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龙卷风及其灾害

  龙卷风是大气中一种尺度很小而旋转极快的旋风,它一般在空中生成,其底部着落到地面的叫陆龙卷,落在水面的叫水龙卷。它一面旋转一面移动,从生成到消失一般不到半小时,真正造成灾害的只不过几分钟,但是它的破坏性很大,所到之处造成的灾害都是毁灭性的。

  由于它个体太小,旋风的直径不过几十米到一百多米,生命又太短,对于目前各国的常规气象台站网而言,它是漏网的小“虾”,捕捉和观测不到它,因而过去对它的了解就比较少,统计数字也不准确。近二、三十年来气象卫星和高性能多谱勒雷达网的应用,人们对它有了不少新的认识。

  龙卷风以美国发生最多,每年有800~1100多次,着地而造成灾害的平均1000次。多发生在4~7月,以5、6月居多,实际上一年四季都有,盛夏时还会与登陆飓风相伴而生,冬季有时会发生在南方和西部沿海。从地域分布看,以中西部平原居多,德克萨斯州最多年平均达124次。

  

  我国与美国在气候上有许多方面相似,也是一个龙卷风多发的国家,但至今还缺乏比较完整的观测报告和统计资料。据现有资料估计我国每年发生50~80次,不足美国的十分之一。我国的龙卷风几乎全年都有发生,各地发生的季节不同,以春夏居多。盛夏在台风登陆时会在台风中心的右前方引发或伴生,常会误认为是台风本身的灾害。夏秋之交、甚至深秋、初冬在华南也偶有发生。从地区分布看从黑龙江、内蒙到海南岛都有发生。南方多于北方,东部多于西部,平原、丘陵地区多于高原,湿润地区多于干旱地区。

  龙卷风是一种很强的对流天气系统,它常发生在冷暖空气交汇地带,特别是在低层有暖湿气流而高层有冷空气的地区。因此,它也常发生在热低压或锋面系统附近。在世界许多其它地区也常有龙卷风发生,如印度、孟加拉以及其它东南亚国家等。相对而言,在季风气候区要多一些,而在地中海气候区的欧洲国家就很少。在世界各国大城市的闹市区还没有观测到过龙卷风,这可能与大城市的热岛效应以及城市复杂建筑物所形成的特殊风场有关,但是在大城市的郊区和边远地带确实观测到有龙卷风发生。

  龙卷风的发生具有集中性和群发性的特点。所谓集中性就是在某种环流形势下,它可以连续几天在某一些地区发生,当然不会在同一具体地点。如美国在1974年4月3~4日,连续两天在11个州发生了148次。在我国也有这种集中性,一般是连续2~4天。例如1998年6月30日至7月4日连续5天时间,在江苏的淮安、安徽的灵壁、河南的商水、上海的嘉定、浙江的嘉兴等5个省、市共17个县相继发生龙了卷风。所谓群发性,就是龙卷风发生时常是在几个小时内一下发生几次或几十次。如1999年5月3日一天在美国的俄克拉荷马州就发生了61个龙卷风。在我国同时发生3~5个、甚至更多的也是常有的。例如,1987年10月30日在江西南昌、都昌、波阳、新干,湖北的公安、嘉鱼、阳新以及浙江的平阳等地就在几个小时内都暴发了龙卷风。

  典型的龙卷风在空中表现为一个漏斗状云柱,上大下小。我国有的史志记载中形容其为“下垂若螺”。人们可以看到它的存在和移动,这是大气中罕有的可以用肉眼看到的天气系统。但是并不是很多龙卷风都那么典型、清晰,有的像一股青烟直冲天空,也有不少则被云柱下的一片黑云遮蔽,什么也看不见。当龙卷风的云柱接触到地面,就是一场龙卷风灾害;当它接触到水面时,云柱就变成了以水为主的水柱。大部分龙卷风云柱会接触地面,也有一部分在空中停留一段时间后会自然减弱消失。什么情况下它会触地,什么情况下它会在空中消失,气象科学家目前还不是很清楚。

  

  龙卷风一般发生在下午三、四点到晚上八、九点钟这一段时间。偶然也有在后半夜发生的。生成之前人们会有一种闷热、憋气的感觉龙卷风来临时天昏地暗,白天也如黑夜,多伴有冰雹、暴雨、雷电,同时还有巨大的轰鸣声,有人形容它像几十架喷气机低空掠过,震耳欲聋,给人一种恐惧感。其灾害主要来自大风,其中的风力一般都超过12级风,即大于32米/每秒。美国有人根据风力(33~142秒/米)将龙卷风的强度分为六级,这在实际预报和防灾中意义并不大。龙卷风不仅风力特大,由于风的切变大,就是风向、风力的分布很不均匀,产生一种扭曲力。此外,其中心气压特别低,可以比外界气压低100百帕,因此它还有一种很强的、向上的抽吸力或者说是一股很强的上升气流,很多重物都能被它吸卷到空中,抛到几十米或几百米外。如房顶、汽车、大油桶、牲畜、人等等。一般大风过后,房屋、大树是朝着一个方向倒;而龙卷风过后,砖瓦、门窗、什物撒得遍地,一片狼籍,毁坏得很彻底。在龙卷风未扫过的地方,虽然离灾害区只几米远,房屋、树木等却安然无恙。

