本報記者 吳鵬
7月3日傍晚，遼寧省鐵嶺市開原市遭遇罕見龍捲風襲擊。事發當時，黑雲漫天，狂風大作，同時伴有降雨、冰雹。龍捲風的破壞力令人吃驚：農村地區的民房屋頂大都被掀起，有的大樹被連根拔起，汽車被掀翻到數十米之外，廠房的彩鋼板被擰成「麻花」……
據調查災情的專家初步分析，此次出現在鐵嶺市的龍捲風實屬罕見，強度等級至少為EF3級。
那麼龍捲風的強度到底是如何確定的？
本文專家團隊：
中國氣象科學研究院災害天氣國家重點實驗室助理研究員 姚聃
中國氣象局氣象幹部培訓學院教授 俞小鼎
同濟大學助理研究員 操金鑫
龍捲風的威力
龍捲風是一種劇烈旋轉的小尺度空氣渦旋系統，其旋轉速度很快，最大風速可達100米/秒至150米/秒，即360千米/小時至540千米/小時，比高鐵的速度還要快得多。據科學家估算，龍捲風儲存的能量平均為10000千瓦·時，相當於一個裝機容量很大的發電廠。因此，雖然其持續時間短（一般維持十幾分鐘到幾小時）、襲擊範圍很小，但強風加上中心的低壓可造成的破壞力極大。
龍捲風所經之處，常會發生拔起大樹、掀翻車輛、摧毀建築物等現象，有時會把人、畜、汽車吸卷到空中拋到其他地方，危害十分嚴重。據報導，龍捲風曾使一根松樹枝輕易地穿透了一塊1釐米左右厚的鋼板，還使一根細草莖刺穿了一塊厚木板，而一片三葉草的葉子竟像釘子一樣，深深鑿入了泥牆之中！
2016年6月23日，江蘇省鹽城市阜寧縣出現一次強龍捲，大量樹木被連根拔起、攔腰折斷；大量民舍受到不同程度的損毀，有的內牆倒塌，有的全部倒塌；此外還發現大量飛射物，如多輛汽車、貨櫃等被拋出數百米遠……龍捲風的可怕之處可見一斑。
據統計，歷史上有記錄以來殺傷力最強的龍捲風為1925年3月18日發生於美國密蘇裡、伊利諾伊、印第安納三州的強龍捲風，估測強度達到EF5級，導致695人死亡，是美國歷史上最致命的單個龍捲風。這個龍捲風保持了多項紀錄：最長移動距離（352公裡），最長持續時間（3.5小時），最快的向前移動速度（117千米/小時）。有記錄以來中國殺傷力最強的一次龍捲出現在1969年8月29日19時到21時的河北霸州和天津市，此次長路徑EF4級劇烈龍捲共導致兩地150人死亡，1612人受傷，其中重傷256人。
更為可怕的是龍捲大暴發，即同一天在較大範圍內連續發生多個龍捲，如美國2011年4月27日共出現了199個龍捲，造成316人死亡。其中，34個EF3級以上的強龍捲造成了305人死亡，131個EF1級（含）以下的弱龍捲造成2人死亡。
難以捕捉的龍捲風
龍捲風的破壞力如此巨大，因此對其強度和可能給人和基礎設施帶來的風險進行評估就變得尤為重要，那麼龍捲風強度是如何分級的呢？
眾所周知，颱風一般是根據中心附近最大風速來確定其等級，比如我國將風速≥51.4米/秒的颱風稱為超強颱風。與之相似，龍捲強度等級的劃分也是以近地面最大風速為依據的。然而，可能與我們所想很不一樣的是，由於確定龍捲風速十分困難，因此龍捲風定級是一項非常複雜和繁瑣的工作，前期需要做大量準備工作，這也主要是由龍捲風的自身特性決定的。
龍捲風的尺度小、發展快，傳統的觀測手段在龍捲風面前幾乎一一「失效」。出現龍捲風，就好比手劃撥過水麵後，水面肯定會出現漩渦，但很難判斷出具體在哪個點會出現漩渦。雷達6分鐘掃描一次，很可能漏掉短壽命龍捲風，其分辨精度不足以捕捉小尺度的龍捲風，不可能直接觀測，只能通過觀測龍捲風形成的徵兆進行判別。此外，雷達雖然能夠觀測到中氣旋或者龍捲式渦旋特徵結構，但由於雷達觀測資料時空解析度的制約，尚不能用這些觀測數據估計地面風速來推算龍捲強度。
