龍捲風
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 氣象主題 |
龍捲風，又稱龍捲、捲風，是一種猛烈的天氣現象，由直立中空管狀的強烈旋轉氣球構成。龍捲風常發生於積雨雲或是積雨雲以下，並通常形成上大下小的漏斗狀，延伸至地面，並且常被塵土或碎片殘骸等包圍。極少數情況下龍捲風也可能從積雲發起。無論是陸地上的「陸龍捲」或是海面上的「水龍捲」，發生條件均基本上需要極不穩定的空氣擾動，或高溫高濕空氣與冷空氣的劇烈輻合作用。因此，龍捲風常發生於中緯度溫帶氣旋及強烈對流雷雨附近。龍捲風漏斗狀的雲稱為「漏斗雲」或「管狀雲」。通常形成於超大胞，雷雨雲被冷空氣從底部切斷。[1]
通常，龍捲風的直徑約在75公尺（246英尺）左右，風速通常在64公里每小時（18公尺每秒）到177公里每小時（49公尺每秒）之間，總移動距離約在數公里。一些大型龍捲風風速可超過480公里每小時（130公尺每秒），直徑達1.6公里（1.0英里），移動路徑超過100公里。[2][3][4]
雖然除南極洲外的每塊大陸都有龍捲風，但美國遭受的龍捲風比任何國家或地區都多。[5]除此之外，龍捲風在加拿大南部、亞洲中南部和東部、南美洲中東部、非洲南部、歐洲西北部和東南部、澳洲西部和東南部以及紐西蘭等地區皆常出現。
形成
龍捲風往來自於雷暴、超大胞、颮和颶風，許多龍捲風在中氣旋的末端出現。通常認為龍捲風在冷空氣穿過熱空氣層令暖空氣急速上升時產生。在雷達迴波圖上，一個「鉤狀回波」往往代表龍捲風的區域。
導致龍捲風出現的一種情況是，地面上的水吸熱變成水蒸氣上升到溫度較低的天空蒸汽層上層後，水蒸氣體積縮小比重增大，繼而下降。由於蒸汽層下面溫度高，下降過程中吸熱，再度上升，遇冷後再下降。在如此反覆的過程中，氣體分子團逐漸縮小[需要解釋]，最後集中在蒸汽層底層並在此形成低溫區。水蒸氣向低溫區集中，形成雲。雲團逐漸變大，雲內部上下雲團上下溫差越來越小，水蒸氣分子升降幅度越來越大，雲內部上下對流越來越激烈，而雲下氣體分子也不斷補充空間，導致大風的出現。由於與在垂直方向上速度和水平方向均有切變的風交互作用，上升氣流開始旋轉，形成氣旋。氣旋不斷增強並向地面延伸，出現雲柱。當雲柱到達地面高度時，地面風速急劇上升，龍捲風形成。
分類
龍捲風的分類包括但不限於：
真正的龍捲風
多漩渦龍捲風
多漩渦龍捲風（或稱多胞龍捲風）指帶有兩股以上圍繞同一個中心旋轉的漩渦的龍捲風。多漩渦結構經常出現在劇烈的龍捲風上，並且這些小漩渦在主龍捲風經過的地區上往往會造成更大的破壞。[4][6]
水龍捲
水龍捲（或稱海龍捲，英語：waterspout）可以簡單定義為水上龍捲風，但通常意思是指在水上的非超大胞龍捲風。它偶爾發生於溫暖水面的上空，上端與雷雨雲相接，下端直接延伸到水面，空氣繞龍捲的軸快速旋轉。受龍捲中心氣壓極度減小的吸引，水流被吸入渦旋的底部，並隨即變為繞軸心向上的渦流。世界各地的海洋和湖泊等都可能出現水龍捲。在美國，水龍捲通常發生在美國東南部海岸，尤其在佛羅里達州南部和墨西哥灣。水龍捲雖在定義上是龍捲風的一種，不過破壞性要比最強大的大草原龍捲風小，但它們仍然是很危險的。水龍捲能吹翻小船，毀壞船隻，當侵襲陸地時就有更大的破壞，並奪去生命。當水龍捲很可能產生或在海岸上已經看得見的時候，美國國家氣象局將會發出警告，或當水龍捲會向陸地移動時發出龍捲風警告。[4][7]
陸龍捲
陸龍捲（英語：landspout，美國國家氣象局稱dust-tube tornado）用以描述一種和中尺度氣旋沒有關聯的龍捲風。陸龍捲和水龍捲有一些相同的特點，例如強度相對較弱、持續時間短、冷凝形成的漏斗雲較小且經常不接觸地面等。雖然強度相對較弱，但陸龍捲依然會帶來強風和嚴重破壞。
類似龍捲的現象
陣風卷
陣風卷（英語：gustnado）是一種和陣風鋒與下擊暴流有關的小型垂直方向旋轉的氣流。由於它們嚴格來說和雲沒有關聯，所以就它們是否屬於龍捲風還存有爭議。當從雷暴中溢位的快速移動乾冷氣流流經溢位邊緣的靜止暖濕氣流時，會造成一種旋轉的效果（可用「滾軸雲」解釋），若低層的風切夠強，這種旋轉就會水平（或傾斜）進行，並影響到地面，最終的結果就是陣風卷。[4][8]陣風卷的旋轉方向不固定，可順時針亦可逆時針。