  龙卷风虽然具有毁灭性,但它所带来的灾害范围小、时间短。据美国的最新统计,龙卷风所形成的灾害带平均70米宽,长度是2~7公里。龙卷风着地时间平均5分钟,其中心的平均移速是每小时40公里。美国每年死于龙卷风灾害的人数平均为80人,受伤者1500人,灾害的平均损失为8.5亿美元。

  现在龙卷风成了美国气象灾害的最大杀手。如何才能把人员伤亡和财产损失降下来,关键是能在龙卷风发生之前做出预报、警报。从20世纪70年代开始,特别是1974年那场龙卷风之后,美国气象部门就把监测和预报包括龙卷风在内的中小尺度灾害性天气作为工作重点之一,20世纪80年代又花费巨资在全国建立了高性能的多谱勒雷达网,还用静止和极轨两种气象卫星监测其动态,同时,又用小网格数值预报方法对其进行预报。二、三十年来虽然取得不少成效,死亡人数由50年来最高时(1953年)的519人,到1974年4月的318人,降低到近年的平均80人。但龙卷风的威胁依然不减,伤亡和损失仍然保持在一个较高的水平上。问题的难点在于龙卷风的生命史太短,等发现它再做预报常常就来不及了。

  美国现在的做法是,当数值预报图上出现有利于龙卷风的环流形式出现时,再预报大气层稳定度的变化,在不稳定度达到一定指标时就发布某些地区可能发生强对流天气或龙卷风,有的则发布强对流天气的风险等级。预报的区域比较大,一般包括一两个或两三个州(相当我国一两个省的范围)。实际上,这种预报多数情况下是报而不出,常常是“放空炮”或者只是出现一般的雷雨大风。因此,除了气象专用频道,一般电视台多不愿播送这种预报和警报,怕引起‘狼来了’的效应。他们更多的是依靠雷达和卫星的检测。雷达每六分钟扫描一周,不停地在扫描。一旦发现有龙卷风出现,不管它是否着陆,就立即发布警报。这时候再把警报内容传到电视台或广播电台去广播都来不及了,预报员就在预报室用话筒直接对外广播。气象部门有专用的广播电台-NWR(NOAAWEATER RADIO),有7个频率不停地广播。在龙卷风多发地区群众家中多备有警报器,实际上就是一部无线电收音机,气象台的警报信号可以将它自动打开。这种警报器在一般商场或超市里都可以买到。还有的电视台自身备有天气雷达,当他们发现雷达屏幕上有龙卷风时,气象节目主持人(也是气象工作者)直接在电视上或用电视字幕发布龙卷风警报。

  即便如此,他们对龙卷风的预报时效平均只有12分钟左右。预报员们此刻不能有所犹豫。这里不妨列举一次他们的预报过程,我们就可以了解其预报水平。1999年5月3日在美国俄克拉荷马州及其附近发生了群发性的龙卷风,他们的预报如下:

  15:49 发布对流性天气灾害有中度到高度风险;

  16:15 发布第一次强雷暴警报;

  16:45 发布在俄克拉荷马州中西部可能发生龙卷风、冰雹;

  16:47 发布第一次龙卷风警报;

  16:51 观测到龙卷风;

  17:11 俄城气象台发布龙卷风有移入本区的可能;

  18:57 该气象台预报龙卷风可能于19:15~19:30移入本区西南部,国民应立即采取预防措施;

  18:58 龙卷风在麦克来安县着陆;

  19:11 龙卷风袭击克里夫兰县。

  这就是他们认为报得还不错的例子,实际上还只是他们预报的一小部分。这一天在这个州及其附近总共发生61个龙卷风,其结果是:死亡44人,伤790人,经济损失13亿美元。据美国媒体报道,美国天气局宣布:2003年5月1~11日共有380个龙卷风袭击美国的俄克拉荷马、田纳西、肯特基、伊里诺、密苏里等8个州,龙卷风出现的集中程度和单月出现的总数都突破了几十年的记录。这次共死亡45人,伤145人。

  从上述情况可以看出防灾是个大问题。在美国似乎也没有什么好的防范龙卷风的办法。但美国人包括小学生一般都具有这方面的知识。他们普遍都买保险,房屋、汽车损坏可以获得赔偿,伤亡也有保险公司理赔;平常注意天气预报,有强对流天气预报时就要留心,把家里电视、收音机打开,不过,龙卷风临近时电视和收音机常会收不到信号,有人还不时伸头望望窗外;要把煤气关掉;事先安排好躲避龙卷风的地方,机关、学校一般都把人员集中在楼房的底层或地下室,家庭有楼房的也是如此,平房的住户有的则躲到邻居家的地下室,有的在家里安排好一个内室的角落,诸如在大桌子上面再放一大床垫等,总之,要能在最短的时间内躲避到位;有人看见龙卷风开车就跑,但就怕跑错了方向或在高速公路上遇上堵车;有人认为龙卷风过不了河,雷暴、冰雹过河会减弱、甚至消失,但龙卷风能过河,曾经把河里的汽轮掀翻过,毁坏过桥梁,因此躲在船上或桥下都是不安全的。

  尽管龙卷风的减灾、防灾仍然是许多国家面对的一大难题,但多让国民了解一些有关方面的知识,对防灾、减灾总是有好处的,至少当有情况发生时他们不至于过于惊恐失措。

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