国外龙卷发生特征：地域性和季节性

美国是龙卷发生最为频繁的国家，平均每年约有1000个龙卷，占全球龙卷年发生总数的75%。在龙卷爆发日，单日龙卷数目甚至可超过100个。美国的中南部平原是龙卷的高发区，来自墨西哥湾的低层暖湿气流与翻越落基山脉的干冷空气在此汇集，为强风暴和龙卷的孕育形成了理想的环境。人们将这里称为“龙卷走廊”，主要包括德克萨斯、俄克拉荷马、堪萨斯、内布拉斯卡、密苏里、爱荷华和南达科他等州。其中，德克萨斯州龙卷发生总数最高，俄克拉荷马州超强龙卷较多（如2013年5月20日龙卷）。“龙卷走廊”以外区域的龙卷也越来越受到关注，比如地处美国东南部的亚拉巴马州（如2011年4月27日龙卷）和佛罗里达州（飓风造成龙卷爆发）。

除美国外，加拿大每年发生70～150个龙卷。欧洲平均每年观测到的龙卷大约有330个，主要发生在欧洲西部和中部。日本的龙卷多发生在沿海地区，平均每年约25个。南半球也有龙卷发生。南美洲龙卷多发于阿根廷中部的潘帕斯草原，平均每年记录到的龙卷大约有10个。澳大利亚平均每年发生龙卷约30个，主要在东南部和西南部。此外，占地球表面积70%的海洋也是龙卷活动的广阔舞台。毫无疑问，全球实际发生的龙卷远多于记录数。

从全球看，一年四季都有龙卷发生，但是就各地而言，龙卷有很强的季节性差异。美国的龙卷多发于春季，特别集中在4月下旬到5月底（这也正是美国每年开展灾害天气春季预报试验计划的固定时间），其次为夏季。冬季一般发生较少，但也仍会有强龙卷爆发。2021年12月10日夜间，龙卷爆发袭击美国中东部地区6个州，其中最强龙卷横跨阿肯色、田纳西、肯塔基3个州，造成严重人员伤亡。英国的龙卷主要发生在秋季，其次为夏季。德国2/3的龙卷发生在夏季。法国的龙卷多发于春季和夏季，8月发生最多。西班牙的龙卷在9～10月发生最多。澳大利亚的龙卷多发于初春和夏季，其次为初冬。日本56%的陆龙卷发生在7～10月。

美国龙卷监测：灾害调查与雷达探测

与其他灾害性天气系统相比，龙卷最大的特点就是尺度小、维持时间短，其发生往往很难被常规观测捕捉和记录。即使是目前稠密的地面自动站网，相对于龙卷来说仍然显得太稀疏，很难探测到龙卷的实际风速、气压等气象要素值。不过，由于龙卷是破坏力很强的灾害性天气，其影响区域会留下痕迹，这就为龙卷的现场调查提供了条件。到目前为止，龙卷灾后调查仍然是确认龙卷发生、确定龙卷强度和收集龙卷信息的重要渠道。

在龙卷的灾害调查方面，美国起步最早，技术也最为成熟。在美籍日裔气象学家藤田开创性的早期工作之后，灾害调查在美国被广泛用于龙卷灾害的等级评定。造成相似强风灾害的天气过程除龙卷外，还有下击暴流等，在缺少有关漏斗云出现的影像证据的情况下，通过灾害调查识别龙卷并判断其强度尤为重要。龙卷是移动性较强的小尺度系统，龙卷大风造成的灾损区往往是狭长的区域，强风流场呈现旋转性，地物残骸也呈现出旋转状或者辐合状的分布特征。而下击暴流则属于准直线型大风，受灾区域往往呈现出短而宽的扇形，其中残骸的分布则为辐散型。在龙卷调查中，不仅仔细分析灾损分布，也尽量引用目击者的证词、照片、视频等。还会结合雷达观测，仔细对比龙卷在每一时次的精确位置。近年来，无人机航拍技术的应用大大提升了灾害调查的效率和完整性。

