龙卷风（自然天气现象）

龙卷风

自然天气现象

龙卷风，即从积雨云中伸下的猛烈旋转的漏斗状云柱。是发生于直展云系（cumuliform clouds）底部和下垫面之间的直立空管状旋转气流，它是一类局地尺度的剧烈天气现象。龙卷风可见于热带和温带地区，包括美洲内陆、澳洲西部、印度半岛东北部等。龙卷风的季节性较弱，春季、夏季、秋季均可发生。一般发生在春夏过渡季节或夏秋之交(4~10月)，以前者居多。

按形态和产生环境，龙卷风可以分为多涡旋龙卷、陆龙卷（landspout）、水龙卷（waterspout）等。龙卷风的风速通常在30至130 米每秒，直径小于2 公里，活动范围在0至25 公里不等，持续时间在10分钟左右，强度按增强的藤田级数（Enhanced Fujita scale, EF）可分为5个等级。尘卷风和火龙卷是与龙卷风相近的旋风（whirlwind），但不属于龙卷风。

龙卷风的产生条件包括近地面的风切变、垂直运动和不稳定能量。雷暴是能够满足以上条件的理想环境，也是引发龙卷风的主要原因，其中由超级单体（supercell）引发的龙卷被称为超级单体龙卷（supercell tornado），其它情形被称为非超级单体龙卷（nonsupercell tornado）。超级单体龙卷占龙卷风个例总数的80%，其强度和发展规模通常大于非超级单体龙卷。

龙卷风是一类气象灾害，现代天气预报可以通过高频率观测对龙卷风进行预警，但对预报经验有较高要求。此外一些地区也对龙卷风进行人工观测和数据收集，即“风暴追踪（storm spotting）”项目。

气象简介

龙卷风，是发生于直展云系底部和下垫面之间的直立空管状旋转气流，是一类局地尺度的剧烈天气现象。龙卷风可见于热带至温带地区，包括美洲内陆、澳洲西部、印度半岛东北部等，常见的发生时间是春季和夏季。

按形态和产生环境，龙卷风可以分为多涡旋龙卷、陆龙卷、水龙卷等。龙卷风在观测上表现为狭长的漏斗云或类似形态的尘土、水柱。龙卷风的风速通常在30至130米/秒，直径小于2公里，活动范围在0至25公里不等，持续时间在10分钟左右，强度按增强的藤田级数可分为5个等级。尘卷风和火龙卷是与龙卷风相近的旋风，但不属于龙卷风范畴。

特征

结构

龙卷风是一种少见的局地性、小尺度、突发性的强对流天气，是在强烈的不稳定的天气状况下由空气对流运动造成的、强烈的、小范围的空气涡旋。

龙卷风的结构包括作为主体部分的漏斗云和维持其存在的对流系统，通常为雷暴所带来的积雨云。

漏斗云：从积雨云中伸下的猛烈旋转的漏斗状云楼。它有时稍伸即隐，有时悬挂空中或触及地面。龙卷风漏斗云的轴一般垂直于地面，在发展的后期，当上下层风速相差较大时，可成倾斜状或弯曲状。其下部直径最小的只有几米，一般为数百米，最大可达千米以上，上部直径一般为数千米，最大可达10公里。漏斗云内的中心气压很低，带来很大的水平气压梯度和风速。漏斗云可能不会直接抵达下垫面，但若其接近地面，可能将水、尘土、泥沙挟卷而起，形成“龙嘴”。

母云：产生龙卷的积雨云被称为母云（basecloud）。母云决定了龙卷风的移速和移向。母云的移速通常为每小时40至50公里，最快可达90至100公里，移动路径多呈直线，一般为数公里，个别可达数十公里。母云的出现与锋面气旋、登陆后的热带气旋、雷暴等有关。龙卷风的母云通常是对流云系，例如雷暴塔状积云的一部分，表现为持续旋转的云墙。