塵捲
塵捲也是一種柱狀的垂直旋轉氣流，因此和龍捲風很像。然而，它們生成在晴朗的天氣下，並且絕大多數情況下比最弱的龍捲風還要弱。氣溫較高時，如果地面因高溫形成很強的上升氣流，並且此時有足夠的低層風切，上升的熱氣流就可能做小範圍的氣旋運動，此時塵捲便會形成。塵捲之所以不屬於龍捲風是因為它們在晴朗的天氣條件下形成而且和雲沒有什麼聯絡。不過，它們偶爾也能引起大的破壞，尤其在乾燥地區。[9][10]
火龍捲
又稱為火焰龍捲風，是當空氣中的亂流因為高熱及風向造成的亂流結合而形成，在旋風內有火焰。當這些渦旋繼續收緊至類似龍捲風的結構時，可以吸入燃燒中的雜物及可燃氣體，從而使旋風點起火焰。
一般的火龍捲約莫0.30－0.91公尺寬、15－30公尺高。在適當條件下可以形成大型的火龍捲，達十多公尺寬，超過300公尺高。火龍捲多發生在灌木林火，持續的時間通常只有幾分鐘，但如果風力強勁，則能持續更長的時間。
汽卷風
蒸氣昇華的過程中受到渦旋氣流的擾亂所形成，特點是規模小，持續時間短。
特點
形態
大多數龍捲風呈狹長的漏斗狀，幾十至幾百米寬，能捲起塵土碎片。不過，龍捲風也有多種形態。
相對較小和較弱的陸龍捲看起來只是像一小片地上捲起來的塵土。雖然漏斗雲可能不會延伸到地面，但只要地面上相關聯的風擁有超過64公里每小時的風速，旋轉的氣流即可以被認為是一股龍捲風。巨型單漩渦龍捲風看起來像一個巨大的楔子插進地裏，因而被稱作「楔狀龍捲」（wedge tornado、wedge）。這類龍捲風的漏斗雲很寬，就像一大塊烏雲，直徑比雲層底部到地面的距離還長。即使是有經驗的風暴觀測者也無法在遠處區分低垂的雲團和楔狀龍捲風。大型龍捲風多為楔狀龍捲但也不全是。[11]
多漩渦龍捲風可以呈現成一組旋風圍繞一個同一個中心旋轉，也可以完全被凝結水氣、塵土和碎片等掩蓋，呈單一漏斗狀。
在衰亡階段，龍捲風就像細長的管子或繩子，且常常彎曲扭轉得奇形怪狀。
除了這些形態外，龍捲風還可能完全被雨或塵土掩蓋。這樣的龍捲風特別危險，因為即使是經驗豐富的氣象學家也可能無法發現它們。
大小
在美國，龍捲風的直徑平均有150公尺。[9]不過，龍捲風大小的變化幅度很大。勢力弱或勢力雖強但接近尾聲的龍捲風可能會非常細長，有時僅幾英尺寬。另一方面，楔狀的巨型龍捲的直經可以有1.6公里寬。[9]
外觀
龍捲風的顏色多樣，取決於它們所處的環境。乾燥環境下生成的龍捲風幾乎是透明的，只是在旋風底部能看到旋轉的塵土和碎片。幾乎或完全不捲起碎片的漏斗雲是灰白色的。當經過水體變成水龍捲時，它們會變得非常白甚至呈藍色。移動緩慢的龍捲風由於捲起大量殘骸和泥土，顏色通常較深，並帶有被捲起物的顏色。例如，位於美國中央大平原上的龍捲風由於紅色土壤的緣故會變紅。[9]
光照條件對龍捲風的外觀也有大的影響。同一個龍捲風，逆光（即太陽光從龍捲風背後射下來）時會顯得非常暗，順光（即太陽光從觀察者背後射下來）時則會顯得比較灰或者非常的白。日落時的龍捲風可以有很多種顏色，如黃、橙和粉紅。[13]
雷暴的狂風吹起來的塵埃、豪雨和強冰雹以及夜色都是減少龍捲風可見度的因素。在這種情形下產生的龍捲風尤其危險，因為此時即將被龍捲風襲擊的區域的人們只能靠氣象雷達觀測或者龍捲風前進時發出的聲音才能知曉龍捲風的到來。幸運的是，大多數大的龍捲風都發生在風暴的無雨區，而且大多數龍捲風發生在黃昏時間，這樣即使雲層很厚太陽光也可以穿過。[14]此外，夜間發生的龍捲風也常常會被頻繁的閃電照亮。
包括車載都卜勒移動雷達圖像和目擊者報告在內的越來越多的證據表明，龍捲風中心和颱風等熱帶氣旋的中心一樣，都比較晴朗、平靜且氣壓極低。這一區域晴朗（也可能充滿塵埃），風力相對柔和，由於陽光多被漏斗雲阻擋，也十分黑暗。有些目擊者稱，閃電照亮了龍捲風，才使他們得以看到龍捲風的內部。[15][16]
旋轉方式
