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研究风暴冲进龙卷风

6月23日下午,一场龙卷风袭击了江苏盐城,截止现在(24日12点)已经有78人遇难,800多人受伤。为受难者祈福的同时,更多人在质疑为什么没有事先预警,为什么未能很好的防护。而龙卷风预测其实一直是气象学的一大难题。在龙卷风高发的美国,有数千乃至上万的人,为了收集龙卷风的数据,分析它的行走模式,每个夏季都奔走在追逐龙卷风的路上。

我们一般把他们称为:追风者(Storm Chasers)。

而其中最早最出名的追风者,就是蒂姆·萨马拉斯(Tim Samaras)。

让我们从头说起。

1957年11月12日,萨马拉斯出生于科罗拉多州莱克伍德市。这个地区一面是落基山脉,一面是广阔的平原。来自海洋的暖湿气流一路北上,在春夏季形成强对流,往往形成龙卷风,每年都会造成房屋倾塌和人员伤亡。

但萨马拉斯并不很畏惧。

6岁时,他看了电影《绿野仙踪》。在电影里,主人公被龙卷风吹起带到了另一个国度,这个场景给年幼的萨马拉斯留下了深深的印象,自此他开始着迷于龙卷风——这种天地间最为严酷的气象灾害。成为著名的追风人后,他回忆说:“看完电影后,我被迷住了。我告诉自己,明天就要去看龙卷风。”

同时,他在机械方面也展现出了自己超强的天赋。

12岁时,他就已经成为一名无线电操作爱好者,并且能利用旧电视独立制作信号发射器。

16岁的时候,他成了一个无线电技术员。17岁还在上高中的时候,则是一个维修工厂的头。

20岁的时候,他得到了五角大楼的通行证,负责武器系统的建立与测试。

因为天资太强,在从高中辍学后,一份简历都没有的情况下,他成为了丹佛大学研究生院的座上宾。他还办过一个针对无线电爱好者的特别课程——在当时的美国,水平之高无人能出其右。在朋友看来,如果聪明绝顶的他把毕生所学用来开发汽车或者研究武器的话,早就变成土豪了。

但他并没有。

事实上,他过得很拮据。

他20岁开始追逐龙卷风,立志投身科研后,研究天气难以争取到资金支持。萨马拉斯靠着非常有限的政府和媒体资助才勉强得以谋生,大部分时间都不得不节衣缩食。因为没钱,买不起高昂的仪器和设备,他自己动手制作、设计仪器以便省钱。在他所有的装备中,除了超高速相机外,都是他自己设计和制造的。

而追逐龙卷风这件事,本身就意味着危险。

在上个世纪,人们还对龙卷风的形成机制以及路线预测毫无经验。追风,意味着要靠自己的气象知识和经验判断龙卷风路径的变化。一旦出错,就有性命之忧。外出追风的时候,驾车与龙卷风在大平原上生死竞速,三四天的时间内时刻警觉,睡眠不足和缺少淋浴是家常便饭,但是他一往无前。他说追逐龙卷风:“并非为了刺激,仅仅是为了科学。”

从20岁开始,每年的春夏季节,萨马拉斯都在大平原上度过,仅仅依靠气象云图和自己的经验避开或者追踪龙卷风。但他依靠自己的智慧,一次又一次化险为夷。《国家地理》跟拍萨马拉斯12年之久的摄影师卡斯滕·彼得说:“他非常冷静,在性命攸关的时刻,从来没有犯过错误,或者有什么惊慌失措的表现。他能够细致考虑周边情况并作出决策。”

20世纪80年代中期,美国国家强风暴实验室一直在尝试将“龙卷风气象台”放飞到龙卷风中。通过成千上万的小探测器,收集风暴中心的资料,但是尝试了好几年,始终没有达到预期的效果。

2003年,萨马拉斯在追逐南达科州曼彻斯特龙卷风时,凭借经验预测了龙卷风可能经过的路径,先开车前往龙卷风前方,然后把自己做的探测器展开在地上,探测龙卷风的行进方向和破坏力。

接着就是与时间赛跑。

他开车逃离龙卷风前进路径,并最终成功逃脱。82秒后,龙卷风中心通过了探测器。探测器测出了龙卷风内气压下降的最快速度(1分钟内下降100百帕)以及龙卷风内部气压最低值(850百帕),这是人类测量到的龙卷风内部气压最低值。这些一手数据有助于科学家理解龙卷风的动力学原理以及龙卷风的形成方式。通过这些数据,气象学家可以作出更精确的预报,给公众更及时的警报。