气象参数

龙卷风的风速可达100-175米每秒，数倍于强台风。龙卷风的持续时间短暂，通常在1小时内，最多数个小时。龙卷风的近地面直径很小，通常为25-100米，在极少数情况下可达到1公里；龙卷风的空中直径可达数千米。大多数龙卷风在北半球是逆时针旋转，在南半球是顺时针，也有例外情况。

理论

生成

龙卷风的产生条件包括近地面的风切变和显著的垂直运动、不稳定能量，雷暴是能够满足以上条件的理想环境，也是引发龙卷风的主要原因，其中由超级单体引发的龙卷被称为超级单体龙卷，其他情形被称为非超级单体龙卷。超级单体龙卷强度的强度和规模通常大于非超级单体龙卷。

龙卷风是近地面不稳定能量中在很小的区域内集中释放的一种形式。一般发生在春夏过渡季节或夏秋之交(4~10月)，以前者居多。龙卷风生成（tornadogenesis）在大气微物理学方面没有明确结论。但在动力学方面被认为与上升气流和垂直风切变有关，且可大致分为四个阶段：

对流系统带来大气中的不稳定能量，并引发上升气流。

上升气流在风速和风向切变的作用下产生垂直涡度，即在水平方向开始旋转。

该旋转系统在辐合气流的作用下向对流系统内部发展，在对流层中层形成龙卷核心。

在对流系统前部下沉气流的作用下，龙卷核心发展的涡旋向下垫面延伸，地面气压急剧下降，地面风速急剧上升，形成龙卷风。

分类

多漩涡龙卷风

多漩涡龙卷风（multiplevortextornado）是包含次级涡旋（subvortices）的龙卷风。次级涡旋通常在主涡旋接触下垫面后生成，数量在2到5个不等，围绕主涡旋旋转且不易通过观察辨别。多漩涡结构的发展与龙卷风强度有关，EF4级以上的龙卷风容易发展为多涡旋龙卷。次级涡旋的生成和消失是动态的，通常仅维持数分钟。多漩涡龙卷风可能具有很大的破坏力。

水龙卷

水龙卷（waterspout）或海龙卷是水上的龙卷风，通常为非超级单体龙卷。世界各地的海洋和湖泊等都可能出现水龙卷。在美国，水龙卷通常发生在美国东南部海岸，尤其在佛罗里达南部和墨西哥湾。水龙卷的破坏性比超级单体龙卷要小，但仍然是危险的。水龙卷能吹翻和毁坏船只，当移动至陆地时会有更大的破坏。当水龙卷很可能产生或在海岸水域上已经看得见的时候，美国国家气象局将会发出海上警告；当水龙卷向陆地移动时发出龙卷风警告。

陆龙卷

陆龙卷（landspout;dust-tubetornado）是产生于陆地的非超级单体龙卷。陆龙卷和水龙卷有一些相同的特点，例如强度较弱、持续时间短、冷凝形成的漏斗云较小且经常不接触地面等。陆龙卷和雷暴等剧烈天气没有关联，但依然会带来气象灾害例如强风，并造成破坏。

其它类似的天气现象

火龙卷具有类似于龙卷风形态，是旋风（whirlwind）与火焰的结合。2010年，位于南半球的巴西遭遇罕见的干旱少雨天气，全国多地燃起了山火。8月24日，巴西圣保罗市一处火点刮起了龙卷风，形成了罕见的火焰龙卷风景观。龙卷风夹起火焰高达数米，像一条巨大的火龙旋转前进。这条“火龙风”于24日被拍摄到。“火龙”在燃烧的田野上飞舞高约数米高，阻断了一条公路。为了熄灭这条“火龙”，当地出动了直升机。出现“火龙风”的地区已经有3个月没有下雨。异常干旱的天气和强劲的风势助长了此处的火势。巴西全球电视台报道称，圣保罗地区的空气干燥程度已赶上了撒哈拉沙漠。

