。
• EF1： 弱（86-110 英里/小时；138-177 公里/小时）- 中等破坏，例如屋顶表面剥落和活动房屋倾覆。
• EF2： 强（111-135 英里/小时；178-217 公里/小时）- 相当大的破坏，例如结构良好的房屋屋顶被掀翻和树木连根拔起。
• EF3： 强（136-165 英里/小时；218-266 公里/小时）- 严重破坏，例如结构良好的房屋的整个楼层被摧毁，汽车被抬离地面。
• EF4： 剧烈（166-200 英里/小时；267-322 公里/小时）- 毁灭性破坏，例如结构良好的房屋被夷为平地，汽车被抛到很远的地方。
• EF5： 剧烈（超过 200 英里/小时；超过 322 公里/小时）- 难以置信的破坏，例如房屋被完全摧毁，碎片散落数公里。

重要的是要注意，EF 级数基于观察到的破坏，而不是直接基于测量的风速。破坏指标 (DI) 和破坏程度 (DOD) 用于估计造成观察到的破坏所需的风速。

全球龙卷风发生情况：超越龙卷风走廊

虽然美国中部以“龙卷风走廊”而闻名，但除了南极洲以外，每个大陆都发生龙卷风。不同地区的频率和强度差异很大。

美国

美国是全球龙卷风数量最多的国家，平均每年发生 1,000 多次龙卷风。龙卷风走廊，横跨德克萨斯州、俄克拉荷马州、堪萨斯州、内布拉斯加州和南达科他州等州，由于大气条件的独特融合，特别容易发生这些风暴。

孟加拉国

孟加拉国是另一个龙卷风高风险地区。其地理位置，孟加拉湾的暖湿空气与喜马拉雅山麓相互作用，造成高度不稳定的大气条件。虽然龙卷风的数量可能少于美国，但人口密度意味着影响可能是毁灭性的，一些事件导致数千人丧生。

阿根廷

阿根廷的潘帕斯地区经常发生雷暴和龙卷风，当地被称为“Trombas”。大气条件与美国大平原相似，暖湿空气与较冷的气团相遇。

欧洲

欧洲每年都会发生大量的龙卷风，但与美国的龙卷风相比，通常较弱。意大利、法国、德国和英国等地区都报告了龙卷风事件。这些龙卷风通常与超级单体雷暴或移动到陆地上的水龙卷有关。

澳大利亚

澳大利亚也经历龙卷风，尤其是在南部和东部地区。这些事件通常与穿过大陆的冷锋和雷暴有关。

其他地区

世界各地的其他国家也报告了龙卷风，包括加拿大、俄罗斯、南非和亚洲部分地区。这些地区对龙卷风的认识和报告可能有限，但研究和数据收集工作正在提高我们对全球龙卷风发生情况的理解。

龙卷风追踪和预报：现代技术

准确的龙卷风追踪和预报对于拯救生命和减轻损失至关重要。现代技术显着提高了我们检测和警告这些危险风暴的能力。

多普勒雷达

多普勒雷达是用于龙卷风探测的主要工具。它可以测量雷暴中风的速度和方向，使气象学家能够识别旋转的中气旋和潜在的龙卷风发展。多普勒雷达还可以检测龙卷风卷入空中的碎片，这强烈表明龙卷风已着陆。

多普勒雷达的工作原理：

1. 雷达发射一束电磁能量脉冲。
2. 脉冲遇到大气中的物体（雨、冰雹、碎片）。
3. 部分能量反射回雷达。
4. 雷达测量反射能量的频移（多普勒效应）。
5. 此频移用于确定物体移动的速度和方向。

