在"没有"EF5龙卷风的时代: 一种评强新思维的介绍
喵喵平板撑一秒
编辑于 2024年07月04日 07:37
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共24篇

引子

Agnes Hutchinson和她的两个儿子

Agnes Hutchinson是丈夫的妻子,是孩子的母亲,但任何了解过她经历的人都会承认,她不是个幸运的人。

1947年4月9日傍晚,俄克拉何马州西部城市Woodward。Agnes如往常一样去上班,她今年28岁,在一家牛排馆做服务员的工作,她和丈夫一个上夜班一个上白班,以确保他们的两个儿子,五岁大的Lee和八岁大的Roland时刻都有大人照看。

开车去上班的路上,Agnes能看到天边高耸的云朵形似一朵巨大的花椰菜,城市西南边能看到时不时的闪电,一丝不安爬上她的心头,她拨通了家里的电话但无人接听,便只能以更快的速度来到餐厅,试图用工作消除心中的不安。

现实中,原本令人不安的景象正在演化为一场灾难。城市里的人看到一道巨大的黑漆漆的云正快速翻过西南部的小山向他们逼近,但这片云太大,直到离的真的很近,他们才意识到这是一只"饕餮巨兽"。它好像长了一张三公里长的巨大嘴巴,无时不刻不在贪婪的吸入地表之上的一切事物,又在半空中吐出房屋、车子、玻璃和泥土。

Agnes所在的牛排馆已被撕成碎片,无数的碗碟掉落一地又重新被卷起在狂风的加持下成为致命的武器,Agnes死死抱住一根电线杆,她的处境很危险,但脑中首先想到她的孩子、她的丈夫。她抬眼望向家所在的方向,却看到了本不该看到的地平线,原本眼前应该有一排排的房屋遮挡她的视线。

冒着磅礴大雨,踩着满地瓦砾,在这个最漆黑的夜晚,她前行着,一道白色闪电照亮夜空,也照亮了她面前的地基,那原本是她的家。她在这找到了两具尸体,首先是她的丈夫,然后是她的小儿子,有人帮她装运丈夫的尸体,她自己则抱着两个孩子,一手一个,一个活一个死,一路走到停尸间,她用尽全力清洗干净了她的小儿子,干净得好像他刚刚出生时那样,然后用一条毛毯把他紧紧裹住,有男人问她要毛毯理由是这对死人没用,但她一口回绝。

在葬礼上,Agnes没有哭,在之后的很长一段时间里,她都没有哭,她让自己尽可能的忙碌起来,用废墟中能收集到的一切材料给自己和大儿子搭了一间棚子作为家,闲下来时候她会呆呆的望向窗外的天空,仿佛在等待着什么。

只有时间能洗刷伤痛,几年后,Agnes再婚并又生了四个孩子,他们一家人搬到了堪萨斯州南部的一个小镇,名字叫Udall。

1955年5月25日晚上十点半,一道比最黑暗的夜空还要漆黑的身影闯入小镇,半个镇的房屋被铲平,连最坚固的学校也荡然无存,卡车被拧得像一条蟒蛇一样缠在树上,Agnes的新家再次化为乌有,但这一次她保下了她所有家人,此时此刻,这是她所拥有的一切!

Agnes所遇到的这两次天气现象被我们称为龙卷风,其中发生在1947年4月9日俄克拉何马州Woodward的龙卷风造成181人死亡,是美国20世纪上半叶最强大的龙卷风之一,评级F5。发生在1955年5月25日堪萨斯州Udall的龙卷风造成80人死亡,是美国20世纪下半叶最强大的龙卷风之一,评级F5。

F5或者EF5龙卷风,关于它们的故事从来不会令人愉快,但却是我们所生活的世界里真实存在的"怪物" 。

Agnes经历的两个F5龙卷风。左为1947 Woodward龙卷中被扔出一个半街区的20吨罐头,右为1955 Udall龙卷中被彻底扭曲挂在树上的车辆。

龙卷风,作为一种极端天气现象,即使强度很弱也具有危险性。而EF5,作为现有评价体系中最高等级的龙卷风,是地球大气运动最激烈的表现形式之一,可以造成惊人破坏。

近些年来连一些不关注龙卷风的朋友也听说到一件事:已经很久没有官评EF5了。原因并非是这种龙卷风突然从这个世界上消失了,而是评价规则所导致。在爱好者群体中,介于EF制评级和现实感知日益加大的差距,已经逐渐形成一种无需多作讨论的共识:一个龙卷风,评级是一回事,实际强度是另一回事。即使是官方调查报告,我们也可以常常看到"不排除龙卷具有更高强度可能"这样的描述。

现存评级体系的事实性缺位给了爱好者群体更大讨论空间,鉴于EF制对房屋固定问题的过度苛求,爱好者群体几乎集体自发的将环境破坏和雷达等被EF制忽视的指标重视起来,基于每个人的不同看法和个人经验,有的人会十分重视雷达表现,有的人非常重视树毁,有的人特别重视冲刷等,因而每个人都形成了对龙卷风"EF5强度"不同的标准。up主作为一名爱好者写此文目的也是提出个人的界定标准,这个标准以F制为基本理念框架,辅以对近几十年大量历史案例的分析归纳得到的经验,借鉴EF制的工程学意见,尽可能的采纳现有所有类型雷达数据,并适当增加筛选条件以保证相对可靠性。

以上这些文字看上去好像煞有其事的样子,但本文实际完全属于自娱自乐,up主对破坏分析的个人经验对有兴趣的朋友有一点借鉴那很好,如果完全没意义也很正常,在去中心化的时代里,每个人都有自己的标准,每个人都是自己的世界。

文章将分为三个部分,首先是介绍EF制现存问题,分析为什么他们无法给出EF5评级,然后是对up主区分EF5龙卷方法的介绍,最后是对北美以外情况的探讨。

第一章 EF制现状:建造一座空中楼阁

"为什么这个龙卷这么强却没有EF5评级?",up经常能看到这样的问题。绝大部分时候答案都是:它碰到的房屋质量不够格。但什么才是够格的房屋?

曾经在F制时代,一个常规的美国民宅"swept clean"就是F5评级的代名词,大约在1992年附近工程师逐渐发现,许多美国民宅的质量低劣到不需要很高风速就能摧毁。这一发现是正确的,既有理论也有现实案例的支撑,从此龙卷风评级进入了更"科学化"和"标准化"的路程,工程师大量入场,通过对一处房屋的质量进行判定从而计算出造成该房屋破坏所需要的风速进行评级,F制也进化到了EF制。

演化到现在,达成EF5评级至少需要质量特别好的房屋被完全"swept clean off the foundation"。然而理想很美好,现实却叫理想成了空中楼阁,整个美国,尤其是龙卷风活跃地区的民宅质量能达到工程师眼中"特别好"的比例极低,在很多地方几乎完全不存在这样的房屋。因此产生了如今的现象:作为破坏评价体系,一个龙卷风没有碰到房屋自然不能得到高评级,但哪怕碰到很多房屋,评级也并不能反应强度,在大量案例中哪怕很多民宅被扫平也不能得到EF4评级,更不要说EF5评级。

这就像是一个信仰者在没有天堂的世界里祈求死后能上天堂,一个找了贫困家庭男朋友的女生奢望他会给自己买爱马仕包包,一个彩票爱好者每天购买不会兑奖的彩票却期待自己会中奖一样,EF制建立在工程师基于理想主义画出的算纸上,但它在面对现实中美国房屋质量建造水平时无能为力,让原本分为六个等级的评级系统实际上只剩五个等级。

2013/5/20  Moore OK  最后一个官方评价EF5的龙卷。这是历史上最强大的"城市龙卷"之一,此处属于OKC郊区,房屋质量标准远超龙卷风走廊绝大部分区域,同时当时还处在一个评级风格还相对合理的时代,这些要素缺一不可,才能得到EF5评级。

有人会问,那为什么不干脆取消EF5,将EF4作为最高评级?答案是一个入门级别EF4和一个顶级龙卷风之间强度和能量的差距十分巨大,在一个试图相对均等风速划分的评价体系中将它们混为一谈不合逻辑。在台风中,爱好者早早已在五级飓风之中还划分出了"顶超"和"超顶超"等广为人接受的民间概念,而一个顶级龙卷风的变压程度几乎肯定是一个入门EF4龙卷的一倍以上甚至更高。除了本身风速压差的差距外,一个顶级龙卷风可以卷起更多碎屑,尤其是更重的碎屑,如各种类型车辆和罐头等,并将它们作为参与破坏的武器使用,因此一个顶级龙卷风的本身强度和破坏潜能都绝非普通EF4龙卷风可以比拟,只用一个档次区分已是基于现实的无奈之举,更不用说直接归为一个档次。

还有人问,既然EF5很难达到,为什么不相应调低每个等级入门风速让更多现有EF4龙卷获得EF5评级?答案是:已有数据表明,即使使用非常粗分辨率的雷达在连低层风速都扫不到的情况下,龙卷风实际风速也和原版F制风速表拟合度更高,在EF制现有风速表对龙卷风速低估程度大到难以估量的情况下再进一步调低每一档次评级对应风速是一个十分离谱的做法。

今年由NSSL牵头的一项研究对194组WSR-88D雷达数据的分析表明EF制评级常常将龙卷风低估两到三个级别甚至更多,而EF制一共也就六个级别。由于该数据集采用雷达精度太低且基本不涉及龙卷真正低层风速采样,因此数据集本身对龙卷风速和强度还有很大的系统性低估,由此可知继续调低EF制现有风速来配合美国低劣的房屋质量水平和EF制的工程学要求是多么离谱的想法。(https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/aop/MWR-D-23-0242.1/MWR-D-23-0242.1.xml)

还有人问,为什么美国人不能把房子造的更坚固?这是更复杂的问题,总体来说美国人喜欢木头房子,认为木头房子住起来舒服。如果使用合适固定连接地基和房屋,木头房子也可以相当坚固,但现实里我们见到的房子大部分都使用低劣的固定手段或者根本没固定,up主甚至见过用胶带粘的房子,让它们面对强龙卷风那就是螳臂当车。这其中有相当一部分原因是建造商施工时偷工减料又缺乏有效监管,但大量的房主也确实宁愿花大钱把内部装饰得富丽堂皇,也不愿意在螺丝螺帽上多花一块钱。他们不是不知道自己住在龙卷风走廊上,但这是一种罕见的天气现象,即使在美国也是。当灾难没有降临之时,所有人都以为自己至少不会是倒霉的那个。

既然质量好的房屋很难有,为什么EF制不多使用树木破坏,冲刷等环境破坏来评级?EF制中有个别环境破坏指标,但都止步于入门级EF4风速且实际上很少使用,更少会只基于环境破坏给出EF4评级,因为EF制是一个基于工程师算纸的理想主义评价系统,环境破坏风速在工程学上难以衡量,只要难以衡量就达不到"科学性"的要求,就是他们所厌弃的。

然而有意思的是,EF制目前在实践中还并不是不看环境破坏,而是使用它们给龙卷风压评级。其中有一部分确实是对环境破坏指标对合理运用,比如在一处完全铲平的房屋附近所有树木都完好,车辆没有移动,那么此处风速应该考量房屋破坏对应DOD的下限甚至更低。可更多时候,尤其是涉及高强度龙卷评级时,则是令人无奈奈何的吹毛求疵,这时候车辆有没有扔出,地面有没有冲刷这些被EF制抛弃的指标突然一股脑的冒了出来并可以作为评级的重要理由。

2014 Vilonia AR龙卷风理应得到EF5评级的房毁   一开始NWS都没有发现这个房子,发现后调查员承认其固定符合EF5级别房毁标准,但因为房屋100外的树没倒+碎屑参与破坏为理由草草评价EF4收场。这两个理由均无法站得住脚,首先100外的树毁无论如何都不可能影响该房屋评级,而且树木是否倒下本来就不该对评级有任何一点影响。碎屑参与房屋破坏只在一种情况下需要考虑其可能使房屋指标失效:即该碎屑本身接近甚至比房屋本体更大。因为任何龙卷都携带碎屑,每一个强悍龙卷都携带大量碎屑,没有人能分清哪些碎屑具体击打了哪些房屋,如果在评级中频繁使用该理由那龙卷风都不存在了。

以上仅仅是指出EF制的理想无法实现,但还没有讨论,EF制的理想本身没问题吗?我们真的可以从工程学角度对一座房屋的破坏情况给出一个具体风速数值且这个数值会和实际风速差异不大?up主的答案是否定的,以下5个理由足以说明:

1 破坏和风速对应关系不可能是完全线性的,如果使用工程师的手段评价登陆台风会发现巨大误差。

2 不同结构龙卷风制造同样一处房屋破坏风速可以差异甚大,而某一龙卷风某一时刻的结构如何难以了解。

3 EF制提倡大家既要关注被破坏的东西,也要关注没有被龙卷破坏的东西,并以没有被破坏的东西所需要被破坏的风速作为龙卷风最高风速的上界(有低取低原则)。却没有想过有没有一种可能,一样东西没有被破坏有时候只是因为最强的风力没有碰到。龙卷风内部的风力分布从来是不均匀的,一个龙卷可以边缘破坏强于中心,可以完全铲平和完全无破坏房子紧紧挨一起,工程师无法应对龙卷风内几乎时刻在发生的复杂情况。

4 同样一个龙卷风以不同角度,不同速度接近一座房屋所造成破坏可以不同,而其他假设性的情况又难以模拟。比如我们现在不清楚速度究竟在破坏中扮演多大的角色,又比如一座房屋其车库的位置和龙卷风是否从车库角度切入房屋对破坏可以造成重大影响。

5 龙卷风中携带大量碎屑并可以让碎屑参与破坏,但是如何知道龙卷风携带了多少碎屑?一个房屋破坏中碎屑参与比例如何确定?NWS曾经以此为理由将符合EF5工程学标准的房毁评为EF4,但问题是又有哪个龙卷风没有碎屑?

