NCSA大氣和海洋科學小組為IMAX電影《追風者》製作的龍捲風模擬。 |
龍捲風是不可預測且致命的——看看5月13日襲擊孟加拉國的龍捲風，造成至少500人死亡，多達5萬人受傷（並檢視最近的龍捲風統計資料）。
龍捲風似乎也具有不可抗拒的吸引力。勇敢的追風者競相置身於危險之中，既是為了尋求刺激，也是為了收集資訊，從而闡明龍捲風是如何形成、積聚力量和消散的。這種痴迷似乎正在蔓延：尋求刺激的人們紛紛湧入影院，觀看真實和虛構的龍捲風在美國各地的銀幕上爆炸。
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現在，人們已經很好地理解了導致龍捲風形成的基本大氣物理學。雷暴通常包含上升氣流，即大量溫暖潮溼空氣的上升湧流。當上升氣流移動時，它會旋轉；如果旋轉強度足夠大，風暴就會演變成龍捲風或漏斗雲（底部沒有接觸地面的龍捲風）。超級計算機模擬非常生動地描述了這一過程。
大多數龍捲風形成於一種被稱為超級單體的特別強烈的氣象系統中。當溫暖的上升氣流衝破上方穩定的氣層並繼續向上進入涼爽乾燥的空氣區域時，就會發生超級單體雷暴。由此產生的不穩定性會產生強大的渦旋運動，這是龍捲風的命脈（一對計算機生成的影像描繪了超級單體風暴和非超級單體風暴之間的差異）。在最猛烈的龍捲風中，風速可能接近每小時300英里。湧入龍捲風留下的低壓空隙的空氣會產生額外的強烈且可能具有破壞性的風。當龍捲風在附近時，遠離危險絕非易事。
龍捲風最危險的方面之一是它們的反覆無常。有時，上升氣流會產生龍捲風；有時則不會。科學家們仍然很難準確預測龍捲風何時何地出現；這種不確定性使得及時發出警報以挽救生命變得困難。
為了確定龍捲風形成的一些棘手細節，俄克拉荷馬州諾曼市國家強風暴實驗室的埃裡克·拉斯穆森與他的幾位同事聯合起來，開展了前所未有的精確風暴研究。研究人員將他們的專案稱為“龍捲風旋轉起源驗證實驗”，通常縮寫為方便的首字母縮寫 VORTEX。在 1994 年和 1995 年的龍捲風季節（4 月 1 日至 6 月 15 日），VORTEX 科學家攔截並監測了 10 個強烈的龍捲風。
這些研究得益於一種稱為多普勒雷達的工具，它可以以非常高的解析度測量區域性風速。在 1995 年 6 月 2 日的德克薩斯州迪米特龍捲風期間，研究人員使用了一個行動式雷達裝置（“輪式多普勒雷達”），該裝置生成的清晰影像顯示了僅 200 英尺寬的風特徵——足以清晰地顯示龍捲風、其排空的中心和周圍的碎片雲。今年，俄克拉荷馬大學的約書亞·伍爾曼和他的合作者計劃使用一對多普勒雷達，這將使他們能夠組裝更完整的三維風模式圖。
目前，VORTEX 研究人員仍在消化他們的大量資料檔案。該專案參與者的一份初步報告描述了對迪米特龍捲風的一些非常複雜的觀測結果，該龍捲風通常被認為是歷史上研究最徹底的龍捲風。
該論文中提出的一個令人沮喪的問題是這些天氣爆發的極端速度。從龍捲風形成到著地的時間不超過幾十分鐘，“這為操作觀察、識別和警告留下的時間很少”，VORTEX 團隊指出。
光學瞬態探測器是美國宇航局最近發射到地球軌道的一個實驗性探測器，它提供了可能更長時間提前預警的希望。馬歇爾太空飛行中心的休·J·克里斯蒂安領導的一個小組使用該衛星統計了大型風暴中的閃電頻率。一個發人深省的發現是，閃電頻率通常在龍捲風出現前不久達到峰值。
光學瞬態探測器還檢測到比地面觀測到的多得多的閃電——這表明產生龍捲風的風暴主要產生雲對雲的閃電。這些雲內閃電似乎主要發生在風暴增強時，因此基於太空的觀測可以幫助提醒地面上的人們注意不斷增加的龍捲風風險。
當然，龍捲風尚未被馴服——它們怎麼可能被馴服呢？但巧妙的研究和新技術至少有望減輕它們的一些威力。