气象卫星

气象卫星提供了大气条件的广泛概览，并可以追踪可能导致龙卷风爆发的大规模天气系统的发展。地球静止卫星提供持续监测，而极地轨道卫星提供特定区域的更高分辨率图像。

地面观测

地面气象站、自动气象观测系统 (AWOS) 和志愿者气象观测员提供关于温度、湿度、风速和其他大气变量的宝贵地面数据。此信息用于改进天气模型和预报。

数值天气预报 (NWP) 模型

NWP 模型是对大气进行计算机模拟，它使用数学方程来预测未来的天气状况。这些模型整合了来自各种来源的数据，包括雷达、卫星和地面观测。高分辨率模型可以模拟雷暴，甚至可以提供一些龙卷风潜势的指示。

局限性： 虽然 NWP 模型有了显着改进，但它们在预测龙卷风的确切位置和时间方面仍然存在局限性。龙卷风的形成是一个复杂的过程，发生在一个相对较小的范围内，这使得模型难以准确模拟。

追风者和观察员

追风者是气象学家和天气爱好者，他们前往预计会发生恶劣天气的地区。他们提供风暴的实时观测和视频片段，这对于确认龙卷风着陆和评估损失可能非常宝贵。天气观察员是经过培训的志愿者，他们观察并向地方当局报告恶劣天气事件。

道德考量： 追风可能很危险，重要的是要优先考虑安全并避免使自己或他人处于危险之中。与龙卷风保持安全距离并尊重私人财产至关重要。

龙卷风安全：保护您自己和您的社区

了解在龙卷风发生前、发生期间和发生后该怎么做可以显着提高您的生存机会。

龙卷风来临前

• 制定安全计划： 在您的家、学校或工作场所确定一个安全室或避难所。这应该是最低楼层的内部房间，远离窗户。
• 随时了解情况： 监控来自可靠来源（例如国家气象部门和当地媒体）的天气预报和警告。
• 组装一个灾难包： 包括基本用品，如水、食物、手电筒、电池供电的收音机和急救包。
• 了解警告标志： 留意可能表明龙卷风的视觉线索，例如黑暗、绿色的天空、大冰雹、巨大的轰鸣声或可见的漏斗云。

龙卷风来袭时

• 如果您在室内： 前往您指定的安全室或避难所。躲在坚固的家具下，例如桌子或书桌，并保护您的头部和颈部。
• 如果您在车辆中： 放弃车辆并在坚固的建筑物中寻找避难所。如果没有建筑物可用，则平躺在沟渠或低洼区域，并保护您的头部和颈部。
• 如果您在户外： 平躺在沟渠或低洼区域，并保护您的头部和颈部。远离树木、电线和其他潜在危险。

龙卷风过后

• 随时了解情况： 继续监控天气预报和警告。
• 评估损失： 仔细检查您的财产是否有损坏。注意诸如倒塌的电线和结构不稳定性等危险。
• 提供帮助： 帮助邻居和其他需要帮助的人。
• 报告损失： 联系地方当局报告损失并请求帮助。

社区准备和复原力

建立社区复原力对于最大限度地减少龙卷风的影响至关重要。这包括：

• 教育和意识： 促进公众对龙卷风安全和准备的教育。
• 基础设施改善： 建造龙卷风避难所并加固建筑物以承受强风。
• 应急响应计划： 制定全面的应急响应计划，概述警告、疏散和救援程序。
• 合作： 促进政府机构、应急响应人员和社区组织之间的合作。

龙卷风预报的未来

龙卷风预报是一个持续的研究和发展领域。科学家们正在努力通过以下方式提高龙卷风警告的准确性和提前量：

• 改进 NWP 模型： 开发更高分辨率的模型，可以更好地模拟雷暴发展和龙卷风形成。
• 开发新的雷达技术： 实施相控阵雷达和多雷达系统，以提供更详细和及时的观测。
• 使用人工智能： 应用机器学习技术来分析天气数据并识别与龙卷风形成相关的模式。

结论

龙卷风是一种严重的天气灾害，可能发生在世界许多地方。通过了解这些风暴的形成、分类和追踪，并采取适当的安全措施，我们可以显着降低受伤和死亡的风险。社区准备和持续研究对于建立复原力并提高我们预测和警告这些危险事件的能力至关重要。本“综合”指南旨在为全球读者提供强大的知识基础。