小龍捲風是怎麼來的

美國是世界上龍捲風發生次數較多的國家之一，每年有1000多次龍捲風，造成了難以估計的財產損失和人員傷亡。據統計，每年龍捲風會造成90人死亡，1500人受傷。2011年在發生在阿拉巴馬州和田納西州兩個州大都會區域的一次龍捲風就造成了98億美元的損失。

龍捲風是發生於直展雲系（cumuliform clouds）底部和下墊面之間的直立空管狀旋轉氣流，是一類局地尺度的劇烈天氣現象。龍捲風可見於熱帶和溫帶地區，包括美洲內陸、澳洲西部、印度半島東北部等，常見的發生時間是春季和夏季 。

按形態和產生環境，龍捲風可分為多渦旋龍捲、陸龍捲、水龍捲等。龍捲風在觀測上表現為狹長的漏斗雲（funnel cloud）或類似形態的塵土/水柱。龍捲風的風速通常在30至130 米每秒，直徑小於2 公里，活動範圍在0至25 公里不等，持續時間在10分鐘左右 。

為了緩解這種自然災害造成的損失，需要深入瞭解龍捲風形成機理及內部大氣流動結構。

美國每年龍捲風發生次數（來源：NOAA）

龍捲風現象（來自網路）

2011年EF5級喬普林龍捲風造成的損失（來源：FEMA）

2011年維洛尼亞龍捲風過後的場景（來源：ArkansasOnline）

龍捲風形成需要以下幾個條件：

1、大氣的不穩定性產生強烈的上升氣流，由於急流中的最大過境氣流的影響，它被進一步加強。

2、由於與在垂直方向上速度和方向均有切變的風相互作用，上升氣流在對流層的中部開始旋轉，形成中尺度氣旋。

3、隨著中尺度氣旋向地面發展和向上伸展，它本身變細並增強。同時，一個小面積的增強輔合，即初生的龍捲在氣旋內部形成，產生氣旋的同樣過程，形成龍捲核心。

4、龍捲核心中的旋轉與氣旋中的不同，它的強度足以使龍捲一直伸展到地面。當發展的渦旋到達地面高度時，地面氣壓急劇下降，地面風速急劇上升，形成龍捲風。

龍捲風形成機理（來自網路）

為了深入瞭解龍捲風的內部結構，我們先了解一下雷暴和對流元。1986年Weisman和Klemp將速度至少10m/s、水平截面積10-100平方公里、貫穿對流層的強烈上升流定義為對流元。

單體對流雷暴

持續時間只有30分鐘-50分鐘，由一條貫穿對流層的上升流組成，同時會產生冷凝水和冰雹。當上升流不足以支撐冷凝水和冰雹的重量時，這些物體開始下落，形成往下走的下降流。下降流開始抵消上升流的影響，這樣單體對流雷暴就會慢慢消失。一般情況下單體對流雷暴不會進一步形成龍捲風，但可能會形成強風和冰雹。

多體對流雷暴

通常有若干個單體對流雷暴組成。多個單體對流雷暴產生的下降流形成一個冷空氣前鋒，並可能孕育出新的單體雷暴。多體雷暴有時也被稱為多體線雷暴或陣風線雷暴。如果每個形成時間不同的單體雷暴基本朝著一個方向行進，也稱為多體簇雷暴。相比單體雷暴現象，多體雷暴能夠不斷產生新的單體雷暴，持續時間更長，影響範圍更廣，同時伴有強降雨和大風天氣。多體雷暴中的強烈上升流中可能形成龍捲風。

超級單體雷暴

通常誕生於多體雷暴中，特別是其中某一個單體雷暴持續增強，並遠遠超過其他單體雷暴。超級單體雷暴的特點是，強烈的旋轉上升流能夠與大範圍的下降流共存。超級單體雷暴與高強度的龍捲風的形成存在極大關聯性。

龍捲風形成機理解釋及與實際對比（來源：Northern Illinois University）

1971年Fujita提出了用風速來評估龍捲風造成的損失（F級）。因為龍捲風風速比較難以測量，最常用並切合實際的做法是利用龍捲風造成的損失來評估龍捲風的強度，儘管龍捲風造成的損失與風速的關係比較複雜。1973年Fujita引進FPP引數，利用龍捲風的路徑和寬度來評估龍捲風的強度。龍捲風的路徑是指其實際行進的距離，除去龍捲風沒有接觸地面的路徑長度。龍捲風的寬度是指其在垂直於路徑方向上造成損失區域的平均寬度。

2007年美國國家氣象局引入了EF級，在F級的基礎上增加了龍捲風對建築物和植被的損傷情況評估。

無論F級還是EF級，均未將人員傷亡情況記入其中。

F級與EF級對比（來源：NOAA）

那麼面對如此自然災害，人類應該採取什麼措施呢？

最安全的做法，躲進地下室或者其他地下場所，任何地上的建築都是不安全的。

如果沒有地下室，就近躲在比較堅固的建築物內，遠離門窗。

野外遇到龍捲風的話，儘量朝垂直於龍捲風行進路線的方向逃生。如果實在太近的話，雙手抱頭，就近躲在低窪處，面朝下趴下。

參考文獻：

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