龍卷風(fēng)預(yù)報難在哪

孫 楠

龍卷風(fēng)預(yù)報難在哪

孫 楠

龍卷風(fēng)究竟能否預(yù)報

現(xiàn)階段，科學(xué)家關(guān)于龍卷風(fēng)預(yù)報的共識是，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，不可能提前1小時以上定時、定點預(yù)報。

龍卷風(fēng)預(yù)報難點在于其尺度小、發(fā)展快。原中央氣象臺臺長李小泉說，出現(xiàn)龍卷風(fēng)，就好比手劃撥過水面后，水面肯定會出現(xiàn)漩渦，但很難判斷出具體在哪個點會出現(xiàn)漩渦。龍卷風(fēng)預(yù)報也是如此。冷空氣侵入暖濕氣流旺盛的地區(qū)，會引起強對流天氣，但具體到哪個點會出現(xiàn)龍卷風(fēng)，則幾乎不可預(yù)測。

那么，能不能用數(shù)值模式，通過物理方程反映龍卷風(fēng)的生成和消亡，從而進行預(yù)報呢？答案也是否定的。龍卷風(fēng)形成機理研究目前尚不成熟。從文獻(xiàn)上看，即便在美國，科學(xué)家仍然在分析機理，甚至剛剛找到能夠“自圓其說”的科學(xué)假設(shè)。

另一方面，南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授薛明認(rèn)為，由于尺度過于精細(xì)，龍卷風(fēng)預(yù)報所需要的數(shù)值模式分辨率要比當(dāng)前高一個量級，現(xiàn)有的計算機根本不可能做到。

美國于2015年前后開展了為期十年的項目，通過高分辨率模式做龍卷風(fēng)集合預(yù)報，但業(yè)界對此有很大爭議，很多科學(xué)家認(rèn)為十年時間幾乎不可能完成。這也是為何業(yè)界很多科學(xué)家認(rèn)為“提前1小時以上的龍卷預(yù)報是氣象界中最難的問題之一”的原因——現(xiàn)階段，它的預(yù)報幾乎無解。

能夠?qū)崟r監(jiān)測龍卷風(fēng)嗎

龍卷風(fēng)不能預(yù)報，監(jiān)測也同樣困難。

當(dāng)前觀測龍卷風(fēng)的主要手段為雷達(dá)。但地球是圓的，雷達(dá)觀測會產(chǎn)生仰角，存在近地面層的盲區(qū)；雷達(dá)6分鐘掃描一次，很可能漏掉短壽命龍卷風(fēng)；其分辨精度不足以捕捉小尺度的龍卷風(fēng)，不可能直接觀測，只能通過觀測龍卷風(fēng)形成的征兆，進行判別。

龍卷風(fēng)分為兩種，由超級單體引起的龍卷風(fēng)的征兆是可能被雷達(dá)“抓住”的；另一類是地面切變線附近生成的龍卷，雷達(dá)基本監(jiān)測不到，但此類龍卷相對也較弱，占了每年全世界所發(fā)生龍卷的一大半。

中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院教授俞小鼎研究龍卷風(fēng)很多年，他說，通常來說，超級單體包含有持久深厚的尺度為幾公里的中氣旋，多普勒天氣雷達(dá)通常都可以通過徑向速度圖識別距離雷達(dá)150千米以內(nèi)的中氣旋，雷達(dá)反射率因子圖上往往會出現(xiàn)一個“鉤型回波”與徑向速度圖上的中氣旋對應(yīng)；若中氣旋強度較大，并且底高較低，則被視為利于產(chǎn)生龍卷的征兆，在江蘇、安徽、上海、廣東、海南、浙江、湖南、湖北、河南、山東、黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古東部、河北等龍卷相對多發(fā)區(qū)，需要馬上發(fā)布龍卷警報。

除了中氣旋，有時在超級單體中氣旋中還可以識別一種被稱為“龍卷式渦旋特征（TVS）”的更小尺度渦旋，當(dāng)這種TVS出現(xiàn)在靠近地面位置時，意味著龍卷即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生，對應(yīng)的龍卷發(fā)生概率在70%以上。也就是說，中氣旋中靠近地面TVS特征識別確實有較大概率確認(rèn)為龍卷，但已經(jīng)幾乎沒有預(yù)警時效，對于較長生命史龍卷，仍然具有預(yù)警價值。

只是在中國，絕大多數(shù)龍卷生命史都很短，因此在觀測到中氣旋內(nèi)靠近地面處出現(xiàn)TVS時，預(yù)警為時已晚，因此多數(shù)龍卷預(yù)警建立在觀測到較強中氣旋的底部出現(xiàn)在距地面較低位置（通常為1千米以下）基礎(chǔ)上，就江蘇這些年情況而言，最大限度提前預(yù)警時間為10分鐘～20分鐘。

還有一組數(shù)據(jù)值得注意。以江蘇為例，一年平均有10個超級單體，其中只有10%～15%的概率會形成龍卷，而且龍卷強度和超級單體強度沒有直接關(guān)系。也正因為樣本如此之少，很多預(yù)報員憑自身經(jīng)驗幾乎很難判斷龍卷。

龍卷風(fēng)預(yù)警如何做

在江蘇、安徽、廣東、海南等龍卷相對多發(fā)區(qū)，當(dāng)出現(xiàn)超級單體時，就應(yīng)當(dāng)盯著其發(fā)展情況，并關(guān)注有利于龍卷的環(huán)境背景條件，一旦發(fā)現(xiàn)有龍卷征兆，就應(yīng)發(fā)布預(yù)警。這樣平均也就預(yù)留出10分鐘～20分鐘時間。因此建立龍卷和強對流警報快速自動生成和發(fā)布系統(tǒng)至關(guān)重要，從預(yù)報員決定發(fā)布龍卷警報，到警報到達(dá)用戶或各類媒體手中的時間不應(yīng)超過3分鐘。

