坎坷追風(fēng)路
——佛山市龍卷風(fēng)研究中心李兆明博士談龍卷災(zāi)情調(diào)查

■ 侯美亭

【編者語】

2019年7月遼寧鐵嶺市開原遭受龍卷風(fēng)襲擊，災(zāi)后及時(shí)的災(zāi)情調(diào)查對(duì)于此次龍卷的定級(jí)起到了非常重要的作用。本刊針對(duì)我國(guó)龍卷災(zāi)情調(diào)查、災(zāi)調(diào)對(duì)于災(zāi)情預(yù)警的意義、觀測(cè)手段的進(jìn)步等問題采訪了佛山市龍卷風(fēng)研究中心李兆明博士。

侯美亭：請(qǐng)介紹龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣災(zāi)情調(diào)查的目的、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀？觀測(cè)平臺(tái)（如無人機(jī)、衛(wèi)星技術(shù)等）的進(jìn)步如何影響著災(zāi)調(diào)發(fā)展歷程？

李兆明：對(duì)龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行及時(shí)的災(zāi)情調(diào)查，有助于第一時(shí)間確定災(zāi)害類型和受災(zāi)程度。通過現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情調(diào)查，獲取強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生的視頻、照片資料，了解目擊者對(duì)強(qiáng)對(duì)流發(fā)生時(shí)聲音、天氣現(xiàn)象、時(shí)間等的描述，航拍受災(zāi)情況，科學(xué)還原強(qiáng)對(duì)流發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、路徑以及災(zāi)害情況等，為龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)資料；收集龍卷個(gè)例，分析發(fā)生龍卷時(shí)的不同天氣背景及雷達(dá)監(jiān)測(cè)特征，建立科學(xué)詳實(shí)的龍卷個(gè)例庫(kù)；了解致災(zāi)原因，尤其是造成人員傷亡的情況，為提升防災(zāi)減災(zāi)和預(yù)報(bào)預(yù)警能力提供參考依據(jù)。

圖1 本刊編輯采訪李兆明博士（右二）

信息框1：2019年我國(guó)龍卷事件發(fā)生情況

2019年我國(guó)可確認(rèn)的龍卷天氣過程有8次、共9個(gè)龍卷，龍卷數(shù)量較2004—2013年的年平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果是屬于偏少年景，龍卷發(fā)生時(shí)間集中在4—8月，其中8月最多。2個(gè)為臺(tái)風(fēng)龍卷，其他為西風(fēng)帶龍卷，臺(tái)風(fēng)龍卷個(gè)數(shù)比常年偏少，可能與2019年是厄爾尼諾年，生成和登陸我國(guó)的臺(tái)風(fēng)個(gè)數(shù)比常年偏少相關(guān)。

目前，美國(guó)和歐洲大部分國(guó)家已經(jīng)建立了國(guó)家（或區(qū)域）龍卷風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)。美國(guó)國(guó)家氣候數(shù)據(jù)中心（NCDC）和風(fēng)暴預(yù)測(cè)中心（SPC）共同建立了國(guó)家級(jí)龍卷風(fēng)數(shù)據(jù)庫(kù)風(fēng)暴事件數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋了美國(guó)1950年至今的龍卷風(fēng)數(shù)據(jù)。歐洲強(qiáng)風(fēng)暴實(shí)驗(yàn)室（ESSL）于2006年建立了歐洲強(qiáng)天氣數(shù)據(jù)庫(kù)（ESWD）。中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心于2008年開始建立中國(guó)龍卷風(fēng)災(zāi)情普查數(shù)據(jù)庫(kù)，截止目前收集整理了1984以來的中國(guó)龍卷風(fēng)災(zāi)情。

借助于觀測(cè)平臺(tái)，有助于準(zhǔn)確判斷龍卷發(fā)生時(shí)間與影響范圍，尤其是近年來無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的全方位立體觀測(cè)并進(jìn)行災(zāi)后三維重建，準(zhǔn)確評(píng)估受災(zāi)情況，為防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)（鏈接1）。

侯美亭：請(qǐng)簡(jiǎn)要介紹佛山龍卷風(fēng)災(zāi)害調(diào)查方面的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的建立和形成過程？并對(duì)調(diào)查規(guī)范進(jìn)行簡(jiǎn)要概述？另外，國(guó)際上是否也已經(jīng)建立了有關(guān)的災(zāi)調(diào)規(guī)范，如有的話，請(qǐng)進(jìn)行對(duì)比。

