冲上云霄

龙卷风

邪恶的旋风会给机场和飞机造成严重破坏


在美国中部的“龙卷风胡同”平原上缠绕龙卷风裙摆。尽管罕见,但龙卷风可能会损坏机场和飞机,而造成它们的暴风雨常常需要大幅度的偏离。
卡斯滕·希恩(Karsten Shein)
Comm-Inst气候科学家

A在日落后的阴暗和大雨中,甚至塔台控制员都没有看到它的到来。一名滑到最远跑道的通勤飞行员是第一个看到它的人。

他的翅膀在突然的风中摇摆,他无线电广播,无助地看着灰色的漏斗越过机场边界围栏,可能在他前方500英尺处,驶向机库区域。

空中交通管制立即下令停止地面并匆匆撤离了塔楼。不到一分钟后,危险就过去了,但是在那一分钟,龙卷风产生了300英尺宽的一堆扭曲的碎片。

值得庆幸的是,只有轻伤,龙卷风使主要航站楼得以幸免,成千上万的乘客在等待他们的航班。

但是,通用航空机库受到了直接打击,数十名飞机所有者将在早上致电保险公司。即使只是快速移动的空气,龙卷风也只有几英寸,是地球上最猛烈的天气现象。

尽管如此,龙卷风往往不是飞行员通常会认为对其飞行有危险的东西–与产生龙卷风的湍流,结冰,风切变甚至雷暴不同。但是,龙卷风确实有危害航空的历史。

1981年10月,一架Fokker F28在离开RTM(荷兰鹿特丹)后无意中飞入了龙卷风。随后发生的坠机事故夺去了17条生命。调查人员注意到,压力高度计急剧上升和下降,与龙卷风内部急剧的压力下降相对应,飞机在几秒钟的过程中遇到+6.8至-3.2 G的压力,使右翼脱离。

中旋流器(顶部)和钩状回波(底部)的移动多普勒雷达图像,提供了典型的龙卷风雷达特征。该雷达直接对准2009年6月5日在怀俄明州发生的活跃龙卷风。

一名警察报告说,这架正在分解的飞机从1200英尺高的云层降下。更常见的是,龙卷风袭击机场并损坏停放的飞机。它们还会破坏房屋,企业和社区,有时会影响拥有或使用您的飞机的人和企业。

此外,由于是飞行员,您的乘客和老板们都希望您成为公司天气知识的代表。这就是为什么了解龙卷风对任何飞行员都很重要的原因,无论他们是否在“龙卷风胡同”中生活和飞行。

转身

无论是以西班牙语动词tornar(转弯)还是名词tornillo(螺钉)来命名,龙卷风都是快速旋转的空气柱,与雷暴的地面和底部接触。因此,虽然水龙卷是龙卷风的一种类型,但从技术上讲,尘暴,龙卷风和龙卷风不是。

龙卷风是看不见的,因为它们只是风,但是龙卷风的强烈低压经常将水冷凝成漏斗状的云,从而使龙卷风具有独特的视觉形象。

一旦龙卷风接触地面,它也可能会扬起灰尘,污垢和碎屑,从而在其底部产生碎屑云。

漏斗云可能会在没有龙卷风的情况下发生,只是从风暴底部延伸而下。但是,漏斗云的存在通常表明龙卷风已嵌入其中,并且漏斗尚未完全凝结到地面。

在这些情况下,表面上有或没有漏斗的旋转的碎屑云将表明正在进行龙卷风。尽管龙卷风已经被科学地研究了一个多世纪,并且现代技术使大气科学家能够在其结构内部进行观察,但从超级电池向龙卷风超级电池过渡的机制仍不完全清楚。

气象研究和观测表明,龙卷风通常在它们成为将云层和地面连接起来的楔形或绳索之前很久就开始形成。最重要的龙卷风是大型旋转的超级单体雷暴的一部分。

向下气流阵风锋与流入风暴的向上气流的温暖空气相互作用产生的低水平风切变可以使空气旋转。在风暴单元内,旋转的上下气流相互作用,在风暴后部附近产生一个称为中旋风的区域。

中气旋垂直延伸到风暴的下2/3。在中气旋周围,向下的气流将其拉向云层的底部。中旋流器最终可以作为旋转的壁云在云层下方延伸。

当风暴单元的后侧下降气流下降并旋转时,它将围绕中心轴产生低压,从而将空气向内吸入,将其集中到地面的一小部分区域,并产生许多龙卷风的共同楔形或倒锥形状。

当旋转的空气半径朝向地面减小时,旋转速度(和风速)会增加,这与花样滑冰运动员不同,后者向内伸胳膊以增加其在冰上的旋转。如果旋转增加足够,并且下降的空气不太冷,则可能导致龙卷风。

