数字化揭秘龙卷风

　　准确预报龙卷风的发生非常困难，超级龙卷风往往在人们不注意的时候突然出现，在几分钟毁灭性的破坏之后倏忽离 去。今年夏天，美国国家严重暴雨研究所LouWicker博士的数学模型模拟演示发现，正是一些不易被人们所察觉的气 流在关键的时候助纣为虐，这个发现也许能让预报龙卷风的时间又提前几分钟，从而大大减少灾难性的人员伤亡和财产损失。

　　《新周报》特约撰稿前卫

　　美国中部被人们称作是一条“龙卷风巷子”，之所以这么称呼，是因为每到夏季龙卷风就会在这条“小巷”里徘徊。 在地图上这条“小巷”从德克萨斯州开始，经过俄克拉荷马州、堪萨斯州、科罗拉多州、内布拉斯加州、南达科他州、明尼苏 达州一直延伸到衣阿华州。世界上最大的龙卷风几乎都发生在这条通道上。

　　超级龙卷风像核爆炸

　　亲身经历过龙卷风的人，无不为其所震慑。而经历过“超级龙卷风”的人，感受则是终身难忘。气象专家们把龙卷风 从F1到F5划分成5级。F1-F2的龙卷风风速大约为每小时100-160公里，这样的风力虽然不足以摧毁建筑物， 但是在这种风力之下，高尔夫球那么大的一块冰雹就足以打穿屋顶、砖墙和车身。而当龙卷风F5出现的时候，风力可达每小 时500公里，气象专家们说，这样的龙卷风几乎“接近核爆炸的边缘”，能摧毁途中的任何建筑物。这样的龙卷风每隔几年 就会在美国中部的“龙卷风巷子”来一次。面对这样的龙卷风，逃命是唯一的办法。

　　然而要准确预报龙卷风的发生非常困难。科罗拉多州严重暴雨研究所的JoshWurman和科罗拉多大学研究龙 卷风的教授HowieBluestein都有几十年的“追龙”经验，根据他们统计，只有25％的旋转的云团能够真正形 成龙卷风，能够真正形成破坏力最大的超级龙卷风的不到5％。也正是因为这样超级龙卷风往往在人们不注意的时候突然出现 。从雷暴转变成龙卷风的时间只有几分钟，几分钟毁灭性的破坏之后，龙卷风就不见踪影了。

　　龙卷风危害的时间虽短，但是破坏惊人。1999年和2003年的“超级龙卷风”让很多幸存者至今思来仍觉惊心 动魄，每次都造成近百人死亡，近万座建筑被毁以及数十亿美元的财产损失。在俄克拉荷马州的一座小镇，一名幸存的女主人 回忆说，“当时外面在下雨，看到附近的房子被连根拔起，知道不好，赶紧往地下室跑，我先生动作只比我慢一两秒钟，我的 身体好歹躲进地下室，但是我双手被砸成瘫痪，我先生则永远地离开了人世。”另一名幸存者回忆说，“你简直不敢相信，那 种声音比你站在喷气发动机旁边还要大。更有意思的是，那么多沙发、屋顶、汽车被抛向空中，像在魔术师手中抛着的道具。 ”

　　人们担心说不定什么时候超级龙卷风会突然出现在学校、医院。如果没有一套可靠的预报系统，居住在这里的人们将 寝食不安。

　　数模预测败走麦城

　　预测龙卷风的发生是一个科学家们为之奋斗了几十年的梦。虽然发现云团预测雷暴今天都轻而易举，但是要发现是什 么力量导致了云团在错综复杂的暴风雨天空中伸出一条“吸管”却非常困难。在这方面，世界最领先的美国国家严重暴雨研究 实验所(NationalSevereStormLab)、科罗拉多大学、俄克拉荷马大学也在相当长的时期没有突破。 尽管这里的研究人员都有着十几年的经验，这里的设备也是最先进的。