李兆明：2013年龍卷風(fēng)研究中心成立后，主要工作包括：強(qiáng)對(duì)流監(jiān)測(cè)設(shè)備的建設(shè)；臺(tái)風(fēng)外圍龍卷特征研究；龍卷報(bào)料機(jī)制及災(zāi)情調(diào)查規(guī)范的制定等。2015年10月4日臺(tái)風(fēng)彩虹龍卷襲擊佛山，影響時(shí)間32 min、路徑長(zhǎng)度31.7 km，23個(gè)鎮(zhèn)（街）受災(zāi)，造成死亡4人，受傷95人，受災(zāi)人口超過4.2萬，龍卷中心及局里科研業(yè)務(wù)人員都參與了此次龍卷的災(zāi)情調(diào)查，親身感受當(dāng)時(shí)受災(zāi)情況，分析不同災(zāi)情指示物的受損程度，從現(xiàn)場(chǎng)目擊者、互聯(lián)網(wǎng)、公安部門等不同渠道搜集災(zāi)情信息，逐步整理災(zāi)害調(diào)查技術(shù)文檔，2017年制定了《佛山市龍卷與雷暴大風(fēng)災(zāi)情調(diào)查技術(shù)手冊(cè)（試行）》。近4年龍卷中心參加了國(guó)內(nèi)、省內(nèi)40多次龍卷風(fēng)等風(fēng)災(zāi)災(zāi)害調(diào)查（信息框1），在實(shí)際的龍卷等風(fēng)災(zāi)調(diào)查中逐步修訂技術(shù)手冊(cè)，形成比較完備的龍卷災(zāi)情調(diào)查制度。龍卷災(zāi)情調(diào)查制度確保第一時(shí)間奔赴受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，盡可能完整地收集龍卷風(fēng)的災(zāi)情信息，建立完善龍卷風(fēng)資料庫(kù)，主要包括災(zāi)調(diào)前期無人機(jī)等設(shè)備的準(zhǔn)備與聯(lián)系受災(zāi)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T，災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照《佛山市龍卷與雷暴大風(fēng)災(zāi)情調(diào)查技術(shù)手冊(cè)（試行）》全面收集龍卷災(zāi)情信息，災(zāi)調(diào)完成后對(duì)此次過程的分析。

侯美亭：請(qǐng)以2019年開原龍卷風(fēng)災(zāi)調(diào)為例，以示意圖的形式給出龍卷風(fēng)災(zāi)害調(diào)查的完整過程。

李兆明：2019年7月3日遼寧鐵嶺市開原遭受龍卷風(fēng)襲擊，造成7人死亡，190人受傷。7月4日到6日，佛山市龍卷風(fēng)研究中心隨同國(guó)家氣象中心、遼寧省氣象局、鐵嶺市氣象局、開原市氣象局等聯(lián)合開展龍卷災(zāi)害調(diào)查，通過無人機(jī)航拍、現(xiàn)場(chǎng)勘查取證、影像資料收集、現(xiàn)場(chǎng)走訪等方式，結(jié)合多種氣象數(shù)據(jù)綜合分析研判，此次龍卷始發(fā)于金溝子鎮(zhèn)金英村北約1 km處，在瓜臺(tái)子村南約1.8 km處消散，全程直線距離約14 km，大部分路徑明顯破壞寬度約200～400 m，嚴(yán)重破壞寬度約50～100 m，最大破壞強(qiáng)度達(dá)EF4級(jí)、行標(biāo)四級(jí)，屬于超強(qiáng)龍卷。此次龍卷風(fēng)災(zāi)害調(diào)查的完整過程如圖2所示。

圖2 龍卷災(zāi)害調(diào)查流程圖

侯美亭：請(qǐng)對(duì)災(zāi)調(diào)指示物進(jìn)行介紹，如何選取和判定災(zāi)調(diào)指示物，災(zāi)調(diào)指示物對(duì)于龍卷風(fēng)定級(jí)具有什么意義？龍卷風(fēng)路徑及外圍的氣象變量具有怎樣的特征？龍卷風(fēng)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域有無氣象數(shù)據(jù)（比如來自自動(dòng)站的數(shù)據(jù)）對(duì)于災(zāi)調(diào)具有怎樣的意義？

