本报记者 吴鹏

7月3日傍晚，辽宁省铁岭市开原市遭遇罕见龙卷风袭击。事发当时，黑云漫天，狂风大作，同时伴有降雨、冰雹。龙卷风的破坏力令人吃惊：农村地区的民房屋顶大都被掀起，有的大树被连根拔起，汽车被掀翻到数十米之外，厂房的彩钢板被拧成“麻花”……

据调查灾情的专家初步分析，此次出现在铁岭市的龙卷风实属罕见，强度等级至少为EF3级。

那么龙卷风的强度到底是如何确定的？

本文专家团队：

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室助理研究员 姚聃

中国气象局气象干部培训学院教授 俞小鼎

同济大学助理研究员 操金鑫

龙卷风的威力

龙卷风是一种剧烈旋转的小尺度空气涡旋系统，其旋转速度很快，最大风速可达100米/秒至150米/秒，即360千米/小时至540千米/小时，比高铁的速度还要快得多。据科学家估算，龙卷风储存的能量平均为10000千瓦·时，相当于一个装机容量很大的发电厂。因此，虽然其持续时间短（一般维持十几分钟到几小时）、袭击范围很小，但强风加上中心的低压可造成的破坏力极大。

龙卷风所经之处，常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象，有时会把人、畜、汽车吸卷到空中抛到其他地方，危害十分严重。据报道，龙卷风曾使一根松树枝轻易地穿透了一块1厘米左右厚的钢板，还使一根细草茎刺穿了一块厚木板，而一片三叶草的叶子竟像钉子一样，深深凿入了泥墙之中！

2016年6月23日，江苏省盐城市阜宁县出现一次强龙卷，大量树木被连根拔起、拦腰折断；大量民舍受到不同程度的损毁，有的内墙倒塌，有的全部倒塌；此外还发现大量飞射物，如多辆汽车、集装箱等被抛出数百米远……龙卷风的可怕之处可见一斑。

据统计，历史上有记录以来杀伤力最强的龙卷风为1925年3月18日发生于美国密苏里、伊利诺伊、印第安纳三州的强龙卷风，估测强度达到EF5级，导致695人死亡，是美国历史上最致命的单个龙卷风。这个龙卷风保持了多项纪录：最长移动距离（352公里），最长持续时间（3.5小时），最快的向前移动速度（117千米/小时）。有记录以来中国杀伤力最强的一次龙卷出现在1969年8月29日19时到21时的河北霸州和天津市，此次长路径EF4级剧烈龙卷共导致两地150人死亡，1612人受伤，其中重伤256人。

更为可怕的是龙卷大暴发，即同一天在较大范围内连续发生多个龙卷，如美国2011年4月27日共出现了199个龙卷，造成316人死亡。其中，34个EF3级以上的强龙卷造成了305人死亡，131个EF1级（含）以下的弱龙卷造成2人死亡。

难以捕捉的龙卷风

龙卷风的破坏力如此巨大，因此对其强度和可能给人和基础设施带来的风险进行评估就变得尤为重要，那么龙卷风强度是如何分级的呢？

众所周知，台风一般是根据中心附近最大风速来确定其等级，比如我国将风速≥51.4米/秒的台风称为超强台风。与之相似，龙卷强度等级的划分也是以近地面最大风速为依据的。然而，可能与我们所想很不一样的是，由于确定龙卷风速十分困难，因此龙卷风定级是一项非常复杂和繁琐的工作，前期需要做大量准备工作，这也主要是由龙卷风的自身特性决定的。

龙卷风的尺度小、发展快，传统的观测手段在龙卷风面前几乎一一“失效”。出现龙卷风，就好比手划拨过水面后，水面肯定会出现漩涡，但很难判断出具体在哪个点会出现漩涡。雷达6分钟扫描一次，很可能漏掉短寿命龙卷风，其分辨精度不足以捕捉小尺度的龙卷风，不可能直接观测，只能通过观测龙卷风形成的征兆进行判别。此外，雷达虽然能够观测到中气旋或者龙卷式涡旋特征结构，但由于雷达观测资料时空分辨率的制约，尚不能用这些观测数据估计地面风速来推算龙卷强度。