同样,龙卷风涡旋降低的中心压力也将风暴下方的温暖潮湿空气作为旋转上升气流吸入。快速的流入迫使向下的空气垂直反转,而不是像典型的向下爆发那样在地面扩散。

取而代之的是,龙卷风“眼睛”周围的区域被称为拐角区域,那里的风从表面边界层(仅几米深)流入,从水平流向垂直流过渡,将向下的气流夹带到向上的气流中。

双胞胎“龙卷风”龙卷风通常较弱,形成于水面上,但它们会在岸上移动并造成破坏。一场风暴会产生多场龙卷风。

漏斗云

在边界区域上方,沿逆时针方向(在南半球为顺时针)向内吸入了更多的温暖和潮湿的空气,以向上升气流供水,但不如接近地面时剧烈。

进入空气的温度和压降会产生冷凝物,形成漏斗云以使龙卷风可见。

在地表空气相对干燥的情况下,可能不会形成漏斗云,并且龙卷风将仍然难以看见,除了地表的碎屑云和上方的暴风云可能旋转外。像飓风中的眼墙一样,拐角区域是漩涡中最剧烈的部分,也是发现碎片云的地方。

使用移动多普勒雷达,拐角区域(距地面约100 ft [30 m]处)的风速已超过300 mph(484 kph),上升气流可能超过150 mph(240 kph)。

对于航空而言,重要的是,要远离雷暴,这是另一个原因,那就是表面碎片(甚至鱼和青蛙)可以并且已经向空中举起了数万英尺,可以降落100英里(160公里)以上)。即使是一块小小的岩石,其撞击速度也可能高达数百节。

龙卷风统计

当我们想到龙卷风时,我们经常将它们与美国中部广阔的农田联系起来,俗称“龙卷风胡同”。但是,除南极洲外,在每个大陆上都观察到了龙卷风。

实际上,尽管最剧烈和破坏性最大的龙卷风发生在从德克萨斯州北部到达科他州,从阿拉巴马州北部到密歇根州的东部地区,而美国的龙卷风是次高频率地区(欧洲)的4倍,历史上最致命的龙卷风发生在孟加拉国。

因为即使使用雷达网络,我们仍然无法准确估算每个龙卷风的速度,所以我们依赖于气象学家泰德·藤田(Ted Fujita)于1971年首次设计的类别评级,该评级基于龙卷风的破坏路径估算风速。

F0与轻度伤害和风速小于73 mph(也是热带风暴和飓风之间的阈值)有关。风速增加到F5,风速超过261 mph时将“不可思议的损坏”与风速联系起来。在2007年,更多有关风和破坏的数据将Fujita F标尺替换为增强型Fujita(EF)标尺,从而将EF0风设置在65-85 mph之间,将EF5设置在200 mph以上。

由于EF量表易于向公众翻译,因此EF量表已被全世界的气象服务机构广泛采用。龙卷风的统计数据揭示了它们广泛的特征。正如人们所期望的,EF0和EF1最常出现,因为通常需要非常强的超级电池才能产生更高的EF龙卷风。

另外,最容易遇到龙卷风的地方实际上是佛罗里达,那里几乎每天从弱到中等的风暴细胞会产生频繁的水/土地喷口,被归类为龙卷风。在热带辐合带海风暴中也经常遇到水龙卷。

正如大多数龙卷风相对较弱时一样,它们也大多是短命的,通常仅持续几分钟才消散。短途旅行,移动不到一英里(1.6公里);移动缓慢甚至静止;且路径狭窄,宽度小于330英尺(100 m)。

但是,龙卷风可能达到极限。 1925年3月,横跨密苏里州,伊利诺伊州和印第安纳州的三州龙卷风达到了创纪录的73英里/小时(117公里/小时)的前进速度,切断了219英里(352公里)的路程,历时3.5个小时,造成695人死亡。

尽管大多数龙卷风发生在下午,是因为它们依赖强风暴,而强风暴又需要白天加热才能达到峰值强度,但通宵通行的锋利锋面和中尺度对流系统在所有时间都产生了毁灭性的龙卷风。

许多夜间龙卷风是最致命的一次,仅仅是因为它们使大多数人入睡,而那些清醒的人可能无法发现在黑暗中接近的龙卷风。此外,那些有组织的对流系统有时还会引发龙卷风爆发,涉及数十到数百个龙卷风。

Anadarko确定附近的巨型EF3楔形龙卷风。有些龙卷风可能很宽,云底很低,以至于很难像龙卷风一样区分。如果条件合适并且云层似乎延伸到地面,则假定它是龙卷风。

预测

龙卷风形成的有利条件已为预报员所熟知,但对龙卷风的实际预测仍然难以捉摸。我们看到这样一个事实,即训练有素的龙卷风研究人员试图拦截龙卷风进行研究(追逐风暴)只是在地图上选择可能发生飓风风暴的较大区域,但是他们很少能够预测何时何地发生暴风雨会及时产生龙卷风将其拦截。