李兆明：災(zāi)情指示物是指對(duì)評(píng)估龍卷等造成破壞程度有指示作用的物體。20世紀(jì)70—80年代Fujita根據(jù)龍卷路徑上建筑物的受損程度及其與風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系將龍卷分為6個(gè)等級(jí)，從F0級(jí)到F5級(jí)，即“藤田級(jí)別”（F-Scale），此后藤田級(jí)別法得到廣泛的應(yīng)用。2007年美國(guó)氣象局對(duì)藤田級(jí)別進(jìn)行了調(diào)整，新增了28種災(zāi)情指示物，如不同結(jié)構(gòu)、不同建材、不同高度的建筑物，電線架，塔架，硬木，軟木等，形成國(guó)際慣用的龍卷強(qiáng)度等級(jí)（EF-Scale）。2019年8月份中國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《龍卷強(qiáng)度等級(jí)》開始實(shí)施，將龍卷強(qiáng)度分為4個(gè)等級(jí)，選取的災(zāi)情指示物主要為建筑物類、構(gòu)筑物類與樹木類等。

侯美亭：高質(zhì)量的災(zāi)調(diào)面臨什么樣的科學(xué)問題？或者說，完成一次高質(zhì)量的災(zāi)調(diào)需要做好哪些準(zhǔn)備，需要對(duì)哪些方面進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查？另外，我們了解到，無人機(jī)可能是目前重要的災(zāi)調(diào)裝備之一，而無人機(jī)的續(xù)航能力可能是無人機(jī)正常工作的主要限制因子，對(duì)于這個(gè)問題，請(qǐng)問有無好的解決方法？

李兆明：災(zāi)情調(diào)查為科學(xué)評(píng)估受災(zāi)情況、檢驗(yàn)預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)效益以及服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)等方面提供依據(jù)。災(zāi)情調(diào)查評(píng)估內(nèi)容（信息框2）應(yīng)當(dāng)包括氣象災(zāi)害情況及其強(qiáng)度、出現(xiàn)災(zāi)害的原因（包括對(duì)氣候條件的科學(xué)估計(jì)）、預(yù)報(bào)服務(wù)的有效性和存在的問題以及災(zāi)后恢復(fù)生產(chǎn)的氣象建議等。完成災(zāi)情調(diào)查需要了解天氣形勢(shì)，雷達(dá)監(jiān)測(cè)實(shí)況，根據(jù)雷達(dá)上強(qiáng)回波或中氣旋位置大概確定龍卷可能發(fā)生的時(shí)間路徑等，在災(zāi)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)盡可能采訪更多目擊者獲取視頻照片資料，詳細(xì)記錄災(zāi)調(diào)路徑上的災(zāi)情指示物確定每階段的強(qiáng)度等級(jí)影響范圍等，利用無人機(jī)進(jìn)行全方位的航拍是記錄受災(zāi)情況最主要的方式，無人機(jī)電池是無人機(jī)正常工作的關(guān)鍵部件，有時(shí)候會(huì)對(duì)航拍起到至關(guān)重要的作用，2016年6月23日江蘇鹽城龍卷時(shí)，由于我們攜帶足夠的無人機(jī)電池，完成了從起點(diǎn)到終點(diǎn)的全程航拍，為調(diào)查組提供第一手的航拍資料，也為科學(xué)評(píng)估此次龍卷災(zāi)害提供依據(jù)。

信息框2：龍卷現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情調(diào)查的內(nèi)容及難點(diǎn)

龍卷現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)情調(diào)查是確定龍卷強(qiáng)度等級(jí)的主要手段，災(zāi)情調(diào)查中一般分為兩組：（1）航拍組，主要通過無人機(jī)對(duì)受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行全方位航拍，在此基礎(chǔ)上確定龍卷路徑長(zhǎng)度、不同等級(jí)破壞范圍，細(xì)致調(diào)查不同災(zāi)害指示物受損情況，確定路徑上每個(gè)階段的最強(qiáng)破壞指示物特征、位置、影響范圍等；（2）現(xiàn)場(chǎng)走訪組，主要向民眾了解龍卷經(jīng)過當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間、描述當(dāng)時(shí)情景，了解致災(zāi)原因，預(yù)報(bào)預(yù)警信息獲取情況，防災(zāi)減災(zāi)情況等。獲取龍卷相關(guān)的視頻資料存在難度，視頻資料是證明龍卷發(fā)生的最確切的資料，由于龍卷突發(fā)性強(qiáng)，可能伴隨著強(qiáng)烈的天氣過程，當(dāng)?shù)鼐用窈茈y拍攝到龍卷視頻；龍卷發(fā)生的具體時(shí)間不清晰，少數(shù)龍卷發(fā)生在凌晨，很難獲得龍卷發(fā)生時(shí)的確定信息。

