追风而行:追风摩托车行

　　提起龙卷风，很多人会想到美国，美国处于龙卷风的多发地带，几乎每年都遭受龙卷风的袭击。从南达科他州，一直到得克萨斯州，被专家称作是“龙卷风走廊”。在这里，龙卷风就像一个脾气暴戾的怪兽，几秒之内，将地面上的一切摧毁。龙卷风究竟是怎样形成的?它巨大的摧毁性威力究竟来自哪里?(图1)
　　
　　因为深受龙卷风之苦，美国有一大批科学家常年致力于龙卷风的研究。工程师蒂姆组织了一个追风小组，他要揭开龙卷风的秘密，这是非常危险的冒险行动。
　　2003年6月24日，在南达科他州曼彻斯特市郊外，蒂姆带领他的追风小组，正冒着生命危险，执行一项大胆的任务：他们试图依靠科学仪器，深入到黑色漩涡的内部，捕捉到前所未有的画面，测量出龙卷风漩涡内部距离地面10米范围内的气温、风速和压力。龙卷风距离地面10米范围内的地方被科学家称为龙卷风的死亡核心。蒂姆正在快速接近一巨型龙卷风，但眼前出现的一幕让他们目瞪口呆：只有5到7秒钟的时间，整座小镇就被夷为平地。
　　蒂姆和追风小组并没有放弃，他们继续一路向北，和龙卷风并驾齐驱，相隔不到1千米。他们希望能找到一个合适的时机放置探测器。(图2)
　　然而，宽度达800米的龙卷风突然转向，朝蒂姆快速逼近，蒂姆随时有被龙卷风吞没的危险。而蒂姆却认为此时正是放置探测器的大好时机，他决心冒险一试。
　　蒂姆说，当我们停下车，正在考虑龙卷风可能经过的路线时，听到我的搭档喊：“快点儿，没时间了!”
　　蒂姆仅用短短7秒钟，匆忙放下了两个探测器，其中包括一个内部有摄像机的光电探测器，蒂姆希望通过它，能够揭开巨型漩涡内部的秘密。(图3)
　　追风小组立即撤退，接踵而至的龙卷风转眼间席卷了他们刚刚放置探测器的地点。
　　肆虐的龙卷风虽然足以摧毁道路，粉碎墙壁，对探测器却很难造成破坏。原来，这种探测器是以导弹发射器为模型制造的，疾风反而有助于它吸附在地面上。
　　龙卷风过后，蒂姆返回放置探测器的地点，其中一个锥形探测器稳稳地固定在原来的
　　位置上；但带有摄像机的光电探测器却被吹出了300米远，可能是因为时间太紧没放好的缘故。
　　破损的摄像机只拍下了两个令人恐惧的镜头。这次探测提醒了蒂姆，可以在龙卷
　　风中心放入摄像机，但摄像机并不能告诉你靠近地面位置所发生的一切。蒂姆此次的追风行动失败了。
　　蒂姆的追风小组隶属于美国衣阿华州立大学龙卷风研究中心，研究中心多年来一直从事龙卷风的研究，这里有很多世界上最先进的研究龙卷风的办法，特别是拥有世界上最大的龙卷风模拟器，它的周长为6米，高3米，能够产生高2.4米，时速达97公里的龙卷风。(图4)
　　
　　科学家希望通过模拟龙卷风，研究出对付的方法，以建造出能够抵抗龙卷风的房屋。
　　成比例缩小的建筑物模型有助于科学家测量建筑物遭遇龙卷风袭击时所承受的力量。然而，他们的研究却遇到了一个难以逾越的障碍，他们无法找到龙卷风中心靠近地面的风速数据，而这些数据对研究龙卷风的破坏力是至关重要的。
　　龙卷风威力最强的部分就在最靠近地面的部分，然而，就连世界上最复杂的龙卷风模拟器也无法表明这里所发生的一切。
　　龙卷风专家弗雷德说，我们没有靠近地面的风速数据，我们需要获得靠近龙卷风中心的数据。
　　而获得这些数据的唯一方法就是到野外寻找目标。科学家利用移动雷达系统观测龙卷风，即便足够靠近，探测到的最低位置，距离地面也有16米。(图5)
　　为了测量龙卷风离地面10米以内对房屋所产生的压力，他们必须降低高度，必须将探测器放入龙卷风要经过的路径上。
　　因此，蒂姆在野外现场的工作，对分析研究龙卷风的威力至关重要。
　　蒂姆要完成这项工作，第一个难题是要找到巨型龙卷风，巨型龙卷风往往是和超雷暴相伴而生的。
　　蒂姆说，目前我们还没有目标，它可能出现在得克萨斯，也可能在堪萨斯州东部。
　　据统计，1千场雷雨中只有一场能够产生超雷暴，10个超雷暴中只有一个能够产生龙卷风，而100次龙卷风中只有一次能够演变成巨型龙卷风。这样的几率对蒂姆的追风计划意味着更大的困难。
　　人类第一次用照相机捕捉到龙卷风，是1884年在美国南达科他州，从此，这些画面随时提醒人们，龙卷风是致命杀手。
　　近些年来，在美国，龙卷风每年造成70人死亡，1500人受伤，经济损失高达4亿美元。
　　世界上龙卷风最集中的地点在美国中西部地区，当然，龙卷风不仅仅局限于美国，它的足迹遍布世界各地，只有南极洲得以幸免。
　　1989年，有史以来最致命的龙卷风袭击了孟加拉国，导致1300人丧生。为了挽救人的生命，科学家决心揭开龙卷风接地时的秘密，找出它的致命威力究竟在哪里。
　　蒂姆的追风行动虽然失败了，但他在南达科他州拍摄到的一些龙卷风照片，仍然为龙卷风研究中心提供了宝贵的科学线索。
