NCSA大气和海洋科学小组为IMAX电影《追风者》制作的龙卷风模拟。 |
龙卷风是不可预测且致命的——看看5月13日袭击孟加拉国的龙卷风，造成至少500人死亡，多达5万人受伤（并查看最近的龙卷风统计数据）。
龙卷风似乎也具有不可抗拒的吸引力。勇敢的追风者竞相置身于危险之中，既是为了寻求刺激，也是为了收集信息，从而阐明龙卷风是如何形成、积聚力量和消散的。这种痴迷似乎正在蔓延：寻求刺激的人们纷纷涌入影院，观看真实和虚构的龙卷风在美国各地的银幕上爆炸。
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现在，人们已经很好地理解了导致龙卷风形成的基本大气物理学。雷暴通常包含上升气流，即大量温暖潮湿空气的上升涌流。当上升气流移动时，它会旋转；如果旋转强度足够大，风暴就会演变成龙卷风或漏斗云（底部没有接触地面的龙卷风）。超级计算机模拟非常生动地描述了这一过程。
大多数龙卷风形成于一种被称为超级单体的特别强烈的气象系统中。当温暖的上升气流冲破上方稳定的气层并继续向上进入凉爽干燥的空气区域时，就会发生超级单体雷暴。由此产生的不稳定性会产生强大的涡旋运动，这是龙卷风的命脉（一对计算机生成的图像描绘了超级单体风暴和非超级单体风暴之间的差异）。在最猛烈的龙卷风中，风速可能接近每小时300英里。涌入龙卷风留下的低压空隙的空气会产生额外的强烈且可能具有破坏性的风。当龙卷风在附近时，远离危险绝非易事。
龙卷风最危险的方面之一是它们的反复无常。有时，上升气流会产生龙卷风；有时则不会。科学家们仍然很难准确预测龙卷风何时何地出现；这种不确定性使得及时发出警报以挽救生命变得困难。
为了确定龙卷风形成的一些棘手细节，俄克拉荷马州诺曼市国家强风暴实验室的埃里克·拉斯穆森与他的几位同事联合起来，开展了前所未有的精确风暴研究。研究人员将他们的项目称为“龙卷风旋转起源验证实验”，通常缩写为方便的首字母缩写 VORTEX。在 1994 年和 1995 年的龙卷风季节（4 月 1 日至 6 月 15 日），VORTEX 科学家拦截并监测了 10 个强烈的龙卷风。
这些研究得益于一种称为多普勒雷达的工具，它可以以非常高的分辨率测量局部风速。在 1995 年 6 月 2 日的德克萨斯州迪米特龙卷风期间，研究人员使用了一个便携式雷达设备（“轮式多普勒雷达”），该设备生成的清晰图像显示了仅 200 英尺宽的风特征——足以清晰地显示龙卷风、其排空的中心和周围的碎片云。今年，俄克拉荷马大学的约书亚·伍尔曼和他的合作者计划使用一对多普勒雷达，这将使他们能够组装更完整的三维风模式图。
目前，VORTEX 研究人员仍在消化他们的大量数据文件。该项目参与者的一份初步报告描述了对迪米特龙卷风的一些非常复杂的观测结果，该龙卷风通常被认为是历史上研究最彻底的龙卷风。
该论文中提出的一个令人沮丧的问题是这些天气爆发的极端速度。从龙卷风形成到着地的时间不超过几十分钟，“这为操作观察、识别和警告留下的时间很少”，VORTEX 团队指出。
光学瞬态探测器是美国宇航局最近发射到地球轨道的一个实验性探测器，它提供了可能更长时间提前预警的希望。马歇尔太空飞行中心的休·J·克里斯蒂安领导的一个小组使用该卫星统计了大型风暴中的闪电频率。一个发人深省的发现是，闪电频率通常在龙卷风出现前不久达到峰值。
光学瞬态探测器还检测到比地面观测到的多得多的闪电——这表明产生龙卷风的风暴主要产生云对云的闪电。这些云内闪电似乎主要发生在风暴增强时，因此基于太空的观测可以帮助提醒地面上的人们注意不断增加的龙卷风风险。
当然，龙卷风尚未被驯服——它们怎么可能被驯服呢？但巧妙的研究和新技术至少有望减轻它们的一些威力。