侯美亭：湍流遇到熱和水汽的夾擊可引發(fā)極端天氣，例如龍卷風(fēng)?，F(xiàn)在對(duì)極端天氣（例如極端溫度、極端降水事件）的預(yù)測(cè)有了很大進(jìn)步，但是龍卷風(fēng)的預(yù)測(cè)難度相比更大，因此也產(chǎn)生了更具災(zāi)難性的影響。請(qǐng)問，相比極端溫度和降水，龍卷風(fēng)預(yù)測(cè)的難度主要體現(xiàn)在哪些方面？

李兆明：美國(guó)龍卷風(fēng)出現(xiàn)頻率高、危害大，在龍卷風(fēng)研究領(lǐng)域也起步較早，其已開展了一系列大型外場(chǎng)觀測(cè)試驗(yàn)，深入研究龍卷風(fēng)的機(jī)理問題，在龍卷風(fēng)理論研究、實(shí)驗(yàn)室模擬以及數(shù)值模式開發(fā)方面有不少進(jìn)展，其龍卷風(fēng)觀測(cè)設(shè)備也不斷發(fā)展和改進(jìn)。然而，龍卷風(fēng)在美國(guó)也難以預(yù)測(cè)，龍卷預(yù)警空?qǐng)?bào)率和漏報(bào)率仍較高。在中國(guó)，龍卷預(yù)測(cè)更難，體現(xiàn)在：1）中國(guó)龍卷發(fā)生次數(shù)不到美國(guó)十分之一，屬于小尺度天氣系統(tǒng)或者小概率事件，時(shí)間、空間隨機(jī)性較強(qiáng)，我國(guó)對(duì)龍卷的研究還處于起步階段，對(duì)其形成機(jī)理研究還不深入，目前，我國(guó)還未開展龍卷預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)，僅處于試驗(yàn)階段（信息框3）。2）龍卷風(fēng)尺度小、發(fā)展迅速，且經(jīng)常伴隨暴雨、冰雹、雷暴等災(zāi)害性天氣發(fā)生，常規(guī)觀測(cè)設(shè)備難以對(duì)龍卷生消進(jìn)行觀測(cè)。3）預(yù)報(bào)員對(duì)龍卷等小概率發(fā)生的災(zāi)害性天氣認(rèn)識(shí)不足。4）國(guó)內(nèi)龍卷觀測(cè)的志愿者、追風(fēng)者等參與度低。

侯美亭：地形被認(rèn)為是龍卷產(chǎn)生的重要影響因子之一。在美國(guó)中西部，位于落基山脈和阿巴拉契亞山脈之間的平坦而廣闊的區(qū)域是著名的“龍卷風(fēng)走廊”。在我國(guó)，龍卷高發(fā)的區(qū)域是否也存在類似的地形特征，或者說，我國(guó)龍卷高發(fā)的區(qū)域存在哪些相似或者各自獨(dú)有的特征？對(duì)于不同區(qū)域的龍卷災(zāi)害調(diào)查，是否在調(diào)查內(nèi)容、數(shù)據(jù)收集上存在一些不同？

李兆明：許多研究表明龍卷發(fā)生與地形有密切關(guān)系，通過我們對(duì)廣東省各市的龍卷歷史個(gè)例調(diào)查分析，除了地形平坦外，江河湖泊、沿海等地區(qū)對(duì)強(qiáng)龍卷生成也有一定的促進(jìn)作用，特別是喇叭口地形容易生成強(qiáng)對(duì)流天氣，也能促發(fā)龍卷的生成。江淮流域、華南、東北和華北地區(qū)東南部等地形平坦地區(qū)為EF2級(jí)以上強(qiáng)龍卷高發(fā)區(qū)。通過對(duì)廣東省各市的龍卷歷史個(gè)例調(diào)查分析也驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)。

不同區(qū)域的龍卷災(zāi)情調(diào)查，常見的災(zāi)情指示物及破壞特征有差異，比如北方龍卷災(zāi)害多以房屋受損、樹木折斷等為主，南方多以鐵皮廠房被掀翻、鐵皮被撕碎等為主，另外引發(fā)龍卷發(fā)生的天氣系統(tǒng)也不同。