在美國，龍卷發(fā)生頻率是中國的10倍左右，因此龍卷多發(fā)區(qū)的基層臺站預(yù)報員對于龍卷預(yù)警具有豐富經(jīng)驗。即便如此，其空報率仍然超過70%。自從上世紀(jì)90年代初新一代天氣雷達(dá)在美國布網(wǎng)以來，龍卷預(yù)警命中率從原來的不到40%提高到80%以上，預(yù)警提前時間從原來的平均4分鐘提高到14分鐘，但空報率沒有降低。專家認(rèn)為，其繼續(xù)提升的空間已非常有限。

此外，俞小鼎指出，預(yù)警時，美國預(yù)報員會劃定一個相當(dāng)于半個北京市面積大小的多邊形預(yù)警區(qū)域，一旦該區(qū)域出現(xiàn)龍卷，視為報準(zhǔn)。但由于劃定區(qū)域面積遠(yuǎn)超過龍卷實際影響區(qū)域，對于預(yù)警區(qū)域中大多數(shù)公眾而言仍相當(dāng)于空報。那么是否可以縮小預(yù)警區(qū)域大小呢？目前技術(shù)上還很難做到。如果硬要縮小預(yù)警區(qū)域，結(jié)果就會是更多的漏報率。

從監(jiān)測技術(shù)來看，中國并不輸給美國，尤其在龍卷相對多發(fā)的江蘇、廣東、安徽、海南等地，多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)足夠密，布網(wǎng)的SA型多普勒天氣雷達(dá)質(zhì)量與美國的WSR-88D多普勒天氣雷達(dá)大致相當(dāng)。只是，一方面，我國龍卷風(fēng)數(shù)量和影響程度遠(yuǎn)低于美國，預(yù)報員缺乏經(jīng)驗且沒有正式的龍卷預(yù)警業(yè)務(wù)流程；另一方面，由于龍卷不同于臺風(fēng)、降雨等災(zāi)害，其有最大限度提前預(yù)警時間只有10分鐘～20分鐘，中國基層臺站缺乏有效的龍卷警報快速生成和發(fā)布業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

在美國，預(yù)報員一旦確定要發(fā)布龍卷警報，可以使用警報自動生成和發(fā)布業(yè)務(wù)系統(tǒng)（Warn Gen），整個預(yù)警只需要兩分鐘。基層臺站首席預(yù)報員無需請示可以自主決定發(fā)布龍卷警報。

除基于雷達(dá)觀測的預(yù)警外，現(xiàn)場人員是否能判斷龍卷發(fā)生呢？在美國，龍卷警報依據(jù)60%來自多普勒天氣雷達(dá)，40%來自經(jīng)過培訓(xùn)的志愿目擊者報告。通過識別積雨云底部一種稱為“墻云”的下墜云系的旋轉(zhuǎn)可以判斷龍卷即將發(fā)生，或者直接目擊到漏斗云觸地確認(rèn)龍卷發(fā)生。但并非所有的云底旋轉(zhuǎn)都會出現(xiàn)龍卷風(fēng)。

如何提升龍卷風(fēng)防范能力

縱觀全球，盡管預(yù)警的有效性并不高，但在龍卷風(fēng)防范能力提升上，仍有空間。

南京信息工程大學(xué)教授智協(xié)飛認(rèn)為，要繼續(xù)加強極端天氣監(jiān)測，建設(shè)好基于多普勒雷達(dá)的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，進一步減少監(jiān)測盲區(qū)。這一觀點得到很多專家認(rèn)同，他們認(rèn)為在統(tǒng)一的氣象業(yè)務(wù)觀測規(guī)劃基礎(chǔ)上應(yīng)針對重點地區(qū)建立特種觀測體系，不能頭疼了再吃藥。

俞小鼎提議，最要緊的是對預(yù)報員進行培訓(xùn)。要讓年輕、沒有經(jīng)驗甚至沒有遇到過龍卷風(fēng)的預(yù)報員，學(xué)會通過雷達(dá)進行判斷，并在腦海中形成“查驗清單”，即在完成降水等常規(guī)預(yù)報的同時，還要對龍卷等其他災(zāi)害天氣的可能進行判斷。龍卷多發(fā)區(qū)的預(yù)報員需要通過“預(yù)報模擬系統(tǒng)”使用多個龍卷個例進行實際分析，才能快速提高龍卷預(yù)警經(jīng)驗。

中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院教師與美國國家大氣研究中心的專家合作，已經(jīng)建立了多個類似的“天氣預(yù)報模擬”強對流天氣臨近預(yù)報實習(xí)模塊。江蘇省氣象局團隊研發(fā)了結(jié)合中氣旋和TVS以及環(huán)境條件的龍卷自動報警系統(tǒng)，結(jié)合預(yù)報員主觀分析，可以明顯提高龍卷預(yù)警的效率。

此外，南京信息工程大學(xué)教授繆啟龍認(rèn)為，在龍卷風(fēng)中損壞的多是居民自建房，抗風(fēng)能力較差，因此要提高建筑標(biāo)準(zhǔn)。江蘇省已在建設(shè)重大工程設(shè)施時論證龍卷風(fēng)發(fā)生概率和抗風(fēng)情況。