所有这些让问题更加复杂化,如果说基本没有碎屑参与破坏且是直线风的台风风毁,工程师评定尚能和实测有巨大差距,那龙卷以其复杂性和多变性简直他们的噩梦。

龙卷风破坏和风速的对应关系很可能比目前理解的复杂得多。该图为1999/5/3 Bridge Creek F5龙卷风巅峰时期的破坏,多个处于路径中心的电杆没有折断(远处电杆上还挂着完全扭曲的卡车),EF制认为这样的电杆在EF2风速下就能摧毁,那么按照EF制所说的"要关注没有被破坏的部分"(有低取低)原则,是否此处龙卷只有EF1强度?现实中我们可以观察到这样的电杆完全可以在比EF2标准更低得多的风速下折断(视频),那按照有低取低原则,史上最强大的龙卷是否应该不存在?这逐渐涉及到第二章up主会探讨的问题,即不同地物的风速/破坏对应关系是不同的,有一些具有更好的线性关系,有一些则更具有偶然因素,我们在判断强度时需要重视具有更好对应关系的地物指标,而我们只能从海量案例中去辨别这样的指标。

早有工程师有注意到这些问题,如EF制的创始人马歇尔。像这样有充足经验的工程师在现实案例中会考虑的更多更充分,从而更有可能给出一个适当的评级。但遗憾的是美国作为龙卷风大国,每年有一千多个龙卷风需要评级,而像马歇尔这样有丰富实地经验和对龙卷风有了解的工程师是极少的。

美国按其版图划分为大小相对均匀的区域分给WFO(weather forecast office)管辖,龙卷风发生在哪个区域就由哪个区域的WFO下的调查队的调查员进行调查和评级。现实是即使存在集中培训制度,但几乎每个WFO都有不同的评级风格,甚至每个WFO的调查队在不同的人领导期间还有不同的风格,每个调查员也有不同风格,接受过同样的工程学培训的调查员对于同一个房屋破坏可以给出非常不同的风速,因而一个力求"科学化""标准化"的制度实际上是非常主观甚至于随便的评级体系,理想再一次栽倒在现实的复杂性面前。

同一场龙卷爆发里同同一类型的房毁破坏,上面完全铲平、碎屑清空且有固定的房屋评级EF2,120mph,下面连屋顶只有轻微破坏的房屋评级EF3,140mph。说实话,如果这组对比交给同一个工程师,在相同精神状态下进行评价,怎么也不至于离谱到这个程度,但如果由不同的人来评价,其不一致性就是可以达到这样大的程度,哪怕他们有相同的受训背景。

如果一个评价体系一直很保守,那我们可以说它是错的,但至少它形成了一种风格,怕就怕在它的评价风格前后还很不一致。从F制到EF制,官方评价风格从非常开放走到了非常保守,如果我们拉一张表看美国F/EF4和F/EF5龙卷风数量在过去几十年间的变化,会发现其数量均出现了大幅下滑趋势,但这其中有多少是评价风格变化导致的?甚至有没有可能完全是由评价风格变化导致的?这已经成了未知数,而这最终会严重扰乱和影响现有数据库在气候分析中的价值,甚至导致研究者对龙卷风在变暖气候背景下的长期变化产生误判。

上图为1966/10/14 Belmond IA龙卷风的F5评级破坏,下图为2014/4/27 Vilonia AR龙卷风的低端EF4评级破坏。up主可以负责任的说上图这样的破坏放在今天最多只能评低端EF3,甚至更可能是EF2,而下图放在F制年代闭着眼睛都能给F5。几十年的跨度在气候学上并不是特别大,但已经大到足以让美国龙卷风评级风格发生翻天覆地的变化。

第二章 评价EF5:利用我们所知道的一切

根据移动雷达的发现,风速超过EF5标准的龙卷绝不会在少数(后面会介绍),然而EF制愣是十几年一个EF5龙卷都没有识别出,这是不是意味着我们应该着手寻求其他手段?up主在本篇章对于EF5级别龙卷风判定的基本方法可以用一句话总结:抛弃直接追求精准风速,偏重比例区分法。或者说,我们不需要了解究竟有多少龙卷的风速实际超过200或者300mph,我们只需要合理的从所有龙卷风中区分出一小批最强的作为最高评级龙卷风,这是一个分级评价体系应有的意义。

上一章对于EF制种种问题的介绍已经说明,以龙卷风的复杂性与目前手段之简陋,绝大部分情况下我们根本无从衡量某一个龙卷风的具体风速,但上百年的记录和统计工作已经让我们手上积累了数以万计的龙卷风案例。我们需要尽可能收集一个龙卷的所有信息,仔细观察每个龙卷风在不同指标下的表现,列出在高强度龙卷风中真正具有区分能力和一定程度理论可靠性的指标,依次为每个指标列出达到该指标EF5准入门槛的要求,并确保达到此要求的龙卷风在所有龙卷中占极小比例。

这些指标包括:

建筑物破坏

树木破坏

车辆破坏

地面破坏

特殊破坏

雷达(Nexard)

移动雷达

仍有一部分具有一定区分度但并没有入选的指标,如视频转速,诚然不同强度龙卷风在视频上具有直观视觉上的差距,但由于转速衡量标准太不清晰,难以实际运用,且大部分高强度龙卷风并不会把其最强的内核风速以视频的形式呈现,因此也缺乏参考体系,故不作为常规指标。

必须指出,即使被列入考虑范围,这些指标中绝大部分都不是完全可靠,除了风速本身难以衡量以外,我们还很难知道一些细节问题,如一个地区的树木是否存在健康问题或者某个特定地点的地表是否特别容易破坏,下文将会阐述每个指标的局限和缺点。

对于这些指标,EF制不予采纳和考虑的根本原因就在于它并非绝对可靠,但现实决定了追求绝对可靠性是一种妄想,我们只能追求相对可靠为了保证一定的可靠性,一个龙卷风有≥两条指标达到EF5准入标准才可以将其评价为EF5。之所以是两条而非更多是为了在最低的严格程度下保证一定可靠性,同时也是为了给野地龙卷风一个机会。另外up主也希望给不同结构的龙卷风一个相对均等的机会,如一个核心很大的龙卷在雷达类指标中容易有优势但却很难作出地面冲刷,一个核心很小的龙卷很难在雷达尤其Nexard雷达上达到标准,但其强烈集中的上升气流让它更容易完成车辆破坏。

需要说明的是,在两条指标之外还存在两种特殊情况。第一,评级本身需要两条指标达到EF5准入水平是因为绝大部分指标可靠性不够高,但如果某单一指标可靠性正好特别高,那么其可以构成该龙卷EF5评级的唯一指标。第二,如果某龙卷风有两条指标达到EF5准入水平,但有更直接证据表明该龙卷风明显不符合EF5标准,那么up主也无法将其评价为EF5(可靠性不够)。

另外,部分指标下分多个类型,即大指标下的小指标,一个龙卷风只要符合任一小指标EF5准入标准即构成大指标达标,同一大指标下小指标之间不可累加,只有特殊破坏指标中不属于同类型的破坏可以累加。该要求意在确保是两条不同类型的指标达标

以下up主会介绍每条指标的EF5准入门槛,说明每条指标的理论机制、现存问题和评级时的难点并在具体案例中进一步分析。案例会分为达标案例和未达标案例,在图片描述开头会标识,请注意区分。这些案例中一部分是对该指标下极端破坏的展示,另一部分是作为典型案例针对某一类特定情况、特定类型龙卷风,试图分析解决判断强度时会产生的难点和误区,并不一定代表该龙卷风最强破坏。

建筑物破坏

建筑物破坏分为三个小指标: 达到工程学EF5评价标准的FR12民宅房毁、FR12类型民宅集中房毁和其他建筑,主要是大型建筑破坏。

FR12是one and two story family residence的全称,是美国最常见的居民住宅类型,其中质量很好的那些可以在EF制中被用来评价EF4和EF5龙卷风。能被工程师使用已经说明这是我们现有的最可靠的指标,不过EF制中风速>200mph才是EF5标准,而up主对该指标准入门槛为:官方评价≥200mph的单独FR12房毁。理由是EF制创始人马歇尔层特地在一次演讲中提过200mph就是EF5。其实这话是一点没错的,考虑到现实评价的严苛程度,一处评价200mph的房毁质量必定已经超出寻常,而且请注意EF制对FR12指标DOD10的中值特地设置为200mph而非201mph,而调查员通常都会在一个DOD中使用≤中值的部分,因此该设计本来有严重的压评级嫌疑。以下是案例说明:

达标案例  2008/5/25  Parkersburg IA   此为龙卷出镇后在高尔夫球场铲平的房屋之一,该房屋在龙卷袭击时刚刚新建落成,标准施工,固定良好,是EF5房毁的典范。注意右侧图片显示房屋地下室的水泥墙壁在龙卷冲击下发生松动,镇上而来的碎屑被切割后大量堆积起来,这是顶级龙卷风的破坏。

达标案例  2013/5/20  Moore OK   摩尔龙卷风的九个EF5房毁之一,该处位于医院附近,有四个联排固定极好,使用toe nail的房屋被完全扫平获得EF5评级,马歇尔在论文说提到龙卷在此处移速很慢,不清楚是否加重了破坏。房屋背景里一大团黑糊糊的东西都是被扭曲变形堆叠起来的车辆沾满了冲刷出来的泥土。

达标案例  2011/4/27 Smithville MS  此处位于镇上东部,是Dixie极为罕见的标准施工EF5房毁。

达标案例  2007/6/22  Eile MB  这是加拿大历史上唯一官评F/EF5破坏。房屋标准施工,bolt间距很小,由于龙卷风移速缓慢,调查员在评级时曾有犹豫,但通过对龙卷视频进行分析发现龙卷一碰到该房屋就将其扯碎,因此移速不构成评级的阻碍。龙卷移速对破坏的影响一直存在巨大争议,up主的看法是:移速慢确实会加剧破坏,但前提是龙卷本身有能力完成这个破坏。如一个龙卷它本身可以冲刷草地,移速慢才会加剧草地冲刷程度,如果它原本没有这个能力,那移速再慢也不会增加它制造冲刷的机会。相比于环境破坏,移速慢对房毁是更不应该有很大影响。

达标案例  2011/5/24  Goldsby OK  这是接近龙卷路径结尾部分,一处面积很大且标准施工的房屋被完全荡平,碎屑清空,但只得到200mphEF4评价,理由是房屋附近围栏没有倒伏。可问题是该龙卷在此处是一个绳状龙卷,其宽度甚至有可能小于这座房屋,围栏没倒仅仅是因为最强的风力就没经过它,使用这样的理由就是up主所说的"有意压评级",如果以就是不给EF5评级的目的出发,任何离谱的理由都可以使用。

集中FR12房毁破坏是up主根据对历史龙卷风案例大量比对得出的指标,所谓集中就是有一群房屋,要达到EF5标准需要一片或更多街区(house width≥2)的民宅被完全铲平,碎屑高度切割和拖拽。

这并不是一个完全不考虑房屋质量的指标,而是一个结合房毁规模、房屋质量、房毁彻底程度和碎屑切割拖拽模式的四围度复合型指标。它并非简单的是四个围度都高于某一水平线就符合EF5标准,而是一个变动和弹性区间更大的指标,如果房毁规模较小,就需要更高的房屋质量或者更高的碎屑切割拖拽模式,如果房屋质量很差,就需要更大的房毁规模或者更高的碎屑模式。

该指标的准入门槛设定主要考虑两个重要案例:1998年Spencer龙卷风和今年Greenfield龙卷风,这两个高强度龙卷进镇时正好有DOW扫描到近地面高度,为我们提供了不可多得的破坏/风速对照参考,up对该指标准入门槛要求为:四维指标总体结果强于Greenfield和Spencer水平。另一个重要参考案例是2011 Tuscaloosa EF4,因为这个龙卷经过两个大城市提供了大量房毁样本又几乎是公认的长期处在EF4和EF5临界点上的龙卷风。由于这是弹性较大的指标,下面还是在更多实际案例中进行说明。

达标案例  2014/6/16  Pilger NE  该指标最典型的达标案例之一,正好一个小型街区大小的房屋被龙卷彻底铲平,房屋质量普通,但破坏彻底,碎屑切割拖拽强悍,符合EF5房毁准入门槛。

达标案例  2021/12/10 Bremen KY   此为龙卷在Bremen外围社区造成的破坏,铲平的房屋数量不算多,质量只是普通,但胜在破坏彻底,碎屑模式极为高端,符合一个EF5龙卷应有的房毁水平。这个166英里长的历史级龙卷风在七个镇上留下EF4水平破坏,在第七个也是最后一个镇才达到巅峰强度。

