据美联社及路透社报道，当地时间12月10日晚至11日凌晨，龙卷风等极端恶劣天气重创美国中南部多个州，造成近百人伤亡。
美国国家气象局表示，共接到来自6个州的三十余个龙卷风报告，其中包括伊利诺伊州、肯塔基州、田纳西州、密苏里州、阿肯色州和密西西比州。美国总统拜登发表讲话称，此次龙卷风或为“美国史上最为严重的龙卷风灾难之一”。
美国作为全球发生龙卷天气最多的国家之一，此次龙卷灾害为何堪称“罕见”？美国龙卷多发生在春季，什么原因导致其在冬季爆发？
中国气象报记者第一时间邀请中央气象台首席预报员张涛，广东省佛山市龙卷风研究中心主任炎利军，北京大学物理学院大气与海洋科学系教授孟智勇，中国气象局遥感应用服务中心副主任咸迪、高级工程师蒋建莹等专家，共同分析此次龙卷事件。
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这次龙卷灾害有多罕见？
影响范围广、强度大、持续时间长等，都是此次龙卷事件的特点。美国国家海洋与大气管理局10日发布龙卷风预警时表示，预计至少有2500万人会受到此次龙卷的影响。
“此次龙卷是一次大范围的强对流天气过程，多个龙卷集中爆发，堪称一支‘龙卷大军’。”张涛分析，从美国强风暴预报中心监测的12月10日至11日强对流事件实况图可以看出，共有约38个龙卷事件、258个大风事件和20个冰雹事件发生，覆盖了十多个州。
对于“龙卷大军”中单个龙卷的强度，还需灾后调查才能判断。但据专家初步估计，其中有达到EF5——即顶格强度的龙卷出没，其最强风力已远超世界上最强的台风，风速可轻松达到每小时300公里以上。美国当地气象部门评估，此次龙卷的巅峰强度发生在肯塔基州名为Bremen的小镇附近。当地影像资料显示，龙卷途经之处，房屋完全坍塌，一些建筑仅剩下地基。
此次龙卷母体风暴的移动速度很快，达96千米/小时。由于龙卷发生在夜间，加大了防灾避险的难度。
通常，龙卷属于小尺度天气过程，不仅影响范围相对较小，持续时间也不会太久。但此次龙卷事件持续了4个多小时，美国媒体提出，其中一个被称作“四州龙卷”的单体，行程超过375公里，跨越阿肯色州、密苏里州、田纳西州和肯塔基州。
炎利军认为，“四州龙卷”是龙卷单体，还是多个龙卷共同造成，尚需观测资料结合灾后调查确认。他分析，如果这是龙卷单体造成的灾害路径，那么这个单体将是最长路径的龙卷风，打破1925年“三州龙卷风”纪录：1925年3月18日的EF5级龙卷，跨越密苏里、伊利诺伊印第安纳三州，路径达352公里。
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为何冬季会集中爆发龙卷？
龙卷是强对流天气的一种，充足的水汽和不稳定能量是强对流发生的必要条件。
通常来说，美国龙卷多发于春季，且以5月份最多。由于冬季的气象条件总体不太利于强对流活动，属于龙卷淡季，特别是12月发生龙卷爆发和强龙卷的几率总体较小。但1950年以来12月发生龙卷爆发事件有20次左右，且单次产生龙卷风超过30个的事件有10次左右。
我国风云系列气象卫星也监测到了这次过程。风云三号D星监测图像显示，此次过程的主要影响天气系统为锋面气旋云系，其头部位于加拿大东南部，锋面主要影响美国中东部地区。咸迪表示，在锋面右侧出现明显的向外流出的卷云羽，说明对流层高层的辐散较强，有利于强对流天气的发生。
风云三号D星气象卫星监测图像（2021年12月11日）。张伟 制图
“从静止卫星全球拼接动态图可以发现，锋面上分布着多个亮温不同的中尺度对流云团，其最低亮温低于-70℃，这在冬季也比较罕见。”蒋建莹表示。
静止卫星全球拼接动态图。蒋建莹 制图
张涛说，龙卷发生时，在500hPa高度场上，存在深厚的西风带大槽，地面则为典型温带气旋发展。强大的高空干冷急流叠加在强盛的西南低空暖湿急流之上，冷暖交汇，造成强烈的不稳定大气层结。
值得注意的是，龙卷的发生还需要较强低空垂直风切变。孟智勇表示，12月10日，美国中南部地区有强冷锋过境，而此时，近地面气温较高，积聚了大量不稳定能量。美国当地气象机构监测数据显示，龙卷发生的当天（10日）下午，遭受龙卷袭击的地区气温上升到21.1℃至26.6℃。同时，水汽输送和低层风垂直切变条件较为有利，形成了发生大范围强对流天气的物理环境。
炎利军说，从雷达产品也可以看出，龙卷主要是在锋面前侧（暖侧）的超级单体风暴中生成的。
03
极端龙卷事件与气候变化有关？
美国高级气象学家丹·皮德诺斯基接受采访时称，在12月出现这样一个“规模庞大又强劲”的强对流系统是极不寻常的，该地区通常在5月或4月才会出现这种情况。气候变暖，似乎是这一不寻常现象的“罪魁祸首”之一。
北伊利诺伊大学气象学、知名龙卷风专家维克多·根西尼认为，尽管还需要一段时间才能明确气候变化扮演着什么样的角色，但12月美国大部分地区的温暖气团和拉尼娜现象，为“发生湍流创造了理想的条件”。
炎利军解释说，此次龙卷爆发事件是一次极端天气事件，但仅针对一次事件，还不能得到与全球变暖有关结论，尚需要大量样本来计算两者的相关性。
但可以肯定的是，全球升温使得极端天气气候事件的发生频率在增加。维克多·根西尼指出，毫无疑问，在一个不断变暖的世界里，“大气环境将更有利于寒冷季节的龙卷风事件出现”。2018年发布的最新版本美国《国家气候评估（National Climate Assessment）》中也强调了这一趋势：“未来某些极端天气的增加，如强降雨和极端高温，可能与全球变暖直接相关。其他类型的极端天气，如龙卷风、冰雹和雷暴，也正在表现出与气候变化有关的变化。”
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如此强的龙卷灾害能预报吗？
受地理环境等影响，美国是名副其实的“龙卷王国”，2000至2020年平均可记录到1141个龙卷，且每年略有增加趋势。从上世纪50年代以来，美国平均每年出现一次EF5龙卷。
历史上，造成灾害损失前十位的美国龙卷事件，人员伤亡均在百人以上。2008至2020年，美国因受龙卷侵袭，平均每年死亡人数为87人。
美国多龙卷主要是因为北美大陆东濒大西洋、西靠太平洋，南面又有墨西哥湾，水汽充沛，雷雨云容易发生发展，容易满足强对流天气的形成条件。同时，美国平原区域多，无高大山脉阻挡，因而中南部平原被称为“龙卷走廊”。
从19世纪80年代开始，美国就已对龙卷风展开研究，并发展出不断完善的预测模型。当前，在龙卷监测、预报领域，美国积累了较多成果。然而，因为龙卷尺度小不易发现、发展快不易捕捉，以及生成环境复杂，往往伴随其他天气灾害等，它仍难以预测。美国当地气象机构对龙卷的预报预警提前量仍相当有限。
目前，针对龙卷的预报预警，仍属于“世界性难题”。