观测

EF分级

龙卷风按它的破坏程度不同，分为0-5增强藤田级数，简单来说就称为EF级，由1971年芝加哥大学的藤田哲也博士所提出：

EF0级：风速在65-85英里每小时，约合105-137公里每小时，虽然较弱，但还是足以把树枝吹断，把较轻的碎片卷起来击碎玻璃，一些烟囱会被吹断。（出现几率极高，29%）

EF1级：风速在每小时86-110英里每小时，约合138-177公里每小时，它们可以把屋顶吹走，把活动板房给吹翻，一些较轻的汽车会被吹翻或刮离路面。（出现几率较高，40%）

EF2级：风速在111-135英里每小时，约合178-217公里每小时，它们可以把沉重的甘草包吹出去几百米远，把一棵大树连根拔起，货车可以刮离路面。（出现几率中等偏低，24%）

EF3级：风速在136-165英里每小时，约合218-266公里每小时，它们可以把一辆较重汽车吹翻，树木被吹离地面，房屋一大半被毁，火车脱离轨道。（出现几率低，6%）

EF4级：风速在166-200英里每小时，约合267-322公里每小时，它们可以把一辆汽车刮飞，把一幢牢固的房屋夷为平地，树木被刮到几百米高空。（出现几率很低，2%）

EF5级：EF5级风速超过每小时200英里每小时，也就是超过了322公里每小时，房屋完全吹毁，汽车完全刮飞，路面上的沥青也会被刮走，货车、火车、列车全部脱离地面。（出现几率很低，<1%）

根据物理和气象学推算，龙卷风没有EF6级。一些观测记录中的强龙卷风，例如1999年5月3日俄克拉荷马城的龙卷风不是EF6级，而是EF5级。

按观测经验，龙卷风的形态可能与其EF分级有关：

烟囱龙卷风：轮廓直，比较粗壮，强度中等，一般在EF2—EF4级左右。

绳形龙卷风：纤细，轮廓教弯，强度弱，一般在EF0—EF2左右。

楔形龙卷风：长度较宽，可达1.5公里，宽度超过高度，强度强，一般在EF4—EF5左右。

双胞胎龙卷风：两个龙卷风，有的粗，有的细，强度不定。

观测仪器

多普勒天气雷达探测

龙卷风发生至消散的时间短，作用面积很小，以至于现有的探测仪器没有足够的灵敏度来对龙卷风进行准确的观测。相对来说，多普勒雷达是比较有效和常用的一种观测仪器。多普勒雷达对准龙卷风发出的微波束，微波信号被龙卷风中的碎屑和雨点反射后重被雷达接收。如果龙卷风远离雷达而去，反射回的微波信号频率将向低频方向移动；反之，如果龙卷风越来越接近雷达，则反射回的信号将向高频方向移动。这种现象被称为多普勒频移。接收到信号后，雷达操作人员就可以通过分析频移数据，计算出龙卷风的速度和移动方向。

双极化天气雷达探测

双极化技术的出现对多普勒天气雷达探测中气旋和龙卷进行了有力的补充，全面提升了对龙卷微物理特征分析与预警预报水平。①由于多普勒天气雷达对较小尺度的龙卷涡旋探测需要具有良好的空间分辨率，然而对双极化探测而言并不需要太高的精度。②双极化特征信号不同于多普勒特征信号，由于其是“各向同性”的，所以并不依赖于观测角度的变化。③当龙卷在夜间发生或被大量降水包裹着难以通过多普勒雷达观测发现时，双极化信息更能有效地将其识别。

快速扫描雷达探测

Wurman设计开发了第一部X波段移动式快速扫描雷达RapidDOW，该雷达每7秒可以完成一次360°的体扫，在14秒的时间里可以探测到12个波束范围的数据，并且其距离分辨率达到11米，更易于对龙卷三维结构进行研究。从当前对龙卷的探测技术来看，快速扫描雷达在时空尺度上对龙卷观测独特优势。而美国计划的下一代天气雷达网络也定位为多功能相控阵雷达。所以可见该技术未来必将成为研究该类天气的主要手段。