同样,预报员,例如位于诺曼OK的NOAA风暴预报中心的预报员,将发布有关时空上空的超细胞形成和龙卷风活动可能区域的预报。但是这些是非常笼统的界限,通常会覆盖数千平方英里和几个小时的时间。

对于航空而言,如果该区域至少覆盖3000平方英里(7800平方公里),并且在sigmet的2小时持续时间内强烈风暴(4级以上)会影响该区域的40%,则这些区域将转换为对流sigmet。 。在sigmet(或更简单的评论)中,“龙卷风”一词将始终被拼写清楚。

但是,即使未特别提及龙卷风,在Sigmet地区的风暴也有可能成为龙卷风。此外,尽管未明确提及龙卷风,但TAF和区域预报也将传递雷暴的可能性,前者距机场5英里。

如果机场在对流sigmet内,或者有利于强风暴的条件,则对附近雷暴的任何预测都应视为潜在的龙卷风威胁。

龙卷风手表

由于龙卷风通常只会影响地面上的飞机以及机场,房屋,企业和社区,因此飞行员,简报员和管制员也应密切注意气象部门发出的强烈雷暴和/或龙卷风手表。

在某些地方,尤其是龙卷风罕见的地方,严重的雷暴监视将包括龙卷风的可能性。在美国,当预报或有能力产生龙卷风的强风暴临近该地区时,将发布龙卷风手表代替严重的雷暴手表。

暴风雨或龙卷风监视应被视为应对最坏情况的机会,例如回顾遇到龙卷风或极端天气情况时的处理方法。你知道你要住哪里吗?您有应急物资可供使用吗?

关于您的飞行操作,您可以提前起飞时间从该区域撤离飞机吗?您知道在哪里可以找到龙卷风避难所或其他加固的室内空间吗?机场是特别危险的地方,因为具有大横截面的大型机库建筑通常无法抵御强风和飞扬的碎屑,而且一英亩的开阔空间几乎没有地方遮挡暴风雨或龙卷风。

如果天气雷达显示龙卷风特征,或者如果训练有素的风暴发现者已经看到龙卷风,则将针对该位置和风暴运动顺风地区发出龙卷风警告。那时,或者无论您是否实际发出龙卷风,无论是否发出警告,都必须寻求安全。

在强烈的夜间暴风雨之后,2018年4月,在HOU(德克萨斯州休斯顿)的一个坍塌的机库下方损坏了Learjet 45。龙卷风被认为不太可能发生,观测到的40英里/小时的狂风和高达60英里/小时的阵风比龙卷风袭击时要平静得多。

保持安全

与某些神话相反,龙卷风可以袭击任何地方,包括城市,山脉,河流甚至机场。随着龙卷风的临近,大型机库和地面飞机都不是理想的地方。如果时间允许,请抛弃它们并寻求更安全的住所。

在龙卷风地区,包括机库在内的大多数建筑物都将具有专用的龙卷风遮蔽物,通常是位于底楼或地下室的加固室内空间。

寻找龙卷风庇护所的迹象。在没有这种情况的情况下,请在占地面积较小的室内空间中寻找庇护所,最好在墙壁上进行加固,例如环绕洗手间的管道。

楼梯间也可以提供一些保护。不要浪费时间尝试打开窗户或固定松散的物品。龙卷风移动很快,即使已经妥善保管,它们的暴力力量也可能撕毁或击倒大多数物体。

尽管几乎没有记录到的龙卷风袭击飞机致死的人的事件,但从机动车中有充分的证据表明,他们没有提供任何实质性的龙卷风保护,如果在车外找到庇护所,您会更安全。

如果您在大门口或停在FBO,请尽快将机组人员和乘客转移回建筑物。在露天,最好的避难所是涵洞或景观中的其他低点。通常,滑行道和跑道的一侧或两侧都会有排水沟。

同样,在散布在机场周围的小型公用block房的后风中避难所也可以提供一些保护,防止吹碎屑。关键是要在您和任何飞行的碎片之间设置一个实质性的障碍,或者使自己尽可能成为碎片的目标。

请记住,最强的风刚好在地面之上,而这些风携带的碎屑构成最大的危险。重要的是,即使在滑行飞机上,也不要试图越过龙卷风。龙卷风可以快速移动,并且它们可能会不规则地运动。

大风暴甚至可能会产生多个龙卷风,这意味着您可能正在从一个龙卷风中奔跑而直奔第二个涡流路径,而第二个涡流可能不那么可见。但是,我们常常可以从空中看到天气的进展。

如果您要避开风暴并注意到它们似乎是超级单元,或者甚至看到在其下方形成了漏斗,请发送pirep或只是提醒ATC,以便它们可以中继信息。在龙卷风的情况下,给人们尽可能多的预警是一切。


Karsten Shein是ExplorEiS的联合创始人兼科学总监。他曾是Shippensburg大学的助理教授和NOAA的气候学家。 Shein持有具有仪器等级的商业许可证。

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