　　近年来有了新一代多普勒雷达以后，美国的这些专门研究单位开始对云层、空气的运动有了比较直观的认识。研究人 员发现，每年夏季来自墨西哥湾的热气流迅速北上，带动了沿途的各种气流，进入“龙卷风巷子”的上空，形成一个旋转的云 团，这个云团范围大约30公里宽，高度1.8公里，这个旋转的云团在空中无序地漫游着，在某种特定的条件下会成为龙卷 风。云团在变成龙卷风之前，会“喷射出”向下的猛烈气流。龙卷风的形成除了跟风向、风速等因素有关之外，还与温度、湿 度以及一大堆其他的因素有关，预报龙卷风需要把这些因素全部纳入考虑范围。

　　科罗拉多大学的KelvinDroegemeier博士和美国国家严重暴雨研究所的LouWicker博士是 极力主张把各种因素纳入数学模型的学者，他们提出，不应该再像以前那样，仅仅用多普勒雷达追踪龙卷风的一路肆虐，而应 该把雷达更多地应用在龙卷风形成以前的更早期阶段，把雷达得到的数据和卫星图片等所有的资料集中起来，用电脑做成一个 模型。去年在他的努力之下，KelvinDroegemeier博士的电脑模型问世了。

　　去年5月当旋转的云团出现在“龙卷风巷子”的时候，KelvinDroegemeier博士的数学模型有了一 个小试牛刀的机会。他预测：风暴、龙卷风将主要发生在堪萨斯城附近。实践证明，他的数学模型准确地预测了每一场暴雨的 发生，这种准确程度以前从来没有达到过。但是他预报发生龙卷风的地方没有龙卷风的影子，在他预测晴空万里的一个小城， 龙卷风却肆虐而过，横扫了一家通用汽车公司的厂房，捣毁了厂里的一座大厅。

　　“追龙”行动发现祸首

　　数学模型的理论开始遭人嘲笑，但是KelvinDroegemeier和LouWicker并不灰心，他们说 ，数学模型的方案是可行的，在这么一个错综复杂的天气条件下，惟有数学模型才能解开龙卷风形成的谜团。预测不准确的原 因可能是多普勒雷达提供的资料还不够多。为了更准确地预测龙卷风，需要在整个“龙卷风巷子”里安装几十台甚至上百台多 普勒雷达，形成一个多普勒雷达网，要在任何龙卷风的形成环节、任何角度都能观察到龙卷风。只有这样，提前30分钟预报 龙卷风才有希望。在他们的坚持下，几十座碟型天线在“龙卷风巷子”里安装完毕。

　　今年夏季，又一场“追龙”开始了。擅长实地考察的JoshWurman和科罗拉多大学的HowieBluestein 根据以往经验判断，龙卷风一定会经过得克萨斯州的Dalhart城。于是JoshWurman带领一支观测小组进入该 城200公里以北，HowieBluestein带领的观察小组则在该城的200公里以南。跟往年一样，墨西哥湾吹来 的暖气流又带着巨大的旋转云团到来了，沿途6场大暴雨倾盆而下，两场龙卷风也出现在城北，JoshWurman和HowieBluestein 一北一南，从不同的角度把龙卷风形成的过程用雷达全部捕捉下来。他们观察到，在龙卷风快要出现的时候，一种熟悉的模式 出现了：云团向下喷射出气流，这股气流与在地面的各股暖气流发生互动，然后在云团的边缘出现了钩状的向上气流，地面的 暖气流顺着钩状气流急剧上升。在龙卷风形成前，地面的热气流形成了无数的锥螺形涡流。

　　与此同时，美国国家严重暴雨研究所LouWicker博士的数学模型，也正在把从现场得到的各种数据集中起来 ，各路专家屏住呼吸，凝神观看屏幕上的数字化模拟演示，希望找出在乱纷纷的狂风雷暴中，到底是哪一股力量触发了龙卷风 。

　　在电脑模拟状态下，随着地面暖空气与云团的对流加剧，在云团的周围出现了无数的锥螺形气流，在锥螺形气流引导 下，一条“龙卷”猛然伸向地面，紧接着变成了一条飞速旋转的圆柱。在场的研究人员惊喜地鼓掌，想不到，正是这些不易被 人们所察觉的一些气流，在关键的时候将旋转的气流变成了龙卷风。LouWicker说有了这个发现，也许预报龙卷风的 时间又可以提前几分钟了，尽管离提前30分钟预报龙卷风还有相当长的路要走。

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