孫 楠

龍卷風預報難在哪

孫 楠

龍卷風究竟能否預報

現階段，科學家關于龍卷風預報的共識是，在現有技術基礎上，不可能提前1小時以上定時、定點預報。

龍卷風預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，出現龍卷風，就好比手劃撥過水面后，水面肯定會出現漩渦，但很難判斷出具體在哪個點會出現漩渦。龍卷風預報也是如此。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龍卷風，則幾乎不可預測。

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

另一方面，南京大學大氣科學學院教授薛明認為，由于尺度過于精細，龍卷風預報所需要的數值模式分辨率要比當前高一個量級，現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集合預報，但業(yè)界對此有很大爭議，很多科學家認為十年時間幾乎不可能完成。這也是為何業(yè)界很多科學家認為“提前1小時以上的龍卷預報是氣象界中最難的問題之一”的原因——現階段，它的預報幾乎無解。

能夠實時監(jiān)測龍卷風嗎

龍卷風不能預報，監(jiān)測也同樣困難。

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

龍卷風分為兩種，由超級單體引起的龍卷風的征兆是可能被雷達“抓住”的；另一類是地面切變線附近生成的龍卷，雷達基本監(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學院教授俞小鼎研究龍卷風很多年，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，多普勒天氣雷達通常都可以通過徑向速度圖識別距離雷達150千米以內的中氣旋，雷達反射率因子圖上往往會出現一個“鉤型回波”與徑向速度圖上的中氣旋對應；若中氣旋強度較大，并且底高較低，則被視為利于產生龍卷的征兆，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，當這種TVS出現在靠近地面位置時，意味著龍卷即將發(fā)生或已經發(fā)生，對應的龍卷發(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為龍卷，但已經幾乎沒有預警時效，對于較長生命史龍卷，仍然具有預警價值。

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

還有一組數據值得注意。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系。也正因為樣本如此之少，很多預報員憑自身經驗幾乎很難判斷龍卷。

龍卷風預警如何做

在江蘇、安徽、廣東、海南等龍卷相對多發(fā)區(qū)，當出現超級單體時，就應當盯著其發(fā)展情況，并關注有利于龍卷的環(huán)境背景條件，一旦發(fā)現有龍卷征兆，就應發(fā)布預警。這樣平均也就預留出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)至關重要，從預報員決定發(fā)布龍卷警報，到警報到達用戶或各類媒體手中的時間不應超過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)的基層臺站預報員對于龍卷預警具有豐富經驗。即便如此，其空報率仍然超過70%。自從上世紀90年代初新一代天氣雷達在美國布網以來，龍卷預警命中率從原來的不到40%提高到80%以上，預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。專家認為，其繼續(xù)提升的空間已非常有限。

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

從監(jiān)測技術來看，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，多普勒天氣雷達網足夠密，布網的SA型多普勒天氣雷達質量與美國的WSR-88D多普勒天氣雷達大致相當。只是，一方面，我國龍卷風數量和影響程度遠低于美國，預報員缺乏經驗且沒有正式的龍卷預警業(yè)務流程；另一方面，由于龍卷不同于臺風、降雨等災害，其有最大限度提前預警時間只有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)務系統(tǒng)。

在美國，預報員一旦確定要發(fā)布龍卷警報，可以使用警報自動生成和發(fā)布業(yè)務系統(tǒng)（Warn Gen），整個預警只需要兩分鐘?；鶎优_站首席預報員無需請示可以自主決定發(fā)布龍卷警報。

除基于雷達觀測的預警外，現場人員是否能判斷龍卷發(fā)生呢？在美國，龍卷警報依據60%來自多普勒天氣雷達，40%來自經過培訓的志愿目擊者報告。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龍卷發(fā)生。但并非所有的云底旋轉都會出現龍卷風。

如何提升龍卷風防范能力

縱觀全球，盡管預警的有效性并不高，但在龍卷風防范能力提升上，仍有空間。

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

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

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

此外，南京信息工程大學教授繆啟龍認為，在龍卷風中損壞的多是居民自建房，抗風能力較差，因此要提高建筑標準。江蘇省已在建設重大工程設施時論證龍卷風發(fā)生概率和抗風情況。