據廣東省氣象局消息,6月16日晚19時25分左右,廣州市從化區太平鎮出現龍卷風,距離龍卷風最近的(約700米)太平二中氣象站,錄得6級陣風(12.6米/秒)。經現場目擊者反饋,此次龍卷風的生命史為3分鐘左右。目前,受災現場部分區域出現停電,臨時棚架倒塌,綠化樹損毀堵塞交通等情況。
從6月13日起,黑龍江、河南等地頻繁出現龍卷風。那么,當前龍卷風已更為頻繁出沒嗎?
據不完全統計,2020年,全國記錄到9次中等強度以上龍卷風;2021年,記錄到16次。作為對比,我國年平均出現中等強度以上龍卷風14次左右。近年來龍卷風的發生次數和強度,都與歷史平均值相近。
如果將范圍限定到產生嚴重災害影響的強龍卷風,發生次數則更為稀少。同樣是據不完全統計,1961年到2010年,我國共記錄到強龍卷風165次,年均3.3次。與美國動輒每年上千次龍卷侵襲相比,無疑是“小巫見大巫”。
既然龍卷風的發生次數與強度并沒有明顯增加或增強的趨勢,那么為什么它在公眾心中的分量卻與日俱增呢?
其實,很大程度上并不是因為龍卷更頻繁了,而是由于人們更容易“看到”它了。無論是氣象部門觀測手段的進步,還是社交媒體的發達,以及經濟社會發展使得龍卷風的破壞力更加明顯,客觀上都增加了龍卷風的“曝光度”。
這個問題的答案,同樣也是氣象部門要集中力量開展龍卷風監測預報預警能力建設的契機之一。因為“捕獲”龍卷風本身,正是開展龍卷風科研攻關,發展預報預警服務的重要前提。
事實上,關于龍卷的研究數據并不存在“完全統計”,因為其來去太過匆匆,個頭又太小,要想巨細靡遺地將每一個發生的龍卷風都一一登記在案,實在是一項不可能完成的任務。
“捕獲”龍卷風的困難,同時也提升了研究乃至預報龍卷風的難度。極端缺乏龍卷風案例,使得氣象工作者不由生出“巧婦難為無米之炊”的感慨。
今天,“捕獲龍卷風”這件事情出現了轉機。
一方面,氣象部門的觀測、識別手段正在不斷進步。另一方面,由于公眾高度關注,通過手機等設備記錄的龍卷風視頻、照片等資料越來越多,這有利于氣象部門更充分地獲取實況信息,進而鎖定更多的龍卷風天氣。
這些關于龍卷風的線索和信息,經過氣象部門專業的災情調查,可以還原成真實可靠的龍卷風個例記錄。而這些個例積少成多,可以形成龍卷風歷史個例庫,成為開展龍卷風科研攻關乃至預報預警的基礎——無論是依照傳統方法盡可能地將數值模式做精做細,還是輔以人工智能,一個權威、可靠、規模龐大的個例庫都是不可或缺的數據“地基”。
在氣象領域,尺度很重要。這也是龍卷風科研業務難點最初的源頭和關鍵——它太小了。盡管在公眾看來,龍卷風“巨大”的風柱接天連地,宛若魔幻大片,但對比上千公里的臺風系統,龍卷風的個頭實在太小。這是一種少見的局地性、小尺度、突發性強對流天氣,直徑一般只有幾十米至數百米,最大的也只有1公里左右;持續時間短,一般為幾分鐘到幾十分鐘;其發生發展相當“任性”——如果從高空能看到的話,幾乎就是一閃即滅。
即使地面氣象觀測站間距已部分實現公里級,也難以直接“捕捉”到龍卷風;天氣雷達則受限于探測范圍、分辨率和地球曲率及地形遮擋等而無法直接探測到龍卷風本身?,F實中,一場龍卷風發生了,通常只能依靠龍卷風母體系統的發展去尋找一些信號。
對于龍卷風,人類對其機理認識尚淺,這也制約了相關預報預警業務的建立。即便是在龍卷風災害嚴重、研究較為充分的美國,其有效預警時間也僅有短短的十幾分鐘,且預報準確率有限。