信息框3：佛山龍卷風(fēng)的“一張圖”意識(shí)

為了進(jìn)一步強(qiáng)化佛山預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)支撐，提升佛山龍卷等致災(zāi)性雷暴大風(fēng)的監(jiān)測(cè)能力，預(yù)警發(fā)布能力、預(yù)警傳播能力，使佛山龍卷等致災(zāi)性雷暴大風(fēng)的預(yù)警信息發(fā)布更加精準(zhǔn)、更快速，進(jìn)一步提升防災(zāi)減災(zāi)水平，根據(jù)2017年初中國(guó)氣象局減災(zāi)司批復(fù)同意廣東佛山開展龍卷等致災(zāi)性雷暴大風(fēng)的群策群防預(yù)警服務(wù)和聯(lián)防機(jī)制試點(diǎn)建設(shè)實(shí)施方案的要求，從2017年開始，佛山市氣象局持續(xù)開發(fā)并升級(jí)佛山市龍卷風(fēng)及雷雨大風(fēng)等災(zāi)害預(yù)警信息靶向發(fā)布系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱靶向發(fā)布系統(tǒng)）建設(shè)和全市鐵皮屋和工棚等易受風(fēng)災(zāi)影響建筑物普查工作。

靶向發(fā)布系統(tǒng)的開發(fā)依托了研究型業(yè)務(wù)建設(shè)，在廣東省重點(diǎn)科技項(xiàng)目《廣東龍卷風(fēng)識(shí)別與預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究》支持下，融合了天氣實(shí)況監(jiān)測(cè)、龍卷風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、公眾實(shí)時(shí)報(bào)料等研判輔助數(shù)據(jù)，方便龍卷風(fēng)及雷雨大風(fēng)的快速判斷，融入了民政、三防、公安、國(guó)土、環(huán)保、電力、交通、海事等多個(gè)部門的設(shè)施信息，方便應(yīng)急物資和救援力量的快速指揮調(diào)度，融入了鐵皮屋和工棚、電力設(shè)施、學(xué)校、地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)、?；菲髽I(yè)等易受氣象災(zāi)害影響主體的責(zé)任人信息，方便預(yù)警信息的快速靶向精準(zhǔn)發(fā)布。系統(tǒng)還建立了龍卷風(fēng)個(gè)例庫(kù)。

靶向發(fā)布系統(tǒng)的建設(shè)大大增強(qiáng)了佛山市氣象局的強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警發(fā)布能力，在2018年兩次龍卷過程中發(fā)揮了重要作用，其中在2018年6月8日臺(tái)風(fēng)“艾云妮”影響期間，首次利用系統(tǒng)成功發(fā)布了龍卷警報(bào)，在2018年9月17日，臺(tái)風(fēng)“山竹”影響期間，再次利用系統(tǒng)精準(zhǔn)靶向發(fā)布。

侯美亭：請(qǐng)對(duì)佛山龍卷風(fēng)研究中心建立的龍卷風(fēng)檔案卷宗情況及建檔意義進(jìn)行介紹？

李兆明：佛山市氣象局2016—2019年共參加了40次龍卷等致災(zāi)雷暴大風(fēng)的災(zāi)情調(diào)查工作，每次災(zāi)調(diào)按照災(zāi)調(diào)準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)調(diào)以及災(zāi)調(diào)分析三個(gè)步驟進(jìn)行，最后確定風(fēng)災(zāi)類型和強(qiáng)度，形成年度災(zāi)情調(diào)查檔案，對(duì)于龍卷風(fēng)的個(gè)例，錄入龍卷風(fēng)個(gè)例庫(kù)，為龍卷等強(qiáng)對(duì)流的研究累積個(gè)例數(shù)據(jù)。

侯美亭：每年春夏，美國(guó)沿著“龍卷風(fēng)走廊”追風(fēng)的志愿者人數(shù)眾多，請(qǐng)簡(jiǎn)要介紹一下美國(guó)的追風(fēng)志愿者的形成過程及對(duì)龍卷風(fēng)預(yù)警具有怎樣的幫助。相比美國(guó)，我國(guó)的追風(fēng)志愿者隊(duì)伍尚不成熟，那么美國(guó)的追風(fēng)志愿者對(duì)于我國(guó)構(gòu)建類似的隊(duì)伍具有哪些啟示？