龍捲風的旋轉方向一般同氣旋，即北半球逆時針南半球順時針。規模大的風暴受科里奧利力的影響，總是做氣旋式的旋轉，而雷暴和龍捲風由於規模較小因而受科里奧利力的直接影響也較少。但即使忽略科里奧利力的影響，在電腦數值類比中超大胞和龍捲風仍做氣旋式的旋轉。
約有1%的龍捲風以反氣旋方式旋轉。一般而言，只有陸龍捲和陣風卷屬於這一類型。
分級與偵測
龍捲風的強度等級由藤田級數（或稱「藤田皮爾森龍捲等級」）和改良藤田級數劃分，可由高解析度都卜勒雷達的資料或攝影測量法得到。需要注意的是，龍捲風的強度並不能描述任何大小和寬度的龍捲風。
龍捲風的破壞力由小到大，可按藤田級數劃分為F0至F5級，也可按改進型藤田級數劃分為EF0到EF5級6個等級。EF0級的龍捲風可能只會損傷樹木，對較為結實的建築沒有影響，但EF5級的龍捲風就可能把建築物吹得只剩下地基，甚至讓高大的摩天大樓扭曲起來。
此外，相類似的TORRO分級法將龍捲風分為T0至T11共12個等級，T0級表示極其弱的龍捲風，T11級代表已知的最強的龍捲風。
在天氣預報雷達螢幕上，出現龍捲風的區域會呈現一個「鉤狀回波」圖像。當這些惡劣的天氣出現或即將來臨的時候，一連串「追風族」常常保持警惕地尋找龍捲風並通知當地的氣象機構，他們喜愛追蹤雷暴和龍捲風以探究它們的真實情況和科學解釋。「追風族」們做了許多嘗試將探針扔到龍捲風中，以便分析其內部構造，但自1990年以來，只有5根針成功地扔了進去。美國國家氣象局也有一項名為Skywarn的計劃，這項計劃負責培訓風暴觀察員以觀察可能帶來強冰雹、狂風和龍捲風的風暴。風暴觀測員包括郡行政司法長官、州警官、消防隊員、救護車司機、追風族以及其他一些個體。風暴來臨時，國家氣象局會要求這些觀察員尋覓這些風暴並立即匯報出現的龍捲風，以便氣象局及時發布警報。
龍捲風造成的破壞
龍捲風每年能在經濟上造成數百萬美元的損失，並會導致失業和死傷，危害不容小覷。在孟加拉，由於人口密度高，房屋品質差以及缺乏龍捲風安全知識，故每年約有179人死於龍捲風。加拿大平均每年出現的龍捲風有80個，造成2人喪生，20人受傷以及數千萬美元的損失。2000年7月4日在加拿大襲擊了阿爾伯塔省松葉湖的一起「殺人龍捲風」就曾導致11人死亡。
英國是歐洲發生龍捲風最頻繁的地區。若計入相關土地的面積，英國和荷蘭是世界上單位面積發生龍捲風次數最多的國家，其中荷蘭平均每平方公里土地每年可遭受0.00048次龍捲風襲擊。[17]紐西蘭和烏拉圭的一部分也有小型強烈龍捲風活動。美國是世界上遭受龍捲風侵襲次數最多的國家，平均每年遭受100,000個雷暴、1200個龍捲風的襲擊，有50人因此死亡。在美國中西部和南部的廣闊區域又以「龍捲風道」最為著名。有記錄以來美國最致命的龍捲風是發生於1925年3月18日，越過了密蘇里州東南部、伊利諾州南部和印地安那州北部的三州大龍捲風，導致695人死亡。[18]
在一天裡若有超過6個龍捲風產生便可稱出現了「龍捲風爆發」。1974年4月3日，有史記錄以來第二大的龍捲風爆發產生了148個龍捲風，包括7個F5級和23個F4級的龍捲風，綽號「超級爆發」（Super Outbreak）。另一場類似強烈程度的暴風爆發是「棕枝主日龍捲風爆發」，它於1965年4月11日襲擊了美國中西部，造成271人死亡。另外2011年4月25日至28日四天內也出現類似上述規模的龍捲風爆發（April 25–28, 2011 tornado outbreak），經確認的龍捲風達358個，並造成349人死亡（光是這四天阿拉巴馬州就有238人死亡）。在27日就出現208個龍捲風，包括4個EF5級（其中有兩個是在密西西比州至阿拉巴馬州之間發生的）和11個EF4級龍捲風，堪稱1974年「超級爆發」後最為慘重的龍捲風災害且有過之而無不及。在這個4月就已創下歷年單日及單月產生最多龍捲風的記錄，因此美國也稱此次龍捲風爆發為「2011超級爆發」或「超級爆發Ⅱ」。
2022年1月30日，馬來西亞霹靂州怡保發生首部罕見龍捲風掀起住家屋頂，雖然幾間住家已失去了屋頂，而且在這起風災（龍捲風）也有很多車遭遇損壞，所幸暫時沒有聽到任何人命傷亡。[19]
安全防護