达标案例  2011/5/24  El Reno OK  龙卷在Piedmont附近铲平的两排小型社区,房屋质量普通(使用concrete nail),破坏不够彻底,只有个别房屋碎屑基本清空,但龙卷在此EF4宽度超过250米(规模大),中心带的碎屑切割拖拽是顶级龙卷水准,故依然符合EF5房毁指标准入门槛。

达标案例 2014 4/27 Vilonia AR 龙卷在镇上扫平整片街道的房屋,这些房屋没有一处得到评级,其质量不明,但房毁面积大,破坏彻底,碎屑切割和拖拽模式高端水准,属于顶级EF5龙卷风水平。

达标案例 1991/4/26 Andover KS 龙卷在此留下经典的视频影像记录,路径带内有个别房屋没有摧毁,但整体破坏宽度巨大,碎屑切割尤其是碎屑拖拽模式给人留下极为深刻的印象(下图),是教科书级别的顶级龙卷破坏。

达标案例  2013/11/17  Washington IL  这个案例涉及到一个问题,有很多FR12房屋看上去"铲平",实际上只是从其subfloor层面被扫平,subfloor是介于一层和地下室之间的木地板,固定通常都在木地板以下区域,木地板以上部分没有固定或者只有层与层之间的钉子固定。目前实践中,如果龙卷只扫平木地板以上部分且木地板保留在地基上则最高只有EF3评级,扫平木地板以上区域确实不需要极端风速,但由于木地板大部分人情况下已经贴地表,其是否会被龙卷掀起具有一定的偶然性,所以不能一概而论的作出判断。回到该案例中,图中绝大部分房屋都是从subfloor层面被扫平,因此该四维指标中,其房屋质量取很低一档,但此处"扫平"房屋宽度很大,碎屑切割拖拽程度非常高(此图碎屑已经清理),再考虑龙卷移速很快,故依然可以作为EF5指标。

达标案例  1925/3/28 Murphysboro IL   这是大名鼎鼎的三州龙卷风,这个龙卷造成695人死亡,比两场Super Outbreak的死亡人数相加更多,从此图可以一窥为什么这个龙卷会如此致命,除了强度强、路径长外,它实在是太大了!我们很难想象如此巨大的核心破坏宽度会出现在一个60mph+高速移动的龙卷上面,可以看到在巨大破坏范围内有零星房屋幸免一难,这是多涡旋龙卷风的特点,而这也引申到一个问题,该四维度指标对多涡旋龙卷是否适用?答案是依然适用,只不过需要更多关注多涡旋龙卷风在路径带内作出破坏部分的是否足够彻底。另外,100多年前美国的房屋质量是否会太差?答案是至少不会比现在差很多,尽管当时没有足够的施工质量统一标准,但在有施工标准的现在几乎没什么房子是能达到标准的,因此这一百多年美国的民宅建造质量其实就没什么长进。回到此处破坏,如此惊人的破坏规模,彻底的破坏程度自然是符合EF5准入门槛的。

未达标案例 2024 5/21 Greenfield IA 龙卷铲平一条街对面6-8处民宅,房屋质量普通,破坏面积不大,最重要的是碎屑切割大小与前面达到EF5指标的龙卷相比有明显差距。该龙卷在DOW上有高达318mph的风速却没能在房毁指标中达到EF5标准,听起来是一件奇怪的事情,具体会放在移动雷达篇章中讨论,但至少侧面可以说明达到该指标准入标准门槛之高。

未达标案例  2023/3/24  Rolling Fork MS   这是龙卷即将出镇时铲平的整片Manufactured home double wide,简称MHDW,这种房屋基本一碰就碎,没有质量可言,故原则上MHSW和MHDW类型住宅破坏不构成EF5准入门槛,除非其能达到或者超过1991 Andover在Golden Spur Mobile Home Park破坏水准。此图破坏场面看上去吓人,但考虑到房屋质量水平,此处的破坏彻底程度和碎屑切割拖拽和1991 Andover仍有明显差距,故不构成达标案例。

除了民宅建筑外,还有大量其他类型建筑,如商业建筑、工厂、公寓、高楼、学校、教堂、医院等等。这些建筑各自有不同建造方式,以美国来说工厂常常使用钢框架结构,商业建筑常为砖砌为主的砖木建筑,学校多为CMU墙壁水泥填充有时配合H钢框架结构,医院更多采用混凝土结构。以上仅仅是最基本的特征,实际上这些建筑几乎"千人千面",无法像民宅一样用过去样本简单套用在某个新的破坏上,因此这些建筑破坏up主更愿意采纳工程学意见。达到该指标EF5准入标准的破坏可以构成EF5评级的唯一理由。

达标案例  1999/5/3  Bridge Creek OK   这是被完全摧毁的Emerald Springs Apartments。这里不是龙卷风的巅峰,甚至不是龙卷在摩尔段的巅峰,但依然造成历史最强公寓破坏之一,两层公寓建筑被荡平,获评F5。

达标案例  2007/5/4  Greensburg KS   这是龙卷在镇内几乎推平的学校教学楼,为三层砖砌结构,在学校指标中取最高破坏程度DOD的中间值评级高端EF4,但参与评级的EF制创始人马歇尔在一次演讲中提到该学校破坏实际可以符合EF5标准。

达标案例  2013/5/20  Moore OK  这是龙卷在进镇时袭击的Briaewood High School,原评级为EF5,后降格为高端EF4。其建筑主体为四个相连的教学楼构成的复合体,采用H钢框架结构,大号CMU模块组成墙壁浇灌水泥并以粗钢筋加固,屋顶为工业制厚铁皮,基本已经属于钢混类型建筑。龙卷将其中一个教学楼基本铲平(除了男女厕所),并将大量扭曲变形的车辆和10吨水罐扔在未被铲平教学楼的屋顶。考虑到该建筑用材结构以及该处骇人的环境破坏水平,up主认为这必然是EF5达标破坏,甚至应该是龙卷风大型建筑、钢混建筑破坏的代表之一。该图也可以看出,通常被认为是楔形龙卷的13摩尔,其风力最强部分也依然集中在一个很小的区域里,仅仅只有一个教学楼的宽度,事实上90-95%以上的EF5级别龙卷都倾向于在近地面有一个小核心,所以再不要说一个龙卷不够大就是不够强。

未达标案例  2021/12/10  Mayfield KY  这是西肯塔基大龙卷在Mayfield市中心造成的破坏,多处商业建筑被完全铲平或接近完全摧毁。需要考虑到这些都已经算历史古建筑了,有的岁数超过150年,美国很多城市市区里都保留有很多建造年份很早的砖木结构商业建筑,这些建筑体量可以很大,却没什么质量可言,更不用说不少已经年久失修,塌了你都不知道是哪里出了问题,所以尽管场面上看起来比较吓人,却不能构成EF5达标指标。

树木破坏

树毁指标中可以构成EF5标准的小指标有三个,分别是:剥皮、灌木破坏和树木倒伏模式。

在老F制中树木剥皮本身就是F5指标,后经过工程师测算,在EF制中剥皮只作为EF3指标出现,其顶格风速刚刚落在EF4区间内,而据悉在未来新版EF制,剥皮指标将彻底退出历史舞台,据称原因又是因为“风速难以衡量”,毕竟工程师追求的是绝对可靠性,难以衡量的事物就是他们最讨厌的东西。

强悍龙卷可以完成剥皮的原理在于它可以将卷起的物体切割变小,从而加速这些物体的移动速度,这些物体以高速撞击树木表皮会将树皮刮去,形成剥皮,事实上并不只有龙卷可以剥皮树木,一些情况下冰雹也可以完成剥皮,其原理是类似的。这至少意味着两件事:一个可以完成剥皮的龙卷风具有能力将物体切割成小件,这个龙卷风力强到足以将碎屑加速到完成剥皮的程度。

同时我们可以想到,一个经过城镇的龙卷可以携带比野地龙卷多得多的碎屑,因此比野地龙卷更容易完成剥皮,有人因此对该指标不屑一顾,认为这只是区分龙卷是否经过房屋的指标,拥有这个观点的人一定没有对历史案例进行过仔细观察,这是一个久经考验,积累了海量案例的老牌指标,事实上"大量树木剥皮"几乎从来不会在低于中等EF4水平的龙卷中发生,无论其经过多少房屋。

因此,up主对剥皮指标的EF5准入标准为:大量树木(一整片、多排或更多)被严重剥皮(至少50%以上面积),具体数量可根据龙卷遇到的树木数量进行调整。

该指标实际运用难点在于,不同种类树木的剥皮难易程度是很不同的,在EF制中只简单区分了硬木和软木,硬木比软木更难剥皮,硬木中也有一些特别难以剥皮甚至可能无法被剥皮,软木有的用手随便一扣树皮就掉了,因此软木剥皮够到EF5标准需要达到更多剥皮树木数量(一整片或更多树林)、更高剥皮率(接近或达到全部剥皮)。另外有的树种本身就有蜕皮现象或者本身是病木或者遭遇过野火树皮脆弱,另有一些树种具有渐变色树皮,如处在龙卷中心容易使人误以为该树木被"剥皮"。不同季节的树木很可能被剥皮难度不同(冬季可能更难),在一些地区因为树种的问题,几乎没有龙卷能做到强悍剥皮。

达标案例 2011 4/27 Hackleburg AL 龙卷风进入Hackleburg镇前的一片街区内树木全部剥皮,以龙卷的移速,这样的破坏几乎是在瞬间完成的,这是顶级龙卷风的强大实力。

达标案例  1899/6/12 New Richmond WI   19世纪破坏最强大的龙卷风,造成接近120人死亡。这是龙卷在Main Street附近将大量高大硬木完全剥皮的彩色修复图,是绝对的EF5级别破坏。

达标案例 1999/5/11 Loyal Valley TX 此为当地特殊树种Mesquito tree,以具有韧性难以被摧毁著称,然而该龙卷在几乎完全野地情况下完全剥皮整片的Mesquito Tree树林,是该指标下最顶尖的破坏之一。

达标案例 2013/5/20 Moore OK 此处为摩尔进镇前在May Avenue造成的可怕硬木剥皮,像这样程度的剥皮几乎贯穿这个龙卷一生,显示其具有非凡的强度和稳定性。

2011/5/24 El Reno OK  龙卷在Piedmont附近将各类大型硬木完全剥皮,一辆被扔出超过700码的红色SUV被挂在图片后面的树上成为该龙卷标志性的破坏之一。

达标案例 2020/4/12 Bassfield MS 龙卷在Willie Fortenberry Road的顶级剥皮,路径中心一整片树林在基本没有房屋碎屑参与下被彻底剥皮,并且被削得如同一根根牙签般立在地上。NWS称这是他们辖区内见过的最强树毁,不排除该破坏有子涡旋参与的可能。

达标案例  2014/4/28  Louisville MS  这是龙卷在中前期完成的软木剥皮,上文提到软木剥皮比较容易完成,但该龙卷将多片软木树林彻底剥皮,数量十分巨大,故符合EF5准入标准。

未达标案例  2024/5/6  Barnsdall OK 此处为龙卷前期野地上的树毁,可以看到大量树木被去皮,但是更仔细观察会发现不少树木都有火着痕迹(黑色部分),很难判断野火对这些树木外皮的影响有多大,但出于可靠性考虑,up主无法认定其达到EF5准入标准。

未达标案例  2020/8/14  Agua Doce, Brazil  up主曾经见过有人认为该图片中树林几乎被全部剥皮,但这其实是最常见的一种剥皮误认,即树木在折断过程中将树皮撕了下来,而折断这样细高的软木树林树木并不需要很高风速。

灌木在学术上有多种不同定义,这里的灌木主要是指松柏类常绿低矮灌木。其目前最常被使用的场景是帮助NWS压低某些被铲平房屋的风速,理由是附近灌木没有破坏。但是灌木真的容易破坏吗?根据up主的观察,松柏类灌木几乎不太会被EF4以下的龙卷风破坏,也基本不会在台风中被破坏,其根系强韧树叶都很难被吹落,因此其在EF4和EF5级别龙卷风中表现出明显破坏区分度。up主对该指标的EF5准入标准界定为:整排或多处松柏类灌木被彻底摧毁。

达标案例  2007/5/4 Greensburg KS   此处为镇北部龙卷出镇时将松柏灌木所有树叶树皮去除,像一根被啃光肉的鱼骨一样插在地上,类似的顶级灌木破坏在绿宝镇内外还有其他多处。

达标案例 2016/5/25 Chapman KS 这是龙卷在扭曲铁轨和EF4评级点附近的极端灌木破坏。

达标案例 2011/4/27 Smithville MS 此处为龙卷进镇碰到的第一个房屋,房屋周围的灌木被彻底摧毁,龙卷风完成多处极端松柏类灌木破坏,有的几乎都看不出灌木曾经存在过的痕迹。注意图3右侧大型硬木被彻底剥皮,此处地面也被严重冲刷,可以说哪怕Smithville只经过这一个房子,也可以符合up主的EF5评价标准。