现场调查的另一个目标是定量化确定龙卷强度。为了界定龙卷强度，藤田基于龙卷路径上所造成的破坏大小和风速的对应关系将龙卷分为6个等级，从F0级到F5级，即藤田级别，简称F级别。为了更准确地反映龙卷破坏力与风速之间的对应关系，2007年，美国天气局对原F级别中各级龙卷所对应的风速上下限进行了调整，制订了改进版本的“增强藤田级别”，简称EF级别。经验表明，龙卷形态可能与龙卷强度存在某些对应关系。如：绳形（纤细，轮廓较弯）龙卷强度弱，一般在EF0～EF2级；烟囱（轮廓直，比较粗壮）龙卷强度中等，一般在EF2～EF4级；楔形（长度较宽，可达1.5公里，宽度超过高度）龙卷强度强，一般在EF4～EF5级。但目前为止，在大多数国家和地区，龙卷形态、直径、持续时间等信息并不直接作为龙卷强度等级的判定依据。

龙卷的小尺度特征决定了对其监测的难度。第二次世界大战后，气象雷达技术逐步发展。相对于其他探测手段，雷达具有相对较高的空间分辨率和观测频率以及较完整的区域覆盖度，是最为有效的龙卷探测工具。

1953年，美国国家天气局风暴预测中心和国家强风暴实验室实施国家强风暴计划，尝试用飞机和雷达观测风暴（主要目标是龙卷）。20世纪70年代初，美国科学家利用两部多普勒雷达协调开展龙卷雷暴观测及外场团队收集观测，能够在龙卷生成前，在钩状回波顶点附近看到母体环流，使得对母体雷暴内旋转与龙卷发展之间的关系有了更加清晰的认识。90年代开始在全美国范围部署了160部WSR-88D多普勒天气雷达（S波段），组成多普勒天气雷达网络。从超级单体、中气旋到龙卷尺度涡旋特征，多普勒雷达的运用有效提升了龙卷监测预警水平。2013年完成了全美国所有WSR-88D雷达的双线偏振雷达技术（也称双极化技术）的改造，探测能力进一步提高。

近年来，正在尝试新的雷达探测技术：一是快速扫描雷达探测，如X 波段移动式快速扫描雷达，该雷达每7秒完成一次360度的体扫，在14秒的时间里可以探测到 12个波束范围的数据，并且其距离分辨率高达10米量级，更易于对龙卷三维结构进行研究；二是通过更加稠密的不同波段雷达协同观测提高雷达探测的频次和分辨率，弥补业务雷达网的不足；三是相控阵雷达改变了传统的扫描方式，采用电子扫描技术同时向不同高度发射电磁波，大大加密天气雷达探测的频次，对龙卷观测非常有效。

国外龙卷预报预警：历史与现状

龙卷预报预警技术是气象学的瓶颈问题。整体而言，天气预报的难度随着目标天气系统尺度的减小而增加，尺度越小难度越大。龙卷是直径在百米量级的小尺度天气系统，生成和消亡都很突然，生命史通常只有几分钟到几十分钟，对某一地点的影响时间只有几分钟。至今，业务数值天气预报模式还无法直接对其做出准确预报。

19世纪80年代，美国军官John Park Finley收集龙卷报告并尝试开展龙卷预报，然而遭到了上级的武断拒绝。1948年廷克空军基地发生龙卷和与下击暴流风灾相关的航空事故使得强雷暴的研究和预报大量增加。3月25日，Fawbush和Miller针对廷克空军基地一周里发生的第二次龙卷发布了第一次现代龙卷预报后，美国反对预报里使用“龙卷”的态度发生改变，逐步允许开展龙卷研究并预测事件的后果。随后他们用10年时间试图认识龙卷形成过程中的环境条件和大气态势，从而改进针对空军的龙卷预报。

与美国情况不同，欧洲科学家进行了龙卷预报的一系列尝试。到第一次世界大战结束时，对龙卷最好的认识在欧洲，而最值得关注的人是Alfred Wegener。1917年Wegener将欧洲历史上所有龙卷记录汇编出版，并就此前的龙卷生成理论进行了总结。Wegener前往德国Dorpat大学（现在的塔尔图大学）教书，在那里他遇见了自己的门徒Johannes Letzmann。Letzmann是两次世界大战之间时期龙卷研究的先行者之一。他的博士论文描述了龙卷近地面风场和损失，其后续研究给出了龙卷研究指南。

