龙卷风

龙卷风
龙卷风资料图片
  龙卷风,是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。其中心附近风速比台风近中心最大风速大好几倍。中心气压很低,具有很大的吸吮作用,可把海(湖)水吸离海(湖)面,形成水柱,同云相接,俗称“龙吸水”、“龙取水”。一般维持十几分钟到一两小时,能把大树连根拔起,把建筑物吹倒,或把部分地面物卷至空中,破坏性极强。

气象资料

  气象名称:龙卷风
龙卷风3
龙卷风
  发生地区:每个陆地国家都出现过龙卷风,其中美国是发生龙卷风最多的国家。加拿大墨西哥英国、意大利、澳大利亚、新西兰日本印度等国,发生龙卷风的机会也很多。中国龙卷风主要发生在华南和华东地区,它还经常出现在南海西沙群岛上。
  发生季节:由于龙卷风的发生与强烈雷暴的出现密切相关,所以龙卷风一般在暖季出现。但在没有雷暴的寒冷季节里,只要具备强烈对流的条件,也是可以出现龙卷风的。
  发生时间:龙卷风在白天、夜间都能生成,但大部分发生在午后。有时,同时有几个龙卷一起出现。
  龙卷风范围:龙卷风的范围小,直径平均为200-300米;直径最小的不过几十米,只有极少数直径大的才达到1000米以上。
  持续时间:往往只有几分钟到几十分钟,最长也不超过数小时。
  移动速度:平均每秒15米,最快的可达70米;
  移动路径:移动路径的长度大多在10公里左右,短的只有几十米,长的可达几百公里以上。
  破坏范围:它造成破坏的地面宽度,一般只有l-2公里。
  外围风速:风速可能在每秒50-150米,中心附近的风速可达100-200米/秒,极端情况下,甚至达到每秒300米或超过声速
  中心风速:很小,甚至无风,这和台风眼中的情况很相似。
  内部气压:极低,这种低气压可以低到400毫巴,甚至200毫巴,而一个标准大气压是1013毫巴

名称来由

  龙卷风,因为与古代神话里从波涛中窜出、腾云驾雾的东海跤龙很相象而得名,它还有不少的别名,如“龙吸水”、“龙摆尾”、“倒挂龙”等等。

发生原因

  大自然里的龙卷风诞生在雷雨云里。在雷雨云里,空气扰动十分厉害,上下温差悬殊。在地面,气温是摄氏二十几度,越往高空,温度越低。在积雨云顶部八千多米的高空,温度低到摄氏零下三十几度。这样,上面冷的气流急速下降,下面热的空气猛烈上升。上升气流到达高空时,如果遇到很大的水平方向的风,就会迫使上升气流“倒挂”(向下旋转运动)。由于上层空气交替扰动,产生旋转作用,形成许多小涡旋。这些小涡旋逐渐扩大。上下激荡越发强烈,终于形成大涡旋。大涡旋先是绕水平轴旋转,形成了一个呈水平方向的空气旋转柱。然后,这个空气旋转柱的两端渐渐弯曲,并且从云底慢慢垂了下来。对积雨云前进的方向来说,从左边伸出云体的叫“左龙卷”,从右边伸出云体的叫“右龙卷”;前者顺时针旋转,后者反时针旋转。伸到地面的一般是右龙卷,左龙卷伸下来的机会不多。