对于树木倒伏模式的研究早在藤田时代就有,却在最近十年才又被重新捡回来研究,研究主力是加拿大的调查团队,他们对2018年的Alonsa EF4的树木倒伏模式进行了细致模拟,并在论文中提到,根据倒伏模式该龙卷可能具有EF5级别风速。根据up主自己的观察,倒伏模式对东部地区快速移动的龙卷风更有用。首先一个快速移动的龙卷能做到任何程度的倒伏对称性就不算简单,NWS培训手册也提醒调查员,在东部地区不要因为树木具有一致性倒伏就认为其不是龙卷,对于一个本身转速不足100mph却以60mph移速移动的龙卷风来说,其弱侧风速弱到不足以造成任何破坏,所有破坏都集中在其强侧自然会造成树木单一方向倒伏,通常都是倒向其路径前进方向。当我们将龙卷风转速逐渐提高,如提高到200mph,此时一个60mph移动的龙卷弱侧也有较强风力能破坏树木,且龙卷本身的抽吸力可以让树木倒伏模式呈高度幅合状态,中心两侧的树木破坏对称性也更高。在加拿大调查团队的研究中还提到一种特殊的倒伏模式称为backward Clconvergent pattern(反向幅合模式),在该模式下树木在靠近龙卷中心处倒伏方向偏向其移动方向的反方向,Alonsa也是因为出现这种倒伏模式才被研究团队认为具有EF5风速。

EF5风速下树毁倒伏模式的模拟  (https://www.mdpi.com/1999-4907/12/1/17)

倒伏模式对于树种类型是有要求的,它适用于那些在强龙卷中更倾向于倒伏而非折断的树种,它们通常都出现在东部地区,恰好美国东部龙卷多发地区尤其是整个南方地区土地面积占比最大的就是树林,因此该指标的研究前景广阔,对于野地龙卷风的强度判断有至关重要的作用。需要说明由于该指标是在近十年才被重新重视,对它的研究目前还是进行时,其在高强度龙卷中的样本积累量也有限,因此需要暂时把该指标的EF5准入门槛拦得很高以减少不确定性。入门门槛为:移速超过50mph的龙卷风具有明显核心带和中心两侧高度对称性、具有整齐度的倒伏树木,倒伏模式呈明显反向幅合模式。

达标案例 2011/4/27 Smithville MS 此为龙卷出镇后在树林中破坏,其具有明显中心带,两侧树木以巨大曲率向中心反向幅合,在靠近中心区域树木倒向几乎完全指向龙卷前进方向的反方向。这意味着在龙卷行进时,其巨大的压差使得处于其前方的树木持续不断的提前向龙卷中心幅合状倒伏。注意该倒伏模式和上文提到模拟的相似性。

达标案例  2011/4/27  Hackleburg AL  此为龙卷刚刚出Phil Campbell镇上进入一片树林中的破坏。在此图往左一点出画框区域,龙卷刚刚在即将出镇地方造成一处著名的剥沥青破坏,此图右侧远处龙卷铲平大量房屋并制造高端碎屑模式,因此龙卷在图片所在处的强大是容易想见的,其树毁模式和上图Smithville的几乎如出一辙。Smithville和Hackleburg这两个公认的,427当天甚至是历史上最强大的龙卷之一,恰好都有最出色的树木倒伏模式之一,说明该指标在高强度龙卷风中很可能确实具有很好区分度,其又有如此广泛的适用性,可以说是现在up最感兴趣,接下来会进一步积累收集案例的指标之一。

据悉,未来EF制树毁指标会新增"扔树"指标并可以使用在EF4+龙卷评级中,扔树过程分为"拔"和"扔"两个动作,它需要龙卷风不仅有强劲的上升气流,也需要其具有一定的水平风速,但目前为止up主还没有在高强度龙卷风中发现该指标具有很强区分能力,后续有待进一步学习和观察。

车辆破坏

在F制中,车辆只要被扔出超过100码远就是F5指标,并且当时还真的使用这个指标评过F5,这在如今来看是不可想象的事情,因为车辆破坏甚至不是EF制中的指标。从此就可以反映出F制设计和EF制设计的根本区别,F制中之所以扔车100码外,造成剥皮就是F5指标是因为这些属于“奇观”,F5是有能力制造“奇观”的强烈旋风,这样的奇观越多,得到F5评级的概率就越大。EF制则会告诉你我们不知道如何衡量一辆车扔出的具体风速,因为这取决于车子本身的情况,比如重量甚至是流线型特征,车辆抬起的角度等等,因需要考虑到因素太多而无从算起。

up主评价体系的理念更接近F制而非EF制,只是F制受限于其年代,当时大家还不知道原来龙卷扔出车子100码不算是一件"奇观",而是相对容易的事情。现如今距离F制发布已经过去五十多年,在这期间我们累计了比当时多得多的案例足以让我们有信心更好的指出什么样的破坏才算"奇观"。而车毁又是所有破坏中最具有"奇观"属性的,几乎所有去过强悍龙卷风破坏现场的人都会被扭曲的车辆感到惊叹,曾经阜宁立新村的居民在接受采访时表现他们实在想不通,他们使劲用榔头砸自己车也砸不成这样,风是如何把车子吹成这样的?

龙卷风破坏车辆的原理简单的说就是"撞击",既可以是重物高速撞击车辆,也可以是车辆高速撞击地面或房屋,也可以是车辆在空中和其他重物互相撞击导致车体变型扭曲或者散架。很显然只有足够强大的龙卷风才可以把车辆或其他重物加速到碰撞后足以使车体严重扭曲的程度,并且强悍龙卷风内部有更强的上升气流将车辆抬升到更高高度,从而在其落地时制造更强破坏,所以车辆破坏确实可以区分龙卷风强度,尤其是龙卷风垂直风速强度。Grazulis曾经提到在他评价1950年前龙卷时,车毁是他在那个资料匮乏年代最值得被参考的指标,尤其在于其一目了然且容易作为一种"奇观"而留下影像记录。

车毁作为一个指标的缺陷在于单一车毁的不可靠性,实际案例中我们确实会见到一些明显EF2-3级别龙卷风中一定存在极个别高端车毁,工程师马歇尔曾经提过,一个特定车毁其风速范围完全可能在120-220mph之间,误差高达上百mph,EF制不考虑某一指标并非全无道理,但根据对历史案例的阅览,up主发现如果一个龙卷风多次且以一个相对较高比例制造强悍车毁时,它几乎肯定是一个非常强悍的龙卷风。

因此车毁EF5准入门槛为:有多量(≥2)车辆车身扭曲,经过城镇的龙卷风至少需要5处或以上的车身扭曲车毁,车毁数量越少,越需要越高的车毁强度才可达标,且根据城镇规模、碰到车辆数量成比例的调整所需高端车毁数量。可以纳入考量的车辆类型重量需至少是小轿车/小皮卡起步,特别脆弱的车型破坏不能做算。对于超大型、超重量级车辆的破坏可以纳入特殊指标考量,除此之外,出于可靠性的考量,单个车毁无论多么极端,都不构成EF5指标。以下为实际案例:

达标案例 2014/6/16 Stanton NE 这是龙卷生命后期经过841st Rd时的破坏,上图是一辆甚至都看不出是车的卡车,下图是一辆被半埋进草地的只剩框架的皮卡,均被龙卷扔出400码。尽管该龙卷只有两个车毁,但都是最极端,扭曲程度最高的车毁,作为碰到车辆很少的野地龙卷风,它已经尽其可能展现出了强大实力,故符合EF5准入标准。实际上既然up主之前提到单一车毁破坏存在较大不确定性,那两个车毁必然依然存在不确定性,但对于野地龙卷风,这是一个可靠性和有限指标之间的平衡,而up主只要求相对可靠性。

达标案例 2016/5/25 Chapman KS 这是这个维持长达93分钟龙卷风接近末期的破坏,图中是一辆油罐车被龙卷卷起后高速砸向一台联合收割机,这辆罐车在碰撞后直接成了车.zip,几乎是被压缩成了片状!从车头前部的白色底盘你可以看出这辆车原本车头应有的宽度,这样的破坏已无疑反映该龙卷具有可怕实力,而龙卷在此处还彻底扭曲了多辆皮卡和卡车,其中有的车被彻底拆卸,还有的直接消失都没能找到。

达标案例  2011/4/27  Smithville MS  这是一辆只扔了很短距离的车辆,龙卷将车卷起后以巨大的风速迅速往下甩,一侧轮胎几乎半压进地表,强大的挤压力量把车压到看不出形状,以一种诡异的方式几乎是"站"在地面上。Smithville的种种现象都提醒着人们,这不是一个普通的龙卷风,这甚至不是一个普通的EF5,像这样极端的车毁在镇上比比皆是。

达标案例 1999/5/3 Bridge Creek OK 此为龙卷在Willow Lake附近强度巅峰时期的破坏,图中左侧和中间红色和白色部分均为被完全变形几乎成球状的车辆,这样的破坏都是龙卷以极强风力将它们裹挟而来直接拍击在树丛中造成。Bridge Creek是历史上制造高端车毁数量最多的龙卷风之一,类似这样的破坏在路径上时有发生,"史上最强之一"是对其恰如其分的形容。

达标案例  1965/4/11  Dunlap IN  Palm Sunday大爆发中最强大的龙卷风,龙卷扭曲并长距离扔出了大量车辆,在图中近处和远处都能看到高端车毁。

达标案例  2023/3/31  Keota IA  这是龙卷EF4评级点的东北方向,大量车辆被扔出并严重扭曲,有的车身消失不见。这个龙卷强度可能有很高上限,但在车毁之外无法再找到第二个符合EF5准入门槛的指标。

未达标案例  2020/3/28  Jonesboro AR   该龙卷造成的强车毁是比较令人疑惑的问题,其在城内建筑破坏均在EF3水平,强度最多能摸低端EF4的边,但却可以找到数辆扭曲较严重的车辆。有人直接根据车毁认为龙卷具有EF5强度,还有人认为这进一步说明车毁对强度判断无用,但其实需要注意:第一,扭曲最严重的车辆,也就是图中这辆,是美国的邮政车,它们的车身相当脆弱,属于容易破坏扭曲的车型。第二,龙卷中前期经过数个大型停车场,碰到大量车辆,这些车毁应该被放在稍后会介绍的车辆集中点小指标中衡量。所以,当看到一个极端车毁时,先不要着急说EF5,先问两个问题:这是什么类型的车?龙卷经过了多少车,有没有停车场等车辆集中摆放点?有些类型的龙卷风确实可能比另一些类型更容易完成车毁 如上升气流在风速中比重占比较大的龙卷,而Jonesboro在作出强车毁时恰好就是这种类型的龙卷(视频判断),但考虑到前述的两个问题,其车毁相对其他指标偏强幅度并没有达到无法解释的水平。

未达标案例  2013/2/10  Hattiesburg MS   图中龙卷将一辆车腰斩两截,可问题是,这个破坏需要很大风速才能完成吗?答案是不需要,图中车子后面以及车上散落的一地瓦砾已经说明该破坏是由高空重物砸落造成的,属于无效车毁。有效车毁是指龙卷将某重物加速或将车辆加速进行碰撞发生的破坏,而高中重物砸落破坏取决于高空重物的重量和下落高度,与龙卷实力基本无关。

除了车毁程度外,扔车距离作为F制车辆指标的设计初衷也在考虑范围内,但根据up的观察,该指标的可靠性不如车毁程度来的高,主要有两个原因:首先,扔车不一定真的是"扔"车,更准确的说是移动车辆,因为龙卷也可以拖拽或者翻滚车辆将其移动出一段距离,其"含金量"与真正的扔车不可同日而语,而很多时候我们无法判断一辆车是否真的是被"扔出"的。第二,野地龙卷风因为没有障碍物通常可以将车辆移动更长距离,城镇龙卷风由于地面障碍物阻碍,车辆常常在起飞阶段就被打断,因此很难长距离移动。由于不确定性更高,该指标up主给出的准入门槛也会更高:城镇龙卷至少需要10辆或更多车辆扔出城镇100码以上,野地龙卷至少需要两辆或更多车辆扔出超过半英里。且均以龙卷遇到车辆数量成比例的提高该准入门槛。出于可靠性的考量,单个扔车无论多远都不构成EF5指标。能达到这一标准的龙卷风非常少,但仍然可以列出几个案例。

2011/5/24 El Reno OK 这是龙卷在Piedmont附近Northridge Drive的一个小型社区的破坏,该社区并不大,只有两排房屋,但龙卷硬是从这样一个小型社区中拖拽扔出了超过一打车辆,其中不少都扭曲变形甚至被拆卸成零件。即使是这样难以够着的指标依然少不了2011 El Reno龙卷风的身影,我们必须得庆幸这个小型社区已经是龙卷路径上遇到的民宅最密集区域,如果将龙卷路径往南平移两英里,它将连续贯穿El Reno和Piedmont镇上。

达标案例 2011/4/27 Smithville MS 刚刚提到该扔车指标对野地龙卷和城镇龙卷有不同衡量标准,因为野地龙卷更容易把车辆携带很远,然而Smithville龙卷居然在镇上将包括卡车在内多辆车子扔出一英里左右或更远,据up所知历史上没有龙卷风可以做到这点。图1中红线是一辆扔出0.92英里远红色SUV的飞行路径,车辆首先在图片下方出画框处的房子附近起飞,可以看出来龙卷核心非常细小,而SUV几乎是飘在龙卷右侧外围区域,之所以我们能知道这点是因为图片中心高45米的水塔接近顶部位置有一个坑印(图2),坑印中残留了一些红色车漆痕迹事后化验表明和该SUV相符合,这辆车在撞到水塔后没有落地而是继续被龙卷裹挟前进最终落在出镇后的树林里变成一团废铁。(图3)

