趙鑫樾，陳 石，張曉杰，胡凌生

（華龍國際核電技術有限公司，北京 100037）

龍卷風是產生在強對流天氣的一種特殊天氣，一般維持時間短，破壞強，因其發(fā)生有時空隨機性，難以預測。龍卷風的發(fā)生與地理氣候相關性大，因此歷年經常發(fā)生龍卷風的地區(qū)復現龍卷風的可能性大，并且發(fā)生過高級別龍卷風的地方更有可能發(fā)生龍卷風。

1 龍卷風的形成原理

龍卷形成的主要物理過程是強上升氣流對低層小尺度渦旋的拉伸作用，造成空氣強烈擾動。

上升氣流的拉伸作用是龍卷形成的主要物理過程，風暴出流邊界輻合抬升造成低層淺薄氣旋式切變加強為中氣旋的上升氣流；低層中氣旋加強為龍卷強烈的上升氣流除了邊界層輻合抬升外，還可能由環(huán)境正浮力產生龍卷風的云體內的強上升氣流抬升；以及由中高層強中氣旋強迫的垂直擾動低壓梯度力產生的上升運動[1]。

總體來說，龍卷風發(fā)生在極端氣象條件時，表現為大氣層結極不穩(wěn)定，具有極強的抬升力，水汽條件充沛和垂直風切變極強。

2 龍卷風的強度等級

對龍卷風強度的劃分，廣泛采用1971年美國芝加哥大學的美籍日裔氣象學家藤田哲提出的“藤田級數”。2007年“增強藤田級數（Enhanced F-scale）”被啟用。它分為6 個等級，如表1所示。

3 龍卷風災害情況及分析

根據《中國氣象災害年鑒》2005—2016年龍卷風災害的記錄，龍卷風災害造成的損失呈逐年減少的趨勢，一定程度上是由于經濟發(fā)展及生活水平的提高，構筑物等設施質量 得到提升。因此利用藤田級數對龍卷風進行分級的方法來確定龍卷風的級別存在一定誤差，需要未來有更準確的分級方法替代。

本文研究的是中國地區(qū)龍卷風的分布情況，在使用藤田級數分級時，發(fā)現龍卷風災害造成的損失有減少的趨勢。

近十年來中國各地的氣候地質條件沒有發(fā)生顛覆性變化，預計未來幾十年也不會發(fā)生大的變化。所以地域與氣候相關聯，而氣候地質與龍卷風的形成有密切聯系。具有形成龍卷風氣候條件的地區(qū)在近十幾年來一直是龍卷風多發(fā)地帶，地域與龍卷風強度有很大關系，因此可以通過建立地域與龍卷風級數的關系來研究中國龍卷風的分布情況。

應用MATLAB 軟件對中國龍卷風災害等級分布情況進行數據分析，擬合得出分布圖。由于對龍卷風的形成機理了解不夠透徹，不能通過公式擬合，只能采用插值法擬合。中國龍卷風災害等級分布如圖1所示。

圖1 中國龍卷風災害等級分布圖

由圖1可知各地區(qū)可能出現的最大龍卷風，顏色由淺到深依次為EF4、EF3、EF2、EF1、EF0 和無龍卷風。

從空間上看，中國記錄的龍卷風集中在東部地區(qū)，江浙一帶發(fā)生頻繁。較強的龍卷風（≥EF3）發(fā)生在東北、東中、南方地區(qū)，在東經115°線上多處出現強龍卷風（≥EF4）。根據擬合結果，理論上強龍卷風集中發(fā)生在北緯25°～30°，東經117°～120°區(qū)域。實測中強龍卷風（≥EF4）在北緯30°～35°，東經110°～120°，且北緯20°～25°，東經110°～120°比較集中。理論與實際有差別，因為數據相對較少所以擬合出的結果有誤差，但趨勢是正確的。為什么可能出現最強龍卷風的地方反而連龍卷風都沒有發(fā)生，取中間點北緯27.5°，東經118.5°，經過觀測衛(wèi)星地圖可以發(fā)現，這一片地區(qū)都是丘陵地帶，不利于龍卷風的形成，即使發(fā)生龍卷風也不利于龍卷風的移動，沒有給周圍村莊造成影響，因此沒有記錄。北緯27.5°，東經118.5°衛(wèi)星地圖如圖2所示。

圖2 北緯27.5°，東經118.5°衛(wèi)星地圖

結合衛(wèi)星地形圖分析并初步預測，河南省南陽市內鄉(xiāng)縣棗園鎮(zhèn)附近、河南省信陽市息縣附近、廣東省惠東紅海灣和東山海海域附近具備發(fā)生EF4 級龍卷風的可能。

4 總結

中國龍卷風分布可以依據擬合結果劃分區(qū)域等級，這個結果較為粗略，目前關于龍卷風的研究還很粗略，對龍卷風的預測更是難上加難。本文所述的研究方法可以為龍卷風分析研究提供一個思路。待后續(xù)龍卷風分級更加科學合理準確化、數據記錄更多更詳實后，利用這個方法可以準確得出中國的龍卷風等級分布圖。各工程項目可以依據中國龍卷風等級分布圖進行龍卷風災害防護設計。