气象原理

  龙卷风常出现在温度高地势平气流稳的地域,在这里不同核旋方向气体原子因没有较大的纵向或水平气流扰动利于相互分离,它们比重虽然相同,但核旋方向不同则相互排斥,同者相互制约外层电子旋速,在宇宙波作用下可以依靠集中成为同性气层或同性气团。当然反旋气体原子在地球占极少比例,它们总是被众多正旋气体排挤在大气层某高度停留成为反旋气层。反旋气层与上下正旋气层接触关系与正、反旋陀螺轴心对接可稳定接触同理。反旋气层达一定高度因温度下降比重增加则下沉,当厚度、密度加大到下部正旋气层无力托起就形了下降气柱,反旋气柱与周围正旋气体垂向接触处原子外层电子运动速度不能相互制约反而相互加速就形成了强劲的旋气流。同时反旋气层下降时上表面形成的凹陷又是上部比重较大的正旋水气浓集环境,因此当龙卷风形成的同时上部重水气也跟随而下,所以大多龙卷风核部都由正旋水气填充,水气与反旋气层原子旋方向不同又形成与外部相反方向的强气流,所以大多龙卷风又由正反双向同轴旋风组成。龙卷风伴有暴雨或冰雹是因反旋气层下降凹陷是重气体汇集处,龙卷风一旦形成周围反旋气层向气柱集中突然变薄托力变小雨水趁机而下就形成了与龙卷风相伴的暴雨或冰雹天气,当然所有云系形成都是靠反旋气层托起或集中的,只不过反旋气层相对较薄没有较大托力,当水气达一定密度就破层而下出现雨雪天,但不会出现龙卷风。

形成条件

龙卷风形成条件
龙卷风形成条件
  龙卷风是云层中雷暴的产物。具体的说,龙卷风就是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的区域内集中释放的一种形式。在发展强烈的积雨云中,空气扰动很厉害,里面的温度、湿度、风向和风速差别很大就会引起龙卷风。如下沉气流风速往往达8级以上,而上升气流的风速只有3到4级,这就使得积雨云内部空气扰动剧烈,产生旋转,当旋转作用增强到一定程度时,就形成了龙卷风。大气上下温度相差悬殊时,冷空气急速下降,热空气猛烈上升,也会形成龙卷风。
  龙卷风的形成可以分为四个阶段:
  (1)大气的不稳定性产生强烈的上升气流,由于急流中的最大过境气流的影响,它被进一步加强。
  (2)由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用,上升气流在对流层的中部开始旋转,形成中尺度气旋。
  (3)随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展,它本身变细并增强。同时,一个小面积的增强辅合,即初生的龙卷在气旋内部形成,产生气旋的同样过程,形成龙卷核心。
  (4)龙卷核心中的旋转与气旋中的不同,它的强度足以使龙卷一直伸展到地面。当发展的涡旋到达地面高度时,地面气压急剧下降,地面风速急剧上升,形成龙卷。
  龙卷风常发生于夏季的雷雨天气时,尤以下午至傍晚最为多见。从火山爆发和大火灾产生的烟和水蒸汽中,也可能诞生龙卷风。这种龙卷风称为火龙卷或烟龙卷。

外观特点

  龙卷风是一个猛烈旋转着的圆形空气柱,它的上端与雷雨云相接,下端有的悬在半空中,有的直接延伸到地面或水面,一边旋转,一边向前移动。发生在海上,犹如“龙吸水”的现象,称为“水龙卷”;出现在陆上,卷扬尘土,卷走房屋、树木等的龙卷,称为“陆龙卷”。远远看去,它不仅很象吊在空中晃晃悠悠的一条巨蟒,而且很象一个摆动不停的大象鼻子。
龙卷风4
龙卷风外观特点

·形态

  大多数龙卷风呈狭长的漏斗状,几十至几百米宽,能卷起尘土碎片。不过,龙卷风仍然有多种形态。相对较小和较弱的陆龙卷看起来只是像一小片地上卷起来的尘土。虽然漏斗云可能不会延伸到地面,但只要地面上相关联的风拥有超过64千米每小时的风速,旋转的气流即可以被认为是一股龙卷风。巨型单漩涡龙卷风看起来像一个巨大的楔子插进地里,因而可称为“楔状龙卷”(wedge tornado、wedge)。这类龙卷风的漏斗云很宽,就像一大块乌云,直径比云层底部到地面的距离还长。即使是有经验的风暴观测者也无法在远处区分低垂的云团和楔状龙卷风。大型龙卷风多为楔状龙卷但也不全是。
  多漩涡龙卷风可以呈现成一组旋风围绕一个同一个中心旋转,也可以完全被凝结水气、尘土和碎片等掩盖,呈单一漏斗状。
  在衰亡阶段,龙卷风就像细长的管子或绳子,且常常弯曲扭转得奇形怪状。
  除了这些形态外,龙卷风还可能完全被雨或尘土掩盖。这样的龙卷风特别危险,因为即使是经验丰富的气象学家也可能无法发现它们。