除了车毁和扔车外,还有一个车辆破坏指标被单独考量,即龙卷风经过车辆集中地点如停车场、废车场和车辆专卖店等造成的车辆破坏。这种情况下,由于车辆集中摆放,车辆之间在移动过程中更容易发生互相碰撞制造更强车毁,龙卷风也更有可能将其中某一辆或两辆车携带出长距离,这是一个概率学问题。一些相对没有那么强却作出了看上去超出其强度水准车毁的案例就是出于该原因,这样的案例包括但不限于:2020年Jonesboro龙卷风、2023年休斯顿龙卷风、2024年Valley View龙卷风等。综合考虑,该指标EF5准入门槛为:车辆集中点至少一半以上车辆扔出且车身扭曲。如果是特殊车辆集中点如康拜因等,则该标准可酌情放宽,以下是一些案例说明。

达标案例 2011/5/22 Joplin MO 此处为龙卷在乔普林医院附近,图1左侧未显示部分是医院停车场。龙卷正面经过停车场,将核心碰到的几乎所有车辆裹挟扔出,其中大部分都散落在图中的公园里,车身几乎都呈现扭曲状态(图2),其中有的被缠绕在完全剥皮的树上(图3)。乔普林龙卷是1950年后美国造成死亡人数最多的龙卷(158人),且几乎比第二翻了一倍,其造成的破坏也是城市龙卷中最强之一。

达标案例 2013/5/20 Moore OK 著名的医院停车场叠罗汉破坏,龙卷将医院停车场所有车辆扔出,堆叠在钢混结构的医院西侧外墙,其中一辆被扔上医院屋顶,所有车辆中大约有一半车身扭曲,符合该指标EF5准入标准。龙卷在袭击医院时刚刚完成一次loop,很可能强度有所减弱,该处停车场车辆集合点破坏应该没有达到乔普林医院停车场水平。

达标案例 2004/7/18 Roanoke IL 此为一个put in place的混凝土外墙铁制框架屋顶工厂,龙卷将工厂附近停车场车辆全部卷起堆叠在工厂的各个角落,车体大部分已经扭曲变形 符合车辆集中点的EF5准入标准。该工厂所有员工都在一个避难所内幸存。

达标案例 2020/7/8 Dalton MN 龙卷在增强期击中一个车库,其中不仅有普通车辆还包括很多大型车辆如罐车、卡车、拖拉机等,而大型车辆的破坏对强度判断具有更高的含金量。该案例中这些车辆几乎都被扔出并扭曲,故可以构成集中车毁指标EF5准入门槛。

未达标案例  2017/2/28  Perryville IL  龙卷前期在经过I-55时碰到一个废车场扔出大量车辆,其中几个扔过了高速(250-300码),作为一个典型的EF4级别龙卷,此处车辆集中点破坏的确更符合EF4程度,而达不到Joplin或者Roanoke水平,主要体现在整体车毁程度不够和整体扔出距离不如。图中可以看到很多轮胎,其中一小部分可能是从车辆上拆卸下来,但大部分应该是本身单独摆放的轮胎,这对一个废车场来说十分常见的,所以不能看到汽车零件就认为一定是车辆被拆卸,也可能它本来就是零件状态。

未达标案例  2022/4/29  Andover KS   龙卷将停车场所有车辆堆叠到YMCA外墙附近,其中极个别车辆有不严重的车体扭曲,龙卷在此强度可能是入门级EF4的水平。这个案例可以用来说明为什么up主觉得车毁程度指标比"扔"车距离指标靠谱,有监控视频显示该处所有车辆都是龙卷携带翻滚从停车场至此,这种移动车辆方式需要一定强度的风速,但不需要极端风速,如果风速极端强,则这些车辆在碰撞到建筑外墙或者地面时会因高速冲击作用严重扭曲,就如我们在乔普林和摩尔医院停车场所见到的情况。但未来EF制如果将采用车辆指标,也会采用"扔"车指标而非车毁程度指标,因为前者相对后者更容易测算一些。

地面破坏

地面破坏目前分为三个小指标:草地冲刷、草地翻地和庄稼地等其他地表破坏。地面破坏从来不属于EF制指标,但却是2011 Philadelphia EF5龙卷的唯一评级理由,官方对该指标的态度是模棱两可的,目前它的主要用途是以没有冲刷为由压低一些龙卷风的评级。

冲刷和翻地被单独列开是因为两者的形成逻辑明显不同,冲刷是龙卷风在贴地面的强悍风力直接作用在地表将草弯折、拔出甚至将下面的土壤像犁地一样刮掉几层,而翻地目前机制并不明确,up主个人推测是龙卷在breakdown瞬间爆发出极强的上升气流在贴地面和地表以下缝隙形成巨大气压差从而将地面吸了起来,其原理更接近剥沥青,只是更加极端和罕见。

地面破坏的最大挑战来自于不同地表对于风力的敏感度完全不同,这里首要纳入考量范围的地表类型有且只有草地,草作为一种相当具有韧性且常常深扎根浅露出的植被很难被风力破坏,草地冲刷几乎从来不会出现在弱龙卷中,甚至大量高端EF4和EF5级别龙卷风也没有留下草地破坏。

该指标的第二大挑战来自于其辨别难度,不像车毁或者剥皮那样通常一目了然,草地破坏常常要么不好辨认要么被误认,这可能是爱好者群体中最常见被错误使用的指标。误认情况包括但不限于:简单的把卫星痕迹当作冲刷、被吹散的干草堆被误认为被拔出的草、草地上细密排列的碎屑在航拍中因地表变色被误认为冲刷、被切割的秸秆等在模糊的图片里被误认为草地冲刷、原先正好没有草的泥地藏在草地里被误认为是龙卷造成冲刷、龙卷把泥地的泥冲刷堆积在草地上令人误认为是冲刷、特定地点草地扎根的土壤比草本身好冲刷从而造成迷惑、龙卷发生后推土机等大型设备清理现场破坏草地被误以为是冲刷等等。

该指标的第三大挑战是城镇龙卷和野地龙卷完成地面冲刷的难度大为不同,城镇龙卷由于有碎屑的加持比野地龙卷更容易完成冲刷,当然你也可以说这可能说明碎屑拉高了极端城镇龙卷的破坏上限,因为提高了其总动量。

无论如何,该指标在高端龙卷风不俗的区分能力依然使它作为一个准入指标,其准入门槛为:一定面积的、明显的草地冲刷。可以看得出这是目前为止准入定义最模糊的一次,因为确实无法很好量化该指标,更多的是在追求确定性,即"明显"的冲刷,因为只要有草地冲刷通常已经意味着很高强度。

达标案例 1997/5/27 Jarrell TX 历史上最极端的草地冲刷案例,龙卷经过的大片草地被犁成了被像被无数推土机铲过的烂泥地。通常大部分人认为龙卷缓慢的移速可能加剧了破坏,一些地方可能有长达2-3分钟时间被龙卷风力笼罩,目前并不清楚此种移速对破坏的具体影响大到什么程度。图片中可以隐约看到远处绿油油的草地,这是这片烂泥地在龙卷前应有的样子。

达标案例  1999/5/11   Loyal Valley TX   提到1999年大部分人会首先想到Bridge Creek,但8天之后的Loyal Valley论破坏极端性并不输前者。图中草地地表从左下到右上呈现很明显的颜色渐变,位于龙卷路径内部的草地被拔出后不均匀的铺在裸露的地表上,这个案例很好的为我们展现了被龙卷冲刷过的草地和没有冲刷过的草地之间的区别。

达标案例  2013/5/20  Moore OK  摩尔龙卷风制造了有史以来城市中出现的最强草地冲刷,该图片并不代表其冲刷最极端的地方,但确能用来说明什么是"lawn scouring",这里的lawn特指城镇居民社区内房屋门前门后的那种草坪,相比野地纷繁复杂的草地和土壤类型,"草坪冲刷"相当具有更好的一致性和可靠性。

达标案例  2011/5/24  Chickasha OK   这是该龙卷路径中段,其实力强大到将原本的草地变得如同火星表面一样,不仅所有草全部被拔出,连整片土地都像推土机一样被龙卷推去几层,这些土被rowing到路径两侧的路边树林和栏杆堆叠起来(所谓rowing就是龙卷风将任何物体集中切割并堆叠依靠在某个垂直面上),足足有两米高(照片里男子身高194厘米)。和前面Jarrell与Loyal Valley缓慢移速不同,Chickasha移速速度有35-40mph,这更让其破坏显得不可思议,某种程度上甚至不输给Bridge Creek 1999,它们所经过的地表都是该州特殊的红土地,up主不能排除这种类型土地相对一般草地更容易冲刷的可能,但其冲刷难度依然绝不是任何类型庄稼地可以比拟的。

达标案例  2023/6/21  Matadar TX   有时候一些没有那么极端的案例反而更容易让人理解其破坏形成机理,图中左侧可以明显看到草地在强风作用下都紧紧趴伏在地表,其中一些被拔出来挂在这棵倒下大树的上,这样的破坏已经需要很强大风力才能完成。Matador是近些年德州罕见的极端强度龙卷风,其在其他区域有更强冲刷,但作为案例说明这张图片是更好的。

未达标案例  2020/3/3  Cookeville TN  这个夜间如同鬼魅般在居民区突然加强又迅速减弱的龙卷在不到一分钟时间里夺走19人生命。一开始,当NWS调查图传出时,一些人误以为龙卷作出了骇人的冲刷,现场看上去泥泞不堪,但实际上从此图就能看出地表非常不平整且有道道车轮印,这是重型机械进场清理碎屑的结果而非龙卷破坏,而且现场只有土地泥泞地面碎屑上没有沾泥也很能说明问题。这不是一个难判断的案例,但可以用来说明龙卷破坏分析需要看第一现场,当清理工作开始时很多细节都会丢失从而影响判断。

未达标案例 2021/12/21 Bremen KY 此时龙卷在Bremen以西,雷达接近巅峰区域,乍一看龙卷路径上草地相比两侧明显变色,这些发黄的区域像是草被龙卷拔出将地表裸露造成,但实际上这不是冲刷,而是这里正好有一些黄色的干草堆被龙卷吹散后以碎屑拖拽的形式平铺在草地上造成冲刷的假象。

未达标案例 2020/4/12 Walthall Country MS 比上图更有迷惑性的破坏,up主甚至不能排除此处可能存在一点草地冲刷,但图中绝大部分rowing的草应该来自某个远处的干草堆。我们假设记者脚下这片地表曾经是草地,现在草都被拔光rowing到远处的废墟中,那远处树木和废墟中应该可以看到大量泥土附着的痕迹,也就是现场应该很泥泞才对,但在这里和其他角度照片中没有看到一丝泥泞的迹象,这是区分草地冲刷和干草堆拖拽的重要依据:当现场有这么多草的情况下,整体环境不太可能是不泥泞的。

未达标案例  2015/12/23  Holly Springs MS  迷惑程度进一步升级!不仅不排除这里有一点冲刷,甚至很可能这里确实是有一点草地冲刷的,可这个量不会有图片让人乍一眼看表现出来的那么多,原因是根据谷歌历史卫星地图,龙卷路径经过处正好是草地中间一片先前就暴露出来的红土地,这就导致即使这里存在冲刷,也很难确定龙卷本身在其中贡献了多少,出于可靠性的考虑,不列为EF5准入指标。(但确实很接近并且不排除龙卷在此是特别强的)

看不懂案例  1990/6/1 Bakersfield TX   迷惑程度继续升级!这下up主也迷糊了,首先,这看起来根本不像龙卷破坏!它更像是一片什么都没有的荒地,只有一些残存的树木根部还能见到,但无论是根据卫星航拍还是NCDC官方报告,龙卷在此都应该确实存在草地冲刷,而且是很宽的冲刷。可为什么图上的"冲刷"看起来这么不同?以及这么大片区域的mesquito tree真的能被龙卷风全部移除到只剩根部连断枝都找不到?另外这里的土质看起来可能更接近砂土性质,是否有可能这种土壤更容易冲刷?up主没有答案。2009 Bakersfield和今年的Sterling City龙卷风也经过类似地表,它们造成相对类似的景象但远没有到"不像龙卷破坏"这样极端的程度。这个龙卷还不止这一处令人难以理解的破坏,后面还会有它的身影出现。

作为唯二在EF制时代被作过EF5评级理由的非房毁指标之一,草地翻地在准入指标中占有一席之地,只是该指标连机制尚不能完全确定,且现有样本很少,也没有在强烈龙卷风中展现出很好的区分度,因此up主给的准入门槛极高:接近或达到2011年Philadelphia EF5水平。