统计特征

全球除南极洲以外的大洲都有龙卷风记录，龙卷风主要发生在中纬度地区，其中美国发生最为频繁，其发生的龙卷风约占全球龙卷风总数的75%，其次为加拿大。欧洲西部和中部、中国、孟加拉国、日本、澳大利亚、新西兰、南非和阿根廷等国家或地区龙卷风发生也较为频繁。

年尺度特征美国龙卷风平均每年有1000多个，例如在1991至2010年的平均值为1253个/年。在加拿大，龙卷风的年频率约70个/年。考虑检测系统的局限，真实的龙卷风频率可能为150个/年。

欧洲平均观测到的龙卷风大约有330个/年，其中陆龙卷170个，水龙卷160个，而实际发生的龙卷风可能有700个/年，陆龙卷300个，水龙卷390个。欧洲龙卷风多发生于英国、德国、法国和西班牙。英国在1981至2010年间平均每年大约有47.2±10.5个龙卷风，其中陆龙卷36.5±10.1个，水龙卷12.7±2.8个。法国平均每年有15至20个龙卷风。

亚洲的龙卷风发生于中国、日本、印度和孟加拉国，中国平均每年发生的龙卷风有73个；日本平均每年发生20.5个陆龙卷和4.5个水龙卷；孟加拉国平均每年发生的龙卷风有2个。大洋洲的龙卷风主要发生在澳大利亚和新西兰：澳大利亚平均每年发生的龙卷风有29个，新西兰平均每年发生的龙卷风有17个。南美洲的龙卷风多发于阿根廷中部的潘帕斯草原：阿根廷平均每年记录到的龙卷风大概有10个；巴西、智利和乌拉圭也有龙卷风的记录，巴西平均每年记录到的龙卷风有3个。

美国的龙卷风多发于春季，其次为夏季，冬季最少发生。欧洲的龙卷风主要发生在夏季，其次为秋季：英国龙卷风主要发生在秋季（9至11月），11月为龙卷风发生最多月，其次为夏季（6至8月）。德国2/3的龙卷风发生在6—8月，其中7月龙卷风发生频率达27%；法国的龙卷风多发于春季和夏季，8月发生最多；西班牙的龙卷风多发于暖季，明显的趋向于秋季。澳大利亚的龙卷风多发于初春和夏季，其次为初冬。中国龙卷风发生的季节变化特征明显，主要集中在春夏两季，尤以7月和8月最多，两月约占全年总数的50%以上。日本56%的陆龙卷发生在7—10月，其中9月最为频繁，3月最少；水龙卷主要发生在9至10月，10月最多。

美国的佛罗里达州和中南部平原是龙卷风的高发区，中南部平原称为“龙卷走廊”，其范围一般指从德克萨斯州中部向北到爱荷华州北部，以及从堪萨斯州中部和内布拉斯加东部到俄亥俄西部的区域。英国的龙卷主要发生于英格兰的东部和南部以及海峡群岛周边。德国的龙卷风多发于沿海和丘陵地区。法国的龙卷风多发于西北部、南部和东部。西班牙的龙卷风多发于地中海区域和加的斯湾附近省份。中国龙卷风一般多发生在中东部地形相对平坦的平原地区，平原多于山区；从区域尺度来看，长江三角洲、苏北、鲁西南、豫东等平原、湖沼区以及雷州半岛等地都是龙卷风的易发区；从省级行政单元尺度来看，江苏省、安徽省、广东省、河南省、湖北省是龙卷风多发的省份，黑龙江省、河北省、浙江省、江西省和湖南省等省份龙卷风的发生频次较高。1961至1993年间日本的陆龙卷和水龙卷主要发生在沿海地区，而关东地区大量龙卷风远离沿海区域。大洋洲的龙卷风主要发生在澳大利亚和新西兰。澳大利亚的龙卷风主要发生于东南部和西南部。南美洲的龙卷风多发于阿根廷中部的潘帕斯草原。巴西龙卷多发于南部和东南部。