·大小

  在美国,龙卷风的直径平均有150米。不过,龙卷风大小的变化幅度很大。势力弱或势力虽强但接近尾声的龙卷风可能会非常细长,有时仅几英尺宽。另一方面,楔状的巨型龙卷的移动路经可以有1.6千米宽。

·外观

  龙卷风的颜色多样,取决于它们所处的环境。干燥环境下生成的龙卷风几乎是透明的,只是在旋风底部能看到旋转的尘土和碎片。几乎或完全不卷起碎片的漏斗云是灰白色的。当经过水体变成水龙卷时,它们会变得非常白甚至呈蓝色。移动缓慢的龙卷风由于卷起大量残骸和泥土,颜色通常较深,并带有被卷起物的颜色。例如,位于美国中央大平原上的龙卷风由于红色土壤的缘故会变红。
  光照条件对龙卷风的外观也有大的影响。同一个龙卷风,逆光(即太阳光从龙卷风背后射下来)时会显得非常暗,顺光(即太阳光从观察者背后射下来)时则会显得比较灰或者非常的白。日落时的龙卷风可以有很多种颜色,如黄、橙和粉红。
  雷暴的狂风吹起来的尘埃、暴雨和强冰雹以及夜色都是减少龙卷风可见度的因素。在这种情形下产生的龙卷风尤其危险,因为此时即将被龙卷风袭击的区域的人们只能靠气象雷达观测或者龙卷风前进时发出的声音才能知晓龙卷风的到来。幸运的是,大多数大的龙卷风都发生在风暴的无雨区,而且大多数龙卷风发生在黄昏时间,这样即使云层很厚太阳光也可以穿过。此外,夜间发生的龙卷风也常常会被频繁的闪电照亮。
  包括车载多普勒移动雷达图像和目击者报告在内的越来越多的证据表明,龙卷风中心和台风等热带气旋的中心一样,都比较晴朗、平静且气压较低。这一区域晴朗(也可能充满尘埃),风力相对柔和。由于阳光多被漏斗云阻挡,这一区域也十分黑暗。有些目击者称,闪电照亮了龙卷风,才使他们得以看到龙卷风的内部。

旋转方式

  龙卷风的旋转方向一般同气旋,即北半球逆时针南半球顺时针。规模大的风暴受科里奥利力的影响,总是做气旋式的旋转,而雷暴和龙卷风由于规模较小因而受科里奥利力的直接影响也较少。但即使忽略科里奥利力的影响,在计算机数值模拟中超级单体和龙卷风仍做气旋式的旋转。
  约有1%的龙卷风以反气旋方式旋转。一般而言,只有陆龙卷和阵风卷属于这一类型。

龙卷风分类

·真正的龙卷风

  多漩涡龙卷
水面上的龙卷风
水面上的龙卷风
  多漩涡龙卷风,指带有两股以上围绕同一个中心旋转的漩涡的龙卷风。多漩涡结构经常出现在剧烈的龙卷风上,并且这些小漩涡在主龙卷风经过的地区上往往会造成更大的破坏。
 
  水龙卷
  水龙卷(或称海龙卷,英文:waterspout)可以简单地定义为水上的龙卷风,通常意思是在水上的非超级单体龙卷风。世界各地的海洋和湖泊等都可能出现水龙卷。在美国,水龙卷通常发生在美国东南部海岸,尤其在佛罗里达南部和墨西哥湾。水龙卷虽在定义上是龙卷风的一种,不过其破坏性要比最强大的大草原龙卷风小,但是它们仍然是相当危险的。水龙卷能吹翻小船,毁坏船只,当吹袭陆地时就有更大的破坏,并夺去生命。当水龙卷很可能产生或在海岸水域上已经看得见的时候,美国国家气象局(National Weather Service)将会经常发出特殊的海上警告,或者当水龙卷会向陆地移动时发出龙卷风警告。
  陆龙卷
 