李兆明：美國(guó)國(guó)家氣象局在20世紀(jì)70年代開展志愿者項(xiàng)目——SKYWARN計(jì)劃，到目前為止約有35萬～40萬名訓(xùn)練有素的強(qiáng)對(duì)流天氣觀察員參與其中，主要職責(zé)是識(shí)別和描述局地的強(qiáng)風(fēng)暴，并向當(dāng)?shù)貧庀缶帧?yīng)急管理者和新聞媒體提供及時(shí)準(zhǔn)確的強(qiáng)對(duì)流天氣報(bào)告，為氣象部門及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)布龍卷風(fēng)預(yù)警、強(qiáng)雷暴預(yù)警和山洪預(yù)警提供了很大幫助。美國(guó)國(guó)家氣象局為志愿者提供以下培訓(xùn)：雷暴發(fā)展的基礎(chǔ)；風(fēng)暴結(jié)構(gòu)的基本原理；識(shí)別潛在的惡劣天氣特征；報(bào)告哪些信息；如何報(bào)告信息以及惡劣天氣安全基本常識(shí)等。龍卷的突發(fā)性和尺度小，常規(guī)氣象觀測(cè)儀器難以捕捉，追風(fēng)志愿者為龍卷的發(fā)生、發(fā)展提供了可靠實(shí)用的觀測(cè)實(shí)況，為龍卷的預(yù)報(bào)預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)，是我國(guó)發(fā)展的趨勢(shì)。

侯美亭：天氣預(yù)報(bào)能力的進(jìn)步與觀測(cè)技術(shù)的變革緊密相關(guān)（鏈接1），我們得知，佛山市龍卷風(fēng)研究中心采用陣列天氣雷達(dá)，用7部相控陣天氣雷達(dá)（信息框4）來探測(cè)龍卷風(fēng)。請(qǐng)介紹一下相控陣陣列天氣雷達(dá)的布設(shè)時(shí)間、選址依據(jù)等。

李兆明：在省氣象局、市委市政府的大力支持下，佛山市相控陣天氣雷達(dá)網(wǎng)項(xiàng)目從2019年年初開始籌建工作，經(jīng)過規(guī)劃、選址、招投標(biāo)、項(xiàng)目施工等工作，2019年9月開始在三水區(qū)安裝第一臺(tái)相控陣天氣雷達(dá)，11月初陸續(xù)在順德區(qū)和三水區(qū)安裝3部，11月中旬完成4部相控陣陣列天氣雷達(dá)布設(shè)，預(yù)計(jì)2020年上半年將完成3部相控陣天氣雷達(dá)的布設(shè)。根據(jù)佛山地區(qū)的地形地貌特征和當(dāng)?shù)氐某擎?zhèn)建設(shè)規(guī)劃，嚴(yán)格按照《局地天氣雷達(dá)選址規(guī)范》的要求，重點(diǎn)考慮歷年佛山市區(qū)發(fā)生過龍卷風(fēng)的區(qū)域，綜合考慮雷達(dá)性能，確保在三維覆蓋區(qū)能達(dá)到最佳探測(cè)效果和三維覆蓋范圍最大化；充分考慮雷達(dá)站點(diǎn)供電、道路、用水、避雷、抗震等所需的建設(shè)成本投入和后期維護(hù)簡(jiǎn)便化。綜合考慮各個(gè)站點(diǎn)的電磁環(huán)境測(cè)試和遮擋情況以及站點(diǎn)租賃等方面因素，從三十多個(gè)預(yù)選站點(diǎn)位置中擇優(yōu)選取7個(gè)站點(diǎn)位置。

信息框4：相控陣天氣雷達(dá)

目前佛山部署的X波段相控陣?yán)走_(dá)時(shí)間分辨率達(dá)到24 s、空間分辨率為30 m。相控陣天氣雷達(dá)的快速、精細(xì)掃描可以捕捉迅速發(fā)展變化的強(qiáng)對(duì)流天氣（如中氣旋、龍卷），對(duì)于監(jiān)測(cè)生命周期非常短的龍卷風(fēng)等具有更大的時(shí)空優(yōu)勢(shì)，能夠得到更加細(xì)微的時(shí)空結(jié)構(gòu)特征。

波長(zhǎng)較短的無線電波在傳播過程中會(huì)被大氣中的水汽所吸收，并且波長(zhǎng)越短這一影響越大，無線電波的傳播距離就因此受到了影響，限制了使用這一頻段的雷達(dá)的探測(cè)距離。故與S波段雷達(dá)相比，X波段雷達(dá)衰減更快，因此需要多部組網(wǎng)觀測(cè)。