根據加拿大環境部門的資料，直接被龍捲風吹翻致死的機率為1200萬分之1 ，而實際可能性更低，因為好發龍捲風的地區多數正好也是已開發國家，準備相對充足。儘管如此，針對龍捲風的安全防護工作依然不能鬆懈。
在有的國家，每年當龍捲風季節開始時，位於龍捲風頻發區的學校和媒體會向公眾宣傳龍捲風的危險性，並教育他們如何提高龍捲風出現時的逃生機率。在龍捲風高發的美國，市民時常被建議購買NOAA天氣收音機。它們相當便宜，僅需花費20美元，就可以收到美國國家氣象局發出的危險天氣警報。警報同時在收音機和電視中播出，大多數社團有民間防禦警報，在認為龍捲風即將到達之前會啟動。
在發布龍捲風警報後，所有市民被通知前往避難區。在大多數建築物中，如果有可能，應該到中央的無窗戶的房間或低於地面的走廊躲避。如果龍捲風襲擊了建築物，可導致碎片的大量落下，因此，對藏在室內的人來說，應該蹲在結實門口的梁下，或躲在結實的家具下。不過，龍捲風到來時可使如移動房屋之類的輕建築遭重創。在這種房屋居住的居民會在龍捲風來臨前被通知撤離家園，尋找更堅固的避難所，不管他們前往的是指定的避難所還是附近朋友的家。在某些地區，避風地窖也是人們的避難所。
需要切記的是，無論在何種情況下，當龍捲風來襲時，車輛的處境是極其危險的。如果龍捲風可見且距離遙遠，並且當前交通順暢，則可以將車駕離龍捲風的路徑，方法是沿與龍捲風路徑直線成直角的方位移動。否則，應儘量快速且安全地將車輛停泊於交通線之外（因為即便是事後從泥土裡找出車來，也較將它留在路上引起事故更好），並且尋找堅固的建築物或壕溝作為掩體，不應在龍捲風接近時留在車內，除非已經沒有掩體保護人免於碎片的侵襲。在龍捲風造成的極強風力下，任何車輛都非常容易被捲起並拋擲。
一些人在風暴中選擇在大型架空道路下避難，但那些地方並非是最佳避難場所。位於俄克拉何馬州諾曼的美國國家氣象局曾經做過一份報告討論在1999年5月3日發生的俄克拉何馬 州龍捲風襲擊事件中，陸橋作為掩護體的用途。俄克拉何馬 市當時有三條架空道路處於龍捲風路線上的，而每處橋下至少有一人死於龍捲風。陸橋的建築形式多種多樣，並且其中許多在強大風力與飛舞的碎塊面前，並不會提供任何有力的保障。此外，由於人們在橋下或橋旁邊隨意停放車輛而引起的堵塞，很可能妨礙其他車輛的行進，從而間接剝奪後來者安全逃生的機會。
參見
參考文獻
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外部連結
- 龍捲風常見問題解答 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（美國國家海洋和大氣管理局）
- 1900年後德國出現的F3級和F4級龍捲風
- 龍捲風災害 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （1899年，檔案：全景相片）
- 龍捲風圖片（公有領域）集錦 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- The Tornado Project Online! （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- TorDACH: Centre of Competence for Severe Local Storms in D, A, CH
- Highway Overpasses as Tornado Shelters: Fallout from the May 3, 1999 Tornado Outbreak （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- An F3 tornado hit Acht (Eifel, Germany) on June 10th 2003
- 龍捲風與風暴研究組織
- 龍捲風的成因 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