  陆龙卷(英文:landspout,美国国家气象局称dust-tube tornado)是一个术语,用以描述一种和中尺度气旋没有关联的龙卷风。陆龙卷和水龙卷有一些相同的特点,例如强度相对较弱、持续时间短、冷凝形成的漏斗云较小且经常不接触地面等。虽然强度相对较弱,但陆龙卷依然会带来强风和严重破坏。
陆地上的龙卷风
陆地上的龙卷风

·类似龙卷的现象

  阵风卷
  阵风卷(英文:gustnado)是一种和阵风锋与下击暴流有关的小型垂直方向旋转的气流。由于它们严格来说和云没有关联,所以就它们是否属于龙卷风还存有争议。当从雷暴中溢出的快速移动干冷气流流经溢出边缘的静止暖湿气流时,会造成一种旋转的效果(可用“滚轴云”解释),若低层的风切变够强,这种旋转就会水平(或倾斜)进行,并影响到地面,最终的结果就是阵风卷。阵风卷的旋转方向不固定,可顺时针亦可逆时针。
  尘卷
  尘卷(英文:dust devil)也是一种柱状的垂直旋转气流,因此和龙卷风很像。然而,它们生成在晴朗的天气下,并且绝大多数情况下比最弱的龙卷风还要弱。气温较高时,如果地面因高温形成很强的上升气流,并且此时有足够的低层风切变,上升的热气流就可能做小范围的气旋运动,此时尘卷便会形成。尘卷之所以不属于龙卷风是因为它们在晴朗的天气条件下形成而且和云没有什么联系。不过,它们偶尔也能引起大的破坏,尤其在干燥地区。

龙卷风的分级

  龙卷风的强度等级由藤田级数(或称“藤田皮尔森龙卷等级”)和改进型藤田级数划分,可由高分辨率多普勒雷达的数据或摄影测量法得到。需要注意的是,龙卷风的强度并不能描述任何大小和宽度的龙卷风。
  由龙卷风专家藤田创立的“藤田分级制”于1971年被美国国家气象局采用,它主要被用来估量风速以便能够对龙卷风造成的损害做出正确估算。划分如下:
风力等级
   风速
出现几率
受害状况
   表现
等级F0   
<73 mi/h
<32 m/s  
29% 
程度轻微 
 烟囱,树枝折断,根系浅的树木倾斜,路标损坏等
等级F1
73-112 mi/h
33-49 m/s
40%
程度中等
 房顶被掀走,可移动式车房被掀翻,行驶中的汽车刮出路面等
等级F2   
113-157 mi/h
50-69 m/s
24%
  程度较大 
木板房的房顶墙壁被吹跑,可移动式车房被破坏,货车脱轨或掀翻,大树拦腰折断或整棵吹倒。轻的物体刮起来后像导弹一般,汽车翻滚。 
等级F3
158-206 mi/h
70-92 m/s
6%
程度严重
较结实的房屋的房顶墙壁刮跑,列车脱轨或掀翻,森林中大半的树木连根拔起。重型汽车刮离地面或刮跑
等级F4   
207-260 mi/h
93-116 m/s
2%
破坏性灾害
   结实的房屋如果地基不十分坚固将刮出一定距离,汽车像导弹一般刮飞
等级F5
261-318 mi/h 117-141 m/s  
 <1%
毁灭性灾难
   坚固的建筑物也能刮起,大型汽车如导弹喷射般掀出超过百米。树木刮飞,是让人难以想象的大灾难。
  注:时速超过260英里的龙卷风均属于“5”级的范畴,它能够造成的损害程度超过人们的想象。
  龙卷风的破坏力由小到大,可按藤田级数划分为F0至F5级,也可按改进型藤田级数划分为EF0到EF5级6个等级。EF0级的龙卷风可能只会损伤树木,对较为结实的建筑没有影响,但EF5级的龙卷风就可能把建筑物吹得只剩下地基,甚至让高大的摩天大楼扭曲起来。
  此外,相类似的TORRO分级法将龙卷风分为T0至T11共12个等级,T0级表示极其弱的龙卷风,T11级代表已知的最强的龙卷风。
  知识链接:
  在天气预报雷达屏幕上,出现龙卷风的区域会呈现一个“钩状回波”图像。当这些恶劣的天气出现或即将来临的时候,一连串“追风族”常常保持警惕地寻找龙卷风并通知当地的气象机构,他们喜爱追踪雷暴和龙卷风以探究它们的真实情况的和科学解释。“追风族”们做了许多尝试将探针扔到龙卷风中,以便分析其内部构造,但自1990年以来,只有5根针成功地扔了进去。美国国家气象局也有一项名为Skywarn的计划,这项计划负责培训风暴观察员以观察可能带来强冰雹、狂风和龙卷风的风暴。风暴观测员包括郡行政司法长官、州警官、消防队员、救护车司机、追风族以及其他一些个体。风暴来临时,国家气象局会要求这些观察员寻觅这些风暴并立即汇报出现的龙卷风,以便气象局及时发布警报。