达标案例  2011/4/27  Philadelphia MS   这是有史以来龙卷风作出的最惊人的地表破坏,该龙卷宽度较小,移速高达60mph,因此龙卷必然在几秒内甚至可能就是一瞬间在地上"挖出"一个长百米,深60厘米的大坑!NWS调查员很显然也对此感到吃惊,居然在EF制没有地表破坏指标情况下,只依靠该破坏就给出EF5评级。长期以来很多人心中的疑惑是,这个破坏是如何完成的?有人怀疑该处草地可能存在问题或者有过大量前期降水让土壤松动,可是从被"挖出"的草甸块质量来看没有证据表明此处地表存在问题,这里在龙卷前确实下过雨,但这难道不是一件很正常的事吗?up对这个破坏的原理解释是这样的,很多人看到"坑"就自然想到它是被挖开的从而在思维上被误导了,这个坑不是龙卷"挖"下去的,而是一道极强的上升气流将地表往上提拉后撕裂开的。从草地冲刷案例可以知道,哪怕是很强的草地冲刷,地表可以很泥泞,却还是比较平整的,不会坑坑洼洼深浅不一,更不会有大量土块泥块散落在现场。结合卫星航拍显示,在造成此处破坏前龙卷具有一个强烈的小核心在地表留下明显痕迹,在此破坏后龙卷突然在树林中大幅减弱,再加上潜在存在的短时极强上升气流,可以判断这很可能是一次极端的breakdown造成的破坏。根据模拟,龙卷风在breakdown期间可以产生短时超过225m/s水平风速和160m/s的垂直风速,并在近地面附近产生巨大的垂直气压梯度。以当天极端的环境条件,产生这样强度甚至更强的breakdown确实是可能的。根据以上考虑,up主认为该破坏不仅可以作为EF5准入指标,而且可以作为EF5评级的唯一理由。

未达标案例 2021/12/10 Cayce KY 这是西肯塔基大龙卷在前期野地上造成的地表破坏,其明显的边缘有翻地破坏特制,但平整的裸露土地又有冲刷的特制。这个坑深度30厘米左右,比Philadelphia的坑来得浅也小的多,底下并没有很多碎土块,并且可以注意到此处草层较浅。up主对该破坏完成过程的推测是:这依然属于翻地破坏,龙卷经过此处时通过其近地面气压和土地下空隙形成的气压差将一层根系浅的草层连带下面的topsoil一起吸了起来并卷走,底下的土有一点寒冻迹象(此时此地是冬天)所以看起来平整。出于较小翻地规模和草层质量的不确定性,最终还是没有将其列为EF5准入指标。

其他特殊地表破坏不是一个up主喜欢的指标,这里的特殊地表最主要就是指各种类型的庄稼地,庄稼地要比草地容易破坏得多,因此up主其实没有发现在高强度龙卷中庄稼地破坏有很明显的区分度。但该指标是藤田博士在90年代后着重进行比对研究的指标,并作为唯一理由将1990年Planfield龙卷风评为F5。庄稼地在一些地方分布范围比草地更广泛,因此其对于野地龙卷风的强度痕迹有一定意义,可能值得进一步研究。

藤田博士在1990 Planfield龙卷风调查中列出的庄稼地破坏程度区分表

特殊破坏

特殊破坏包括无法被归类为上述四种指标的所有破坏,绝大部分特殊破坏历史上都没有累计太多案例,因此更突出其中"奇观"的含义,即某种破坏从机理上必须得以极强风力才能做到,制造了一种"奇观"的效果,令人感到不可思议,又无法归类到上述任意一种破坏中,即可以符合本指标EF5准入门槛。注意如果有龙卷风完成多条特殊指标,只要它们不属于同一类型(如都属于搬运),则数量可以累加,达到两条即评级EF5。特殊指标中最匪夷所思的极端破坏可以构成EF5评级的唯一指标。以下是一些案例说明。

达标案例 2013/5/20 Moore OK 龙卷将两个各十吨重的水罐扔出携带半英里,一个扔在Briaewood School的屋顶(图1),一个扔在学校往东的居民区里(图2)。另有几个稍小的铁罐被扔出1-2.5英里之间,其中一个铁罐内外两侧翻面,外面朝里,里面朝外,算是个匪夷所思的破坏(图3)。在特殊破坏里罐头类重物搬运是最常见一类,但其使用起来要非常谨慎,因为罐头是可以滚的,我们经常可以看到龙卷移动一个罐头两英里甚至四英里其实主要是在滚这个罐头,滚并不需要很大力量,只有让这个庞然大物起飞,被龙卷扔出一段距离才是具有含金量的指标,而摩尔落在屋顶和居民区里的水罐已经证明了它们是飞行而至,故构成特殊指标EF5达标案例。另外可以注意到图1屋顶上还有一些被扭曲的难以辨认的车辆都是被扔来的。

达标案例  1990/6/1 Bakersfield TX  该龙卷看不懂破坏第二弹!根据NCDC记载,龙卷将两个70-90吨之间的油罐携带3英里(应该是滚的),然后翻过一座高度180米,坡度45度的小山。up主对此破坏的看法是:这怎么可能?无论这油罐是推上山的还是飞过山的都是难以想象的事情,但因为是官方数据库记载又不得不信,因此其不仅达到EF5特殊破坏标准,且以其不可思议程度可以构成EF5评级的唯一理由。

达标案例  2011/5/24  El Reno OK   被扔出一小段距离的860吨钻井平台,这是一个真正特殊的破坏。三年前up主曾经在龙卷排名贴中介绍过这个破坏,但后来在阅读了tornadotalk写的文章后我对此有了更全面的认识。首先这不能算在建筑破坏里,毕竟这确实和一般的建筑破坏有很大区别,它并非一个永久或者半永久性设施。其次,它也不是或者说不全是一个搬运指标,因为这个钻井平台不是就"放"在地上的!平台总高约43米,总重860吨,龙卷来的这一天,工人们刚刚结束为期一个月的钻探计划,但此时钻杆还在地下5400米深处,有20万磅的向下作用力施加在钻杆上,有一个blowout preventer(简称BOP)以10000PSI的力量固定钻杆。不同房屋大多设计防范水平风,钻井平台主要设计防止垂直方向的力量对其产生晃动。龙卷风中心在钻井平台以北约150米处以约35-40mph的速度经过,其巨大力量首先将BOP向北扯了约30度,在达到某个临界点后钻杆被折断,整个钻井平台开始被抬升,很可能在某一个时刻其四角离地成为过飞行物。随着龙卷向东移动,钻井平台跟随向东北方向翻滚或飞行,中途基座上数百吨重的钻井井架被折断向北倒伏并被扭曲,在风向最后转西北时整个平台可能还向南挪了一小段距离,最终平台向东北方向移动了约40码。历史上极少有龙卷风袭击过钻井平台(唯一up主知道的例子是2015 Canadian TX龙卷风,其有可能具有EF3实力但没有对钻井平台造成任何破坏),但依然可以自信的说该破坏绝不可能由普通的风速造成,这样惊人的"奇观"不仅符合特殊指标EF5要求,而且无疑可以成为构成EF5评级的唯一理由。NWS也主要使用该破坏(外加移动雷达数据)将龙卷风评级为EF5,要知道当天参与调查和评级的是一支"全明星"调查队,队员都是EF制创始人、全国调查员培训总教头、Norman调查领队(Norman是最具权威性的NWS)这样的人物,当天还有另外两个顶级强度龙卷明明作出标准EF5房毁却均被强行压了评级(很可能是两天前乔普林龙卷的社会影响),以及钻井平台完全不属于EF制下任何一个指标的情况下居然将该破坏作为了EF5官方评级理由,可见其"震慑力"之大。而这还不是龙卷在这块区域的唯一EF5达标特殊破坏。

达标案例 2011/5/24 El Reno OK 龙卷在US66公路北侧,上图工厂区右侧房屋的地下混凝土避难所被龙卷击洞穿,地下室门被拉断。这个地下室不同于我们通常在美国语境里所说的"地下室",一般民宅的"地下室"仅仅是一楼木地板下面的一个空间,如果木地板被掀开,"地下室"自然也就暴露了。但这是一个货真价实的地下掩体,也是up主见过的唯一有图片为证的龙卷地下掩体破坏,通常大家应该只会讨论什么型号的导弹能破坏地下掩体。。。无论如何,不管龙卷是以什么方式完成这个破坏,这都是不可思议的"奇观",符合特殊指标EF5准入标准。至此,El Reno已经积累9条EF5达标指标,是该评价体系下符合EF5水准指标最多的龙卷风,它还满足了绝大部分大指标下的小指标,所有符合指标中有3条可以单独构成EF5评级理由,也是所有龙卷里最多的,而这些都是在该龙卷没有袭击过任何城镇的情况下做到的。

达标案例  2011/5/24  El Reno OK  此处位于I40以北,US66公路以南,这张图的拍摄位置就站在上图钻井平台处向西看,龙卷自图片左上方向奔袭而来。图片左上处原本为一处工厂,有一些办公建筑和粮仓被龙卷铲平,但该处却不算在建筑指标内,因为根据谷歌街景显示,此处之前主要是一个堆放大量大小重量不一铁罐的地方,龙卷将它们全部卷起变成一团团废铁四处乱扔,有的被龙卷携带出1-2英里,有的铁罐只剩下撕碎的铁片还可以在钻井平台处找到,所以这其实算一个集合搬运指标,有点类似于车毁指标中的车辆集合点指标。

达标案例 2010/5/22 Bowdle SD 电塔是龙卷风最常遇到的指标之一,通常其破坏最多只能区分EF3或以下等级龙卷风,但Bowdle的电塔破坏有点特别。上图的电塔只剩一个角就被完全从基座里拔出,塔身已经极度扭曲,而路下图另一个电塔不仅被完全拔出还被扔过一个小丘降落在250米外,up主曾经见过龙卷将电塔塔身严重扭曲或者将其部分从基座拔出的案例,但没有一个对电塔的整体破坏程度达到Bowdle水平,考虑到电塔指标积累的历史案例之多和该龙卷破坏在所有案例中超拔的地位,up认为这是符合EF5水准的特殊破坏指标。

达标案例  2016/5/25  Chapman KS  位于路径结尾部分,龙卷经过铁路后做出EF4评级房毁和车.zip破坏。我们已经见过很多经过铁路的强大龙卷风,包括但不限于:Tri State 1925, Udall KS 1955, Greensburg KS 2007, Smithville MS 2011, Hackleburg AL 2011, Tuscaloosa AL 2011,  Mayfield KY 2021等等,其中Greensburg在大型农业机械参与下对铁轨作出轻微破坏,Smithville据称对铁轨作出轻微扭曲(我没看出来),均远远不如Chapman在此的铁轨破坏。这其实通常是大地震里才会出现的景象,而不应该出现在龙卷风里,因此是一个真正的"奇观"。up主看到过个别弱龙卷风破坏铁轨的例子,但它们都发生在铁路质量标准还未统一时期,如19世纪。而这是一条联合太平洋公司的一级铁轨,采用现代连续铝热焊接轨道技术,质量不可能差。尽管并没有什么措施真的把铁轨轨道固定在地面上,但其难破坏点就在于过于贴近地面,对于龙卷风,或者说对于任何风来说都难以找到一个着力点去推动它,其实此处破坏也并非是"推动"的,因为它的扭曲方向和龙卷前进方向是相反的!也就是铁轨西图片右侧扭曲,而龙卷是自右向作穿过铁路的,这是up主百思不得其解的疑问,为什么扭曲方向会和移动方向相反?有人提出过子涡旋也有人提出过受碎屑(如图片左侧白色罐头)影响,up认为均不足信。即使仍有疑问,作为几乎是历史唯一的破坏和该铁路本身的高质量保证,其作为EF5达标指标还是没有问题的。

达标案例  1997/5/27  Jarrell TX   沥青破坏在爱好者群体中是一个人气很高的破坏指标,甚至常常被用来衡量一个龙卷是否具有极端强度。在工程师群体中,马歇尔曾经表示剥沥青是龙卷本身和路面下空隙形成的气压差所致,其破坏只能表明龙卷具有EF3+强度,并由于风速难以衡量而不在EF制评级考虑范围内。实际案例中,up主见过一些明显的EF1基本龙卷也作出过沥青破坏。这是容易理解的,任何开过车的朋友应该都明白不同地方路面质量差异之大,因此该指标的可靠性是相当可疑的,尤其是当我们看到现场还有大量破坏留下的沥青碎片残留时,更需要怀疑是否该沥青破坏和龙卷强度本身关系不大,试问一个足够强大的龙卷风如何可能在完成沥青破坏的情况下不把剥离的沥青卷走?但是,如果像Jarrell这样,将经过的多条马路的路面沥青大段大段剥离,则必须要考虑很可能其强度已经突破了某个临界点,以至于它可以无视路面质量,将剥沥青当做一种常规破坏来完成。也只有在这种类型情况下可以考虑将其纳入特殊指标EF5达标案例。

达标案例 2011/5/22 Joplin MO 乔普林医院附近整排停车锚被龙卷移除被扔出 目前已经有不少强龙卷风碰到停车锚案例,也存在相当一部分造成了破坏,但几乎所有案例中停车锚质量都存在问题,乔普林不仅是所有案例中停车锚质量最好的,而且是破坏最彻底的,故可以作为特殊破坏EF5准入指标。

雷达(NEXRAD)