美国从20世纪50 年代初开始建立龙卷监测预报业务，其预警体系由预警和警报两个部分组成。龙卷预警是指在未来2～8 小时会有龙卷发生，包括了多龙卷和单一强龙卷的可能性，也包括大冰雹和灾害性强风的潜在威胁。龙卷警报是指已经观测到强天气过程的发生，即使没有发生龙卷，但是龙卷发生的可能性已经很大。预警的发布主要是基于当前已有的雷达观测资料和风暴目击志愿者的目击观测，范围往往比较具体。评估表明，1970年以来，龙卷预报质量持续改进，在平均预警时效、空报率和命中率方面均有明显提高。

加拿大与强对流风暴相关的公共预警从1950年开始视情况发布。世界上第一个成功的面向公众的龙卷预警，是1950年7月14日，位于里贾纳市的加拿大气象局预报台基于一位飞行员的报告发布的龙卷预警。从1978年位于温尼伯市的预报台开始，到80年代中期，强对流天气展望和预警项目在加拿大全国实施。到1988年，国家龙卷标准和协调机制完全建立。

数十年前欧洲就偶尔出现龙卷预报。1967年6月25日，荷兰预报员Joop den Tonkelaar依据当日天气形势与前一天法国出现龙卷的情形相似的事实，在早间广播里就荷兰出现龙卷做出预警。由于荷兰皇家气象研究所不想引发惊恐，预警由“可能发生龙卷”改为“可能有强阵风”。因此，这份预警可能是欧洲第一次经证实的龙卷警报。

美国龙卷监测预报经验

各国国情不同，龙卷影响不同，龙卷监测预报做法也不同，经验多样，值得研究、借鉴，以目前龙卷监测预报预警水平最高的美国为例。100多年来，美国龙卷监测预报能力不断提高，龙卷造成的人员死亡率显著下降，主要归功于以下几个方面：

持续不断的龙卷科学研究。通过开展一系列大型外场观测试验计划，深入研究龙卷发生发展机理和监测预报方法。美国一直致力于龙卷的数值模拟研究，并积极发展龙卷生成环境诊断预报技术。美国高度重视龙卷灾害调查，并持续开展龙卷标准、经济社会影响、防御应对措施等问题研究，为龙卷灾害有效应对奠定基础。

不断进步的龙卷探测技术。新一代多普勒雷达网络的建立与升级改造及龙卷自动化识别算法的研发是龙卷监测能力不断提高的关键。美国还在研究相控阵雷达、无人飞机、“蜂群探头”气球载荷系统等下一代龙卷探测技术。美国也非常重视卫星观测技术在龙卷业务中的应用。如利用GOES-R卫星携带的地球静止闪电成像仪（GLM）探测闪电，探测结果是预报龙卷和雷暴的指标之一；携带的高级基线成像仪（ABI）探测超冷深对流，该指标意味着强对流天气即将来临。

数量庞大的志愿者队伍。美国气象局在20世纪70年代开展志愿者项目——SKYWARN 计划，到目前为止有35万～40万名训练有素的强对流天气观察员参与其中，主要职责是识别和描述局地的强风暴，并向当地气象局、应急管理者和新闻媒体报告，为气象部门发布龙卷预警提供帮助。

分工明确的龙卷预报业务体系。龙卷预警由位于俄克拉何马州诺曼市的美国国家环境预报中心（NCEP）下属的风暴预报中心（SPC）统一发布，目标区域包括美国全境，不受州和区域的限制。龙卷警报由美国各地的基层气象台直接发布的。目前，美国龙卷临近预警是基于探测资料，未来的发展目标是建立基于预报模式输出的龙卷预警，这种预警理论上能够将龙卷的预警时效提前到龙卷的生成。

快速有效的预警发布体系。美国在提高预警理论技术水平的同时，迅速发展了对预警信息的快速、有效发布。例如，在气象台的预报室内启动用户警报器播送龙卷警报，通过预报室直接播发预报和警报，利用电视台和广播电台直播龙卷警报等。“安帕警报”形式的手机小区广播强制推送以及社区警报鸣响系统也是公众第一时间获取龙卷警报的有效途径。