龙卷风的转向

  实际上,在真正的气象预报中,龙卷风、台风转向依旧是个世界难题。
  当龙卷风上空的导向气流发生变化时,龙卷风就会发生转向,而此时龙卷风的上部因为高速旋转而产生的离心力,会形成一个突起的角度;因为这种导向气流非常难以用仪器观测,但用肉眼却比较容易发现,所以面对规模并不大的龙卷风,经验丰富的气象学家根据观察便可判断出其转向。
  但面对海面上巨大的台风,其转向问题就复杂多了,尤其在面对一些方向急剧变化的台风时,更是存在极大的技术难度。

龙卷风的危害

多个龙卷风
多个龙卷风的出现会造成更大危害
  龙卷风破坏力极强,龙卷风经过的地方,常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象,有时把人吸走,危害十分严重。每年能在经济上造成数百万美元的损失,并会导致失业和死伤,危害不容小觑。
  在孟加拉国,由于人口密度高,房屋质量差以及龙卷风安全知识贫乏,故每年约有179人死于龙卷风。加拿大平均每年出现的龙卷风有80个,致使2人丧生,20人受伤并导致数千万美元的损失。2000年7月4日在加拿大袭击了阿尔伯塔省松叶湖的一起“杀人龙卷风”就曾导致11人死亡。
  英国是欧洲发生龙卷风最频繁的地区。若计入相关土地的面积,英国和荷兰是世界上单位面积发生龙卷风次数最多的国家,其中荷兰平均每平方千米土地每年可遭受0.00048次龙卷风袭击。新西兰和乌拉圭的一部分也有小型强烈龙卷风活动。美国是世界上遭受龙卷风侵袭次数最多的国家,平均每年遭受100000个雷暴、1200个龙卷风的袭击,有50人因此死亡。在美国中西部和南部的广阔区域又以“龙卷风道”最为著名。有记录以来美国最致命的龙卷风是发生于1925年3月18日,越过了密苏里州东南部、伊利诺伊州南部和印地安那州北部的“三洲大龙卷”,导致695人死亡。
  在一天里若有超过6个龙卷风产生便可称出现了“龙卷风爆发”。1974年4月3日,有史记录以来最大的龙卷风爆发产生了148个龙卷风,包括6个F5级和23个F4级的龙卷风,绰号“超级爆发”。另一场类似强烈程度的暴风爆发是“棕枝主日龙卷风爆发”(Palm Sunday tornado outbreak),它于1965年4月11日袭击了美国中西部,造成271人死亡。
  1995年在美国俄克拉何马州阿得莫尔市发生的一场陆龙卷,诸如屋顶之类的重物被吹出几十英里之远。大多数碎片落在陆龙卷通道的左侧,按重量不等常常有很明确的降落地带。较轻的碎片可能会飞到300多千米外才落地。在强烈龙卷风的袭击下,房子屋顶会像滑翔翼般飞起来。一旦屋顶被卷走后,房子的其他部分也会跟着崩解。因此,建筑房屋时,如果能加强房顶的稳固性,将有助于防止龙卷风过境时造成巨大损失。龙卷的袭击突然而猛烈,产生的风是地面上最强的。在美国,龙卷风每年造成的死亡人数仅次于雷电。它对建筑的破坏也相当严重,经常是毁灭性的。