通常情況下,冷空氣到來前一周,人們就可以根據氣象信息準備衣物;臺風到來前幾天,可以根據氣象預報安排行程;就連預報預警時效要求很高的冰雹,即使預警遲到15分鐘,由于很多產生大冰雹的對流系統生命史可達2-3個小時,剩下的時間里也可能依然有效。然而,對于時間尺度僅有幾分鐘到幾十分鐘的龍卷風,預警時效要求堪稱苛刻。
龍卷風發生概率低,生消迅速,影響范圍較小,但問題在于,它破壞力強,在極高風速的沖擊作用下,可對包括建筑物在內的任何物體產生極強的瞬時荷載。此外,龍卷風發生過程中,常伴隨有冰雹、暴雨、直線型雷暴大風等強對流災害性天氣,往往會加重災情。
與每年龍卷風發生頻次超過1200個的美國相比,我國的情況截然不同。我國龍卷風發生環境復雜,多發生在暴雨、雷雨大風或者臺風等環境中,不同天氣背景下龍卷風形成的環境條件存在諸多差異。
通常龍卷風與強降水、雷暴、冰雹等多種類型天氣現象共生并存,使得對我國龍卷風的預報預警和研究更加困難。另外,我國幅員遼闊,不同區域的龍卷風發生環境條件也存在諸多差異。
2000年之前,我國的龍卷風研究大多基于少數研究者對個例的分析;2000年左右,隨著我國新一代天氣雷達網布設,龍卷風開始引起部分研究者的關注。
2009年,國家氣象中心強天氣預報中心組建,強對流業務逐漸得到加強。2013年,廣東省佛山市氣象局成立國內首個龍卷風研究中心。2017年,中國氣象局組織龍卷風高發的江蘇、浙江、安徽、湖北和廣東等省氣象部門,由國家氣象中心牽頭中國氣象科學研究院等單位共同開展龍卷風監測預警業務試驗。2021年,龍卷風強度等級國家標準發布實施,《龍卷風監測預報預警能力建設專項工作方案(2021-2025年)》發布……
在監測與預警方面,如果說大范圍織密觀測網成本過高,那么在龍卷風高發區,針對不同區域不同特點局地織密“小網”,可能更具有可行性。例如,成都信息工程大學通過國家重點研發計劃項目“龍卷風探測雷達研制及業務化應用研究”,探索“三重雷達網”協同探測技術,即龍卷風探測雷達網、協同觀測網、綜合觀測業務網,其中在龍卷風雷達探測網的布設中針對龍卷風等小尺度天氣過程觀測,開展高時空分辨率相控陣天氣雷達機反射面多波束天氣雷達研制。龍卷風探測專項科學試驗已在龍卷風多發地蘇北、皖北開展。
在建設雷達硬件的同時,提升雷達應用水平也十分急迫。今年,中國氣象局氣象探測中心(雷達氣象中心)將統籌在試點省市開展多波段雷達協同觀測試驗和算法中試,著力提升強對流雷達監測預警能力。
比如在預報模式方面,近年來已有團隊引入資料同化和集合預報思想開展更為精細的數值模擬,有研究者認為在當前條件下,通過理想模擬與實際模擬相結合的研究手段,開展針對我國龍卷風個例的數值模擬研究具有較大可行性。譬如,根據有利于龍卷風的環境條件場分析,嘗試開展龍卷風潛勢預報,就像在大平原上要捉一只兔子很難,但或許可以先鎖定兔子洞,即使“狡兔三窟”,也可以在洞口下夾子等待。
現場災害調查則是必要手段,能夠為確定災害的成因和強度,提供最重要和最直接的證據。2016年至2021年,佛山龍卷風研究中心參與了國內59次龍卷等致災雷暴大風的災害調查,建立了一套詳細的龍卷風災害調查資料庫。
來源 | 中國氣象局氣象宣傳與科普中心(中國氣象報社)
作者 | 劉釗 趙曉妮 盧?。ü刃窃聦Ρ疚挠胸暙I)
編輯 | 中國氣象局氣象宣傳與科普中心(中國氣象報社)全媒體記者 亭喃 劉釗