精准预测龙卷风?对不起,科学家无法做到

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地球是一个奇迹环境｜全球将国家地理中文网设为星标方能收到正常推送

这场龙卷风在美国堪萨斯州罗泽尔以东几公里处发生，美国是全球龙卷风发生最多的国家。｜摄影：COLT FORNEY，国家地理图片集

“我们仍不知道，为什么有些雷暴会带来龙卷风，另一些则不会。”著名的风暴追逐者蒂姆·萨马拉斯(Tim Samaras)在2013年初这样说道。

萨马拉斯的18项实地考察计划曾获国家地理学会补助。但2013年5月31日，他在美国俄克拉何马州艾雷诺追逐龙卷风时，不幸身亡。
龙卷风何时形成，又如何消散的？这一问题令许多科学家苦恼。

持续不到十分钟

龙卷风，是一股从地表面延伸至云层的强烈旋转气流。美国国家海洋大气管理局(NOAA)国家强风暴实验室(NSSL)气象研究员哈罗德·布鲁克斯(Harold Brooks)表示，大多数龙卷风持续时间不到10分钟。

布鲁克斯补充说，只有少数大型龙卷风持续时间长——约为30分钟。最强大的龙卷风风速超过483千米/小时，可以将建筑物从地基上撕扯下来。它们宽度可达3.2千米。

更常见的龙卷风风速低于177千米/小时，宽度约为76米，在行进数百米后就会消散。

NOAA报告称，在美国龙卷风平均每年造成60人死亡，其中大部分是被坠落的碎片砸死的。布鲁克斯说，这其中有一半的死亡是由那1%最强烈的龙卷风造成的。


美国科罗拉多州上空天气变暗，龙卷风即将在这里形成。｜国家地理图片集

这种强大的自然现象如何产生的？我们有办法预测它们吗？‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

超级雷暴单体‍

布鲁克斯继续解释道：最猛烈的龙卷风源自于所谓的超级单体雷暴，这种雷暴和普通雷暴的形成要素一样——地表的气流温暖湿润，上方的气流相对较冷且干燥。

接着，像热气球一样，温暖的气流开始上升，使之具备形成雷暴的环境。而超级单体雷暴还需要更多条件：风力增强，风向随高度改变，上升气流极速旋转，超级单体才会诞生。

随着超级单体在高空搅动，下方就会有30%的概率形成龙卷风。这是因为超级单体中的气流下沉，引起地面附近的气流随之旋转。



科学家们普遍认为，大气层前1千米内的强风变化和高相对湿度对龙卷风的形成至关重要。他还补充说，风暴中也需要有一个恰到好处的下沉气流。龙卷风的形成还需要合适的温度，即空气必须寒冷但不能太冷。布鲁克斯说，它应该比周围的空气稍稍冷一点。
他还说：“我们不知道龙卷风是如何消散的，空气变得太冷，会阻断新的空气流入风暴中，但我们不知道细节。”

难以预测

龙卷风已被观察到出现在除南极洲以外的每个大陆上。它们在北美洲被记录得最为频繁，估计每年袭击美国1200次，但在其他国家也经常出现。美国最著名的受灾地区被称为“龙卷风走廊”，包括堪萨斯州、内布拉斯加州和达科他州的大草原地区，以及德克萨斯州的部分地区。大规模的天气模式往往会集中在该地区，使龙卷风更有可能出现。据美国气象学会统计，遭受的龙卷风次数最多的是佛罗里达州。
龙卷风可以在一天中的任何时间、一年中的任何季节发生，尽管它们在春季最为常见，尤其是北美的5月和6月。包括美国、加拿大和欧洲大陆在内的许多国家通常用藤田等级来衡量龙卷风的强度。F0或EF0级别的龙卷风只会损坏树木，坚固的建筑物通常不会受到破坏；最强级别的龙卷风——F5或EF5级别的龙卷风会摧毁建筑物。由于在龙卷风内部测量风速极其困难，科学家通常依靠破坏程度来估计风速。

“拍摄这张照片期间，我们看到了至少15个龙卷风。”美国科罗拉多州的西姆拉(Simla)，在逃过暴风后短暂停留的间歇，捕捉到了这幅画面。｜摄影：Cristiano Xavier，国家地理图片集

预测龙卷风的难度要大于预测飓风。飓风是持续时间更长、规模更大的风暴。根据NOAA的数据，从发布龙卷风警报到风暴来临的平均时间约为13分钟。布鲁克斯说，国家极端天气实验室的“预警预测”研究项目旨在提高预测准确性，尽管这项工作具有挑战性。该项目使用强大的软件对温度、湿度和其他大气变量的数据进行分析。布鲁克斯说：“有时系统能做出非常好的预测，而有时则不能。”‍此外，预测龙卷风在地面上的路径也是一个挑战。布鲁克斯说，龙卷风通常会沿着与之相关的雷暴的运动轨迹移动，但路线可能会变化无常。“这就像遛狗一样，”他说。“你走到街区尽头，但狗却在中间来回跑。”

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撰文：Arvin编辑：Arvin版式设计：晨嘉点击下图订阅《华夏地理》杂志

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