Nexard,也被称为WSR-88D,是目前美国范围内主要使用的监控雷达,可以在一定程度上探测龙卷风的部分特征,如一定高度上的速度对强度、碎屑分布和高度等,SPC曾经在一篇论文中提到雷达算法公式,主要使用速度对强度和碎屑高度作为参数推测某一龙卷风的强度。(论文:https://journals.ametsoc.org/view/journals/wefo/35/6/waf-d-20-0010.1.xml?rskey=Z4MQgX&result=7)

需要注意的是雷达算法并不是真的在推测龙卷风强度,它更主要的是在推测龙卷风评级,因为过去龙卷风评级是它的数据拟合对象,而极端保守的评级系统也使得在雷达算法上得到EF5结果难度极大。up主会适当放低该指标准入门门槛,但该门槛依然会很高,理由来自于该指标的缺陷和不确定性。一些刚刚入坑的爱好者以为雷达算法可以一劳永逸解决龙卷强度衡量问题,毕竟表面看,速度对更强意味着风速更强,碎屑高度更高意味着上升气流越强,合在一起作为一个复合型指标理应具有极强的解释能力。

2011/5/24 El Reno 龙卷风在KOUN上有120kt的速度对,在Nexard雷达中排在历史前6-8位(上图),碎屑高度44000ft,为历史第一位(下图),只有这样强大的速度对/碎屑高度组合才能在目前的雷达算法上达到EF5。另一个2013/5/31的El Reno龙卷风(历史最宽龙卷)在KOUN上有149kt的速度对,为Nexard雷达历史第一,但特别宽的龙卷会在粗分辨率雷达中会占据明显优势。

但如果我们掰开了看,Nexard雷达分辨率远远不足以解析龙卷风真实强度,哪怕是离雷达比较近的情况下。而一旦离雷达较远,Nexard就只是在探测超单中气旋强度而已,一个强烈的中气旋完全可以降一个弱龙卷甚至不降龙卷,今年一个速度对强度历史第二的龙卷风甚至只完成EF1破坏。碎屑高度是比速度对强度更直接有力的手段,但是其并不直接反映龙卷风近地面上升气流水平,它更多的是反映龙卷风强风速的垂直延展高度,而龙卷风完全可以将其全部能量集中在近地面部分,因此才会出现EF5级别龙卷风只有EF1级别碎屑高度的案例(Matador TX)。

今年Hollister龙卷速度对强度达到124kt,排在Nexard雷达历史第二位,其距离雷达很近,扫描高度接近100米,比较容易能扫到高强度,但其对应破坏(下图)仍和雷达速度对强度严重不匹配。

出于上述考虑,up主目前对该指标给出的准入门槛为最低扫描层面速度对≥100kt同时碎屑高度≥25000ft,整个20年代至今4000多个龙卷中符合该条件的只有3个。对于没有碎屑高度的双偏振时代前龙卷,其中有一小部分可以通过观察刨面图上碎屑球高度分布特征推测出碎屑高度必然达到25000ft以上的也可以纳入。对于速度模糊的情况,合理的手动退模糊数据可以采用。尽管龙卷距离雷达更近会因为分辨率变细和扫描高低下降而显示出更强速度对,但该准入门槛目前不设置距离参数,因为当龙卷离雷达特别近时,该雷达将很难观察其最高碎屑高度,如果此时龙卷在另外更远的多的监控雷达上可以看到25000ft以上的碎屑高度,那同样能反映该龙卷很可能强度不俗。随着雷达更新换代,未来该指标标准有变动可能。

移动雷达

鉴于Nexard雷达粗分辨率和不可移动的特性,移动雷达以其精细分辨率和机动性成为目前探究龙卷风内部结构和风速强度最好的人造探测工具。目前在役的移动雷达包括X波段的DOW系列和Raxpol、Ka波段的TTU系列雷达等,其分辨率最低甚至可以达到7.5米,但一般还是在30米以上,最低扫描高度常常可以达到200米以下,少部分甚至可以达到30米以下或更低。作为一个接近探测龙卷风本体近地面高度情况且带有具体数值的数据,该指标相对大部分指标有天然的优越性,可以成为构成EF5评级的唯一理由。目前对该指标的EF5准入门槛设定为风速>260mph。移动雷达数据常常以一个范围的形式出现,如2013 El Reno龙卷风的291-336mph(DOW),后文会更具体的讨论这个问题,但原则上会取中值。

1998/5/30  Spencer SD  龙卷在袭击小镇时正好有DOW近距离观测,为我们提供了极为难得的风速/破坏对应关系参照。根据DOW数据,龙卷在镇上最大Vgmax大约118m/s,最大5秒平均风速112m/s,最大一分钟平均风速80m/s,测量高度30米左右,这些数据远远超过EF5门槛,接近或达到F5门槛。龙卷几乎荡平半个镇,但有一些被铲平的地方并非民宅,而是质量更差的建筑,镇上的民宅质量也非常差,以至于在F制年代也没有获得F5评级,在房屋质量很差的情况下,其碎屑切割和拖拽程度并没有达到顶级,故不符合up主EF5房毁准入门槛。(https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/133/1/mwr-2856.1.xml)

选择该数值的原因主要有三个,第一,今年一项研究表明F制风速表和近距离Nexard雷达数据拟合性更好,固然雷达风速和F制风速定义依然有较大区别,但至少意味着F制创始人藤田博士对于F5龙卷风260mph准入门槛的规定可能具有超越时代的准确直觉。第二,现有DOW数据中,260mph以上的龙卷和以下的龙卷有一个明显断档,在今年之前,在数百样本中>260mph的龙卷一共有7个,没有一个龙卷的raw velocity落在230-260mph区间内。第三,1998年Spencer龙卷风在镇上至少造成高端EF4或以上破坏,其在DOW上最高Vgamx达到264mph,考虑到Spencer的探测数据质量在所有案例中属于很好的,260mph作为准入门槛似乎是一个较为合理的认定。原则上来讲,这里的风速应该指经过aspect ratio和Vp加成处理过后的Vgamx而非raw velocity。

在一篇论文中,根据对移动雷达数据的分析发现,至少有20%的超单龙卷风具有EF4+风速,并且文中指出移动雷达探测的绝大部分限制要素决定了这是一个保守估计。(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2021535118)

尽管是一个有具体风速数据的指标,移动雷达数据依然存在缺陷和模棱两可的情况。在绝大部分情况下,移动雷达风速都会低估龙卷实际风速。首先,它并非一个真实风速值,它测量的是龙卷中某一区域碎屑飞行的速度,而其会低于真实风速。其次,尽管它可以是一个近地面风速数据,但毕竟无法成为一个真正的地面风速数据,在一些情况下地面风速(<20m)可以显著强于移动雷达扫描高度风速。第三,移动雷达扫描取决于当地路网和具体部署情况,通常只能覆盖龙卷生命史的一部分,且两张扫描之间存在时间间隔,最大风速有可能在当中出现而没有扫到。第四,移动雷达数据可能会被地面障碍物导致的杂波干扰。第五、在距离较远或者龙卷核心太小时,移动雷达精度的限制让一些局部极端强的风速被平滑掉。

目前移动雷达中近地面观测案例的垂直风速分布集合,左侧是所有最低观测高度低于100米的案例,右侧是九个最低扫描高度低于15米的案例。只看左图会感到迷惑,只能发现这些案例各不相同,没什么规律,这其实是有许多案例的探测高度只是刚刚低过100米所致。右图中有<15米地面高度风速扫描的案例中绝大部分最大风速都在近地面取得,仅有的两个不符合案例都是非常弱的龙卷,而我们目前推测非常弱的龙卷的垂直风速分布特征会更接近直线风。在所有移动雷达案例中,扫描高度在100米以下的都已经是少数,15米以下的更是极少数,仅仅出于这个原因我们就能大胆推测现在移动雷达数据集对这些龙卷风的近地面风速存在系统性低估。(https://www.nature.com/articles/s43247-023-00716-6)

另外,由于龙卷风结构的复杂性,我们可能会面对这样的情况:一个多涡旋龙卷在生命的某一时刻突然出现一个子涡旋风速叠加其移速在移动雷达扫得260mph以上风速,其余时间由于涡旋不接地风速都不超过150mph。另一个没有多涡旋特征的龙卷风其主涡旋强度长期稳定在180-240mph之间,后者几乎肯定会比前者作出强的多的破坏,也是能量层面明显更强的龙卷,这时候一个简单的peak value有可能过度简化了龙卷风强度问题。

2013/5/31 El Reno OK   该龙卷是Nexard探测史上最强速度对拥有者,也是移动雷达探测史上测量到的风速最强龙卷之一,其在Raxpol上有三张四次velocity达到或超过135m/s的时刻,其中最高值达到140m/s,在23:25:32取得,由于退模糊问题而存在一定不确定性,DOW给出的数据是291-336mph,中值也在140m/s上下,较大的范围也暗示了这个数值的不确定性,因为这些极值均在龙卷的子涡旋中取得,子涡旋的移动速度靠主涡旋加持可达到80m/s,而这些极端风速就是在子涡旋的强半圈录得,可以说在最大风速值中移速就占了超过一半的份额,这时候移动雷达的测量极值对于强度的"含金量"有多高?我们通常会说移动雷达风速是一个瞬间风速,但在El Reno 2013的情况中,它子涡旋中300mph+风速在一某地点逗留时间是异常短暂的,比一般的"瞬间"更"瞬间",而其主涡旋的风速达不到顶级的水平(250mph左右)。基于此大部分爱好者都并不将该龙卷视为顶级龙卷风,甚至有一部分资深爱好者认为它不是EF5级别的龙卷风,究其原因除了提到的风速"含金量"问题外,也在于该龙卷造成破坏无法匹配移动雷达风速,其官方评级也从一开始的EF5(根据雷达)降级到EF3(根据破坏)。类似移动雷达数值和破坏不匹配问题在另外几个龙卷中也有发现,其原因有可能有:1 上述提到的移动雷达局限性,2 极端风速维持时间太短暂,3 地面指标过于缺乏,4 破坏和风速的非线性对应关系,5 不同龙卷结构破坏难易度不同所致。关于该龙卷问题所延伸出的讨论最终会涉及一个更本质甚至有点哲学的问题:龙卷强度是指什么?一个极端最大风速值能代表龙卷强度吗?如果可以的话,应该取瞬间风速、一秒风速还是三秒风速?应该取何高度的风速?应该取何方向的风速?如何看待子涡旋中的风速?是否该应该考虑降压幅度、气压梯度、总动量(碎屑加持)甚至net force?在以破坏为主的强度评定中,谈到龙卷强度时更接近在描述其某个时刻"一股力"的强度,而这股力应当只有一部分取决于极大风速值。这也意味着我们现在无法知道龙卷风精确地面风速值,可哪怕我们知道了,也未必完全理解了龙卷的强度,因此更不应该把精确风速作为现阶段评强追求。(https://journals.ametsoc.org/view/journals/mwre/146/8/mwr-d-18-0073.1.xml)

就在up主写这篇文章的时候,DOW公布了它们今年5月21日爱荷华州Greenfield龙卷风的更一步探测数据:309-318mph(袭镇期间),这是移动雷达探测过得最强风速之一。

套用前述标准,该龙卷在镇上可以达标树毁中剥皮指标的EF5准入门槛,但没有其他指标符合EF5准入标准,尤其是连房屋碎屑切割和拖拽模式都没有达到EF5水平。而这就和up主在此定下的移动雷达>260mph作为EF5准入门槛存在出入。造成这样的原因可能有: 第一、该龙卷的移速(约45mph)超过绝大部分移动雷达探测过的龙卷风。第二,移动雷达在该龙卷探测中部署极为成功,最近距离中心距离在一公里以内,而且是最新的DOW8雷达,因此有可能具有更强能力解析出局部的极端风速。第三,该数据高度位于30-48米之间而该龙卷风或许存在不同的垂直风速分布特征。当然,无论如何解释,这是一个令人深感意外,感到震撼的数据,更不要提根据DOW6探测结果,龙卷在镇上时还未必是巅峰。

该案例的出现至少表明我们对龙卷风强度尤其是龙卷风风速的认识还在不断更新中。在五十多年前,曾经有人通过错误的计算方式得出龙卷风可能有500mph风速的错误结论,后来通过更多的实际观测结果,尤其是关于1999年Bridge Creek龙卷风的观测,人们发现龙卷风风速上限应该在300mph多一点,可如今一个破坏明显不能达到顶级标准的龙卷却又被探测到318mph的风速。这样剧烈的变化历程更提醒我们需要暂时抛弃评级中精准衡量风速的追求,因为我们对龙卷风风速的认识还处在十分肤浅的阶段,未来up主也完全有可能修改本条指标中>260mph的EF5准入门槛,或者添加更多限制条件。

稍早前NBC新闻的一篇采访报道为我们讲述了这次历史性探测的故事,当天DOW团队分为三路人马,其中Wurman领导的一队人提前部署在Greenfield小镇东部约一英里处,建筑物和树木的遮挡让他们只知道自己在龙卷路径的前方,却不知道龙卷此时具体在什么位置,不知道龙卷是否会袭击他们。最终在弯弯绕绕之后龙卷选择直穿小镇,他们的最初选择成了一个理想到甚至有些危险的位置,距离最近时他们离龙卷边缘只有300米距离,DOW车所在位置的风速达到80mph,但团队里没有人对此时窗外的情况有任何留意,所有人都盯着屏幕上的数据,对于研究高强度龙卷风风速和破坏对应关系,这是一次绝佳的机会,最终它们得到了309-318mph的风速,创造了历史。有趣的是当龙卷风刚刚出镇,通过他们前方时突然急剧减弱消散,这个小镇差点就能躲过一劫,这次探测数据也差一点就不会存在。