對於強龍捲而言，一般的觀測設備很難「近身」，因此幾乎沒有氣象觀測站直接觀測到龍捲，更不可能觀測到龍捲中的最強風速以及風場水平分布。如果強龍捲直接掃過氣象觀測站，其觀測設備幾乎肯定會被摧毀，自然無法記錄，或者在初期記錄到風速快速上升過程，隨後就由於被破壞而中斷了；而如果觀測站距離龍捲風較遠，那麼其測得的風速肯定會出現較大偏差。例如，2016年阜寧龍捲依據受災情況估計的最大瞬時風速下限值為74米/秒，遠大於自動氣象站監測到的最大瞬時風速34.6米/秒。
既然事先幾乎無法進行預報預測，在龍捲發生過程中也無法對其直接觀測，那麼就只剩下一條路了——事後進行災害現場調查，這是目前分析和確認龍捲和下擊暴流等導致的災害性大風強度和精細分布的最重要手段。
「藤田等級」
在具體的現場調查中，災害調查專家會利用相機、GPS定位儀、無人機等裝備拍攝災情照片與視頻，或者通過走訪目擊者等方式來確定龍捲風發生的時間和地點、災情、風向、災害路徑長度和寬度等，並可給出其持續時間、估計不同地點的最大風速和風災級別。
例如，在2016年阜寧龍捲的災害調查中，災害調查組的專家在現場了解到很多房屋和一個水塔被完全摧毀；汽車被大風拋起，並插到一個廢墟中；兩三噸重的貨櫃被大風拋起帶到數百米外，並發生扭曲；原本在水中、重達一兩噸的水泥船舶被大風捲起，倒扣在岸上；通信鐵塔被擰成了「麻花」狀。最後綜合各種災情指示物的受損程度判斷，此次龍捲風的強度等級為EF4級。
這裡的EF4級就是龍捲風強度等級的一種分類方法，叫做「改進的藤田等級」。
為了界定龍捲強度，美國芝加哥大學的藤田哲也博士於1971年基於龍捲路徑上所造成的破壞大小和風速的對應關係將龍捲分為6個等級，從F0級到F5級，即「藤田等級」。其中，F0和F1級龍捲屬於弱（weak）龍捲；F2和F3級屬於強（strong）龍捲；F4和F5級龍捲則屬於超強（violent）龍捲。
雖然F等級得到了廣泛應用，但使用F等級進行風速估計也存在很多問題。例如，F等級沒有進行過校準，尤其對F3-F5級的龍捲風速存在明顯高估，而對低等級的龍捲風速存在低估，無法估計沒有災害指示物區域（比如空曠地帶）的致災風速等級，主要的災害指示物是結構良好的框架房屋等。因此，美國德克薩斯技術大學風科學和工程中心聯合多個部門專家從2000年起對F等級進行修訂，稱為「改進的藤田等級」，又稱為EF等級。
EF等級裡有28種災情指示物，其中23種都與房屋相關，包括居民住房、公寓、學校、倉庫、鐵皮房屋、加油站等，其他5類分別為：電線桿、路燈杆、獨立鐵塔、硬木與軟木。EF等級對每一種災害指示物都給出了不同受損級別的災害程度，涵蓋了從最輕微的可見受損到最嚴重的完全破壞。對於每一種受損級別，EF等級均給出了其風速估計的期望值、下限值和上限值。例如，EF0級對應的風速為29米/秒-37米/秒，屋頂和壁板被破壞；EF5級對應的風速為90米/秒以上，極為堅固的建築物也從地基被摧毀，汽車大小的物體像飛彈一樣被掀至100米的高空，鋼筋混凝土製造的建築物也會遭受到嚴重的損害，高層建築的結構會很大程度上遭受變形。
需要注意的是，目前科學家一般用最大強度來表示下擊暴流或者龍捲的強度，並未使用平均強度，比如阜寧龍捲強度為EF4級，表示其達到的最大強度為EF4級，但事實上其造成更多的災害為EF1、EF2或者EF3級。
2007年，美國官方開始採用EF等級標準，目前加拿大、法國、日本等國也採用了該等級標準，並根據當地的災情指示物對其進行了修正。
（來源：《中國氣象報》7月12日四版 責任編輯：申敏夏）