相控陣天氣雷達(dá)以及在此基礎(chǔ)上的陣列天氣雷達(dá)技術(shù)，以其協(xié)同、全空域、超高分辨率的監(jiān)測(cè)為準(zhǔn)確預(yù)警提供主要的觀測(cè)支撐。

侯美亭：能否詳細(xì)談一下佛山的7部相控陣陣列天氣雷達(dá)在探測(cè)龍卷風(fēng)上有什么樣的技術(shù)優(yōu)勢(shì)（尤其是相比其他多普勒雷達(dá)）、其功能如何發(fā)揮？對(duì)龍卷的早期預(yù)警能力帶來哪些方面的提升？

李兆明：隨著相控陣技術(shù)的日趨成熟，采用相控陣技術(shù)的天氣雷達(dá)可以更好地探測(cè)和跟蹤快速變化的中小尺度天氣系統(tǒng)，提高對(duì)災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力，服務(wù)于氣象防災(zāi)減災(zāi)。

佛山采用的是天氣陣列雷達(dá)，是一種新型分布式相控陣天氣雷達(dá)。該陣列雷達(dá)采用7個(gè)相控陣收發(fā)子陣進(jìn)行嚴(yán)格協(xié)同掃描，將雷達(dá)的體掃時(shí)間由目前的6 min提高到24 s，更重要的是通過高度協(xié)同可以獲得龍卷風(fēng)的精細(xì)風(fēng)場(chǎng)，這是一個(gè)從傳統(tǒng)的以強(qiáng)度監(jiān)測(cè)為主到流場(chǎng)結(jié)合強(qiáng)度的一個(gè)根本性轉(zhuǎn)變，將推動(dòng)龍卷風(fēng)預(yù)報(bào)預(yù)警方法和思路的變革。將陣列雷達(dá)和傳統(tǒng)雷達(dá)有效結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，形成互補(bǔ)，是最大發(fā)揮雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)效益、提高龍卷監(jiān)測(cè)和預(yù)警的有效方法。

龍卷的預(yù)警時(shí)效一直很難提高。目前，國(guó)際上對(duì)于龍卷平均預(yù)警時(shí)效約15 min，通過縮短雷達(dá)的體掃時(shí)間，可以提高龍卷預(yù)警時(shí)效，比如將雷達(dá)體掃時(shí)間由目前的5～6 min提高到1 min甚至更短，有可能再提高龍卷預(yù)警時(shí)效0～5 min。能否進(jìn)一步提高呢？從龍卷母體風(fēng)暴到龍卷發(fā)生，流場(chǎng)的演變能更早的預(yù)示龍卷的出現(xiàn)。所以獲得龍卷發(fā)生前后對(duì)流風(fēng)暴精細(xì)流場(chǎng)是提高龍卷預(yù)警的有效途徑，因此，陣列天氣雷達(dá)提出的流場(chǎng)結(jié)合強(qiáng)度場(chǎng)的龍卷監(jiān)測(cè)預(yù)警思路，有望從根本上改善當(dāng)前的觀測(cè)環(huán)境和觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

信息框5：火龍卷概念模型

火龍卷是一種旋轉(zhuǎn)的火柱和煙柱，其風(fēng)速可比擬真正的龍卷風(fēng)，但其十分罕見極具破壞性?；瘕埦砜梢詮牡孛嫖杖缛紵脑局惖乃槠⑵渚淼胶苓h(yuǎn)的地方，從而不可預(yù)測(cè)地引發(fā)新的火災(zāi)。在空中旋轉(zhuǎn)的火龍卷可以產(chǎn)生自不同的來源，比如沿地面的風(fēng)，其產(chǎn)生的漩渦是水平的，但野火產(chǎn)生的熱空氣，由于有浮力，向上流動(dòng)?；鹧嬷腥紵臍怏w使空氣升溫，從而加速向上運(yùn)動(dòng)，使火焰旋轉(zhuǎn)成細(xì)長(zhǎng)的管狀。當(dāng)漩渦變薄時(shí)，它就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來，直到一個(gè)高大的、緊緊旋轉(zhuǎn)的火柱形成。

火龍卷形成機(jī)理圖（引自Scientific American）

侯美亭：請(qǐng)結(jié)合佛山2019年12月出現(xiàn)的林火談一下佛山出現(xiàn)火龍卷的可能性，以及氣象雷達(dá)是否具備對(duì)林火、乃至火龍卷的監(jiān)測(cè)能力？