监测预警

  各种龙卷风的范围很小,寿命很短促,这给科学研究和预报带来了很大的困难。但是,龙卷风到来之前,只要留心观察,总会出现一些值得注意的天气现象和特徵的。比如,龙卷生成前大气很不稳定,云系对流旺盛,气压明显降低,云的底部骚动特别厉害等等,这对于预报龙卷风有一定的帮助。另外,气象雷达在发现和追踪龙卷风上起着很重要的作用,它可以测到300公里外的雷雨云,一旦在雷达中发现有龙卷风存在的钩状回波时,即可发出警报。但也有的龙卷风出现时,这种钩状回波不明显。因此,采用雷达和目视相配合的方法常常更可靠一些。当观察者发现龙卷风後,应立即报告气象部门,可用雷达跟踪,随後还有一定的时间对龙卷风路径上的居民和单位发布警报。
  气象卫星的出现给龙卷风预报增添了新的探测工具,尤其是用同步卫星拍摄的云层照片,在监视龙卷风的发生上起着更重大的作用。卫星昼夜都能观测,并且可以看到更小的目标。如果把卫星和雷达结合起来,就能连续观察龙卷风的变化,可在龙卷风发生前半小时发布警告。

防范措施

  (1)在家时,务必远离门、窗和房屋的外围墙壁,躲到与龙卷风方向相反的墙壁或小房间内抱头蹲下。躲避龙卷风最安全的地方是地下室或半地下室。
  (2)在电杆倒、房屋塌的紧急情况下,应及时切断电源,以防止电击人体或引起火灾。
  (3)在野外遇龙卷风时,应就近寻找低洼地伏于地面,但要远离大树、电杆,以免被砸、被压和触电。
  (4)汽车外出遇到龙卷风时,千万不能开车躲避,也不要在汽车中躲避,因为汽车对龙卷风几乎没有防御能力,应立即离开汽车,到低洼地躲避。
  注意事项:
  在发布龙卷风警报后,所有市民被通知前往避难区。在大多数建筑物中,如果有可能,应该到中央的无窗户的房间或低于地面的走廊躲避。如果龙卷风袭击了建筑物,对藏在室内的人来说,可导致碎片的大量落下,因此,应该蹲在结实门口的梁下,或躲在结实的家具下。不过,龙卷风到来时可使如移动房屋之类的轻建筑遭重创。在这种房屋居住的居民会在龙卷风来临前被通知撤离家园,寻找更坚固的避难所,不管他们前往的是指定的避难所还是附近朋友的家。在某些地区,避风地窖也是人们的避难所。
  当龙卷风来袭时,车辆的处境是极其危险的。如果龙卷风可见且距离遥远,并且当前交通顺畅,则可以将车驾离龙卷风的路径,方法是沿与龙卷风路径直线成直角的方位移动。否则,应尽量快速且安全地将车辆停泊于交通线之外(因为即便是事后从泥土里找出车来,也较将它留在路上引起事故更好),并且寻找坚固的建筑物或壕沟作为掩体。需要切记的是,无论在何种情况下,都不应在龙卷风接近时留在车内。在龙卷风造成的极强风力下,任何车辆都非常容易被卷起并抛掷。
  
  防范误区:
 
  一些人在风暴中选择在大型陆桥下避难,但那些地方并非是最佳避难场所。位于俄克拉荷马州诺曼底的美国国家气象局曾经做过一份报告讨论在1999年5月3日发生的俄克拉荷马州龙卷风袭击事件中,陆桥作为掩护体的用途。俄克拉荷马市当时有三座陆桥处于龙卷风路线上的,而每处桥下至少有一人死于龙卷风。陆桥的建筑形式多种多样,并且其中许多在强大风力与飞舞的碎块面前,并不会提供任何有力的保障。此外,由于人们在桥下或桥旁边随意停放车辆而引起的堵塞,很可能妨碍其他车辆的行进,从而间接剥夺后来者安全逃生的机会。