而在多年实地追踪龙卷风的工作中,他带着仪器,置身于龙卷风中心,测量压力、风速以及其他大量一手数据。如果没有他深入险境得到的这些一手资料,对龙卷风的研究绝对无法推进到今天的地步。

他观察龙卷风的方向,倾听龙卷风的动静,嗅闻龙卷风的气味。他毕生所热爱的事业,挽救了很多人的生命。

他在接受美国《国家地理》的采访时说,龙卷风有时闻上去就像刚切割的新鲜青草;如果龙卷风毁坏了一座房屋后,空气闻起来就像煤气;有时候会在龙卷风现场闻到泥土新鲜气息,好比开着一台推土机碾过田野。龙卷风的声音也经常发生变化——如果它袭击了空旷地带,听上去就像瀑布轰鸣;如果它不幸出现在人口稠密的地方,听上去更像是打雷。

他有深爱并且相伴一生的妻子,有两个女儿和一个儿子——儿子保罗从小受他的影响,成为了一个非常出色的摄影师,也一直跟随着父亲外出追风。父子二人一起在大平原上驰骋追风的情景,想想就热血。

但是2013年的那场龙卷风改变了这一切。

2013年5月底,萨马拉斯团队到俄克拉荷马州进行当年的第5次外出追风。就在这一次,他们在接近龙卷风后,风暴突然出乎意料地转向。萨马拉斯被风卷起甩出800米远,当场死亡,儿子保罗和助手卡尔也不幸身故。

而在萨马拉斯的故乡,龙卷风高发地美国,龙卷风预警大概能提前平均8-10分钟,也就是在龙卷风快形成或刚形成时,根据地形情况,结合预报员的经验来判断其影响范围和移动路径,发出警报。

而这些数据和经验,都凝聚着以萨马拉斯为首的追风者们和气象学家们的不懈努力。

为了能让我们免于天灾之苦,他曾经倾其所有。


在他离开的地方,有一个小小的纪念碑。

而他遇难前的一小段视频资料也被保留了下来,这是一个追风者的最后时刻。为风暴而生,为风暴而死,向着龙卷风而去的时候,他是那么平静。

我们无法推测,被龙卷风带走的那一刻,他是不是感到了面临死亡恐惧,也无法知晓他是在狂风之中直接窒息,还是被摔下后才痛苦的死去。

我们只知道,他为追逐龙卷风这个事业奉献了包括生命在内的一切。

而因为萨马拉斯多年来的精确测量以及许许多多气象科学家的贡献,我们终于得以知道龙卷风的大致形成原理。我们知道龙卷风多发生在高温高湿的不稳定高对流气团中,常常雷暴的副产物,尤以下午至傍晚最为多见。我们知道龙卷风虽然不能预测,但能通过气象云图中单体对流的强度依然能在灾难发生前大致预判情况。

这次的江苏盐城龙卷风,本质上是因为副热带高压进一步北抬,东北地区有冷涡活动。苏北(盐城)位于高空槽前,急流入口南侧,当地有个弱的冷中心,加上梅雨锋的影响,形成了强对流,单体活动剧烈。

在事发前已经有气象爱好者通过云图发出了警示。但很可惜,并未被重视。


飑线是指由许多单体雷暴云连在一起并侧向排列而形成的强对流云带

从卫星观测照片上看是这样的

下击暴流

下击暴流,形象例子

江苏省气象台今天中午12点30分召开新闻发布会,会上宣布:6月23日下午14时-15时,江苏盐城发生了历史罕见的大风、暴雨、冰雹、雷电等极端天气,初步判断有龙卷风发生。气象部门已经派专家组赴现场进行深入调查分析,并将提供详尽报告。

另据交汇点记者了解,本次调查组的专家中,大多参与过2015年6月“东方之星”客轮翻沉事故的气象原因调查。调查组组长郑永光,是国家气象中心强天气预报中心的高级专家,也是中国研究强对流天气方面的权威,去年曾担任“东方之星”事故调查组气象领域的负责人。

气象部门的确监测到12级大风

23日12时-15时,盐城北部受强对流云团影响出现强阵风、冰雹和强降水等极端天气。

自动气象站的直接观测显示,14:20-15:20,阜宁县西南部出现长25公里、宽10公里范围内的8级以上短时大风,最大为阜宁新沟镇34.6米/秒(12级以上,时间为14:29);滨海天汤镇小时最大雨量51.7毫米/小时,阜宁本站47.6毫米/小时;14时30分左右阜宁县城北、陈集一带出现冰雹天气,冰雹直径20-50毫米。

