二、基本知识
龙卷风是一种相当猛烈的天气现象,是一种与强对流云团相伴出现的小范围强烈旋风,由快速旋转并造成直立中空管状的气流形成。龙卷风大小不一,但形状一般都呈上大下小的漏斗状。“漏斗”上接积雨云(极少数情况下为积云云底),下部一般与地面接触,并且时常被一团尘土或碎片残骸等包围。与台风相比,龙卷风影响的范围非常狭窄,持续时间很短。着地龙卷风的水平尺度一般小的只有数米,大的数百米,最大也只有1 km左右。持续时间一般15~30分钟。
尽管龙卷风范围小、持续时间不长,但龙卷风超声速风能的破坏力却不容小觑,而且相当惊人。龙卷风经过之处,常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象。据估算,龙卷风储存的能量平均为每小时1万千瓦,相当于一个装机容量很大的发电厂。龙卷风中心附近风速可达每秒100~200 m,比产生于海上的台风近中心最大风速还要大好几倍!龙卷风一般伴有雷雨,有时也伴有冰雹。
(一)龙卷风的形成
龙卷风的发生有一定的地域和季节特征。在我国,一般多发生在长江中下游平原地区,平原多于山区,华南地区比较多一些。由于下垫面的关系,大城市里发生龙卷风的情况几乎很少看到。龙卷风多发生在春末和夏季的雷雨天气时,尤以下午至傍晚最为多见,湿度增大也容易造成龙卷风。
龙卷风多发生在高温高湿的不稳定气团中,因为空气扰动得非常厉害,上下温度差相当悬殊。当地面上的温度约为30℃时,到8 000 m的高空时温度已降至-30℃。这种温度差使冷空气急剧下降,热空气迅速上升,上下层空气对流速度过快,从而形成许多小旋涡。当这些小旋涡逐渐扩大,再加上激烈的震荡,就容易形成大旋涡,成为袭击地面或海洋的龙卷风。
龙卷风是云层中雷暴的产物,是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的区域内集中释放能量的一种形式。龙卷风的形成可以分为4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,其本身变细并增强。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,产生气旋的同时形成龙卷核心。④龙卷核心中的旋转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。
(二)龙卷风的分级
1971年,美国芝加哥大学的藤田哲也博士按龙卷风的破坏程度提出“藤田级数”,简称EF分级。于2004年进行修正,形成改进版藤田级数,于2007年启用,目前在国际上通行。该分级法将龙卷风分为以下6级。
EF0级:最大风速每秒29~38 m,即11~13级;受害程度轻微。表现为烟囱、树枝折断,根系浅的树木倾斜,路标损坏等。
EF1级:最大风速每秒39~49 m,即13~15级;受害程度中等。表现为房顶被掀走,可移动式车房被掀翻,行驶中的汽车刮出路面等。(https://www.daowen.com)
EF2级:最大风速每秒50~60 m,即15~17级;受害程度较大。表现为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。
EF3级:最大风速每秒61~73 m,即≥17级;受害程度严重。表现为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。
EF4级:最大风速每秒73~89 m,即>17级;造成破坏性灾害。表现为结实的房屋如果地基不是十分坚固将刮出一定距离,汽车像导弹一般刮飞。
EF5级:最大风速每秒≥90 m,远远超过17级。造成毁灭性灾难。表现为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。
(三)龙卷风的预报
风无常势,水无常形。由于龙卷风发生至消散的时间很短,影响面积也很小,现有的探测仪器没有足够的灵敏度来对它进行准确的观测。目前世界上有确切的龙卷预警的国家极少,只有美国和加拿大。对龙卷风监测最有效的手段是多普勒天气雷达。包括我国在内的大多数国家,通过预报强对流天气的方式,在一定程度上对龙卷风作出预警预报。对于我国现有的雷达网而言,只有龙卷风发生地点离雷达半径在30 km以内时,才有可能看到较为明显的龙卷风特征。
美国龙卷风预警只能提前数分钟至十几分钟发布,并且空报率很高。美国曾发生过成功预警龙卷的情况下仍然造成数百人伤亡的惨痛事件。在国外,还有通过目击者的报告来预报龙卷风的途径,许多有经验或经过有关培训的人员会对已经或可能出现的龙卷风情况进行报告,以便政府和群众能够更充分地进行应对。
(四)上海龙卷风基本情况
上海不属于龙卷风高发地区。根据历史资料显示,通常发生在上海的龙卷风强度一般较低,都在EF0~EF1级。自1954~2015年上海共出现龙卷风日111天,年均龙卷风日数为1.8天,最多年达8天(1969年),也有全年无龙卷风日。近10年(2006~2015),仅2007年9月18日在原南汇区滨海镇发生过一次较弱龙卷风灾害。
上海龙卷风灾害主要出现在春夏两季和初秋,以7~8月较多,10月偶见,11月至次年2月基本不出现。上海龙卷风具有明显的日变化,出现时间主要在午后至傍晚,占总数的71.6%。因为这一时段更能获得局地热动力条件的加强,利于龙卷的发生和发展。在夜间出现约占24.4%,上午6~12时最少,仅占4%,是相对宁静时段。