有待解决的问题

总结一下,可以构成EF5评级唯一理由的指标包括:≥200mph评级的房毁、移动雷达数据、部分特殊指标和一个翻地指标。和无法单条构成EF5评级理由的指标相比,两者间存在一个本质差异:除了移动数据以外,可作为唯一评级理由的指标必须是对单个物体的破坏,至少也是对一个连续体的破坏,如一处房屋,一座钻井平台,一块土地。而需要两条达标才能构成评级理由的都是"走量"指标,如大量房屋铲平,大量树木剥皮,多个强悍车毁等。只要"走量"就已经意味着其可靠性不是最高,并且可靠性越低,要达标EF5门槛需要的量就越大(如软木破坏)。

这套自娱自乐的评价体系存在一定缺陷。首先,城镇龙卷和非城镇龙卷处在同一评判规则下是否会不公平?事实上只要是涉及破坏指标的评级,这样的不公平是必然的。不过原则上,在此标准下,城镇龙卷需要两条指标大体能在一片区域内重叠,而非城镇龙卷不需要,如一个非城镇龙卷在间隔三十英里的两个地方分别存在EF5级别树毁和和EF5车毁可以构成EF5评级,城镇龙卷则不行。

其次,尽管相比EF制注重房毁,up主更希望利用我们所知道的一切,但现实也并没有做到这一点。前文提到诸如视频表现/视频转速这样有大量样本积累和民间接受度的指标因为可靠性和量化难度问题被舍弃,但"不够可靠"不代表它就是"无用"的,我们必须承认存在一些龙卷风在视频上有着与众不同的表现力和转速,如2014年6月17日的Coleridge NE龙卷风就是一个在视觉上极为震撼的野地龙卷,配合其雷达表现,大部分爱好者都相信它应当具有EF5实力(包括我),尽管无法为它在上文体系中找到任何一条通向EF5评级的路径。

有时候这个转速甚至可以通过Photogrammetry的方式计算,尽管误差会很大。

2022/4/29 Andover KS的视频通过photogarmmetry分析认为发现其瞬间风速达到了118m/s,此处房屋破坏仅有中等EF3水平。能够进行可靠photogarmmetry分析的案例很少,且分析可能存在较大误差(具体多大也说不清),因此很难将其列为评级指标。

其他被忽视的指标还包括除了移动雷达之外的测量手段,如可以测量龙卷气压的Probe探针。该手段如使用得当甚至是比移动雷达更好的了解龙卷强度的手段,因为它是真正的贴地面数据,而且是一个实测数据。但是其在强龙卷中现有样本量实在太少,我们根本不知道EF5级别的龙卷应该具有怎样的降压幅度,如果未来出现了更多样本或者有更好的相关研究,可以考虑将其纳入纳入指标体系。

2003/6/23 Manchester SD龙卷中probe在贴地面探测到100hpa的气压降幅

再次,存在一些up主感到无法判断的破坏,尤其集中在地面破坏指标中。上文提到的Bakersfield只是一例,还有不少其他案例up主看不出该龙卷是否做出冲刷或者做出了多少冲刷。对于不明确的情况,出于可靠性的要求,up主均不考虑其达到EF5标准,而这有可能导致实际上可以符合上述标准的龙卷风数量被低估。

2021/12/10  Dawson Springs KY  一辆已经退役的M60主战坦克被龙卷正面袭击处于龙卷路径中心。此时龙卷不在巅峰,但至少应该有中低端EF4实力,坦克纹丝不动也没有任何图片可辨认损伤,M60坦克于1983年停产,总重量大约在45-50吨之间,最大墙体厚度接近1米,其底盘的稳定性和装甲的厚度、硬度决定了龙卷风非常难对其进行搬运、拖拽或者损坏。但由于实际样本缺乏,up主也不敢保证最强大的龙卷风不会对主战坦克造成任何损伤。

最后,既然该评级方法是根据大量历史案例进行比例区分以得到经验性指标,那这些指标自然都是强龙卷风常常遇到的东西,对于那些强龙卷风不常遇到的东西,该方法可能无能为力,它们包括但不限于:高层建筑、民航飞机、各类船只、军事设施、军事车辆、发电站、大教堂、石制城堡、粮仓、墓地、重型工业设备、航天发射平台等。

1979/10/3  Windsor CT  一架100吨重的飞机被龙卷摧毁并翻转,这个康涅狄格州罕见的F4级龙卷风碰到了一个飞机博物馆,16架飞机损坏其中包括这架百吨级别飞机,up主上文提到了车辆集中摆放指标,而这是一个极为罕见的飞机集中摆放指标。由于从来没有更强级别龙卷风击中过大型飞机,我们不知道它们会在顶级龙卷风中有怎样的破坏呈现。

第三章 北美之外:新制度、新希望

以上介绍和适用方法基本完全围绕北美龙卷风展开,那么它是否可以区分北美之外的EF5龙卷风呢?实际的讲,区分北美以外的EF5龙卷风相比于北美地区而言没有那么重要,北美地区龙卷风确实需要EF5评级是因为有相当一批龙卷风,它们的强度和能量远远超过普通EF4龙卷水准,而在北美之外EF4龙卷风已经非常罕见,即使仍然有极个别龙卷超脱于普通EF4水准之上,似乎也没有那么急切的需求必须将它们另划一档。

1973/1/10 San Justo 阿根廷 这个龙卷常常被人视作为南半球的Jarrell,其被公认是北美之外造成破坏最强的龙卷风,获得官方F5评级。城内用材厚重的坚固房屋被完全摧毁,树木完全剥皮,车辆破坏程度足可以比肩美国最顶尖EF5龙卷风水平。

孟加拉国拥有地球上最强大的热力条件,其过去常有龙卷造成重大伤亡,其中一些强度很高,图中是1996/5/13造成600多人死亡的龙卷风,官方评级F4,但强烈的树毁使我们不能排除其具有更高强度的可能。

在直接套用上述标准前,我们首先要认识到世界上大部分地方的人并不像美国人那样爱造木头房子,在中国、在欧洲、在南美,大部分人都住着钢筋混凝土房子或者砖混房子,再不济也是砖木房子,由于用材不用这些房子通常比美国的木制民宅更加坚固,再加上极端强度龙卷风不多,"空中楼阁"的问题顿时没有了!或许在北美以外,我们才更需要工程师入场对龙卷风破坏的房屋进行质量评估并评级,因为这种情况下房毁是可以扮演更重要角色的。目前最成熟的房毁评价体系来自欧洲的IF制,以下是简单的介绍:

IF制首先将房屋按质量不同划分为七个等级,将房屋墙壁厚度和墙壁质量各划分四个等级并将七个质量等级依次填入,再根据四种不同破坏程度和七种不同质量等级得到评级表,对于一处房屋来说,一共有64种情况。不同于EF制的3秒风速,表上的风速是瞬间风速。(https://www.essl.org/cms/research-projects/international-fujita-scale/)

可以发现IF制并不像EF制那样区分各种不同类型建筑指标,而是将它们所有用一张表格囊括其中,并且,它并不像EF制那样苛求现实中几乎不存在的高质量房屋完全被摧毁才能达到最高评级,只需F等级房屋部分摧毁或者E等级房屋完全摧毁就能评到。在目前欧洲调查部门对过去龙卷的重评中,1930年意大利龙卷和1967年法国龙卷都依此表获得IF5评级,由此可见IF5在欧洲无论是理论还是实践都是切实可以达到的评级。

19676/24法国龙卷再评级信息(上图),依据E质量等级房屋完全摧毁评价IF5(下图),其中提到因为图片拍摄时可能已经清理并且墙壁质量不明,该破坏实际应在IF4-IF5之间,最终选择取区间上界。如果EF制存在一个评级区间,那永远都会取下界。

1930/7/24 意大利龙卷再评级信息(图1) 根据E质量等级的祈祷室完全摧毁获得IF5评级,注意图4中建筑附近植物破坏普通,暗示该评价可能具有较大不确定性。

几乎所有上文提到的环境破坏指标对北美外EF5龙卷风的识别依然有效,如上文中提到的San Justo龙卷风中完全可以比肩美国顶级EF5的高端车毁。但是当房屋质量较好从而占据更重要评价参考地位,而其又和环境破坏相冲突时该如何认定?2021 Czech龙卷风给我们提供了一个案例:

捷克龙卷从Hursky出镇后,一排树木(应该是软木)被彻底剥皮(图2),地面有明显草地冲刷痕迹,一些被拔出的草挂在树上,龙卷在路径其他区域也多有剥皮和草地冲刷(图4),可以符合树毁剥皮和草地冲刷指标EF5准入标准。曾经一度有小道消息称调查团队考虑给予其EF5评级(当时还没有IF制),依据可能就出自其环境破坏,但部分极端环境破坏旁房屋仅仅只有屋顶破坏(图3)。龙卷全程经过五个镇一共16处房屋获评IF5(这时候有IF制了),没有房屋被彻底摧毁。调查团队在报告中特地注明龙卷环境破坏和房毁不匹配给评级造成难度,最终评价为IF4。如果依据up主标准,该龙卷有两条指标符合EF5准入标准,但有明显证据(房毁)指向EF5以下强度,所以无法评价EF5。

2021年捷克IF4是近些年全球范围内调查最认真、报告最详细、评价最合理的高强度龙卷风之一。如果美国人也会好好造房子,又有IF制这样比较完备的评级制度,还有欧洲和加拿大调查部门的认真态度的话,up主也根本不需要在这倒腾什么自评体系。如果官方评价相对合理,谁会不高兴直接使用呢?

非常值得庆幸的是,根据官方评价,国内还没有出现过F5或者EF5评级龙卷风。但我们依然可以明显觉察到现有EF4评级龙卷之间强度存在明显不同,如2016年阜宁EF4造成的破坏明显强于其他一些EF4龙卷风(如2019年开原龙卷风)。经过权衡,它在北陈村的破坏可以符合本文EF5标准:

阜宁龙卷在北陈庄 此处有相当大宽度的房屋被完全摧毁,二层被削去一层,这些房屋质量即使不是最佳也一定好于平均水平的美国FR12民宅,同时碎屑切割和拖拽水平很高(图1-3),故可以符合集中房毁EF5标准。整片区域许多树木完全剥皮(图4),符合树毁剥皮EF5标准。除此之外该处还有严重扭曲的车毁(图5)和集装箱破坏(图6)值得一提,2021年捷克龙卷中环境破坏和房屋破坏不匹配的问题在这里并不存在。龙卷似乎在北陈附近快速加强又减弱,极端破坏长度不大,可能会构成一个不确定因素。

同样的,房毁可以在阜宁龙卷风身上扮演更重要角色,其在立新村完全摧毁了数处水泥预制板结构砖混二层住宅,官方评级时主要参考了美国的townhouse、学校和加拿大的砖石教堂指标,但其更好的参考对象其实应是欧洲建筑和IF制,当时IF制还未推出,如今我们可以尝试使用IF制对其进行重评。

2016年阜宁龙卷风完全摧毁了一些使用水泥预制板住宅的二层,这些建筑使用了细钢筋对建筑进行了加固。图中为立新村村支书的家,图中小轿车飞驰约150米后撞在房屋墙壁上 车身扭曲严重。

在建筑质量更优异(预制板建筑使用细钢筋加固的砖砌墙面)的情况下,2016阜宁龙卷风作出了比2021捷克IF4和2015意大利IF4显著更强的房屋破坏,甚至其房屋破坏很可能不弱于评级IF5的1967法国龙卷风和1930意大利龙卷风。

这些房毁在工程学上是否确实达到IF5标准应该由具有丰富实地调查经验且具有工程学背景的专业人士来判断,而up主这样的爱好者。

1969年天津龙卷完全摧毁了一些钢混结构的大跨度工厂,并对周围树木造成严重剥皮破坏(根据记载),被认为是国内最强大的龙卷风之一,但是否达到EF5水平根据现有资料难以判断。

需要重申,国内EF5或者IF5级别龙卷的区分绝不是一个重要且急迫的问题,一方面国内不太发生这样强大的龙卷,另一方面国内对于龙卷风的有效记录和预警工作也才刚刚进入正规,这些工作对于保护人民财产和生命安全的有用程度远高于评级区分问题。也只有在美国这样龙卷记录体系和预警机制网络早已非常发达的情况下,才需要指出其龙卷强度评级体系已走向越发保守甚至反智的道路。

本文封面为2010年Bowdle SD龙卷风,所有引用论文图片均已在描述中标明出处,其他图片来源于网络,不再逐一标明出处。文中如有错误或遗漏、不妥处还望指出,如有疑问也可以在评论区或私信交流。

附录

此表中大约有一半龙卷都经过了城镇,因此有更多证据可以作证其极端强度,现实中必然还存在大量实际上极为强大,但因缺乏足够证据而无从判断强度的龙卷风,如有更多证据,该名单可随时更新。