对于强龙卷而言，一般的观测设备很难“近身”，因此几乎没有气象观测站直接观测到龙卷，更不可能观测到龙卷中的最强风速以及风场水平分布。如果强龙卷直接扫过气象观测站，其观测设备几乎肯定会被摧毁，自然无法记录，或者在初期记录到风速快速上升过程，随后就由于被破坏而中断了；而如果观测站距离龙卷风较远，那么其测得的风速肯定会出现较大偏差。例如，2016年阜宁龙卷依据受灾情况估计的最大瞬时风速下限值为74米/秒，远大于自动气象站监测到的最大瞬时风速34.6米/秒。

既然事先几乎无法进行预报预测，在龙卷发生过程中也无法对其直接观测，那么就只剩下一条路了——事后进行灾害现场调查，这是目前分析和确认龙卷和下击暴流等导致的灾害性大风强度和精细分布的最重要手段。

“藤田等级”

在具体的现场调查中，灾害调查专家会利用相机、GPS定位仪、无人机等装备拍摄灾情照片与视频，或者通过走访目击者等方式来确定龙卷风发生的时间和地点、灾情、风向、灾害路径长度和宽度等，并可给出其持续时间、估计不同地点的最大风速和风灾级别。

例如，在2016年阜宁龙卷的灾害调查中，灾害调查组的专家在现场了解到很多房屋和一个水塔被完全摧毁；汽车被大风抛起，并插到一个废墟中；两三吨重的集装箱被大风抛起带到数百米外，并发生扭曲；原本在水中、重达一两吨的水泥船舶被大风卷起，倒扣在岸上；通信铁塔被拧成了“麻花”状。最后综合各种灾情指示物的受损程度判断，此次龙卷风的强度等级为EF4级。

这里的EF4级就是龙卷风强度等级的一种分类方法，叫做“改进的藤田等级”。

为了界定龙卷强度，美国芝加哥大学的藤田哲也博士于1971年基于龙卷路径上所造成的破坏大小和风速的对应关系将龙卷分为6个等级，从F0级到F5级，即“藤田等级”。其中，F0和F1级龙卷属于弱（weak）龙卷；F2和F3级属于强（strong）龙卷；F4和F5级龙卷则属于超强（violent）龙卷。

虽然F等级得到了广泛应用，但使用F等级进行风速估计也存在很多问题。例如，F等级没有进行过校准，尤其对F3-F5级的龙卷风速存在明显高估，而对低等级的龙卷风速存在低估，无法估计没有灾害指示物区域（比如空旷地带）的致灾风速等级，主要的灾害指示物是结构良好的框架房屋等。因此，美国得克萨斯技术大学风科学和工程中心联合多个部门专家从2000年起对F等级进行修订，称为“改进的藤田等级”，又称为EF等级。

EF等级里有28种灾情指示物，其中23种都与房屋相关，包括居民住房、公寓、学校、仓库、铁皮房屋、加油站等，其他5类分别为：电线杆、路灯杆、独立铁塔、硬木与软木。EF等级对每一种灾害指示物都给出了不同受损级别的灾害程度，涵盖了从最轻微的可见受损到最严重的完全破坏。对于每一种受损级别，EF等级均给出了其风速估计的期望值、下限值和上限值。例如，EF0级对应的风速为29米/秒-37米/秒，屋顶和壁板被破坏；EF5级对应的风速为90米/秒以上，极为坚固的建筑物也从地基被摧毁，汽车大小的物体像导弹一样被掀至100米的高空，钢筋混凝土制造的建筑物也会遭受到严重的损害，高层建筑的结构会很大程度上遭受变形。

需要注意的是，目前科学家一般用最大强度来表示下击暴流或者龙卷的强度，并未使用平均强度，比如阜宁龙卷强度为EF4级，表示其达到的最大强度为EF4级，但事实上其造成更多的灾害为EF1、EF2或者EF3级。

2007年，美国官方开始采用EF等级标准，目前加拿大、法国、日本等国也采用了该等级标准，并根据当地的灾情指示物对其进行了修正。

（来源：《中国气象报》7月12日四版）