观测实例

2020年6月17日，泰国春武里府海面出现“龙吸水”奇观。“龙吸水”是发生在海面的龙卷风。当时该地区突下大雨，并在海面形成龙卷风。巨大的龙卷风引起人们恐慌，但并未造成人员伤亡。“龙吸水”上端与雷雨云相接，下端直接延伸到水面。它一边旋转、一边移动，能把海上船只和海水吸入空中。

中国

中国大部分省（区、市）都有龙卷风的踪迹，主要发生在我国东部平原地区，1991年-2014年，我国平均每年有43个龙卷风，其中江苏和广东最多，年均龙卷风分别为5.5个和4.8个。春季、夏季是龙卷风的多发季节，4-8月龙卷风占全年的92%。

2020年6月24日下午两点半左右，内蒙古锡林浩特出现大型气旋景象。巨大的风柱连接天地，狂暴旋风形成的气流、云团不断扭曲变换形状，在黑压压的雷雨云下仿若魔幻大片。

2020年6月12日14时左右，一场龙卷风袭击江苏省高邮市。在龙卷风波及的勤王村、管伙村、浩芝村3个村庄，部分房屋、车辆受损，4名村民受轻伤。在该龙卷风袭击到来之前，江苏气象领先了46分钟，发布气象预报。

2020年7月29日下午，黑龙江省绥化市庆安县出现“龙吸水”奇观，巨大的云柱不停旋转。

2020年8月5日上午，云南大理洱海惊现“龙吸水”现象，一条巨大的水柱连通云层与洱海，场面震撼。

2020年8月5日发生于大理，洱海的水龙卷

2020年8月5日发生于大理，洱海的水龙卷

2020年8月9日下午15点30分左右，内蒙古达茂旗希拉穆仁镇呼和点素嘎查遭受龙卷风袭击。据初步统计，内蒙古龙卷风造成5户牧民受灾，天鹅湖旅游接待点受灾较为严重。33人不同程度受伤，100余顶蒙古包倾倒或受损。

2022年7月10日，黑龙江牡丹江现龙吸水奇景。

美国

当地时间2021年12月10日，美国多州遭遇龙卷风袭击。受灾严重的肯塔基州已有至少70人遇难，死亡人数恐将升至100。美国总统拜登表示，这或是美国史上最大的龙卷风之一。

中国国家国际发展合作署新闻发言人徐伟12月13日向记者表示，我们注意到近日美国多个州遭遇严重龙卷风袭击造成重大人员伤亡和财产损失，对此表示深切慰问，并愿根据美方需要向受灾民众提供紧急人道主义帮助。

预报

龙卷风的检测和预报存在3类难点：

直径小：龙卷风的直径一般在100米以下，强龙卷可达几百米到1千米左右。相比于台风、副高这些天气系统中的“大块头”，龙卷风绝对属于“小个子”。而当前我们的气象台站不够密集，以至于龙卷风经常躲过气象监测的“法眼”。

持续时间短：龙卷风强对流天气往往生成很突然，对某一地区的影响时间也相对较短，“生命史”只有十几分钟到个把小时。因此，要提前24小时或是48小时预报局部地区的强对流天气也就非常困难了。

形成环境复杂：龙卷风等强对流天气的生成和发展需要衡量综合大气条件，而这些条件往往是难以预料、不确切的，再加上不同地区之间各不相同的地形因素，也进一步增加了准确监测、预报的难度。

避险与自救措施

龙卷风发生是和强烈发展的积雨云联系在一起的，也就是通常所说的雷雨云。龙卷风出现时天空往往乌天黑地（云层低而深厚、亮度差）、电闪雷鸣、风雨交加。以春未到秋初最常见，在一天中以下午至傍晚和凌晨至早晨出现最多。当看到天空有类似的症兆就要引起注意。人群应立刻离开危险房屋、活动场所或其他简易临时住处，到附近比较坚固的房屋内躲避。在公共场所，要服从指挥，有秩序地向指定地点疏散。躲避龙卷风最为安全的地方是位于地下的空间或场所（如地下室或半地下室），地面上所有建筑物此时都不是安全躲避的场所。

在野外遇到龙卷风袭击时，不必惊慌失措，应迅速朝龙卷风移动方向的垂直方向跑动，伏于低洼地面、沟渠等，但要远离大树、电线杆、广告牌、围墙等，以免被砸、被压或发生触电事故。如在汽车中，应及时离开，到低洼地躲避，因为汽车本身没有防御龙卷风能力，一旦汽车和人同时被龙卷风卷起，危害更大。

在家遇到龙卷风时，远离和龙卷风同方向的窗、门、房屋的外围墙壁，尽可能在龙卷风相反方向角落或比较坚固的小房间抱头蹲下，保护好自己的头部。在楼上，特别是农村的楼房内，应立即暂避到一楼比较坚固的桌子底下或厕所、储物间内。这是因为龙卷风中心的气压极低，容易被龙卷风外吸、房屋倒塌而殃及室内人员安全。

在遭遇龙卷风和发生房屋倒塌、电杆折断的情况下，应及时切断电源，以防触电和引发火灾事故。如果是化工生产企业遭受龙卷风袭击，应及时关闭有毒化学物品阀门，控制化学物品泄漏，防止污染源向土壤和水面扩散，必要时组织附近市（村）民紧急转移。

龙卷风后自救互救。由于龙卷风的风力特别大，具有巨大的破坏作用，龙卷经过的区域内，房屋等建筑物常会遭受不同程度的破坏，甚至发生倒塌。因此，受龙卷影响地区的群众，尤其是家庭、邻里之间在灾后第一时间的自救互救可最大限度减少人员伤亡。被埋压人员要保持清醒头脑，尽快想法脱离险境，如果不能自我脱险时，应尽量创造和扩大安全生存空间，减少对身体的挤压，特别是对腹部以上身体部位的压物要清除或移开，加强对头部及口、鼻等器官的自我保护，等待救援。救援时要讲究方法，首先应使被救者暴露头部，保持呼吸畅通，如有窒息，应立即进行人工呼吸。其次不可生拉硬扯或使用利器硬挖被埋者，以免造成进一步的损伤，同时对伤重者及时送医院抢救。

世界纪录

24小时内发生最多的龙卷风：在2011年美国南部持续4天的风暴大爆发期间，世界气象组织在4月27—28日的24小时内记录了207个不同的龙卷风。这场龙卷风造成300多人死亡，总损失为110亿美元。（吉尼斯世界纪录）

由飓风引发最多龙卷风：纪录是119次，这一纪录是2004年9月15日至17日由飓风“伊万”在加勒比海创下的。（吉尼斯世界纪录）

最大的龙卷风：直径为4.18千米，这是在2013年5月31日由美国国家气象局在俄克拉荷马州的埃尔里诺使用多普勒雷达测量到的。（吉尼斯世界纪录）

第一个得到确认的火焰龙卷风：据雷达数据和视频资料证实，2003年1月18日，布林达贝拉国家公园的麦金特斯小屋附近发生了一场火焰龙卷风。它的移动速度约为30千米/小时，火烧最旺时，火焰龙卷风底部宽约0.5千米。这次火焰龙卷风的威力足以移动汽车，掀翻屋顶。（吉尼斯世界纪录）

伤亡情况

2022年7月20日11时40分左右，连云港市灌云县小伊等镇村受局部突发龙卷风影响，房屋受损村民569户。据初步统计，受伤人员21人，已全部送医院救治，其中，1人经抢救无效死亡，1人重伤正在抢救。

参考资料

1.龙卷风·中国气象局政府门户网站