根据雷达遥感观测资料推测,14:19至14:42期间,在阜宁县城西南方向约5-10公里处,在南北宽约2公里东西长约15公里范围内出现10级以上大风并持续20分钟左右。

综合各观测资料和现场信息,初步判断有龙卷风发生,但强飑线和强下击暴流等天气系统也能造成强风,尚待进一步的现场调查和分析确认。气象部门已经连夜邀请北京大学、南京大学等高校相关专家组,于今天凌晨抵达阜宁,现场对本次强对流天气进行深入调查分析,并将提供详细报告。

强下击暴流和去年长江沉船事故您还记得吗

强飑线和强下击暴流,这两个气象学上的名词,您还有印象吗?

2015年6月1日21时30分,隶属于重庆东方轮船公司的东方之星轮,在从南京驶往重庆途中突遇罕见强对流天气,在长江中游湖北监利水域沉没。后经长达半年的调查,国务院事故调查组公布的报告中,认定最终导致东方客轮翻沉的,不是最初判断的龙卷风,而是由突发罕见的“飑线伴有下击暴流”带来的强风暴雨袭击所致。

飑线是指由许多单体雷暴云连在一起并侧向排列而形成的强对流云带。

把凶猛的水流换成气流,当它们从天而降的时候,就相当于下击暴流!

所过之处,水面大浪滔天,地面拔树毁屋。如果轮船经过必定翻沉,若是飞机碰上立马坠毁——中外航空历史上不乏这样的空难事故。

如果这样的下击暴流和飑线又混在一起,造成的危害之大,难以想象。

和龙卷风相比,下击暴流同样伴随着狂风大作,电闪雷鸣,还有强降雨、冰雹之类的强对流天气。但不同的是,下击暴流过境后,灾区留下的痕迹,与龙卷风并不一样,比如树木的倒伏很可能是同向的。

为何尚不能百分百确定是龙卷风?

请注意!气象部门派专家组现场调查,并声明“初步判断阜宁发生了龙卷风”。这并不意味着一开始关于龙卷风的说法是错误的,而是要确定是否还有其它灾害的可能。

“龙卷风是中小尺度范围内的气象灾害,往往超出了气象设备的监测范围,很难直接观测到数据,”江苏省气象台首席预报员韩桂荣介绍,昨天事发时,阜宁新沟镇测到了34.6米/秒的大风,“但这只是被自动气象站捕捉到的风,很可能有更大更强的风,绕开了监测设备,没有捕捉到数据。”

所以,目前世界上绝大多数国家和地区,是不是遭遇了龙卷风袭击,不是立马得出了结论,而是先初步判断,然后现场调查受灾情况,灾害现场的痕迹,结合所有掌握的气象观测数据,最后追认的确发生了龙卷风。

天气成因初步分析

无论最后结论是什么,江苏省气象部门目前可以确认昨日风灾的基本原因。

6月22日至23日,西太平洋副热带高压北抬,其西侧低层有南亚季风和南海季风汇合北上,向江苏北部地区持续输送水汽和热量;与此同时,东北冷涡后部一股较强的冷空气南下,并逐渐影响江苏北部。受冷空气和西南暖湿气流共同影响,苏皖北部大气层结不稳定状态持续增强。至23日午后,江苏中北部附近地区汇聚了大量的水汽,大气层结极度不稳定,在这些强对流天气发生的有利条件下,出现强风、暴雨和冰雹天气。

简单地说,昨天事发地域水汽条件充分,又有冷热空气形成的强对流天气系统,加上这些天气系统并不稳定,就很容易形成爆发式的天气灾害。

全球龙卷风预报能力都较弱我国亟待加强能力建设

龙卷风为什么难以准确监测和预报

由于龙卷风时空尺度很小,在现有观测网密度下很难精确发现,因此对龙卷风最大风力及其影响程度的判断多数是通过灾后调查确定的。目前世界上只有美国和加拿大发布龙卷风预警,也仅能提前几分钟到十几分钟。

近年来,气候变暖导致我国龙卷风等极端性天气事件频发,如今年前期的广东汕头、海南文昌以及昨日盐城阜宁疯地出现龙卷风,引发人员伤亡。江苏省气候中心许遐祯主任呼吁,在全球变暖的大背景下,龙卷风、短时强降雨、雷暴等灾害越来越频繁。但是我国对于上述极端天气的监测预报能力还不足,需加强建设,增加设备和人力的投入。


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