李兆明：火龍卷是由灰燼與火焰組成的，通常是旋風(fēng)與不斷增加熱量的火焰形成龍卷風(fēng)形狀的渦旋（信息框5）。由于在火場(chǎng)中心釋放出大量上升的熱空氣，低氣壓使得外面的冷空氣從各個(gè)方向迅速地向火場(chǎng)中心涌入，這就形成了颶風(fēng)般的火風(fēng)暴。雖然火龍卷的物理特性目前已經(jīng)被很好地理解，預(yù)測(cè)其何時(shí)何地出現(xiàn)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

2019年12月佛山森林火災(zāi)發(fā)生后，我們進(jìn)行了一些災(zāi)情調(diào)查。通過這次火災(zāi)，我們也進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)龍卷風(fēng)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的雷達(dá)產(chǎn)品在火災(zāi)發(fā)生初期確實(shí)能提供火災(zāi)預(yù)警信息，尤其是X波段雙偏振雷達(dá)的偏振參量為識(shí)別火災(zāi)提供有益參考，我們正在做進(jìn)一步的研究。

鏈接1：專家點(diǎn)評(píng)

廣東省氣象臺(tái)首席預(yù)報(bào)員伍志方

近年來，龍卷、下?lián)舯┝?、?qiáng)雷暴大風(fēng)等激烈的強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成的嚴(yán)重威脅越來越受到廣泛關(guān)注，如2015年6月1日強(qiáng)颮線引發(fā)的強(qiáng)雷暴大風(fēng)使“東方之星”輪船在長(zhǎng)江中游湖北監(jiān)利水域傾覆造成442人遇難，2016年6月23日江蘇阜寧強(qiáng)龍卷造成99人逝去、大量房屋夷為平地。隨著手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和公眾防災(zāi)意識(shí)的提高，越來越多的龍卷、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣實(shí)況被拍攝并上網(wǎng)，氣象部門獲得的信息來源明顯增多，但龍卷、下?lián)舯┝鞯戎聻?zāi)性大風(fēng)的強(qiáng)度、致災(zāi)路徑等僅僅依靠公眾拍攝的視頻、照片無法獲取，而現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害調(diào)查則可以區(qū)分龍卷、下?lián)舯┝鞯戎聻?zāi)性大風(fēng)的種類，明確其強(qiáng)度、路徑、影響范圍、時(shí)間等，結(jié)合雷達(dá)、自動(dòng)站等監(jiān)測(cè)資料，為龍卷、下?lián)舯┝鞯葟?qiáng)烈的強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展機(jī)制的科學(xué)研究和預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

多普勒天氣雷達(dá)是對(duì)龍卷、下?lián)舯┝鞯葟?qiáng)對(duì)流天氣最有效的監(jiān)測(cè)手段之一，但龍卷（或微下?lián)舯┝鳎┚哂谐叨群苄?、移速很快、?duì)流時(shí)間很短的特點(diǎn)，以目前業(yè)務(wù)上使用的多普勒天氣雷達(dá)完成一次體掃需4～6 min，難以及時(shí)捕捉到其精細(xì)的演變過程；而隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，相控陣天氣雷達(dá)被引入氣象探測(cè)領(lǐng)域。相控陣天氣雷達(dá)具有快速且精確轉(zhuǎn)換波束指向的能力，能夠在1～2 min內(nèi)完成全空域的掃描，同時(shí)獲取大量氣象信息?？焖俑麦w掃數(shù)據(jù)（1～2 min間隔），可探測(cè)分析出龍卷超級(jí)單體中，中氣旋的加強(qiáng)和下降、整層旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等發(fā)展和演變的細(xì)微特征。快速更新的相控陣天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)使預(yù)報(bào)員能夠快速跟蹤、判識(shí)超級(jí)單體內(nèi)中氣旋和入流的增強(qiáng)以及龍卷渦流的移動(dòng)等，有助于預(yù)報(bào)員更早發(fā)布龍卷警報(bào)。X波段相控陣?yán)走_(dá)有其固有缺陷—即衰減和監(jiān)測(cè)范圍相對(duì)較小，因此建立相控陣?yán)走_(dá)網(wǎng)可彌補(bǔ)單部雷達(dá)因強(qiáng)降水衰減造成的無法探測(cè)區(qū)域，同時(shí)擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍。