要确定龙卷风，光从雷达回波里是看不出来的，必须要拍摄到龙卷风的漏斗状云的照片。

　　2015年6月1日，长江上一艘名为“东方之星”的大型客船被大风吹翻，引起400多人遇难。这起事故，在一开始的媒体报道之中被宣传为“龙卷风”导致东方之星翻船。

　　对于龙卷风到底是什么，可能很多人都没有亲身经历过，而关于龙卷风在大气科学中的准确的定义与物理含义，更多人都无法搞清楚。因此蝌蚪君专访了北京大学教授和博士生导师刘式达。刘式达是前任中国气象学会副理事长、英国皇家气象学会会员，他也曾经担任过北京大学地球物理系主任长达10年之久。

　　这次长江翻船到底是不是龙卷风引起的？

　　刘式达说，关于这次长江翻船到底是不是龙卷风引起的，不能确定。因为目前大家似乎并没有拍摄到事故当天晚上的照片，尤其是没有拍到漏斗状云， 所以他认为不能确定这次事故到底是不是龙卷风引起的。要确定龙卷风，光从雷达回波里是看不出来的，必须要拍摄到龙卷风的漏斗状云的照片。

　　那么龙卷风到底是什么呢？请看下面的具体分析。

　　对龙卷风的分析还必须基于物理学的角度。

　　龙卷风的研究属于大气动力学这个学科

　　曾有一个叫李政道的大物理学家这样说过：“人每时每刻都在呼吸着，所以并不觉得呼吸是一种幸福。但如果不能呼吸了，将会怎样？物理学对我来说就好像呼吸一样。”是的，我们人类生活在地球上，空气的存在经常被大多数人忽视，以为这是习以为常的东西，其实空气不但对我们的呼吸有用，而且还可以帮助飞机在高空翱翔，当然空气的运动也会带来台风或者龙卷风。对于后者，有一门专门的研究学科，那就是“大气动力学”。

　　刘式达介绍说，自己从江苏扬州中学毕业后，一开始是在北京大学物理系，后来在北京大学的地球物理系，现在在物理学院大气海洋科学系。当时北京大学的地球物理系最主要的科学家是谢义炳院士，他与刘式达是同一个中学毕业的，他是后来的北京大学地球物理系的系主任。他卸任后，刘式达接任系主任。

　　刘式达在北京大学教授的科目比较多，一开始是整个物理系的计算方法课程，就是那些龙格-库塔方法，差分法，有限元法啊等等，后来他也从事湍流研究，改革开放以后，他主要从事非线性动力学的研究。而这些研究总的来说都与大气的运动规律有关。大多数情况下，大气的运动是一种湍流，其运动规律满足纳维——斯托克斯方程(蝌蚪君注：完整解决这个方程可以得到Clay数学研究所提供的100万美元的奖金)。

　　蝌蚪君问道：“北京大学的老校长周培源也是搞湍流研究的吧？”

　　刘式达：“周培源主要搞水的湍流，我主要搞大气的湍流。水与大气有非常大的不同，水的密度是基本上是均匀的，大气的密度随着高度是变的。”

　　大气也是一种流体，龙卷风就是发生在大气中的一个天气现象。但因为大气的运动规律满足纳维——斯托克斯方程这个高度非线性的偏微分方程，而这个方程在一般情况下是无法求解的，因此大气科学还是一个十分前沿的学科。刘式达教授与他的双胞胎弟弟刘式适一起，出版了《大气湍流》等许多高水平的著作，他兄弟也是北京大学的教授。

　　但中国还没有专门研究龙卷风的机构

　　对于龙卷风很多人也许只在电影里看到过，而关于它到底是什么，估计很多人是“只可意会，不可言传”了。比如龙卷风的一些基本的物理常识，就不是很多人能懂的。

　　蝌蚪君问道：“那么，我们把话题集中到龙卷风这个特殊的天气现象。龙卷风的大小尺度，到底由什么物理量决定呢？”

　　刘式达回答说：“大气中的不同天气系统空气受力的情况不一样，受力情况决定龙卷风的形成。日常天气预报中关心的中纬度的气旋和反气旋的尺度就有上千公里。而再比如说台风，台风的尺度是百公里量级。而至于你说的龙卷风，它的尺度很小，大概只有几十米到100米的量级。“

　　因为大多数中国人看到的龙卷风的报道都发生在国外，于是就会好奇为什么美国的龙卷风比中国的龙卷风要多，对于这个问题刘式达解释说，这是因为美国的两边都是海洋，大西洋与太平洋，所以强对流比较丰富。而中国只有一边是海洋，另外一边是新疆，西藏等沙漠高原地带，强对流没有像美国那么丰富。

　　在美国一年要发生1000多次龙卷风，而在中国可能只有10几次，也正因为中国的龙卷风样本比美国少很多，所以中国目前还没有专门研究龙卷风的机构。

　　龙卷风出现特征

　　关于天气预报，有一个重要的方程叫做洛仑兹方程。洛仑兹方程是近似的纳维——斯托克斯方程（这个方程在本文前面提到过，就是描述大气运动的基本方程）。洛仑兹方程是天气预报的基本方程，也是蝴蝶效应的起源。洛仑兹一开始做了3维的近似，后来也做过6维的近似。当时是1963年，计算机比较低端，更高维的近似计算机也算不出来了。

　　蝌蚪君问：“很多人关心的是，龙卷风能预报吗？”

　　刘式达说：“我听说美国可以提早10分钟预报龙卷风。若有强的超对流单体的雷雨云，用雷达看到，可以预报，但雷雨云底下一定要形成一个漏斗状的云，这是出现龙卷风的必要条件。云底下伸出一个很长的涡管，旋转起来就形成龙卷风。”

　　蝌蚪君问道：“气象卫星能拍摄到龙卷风的图像吗？”

　　刘式达解释道：“龙卷风，它的尺度很小，大概只有几十米到100米，这个尺寸太小了，由于云层阻挡，气象卫星不易看到龙卷风的漏斗状云，卫星也不可能时时跟着龙卷风。你看马航的飞机失踪了，飞机的长度有100多米（这个尺寸与龙卷风的尺寸差不多），没有一颗卫星拍到了它失踪时的图像——到现在，飞机掉哪里去了不知道！“

　　那么龙卷风的出现，还有什么一定会出现的现象呢？

　　“龙卷风的出现，还必须要有一个高速上升的气流？”蝌蚪君追问道。

　　“是的，平时空气的上升气流的速度只有每秒几毫米，龙卷风发生时的垂直上升气流的速度可以达到每秒6米。所以对流非常强烈，本来云层中的水平涡管受强烈上升气流的影响变成垂直方向，这为龙卷风的产生提供了必要条件。”刘式达说。

　　刘式达说，目前中国搞气象的在做天气预报的有一个倾向，在直接做计算机模拟之前，不善于对天气现象作一些定性分析。而计算机模拟的网格很大，每个网格有一个经度那么大，一个经度就是110公里，因此很多细节都被抹平了，龙卷风这样小尺度的气体现象是模拟不出来的。

　　采访结束前，刘式达再次告诉蝌蚪君，中国有几个台风研究中心，但没有机构研究龙卷风（中国人拍摄到的龙卷风的照片也是很少，而美国人经常开着汽车去追拍龙卷风的图像），他对龙卷风的数学物理结构做了一些理论研究，希望未来能在龙卷风预报的实践中得到应用。比如他强调说，只需要用到力的平衡方程，就可以知道龙卷风的很多性质。