龙卷风的形成原因及危害
美国是世界上龙卷风发生次数较多的国家之一，每年有1000多次龙卷风，造成了难以估计的财产损失和人员伤亡。据统计，每年龙卷风会造成90人死亡，1500人受伤。2011年在发生在阿拉巴马州和田纳西州两个州大都会区域的一次龙卷风就造成了98亿美元的损失。
龙卷风是发生于直展云系（cumuliform clouds）底部和下垫面之间的直立空管状旋转气流，是一类局地尺度的剧烈天气现象。龙卷风可见于热带和温带地区，包括美洲内陆、澳洲西部、印度半岛东北部等，常见的发生时间是春季和夏季 。
按形态和产生环境，龙卷风可分为多涡旋龙卷、陆龙卷、水龙卷等。龙卷风在观测上表现为狭长的漏斗云（funnel cloud）或类似形态的尘土/水柱。龙卷风的风速通常在30至130 米每秒，直径小于2 公里，活动范围在0至25 公里不等，持续时间在10分钟左右 。
为了缓解这种自然灾害造成的损失，需要深入了解龙卷风形成机理及内部大气流动结构。
美国每年龙卷风发生次数（来源：NOAA）
龙卷风现象（来自网络）
2011年EF5级乔普林龙卷风造成的损失（来源：FEMA）
2011年维洛尼亚龙卷风过后的场景（来源：ArkansasOnline）
龙卷风形成需要以下几个条件：
1、大气的不稳定性产生强烈的上升气流，由于急流中的最大过境气流的影响，它被进一步加强。
2、由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用，上升气流在对流层的中部开始旋转，形成中尺度气旋。
3、随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展，它本身变细并增强。同时，一个小面积的增强辅合，即初生的龙卷在气旋内部形成，产生气旋的同样过程，形成龙卷核心。
4、龙卷核心中的旋转与气旋中的不同，它的强度足以使龙卷一直伸展到地面。当发展的涡旋到达地面高度时，地面气压急剧下降，地面风速急剧上升，形成龙卷风。
龙卷风形成机理（来自网络）
为了深入了解龙卷风的内部结构，我们先了解一下雷暴和对流元。1986年Weisman和Klemp将速度至少10m/s、水平截面积10-100平方公里、贯穿对流层的强烈上升流定义为对流元。
单体对流雷暴持续时间只有30分钟-50分钟，由一条贯穿对流层的上升流组成，同时会产生冷凝水和冰雹。当上升流不足以支撑冷凝水和冰雹的重量时，这些物体开始下落，形成往下走的下降流。下降流开始抵消上升流的影响，这样单体对流雷暴就会慢慢消失。一般情况下单体对流雷暴不会进一步形成龙卷风，但可能会形成强风和冰雹。
多体对流雷暴通常有若干个单体对流雷暴组成。多个单体对流雷暴产生的下降流形成一个冷空气前锋，并可能孕育出新的单体雷暴。多体雷暴有时也被称为多体线雷暴或阵风线雷暴。如果每个形成时间不同的单体雷暴基本朝着一个方向行进，也称为多体簇雷暴。相比单体雷暴现象，多体雷暴能够不断产生新的单体雷暴，持续时间更长，影响范围更广，同时伴有强降雨和大风天气。多体雷暴中的强烈上升流中可能形成龙卷风。
超级单体雷暴通常诞生于多体雷暴中，特别是其中某一个单体雷暴持续增强，并远远超过其他单体雷暴。超级单体雷暴的特点是，强烈的旋转上升流能够与大范围的下降流共存。超级单体雷暴与高强度的龙卷风的形成存在极大关联性。
龙卷风形成机理解释及与实际对比（来源：Northern Illinois University）
1971年Fujita提出了用风速来评估龙卷风造成的损失（F级）。因为龙卷风风速比较难以测量，最常用并切合实际的做法是利用龙卷风造成的损失来评估龙卷风的强度，尽管龙卷风造成的损失与风速的关系比较复杂。1973年Fujita引进FPP参数，利用龙卷风的路径和宽度来评估龙卷风的强度。龙卷风的路径是指其实际行进的距离，除去龙卷风没有接触地面的路径长度。龙卷风的宽度是指其在垂直于路径方向上造成损失区域的平均宽度。
2007年美国国家气象局引入了EF级，在F级的基础上增加了龙卷风对建筑物和植被的损伤情况评估。
无论F级还是EF级，均未将人员伤亡情况记入其中。
F级与EF级对比（来源：NOAA）
那么面对如此自然灾害，人类应该采取什么措施呢？
最安全的做法，躲进地下室或者其他地下场所，任何地上的建筑都是不安全的。
如果没有地下室，就近躲在比较坚固的建筑物内，远离门窗。
野外遇到龙卷风的话，尽量朝垂直于龙卷风行进路线的方向逃生。如果实在太近的话，双手抱头，就近躲在低洼处，面朝下趴下。
参考文献：
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