龙卷风究竟能否预报?
发布时间:2019-07-04
出品:科普中国
制作:中国气象报社
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  受东北冷涡以及蒙古气旋前侧低压带共同影响,201973日下午铁岭地区出现龙卷、冰雹、短时强降水等强对流天气。天气雷达显示,强回波从铁岭昌图县进入开原市西北部金沟子镇,向东南方向移动到开原市区附近。开原市国家气象观测站在1725分到37分观测到开原市区出现龙卷,气象站测得的最大瞬时风速为23.0/秒(9级)。 

(图片来源:辽宁开原龙卷风网友拍摄视频截图) 

    

  龙卷风究竟能否预报? 

  现阶段,科学家关于龙卷风预报的共识是,在现有技术基础上,不可能提前1小时以上定时、定点预报。 

  龙卷风预报难点在于其尺度小、发展快。 

  原中央气象台台长李小泉说,出现龙卷风,就好比手划拨过水面后,水面肯定会出现漩涡,但很难判断出具体在哪个点会出现漩涡。龙卷风预报也是如此。冷空气侵入暖湿气流旺盛的地区,会引起强对流天气,但具体到哪个点会出现龙卷风,则几乎不可预测。 

  那么,能不能用数值模式,通过物理方程反映龙卷风的生成和消亡,从而进行预报呢? 

  答案也是否定的。 

  龙卷风形成机理研究目前尚不成熟。从文献上看,即便在美国,科学家仍然在分析机理,甚至刚刚找到能够“自圆其说”的科学假设。 

  另一方面,南京大学大气科学学院教授薛明认为,由于尺度过于精细,龙卷风预报所需要的数值模式分辨率要比当前高一个量级,现有的计算机根本不可能做到。 

  美国于2015年前后开展了为期十年的项目,通过高分辨率模式做龙卷风集合预报,但业界对此有很大争议,很多科学家认为十年时间几乎不可能完成。这也是为何业界很多科学家认为“提前1小时以上的龙卷预报是气象界中最难的问题之一”的原因——现阶段,它的预报几乎无解。 

    

  实时监测龙卷风也同样困难 

  龙卷风不能预报,监测也同样困难。 

  当前观测龙卷风的主要手段为雷达。但地球是圆的,雷达观测会产生仰角,存在近地面层的盲区;雷达6分钟扫描一次,很可能漏掉短寿命龙卷风;其分辨精度不足以捕捉小尺度的龙卷风,不可能直接观测,只能通过观测龙卷风形成的征兆,进行判别。 

  龙卷风分为两种: 

  ①由超级单体引起的龙卷风的征兆是可能被雷达“抓住”的; 

  ②另一类是地面切变线附近生成的龙卷,雷达基本监测不到,但此类龙卷相对也较弱,占了每年全世界所发生龙卷的一大半。 

  中国气象局气象干部培训学院教授俞小鼎研究龙卷风很多年,他说,通常来说,超级单体包含有持久深厚的尺度为几公里的中气旋,多普勒天气雷达通常都可以通过径向速度图识别距离雷达150公里以内的中气旋,雷达反射率因子图上往往会出现一个“钩型回波”与径向速度图上的中气旋对应;若中气旋强度较大,并且底高较低,则被视为利于产生龙卷的征兆,在江苏、安徽、上海、广东、海南、浙江、湖南、湖北、河南、山东、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古东部、河北等龙卷相对多发区,需要马上发布龙卷警报。 

  除了中气旋,有时在超级单体中气旋中还可以识别一种被称为“龙卷式涡旋特征(TVS)”的更小尺度涡旋。 

  当这种TVS出现在靠近地面位置时,意味着龙卷即将发生或已经发生,对应的龙卷发生概率在70%以上。也就是说,中气旋中靠近地面TVS特征识别确实有较大概率确认为龙卷,但已经几乎没有预警时效,对于较长生命史龙卷,仍然具有预警价值。 

  只是在中国,绝大多数龙卷生命史都很短,因此在观测到中气旋内靠近地面处出现TVS时,预警为时已晚~因此多数龙卷预警建立在观测到较强中气旋的底部出现在距地面较低位置(通常为1公里以下)基础上。 

  就江苏这些年情况而言,最大限度提前预警时间为10分钟至20分钟。 

  以江苏为例,一年平均有10个超级单体,其中只有10%15%的概率会形成龙卷,而且龙卷强度和超级单体强度没有直接关系。也正因为样本如此之少,很多预报员凭自身经验几乎很难判断龙卷。 

  不能预报,监测也难。 

  那龙卷风预警怎么做? 

    

  目前我国还没有针对龙卷风的专门预警 

  俞小鼎认为,在江苏、安徽、广东、海南等龙卷相对多发区,当出现超级单体时,就应当盯着其发展情况,并关注有利于龙卷的环境背景条件,一旦发现有龙卷征兆,就应发布预警。而这样平均也就预留出10分钟至20分钟时间。因此建立龙卷和强对流警报快速自动生成和发布系统至关重要,从预报员决定发布龙卷警报,到警报到达用户或各类媒体手中的时间不应超过3分钟。 

  那么是否可以缩小预警区域大小呢? 

  目前技术上还很难做到…… 

  如果硬要缩小预警区域,结果就会是更多的漏报率 

  科普时间到!戳图↓ 

 

(图片来源:中国气象局气象宣传与科普中心) 

关闭