　　这些照片很重要，它清楚地显示了房屋倒塌的方式：首先塌陷的是房顶，然后是墙壁，再是整个房屋，因为房屋在同一时间受到了来自各个方向的力。
　　南达科他州的拍摄画面验证了龙卷风造成致命破坏的基础，它是三方面联合造成的结果。首先，房屋结构受到了来自底部的巨大冲击，接着旋风从外围袭击，最后就像拳击手的上钩拳一样，一股向上的强大气流彻底摧毁了建筑。龙卷风发挥作用都遵循着这个动力学原理。
　　科学家了解了龙卷风对地面建筑物造成破坏的动力学原理，但是，龙卷风内部所发生的一切仍旧是不解之谜。为了研究什么样的建筑在龙卷风袭来时更安全，研究小组需要知道龙卷风卷起的碎片在距离地面10米以内处的运动速度。(图6)
　　为此，蒂姆和追风小组需要新的电视探测器，但是，在龙卷风内部进行拍摄，意味着他们要穿过灰尘和大雨，去追踪那些在时速几百公里的疾风驱使下的碎片。
　　蒂姆说，这样做很难办到。
　　要了解这些碎片所造成的损失还有另一个方法，那就是分析龙卷风留下的线索。最佳地点是美国俄克拉荷马州，在这里，一系列时速大约480公里的龙卷风所向披靡，沿途一片狼藉。
　　1999年5月3日，一连串来势汹汹的龙卷风袭击了俄克拉荷马州的城市地区，这场龙卷风导致43人丧生，经济损失达10亿多美元。灾难留下的大量线索为了解龙卷风的致命威力提供了帮助。
　　当天，袭击这一地区的龙卷风达到了59个，其中一股1600米宽、时速485公里的旋风席卷了俄克拉荷马州的摩尔郊区，它的速度令人瞠目结舌。
　　龙卷风呼啸着步步逼近摩尔郊区。
　　当地气象专家加利说，当时，我告诉人们尽量躲到地窖里，或躲到庇护所里。
　　但很多当地居民避重就轻，心存幻想，朱丽就是其中一个。
　　朱丽说，我听到了警告，但当龙 卷风马上要来时，我仍然幻想它会转向，可惜这次我们不幸运。
　　龙卷风不约而至，朱丽没来得及躲到地下掩体中，她挤到壁橱里，把5岁的女儿藏到了自己身下。
　　龙卷风以485公里的时速袭击了小镇，日常用品转眼变成了致命的导弹，朱丽的住宅和周围社区变成了一片瓦砾，朱丽的汽车头朝下被摔到了四个街区外的房顶上。
　　门锁被飓风吸跑了，在龙卷风的推动下，木块儿像导弹一样穿透了房间的砖墙，直接刺透了壁橱，击中了朱丽。
　　朱丽说，我的脸像是被一根树枝击中了。
　　住在隔壁的急救人员詹森匆忙跑来帮忙。
　　詹森说，一个木块插进了她的耳朵，穿透了下颌，穿透了脖子这里的一条主动脉，从喉咙的位置穿出来，又穿透了另一条主动脉，卡在了她左侧锁骨下方。
　　木块儿穿透了朱丽的半个脸，朱丽嘴部的95％都被木块占据了，非常危险。詹森意识到一旦移动木块儿，朱丽很可能会流血至死，他将木块儿固定，迅速把朱丽送往医院。
　　一年后，朱丽经过多次手术，终于痊愈，她在废墟上建造了新家，并在车库下建了风暴避难所。她把那段险些令她丧生的木块儿保存下来，它是龙卷风致命威力的重要见证。
　　龙卷风过后，碎片冲击研究专家马歇尔立即来到事发现场，他测量出了碎片导致人丧生需要具备的力量。
　　马歇尔说，我测量的根据是龙卷风造成的破坏，这些残骸相当于龙卷风留下的“指纹”，是很好的证据，我到现场观察损失情况，还原龙卷风发生时的一切。
　　经统计，一天之内，59个龙卷风袭击了俄克拉荷马州，短短的几小时，产生了约200万立方米的残骸，这比俄克拉荷马州一年产生的垃圾量还多。
　　龙卷风袭击后的俄克拉荷马州惨不忍睹，金属折叠架的一条腿穿透了一个15乘15厘米的木头柱子，现场情况表明碎片能够穿透任何物体，包括汽车、奶牛、墙壁和家庭用具。一块木板被卡在冰箱之前已穿透了几堵墙壁。(图7)
　　
　　马歇尔说，物体越小，加速度越大，产生的冲力越强。
　　其实，现场勘查完全可以在实验室里进行复制和测量。
　　得克萨斯工程大学碎片冲击实验中心的技术人员，利用特殊装置模拟龙卷风造成的破坏，计算结果表明，时速400公里的龙卷风能在瞬间将一块7公斤重的木块，加速成为一个以160公里时速快速前进的导弹。
　　马歇尔说，在这种速度下，它能让一个2乘4厘米的木块穿透墙壁、墙板，进入房间内部。
　　许多家庭的金属前门都很厚重，但在龙卷风面前，形同虚设；龙卷风袭来时，许多人躲在汽车里，但试验结果表明汽车不适合藏身；还有人认为蜷缩在墙壁后面很安全，但即使是20厘米厚的水泥墙，仍然无济于事，最多只是降低碎片的速度而已，人的生命一样受到威胁。
　　标准房屋的墙板都是纤维板，碎片以160公里的时速飞驰前进时，可以直接穿透整座房屋。而袭击朱丽住所的龙卷风时速达到了480公里，远远超过了模拟的速度。
　　然而，这些实验都无法解释一个谜团――物体在龙卷风内部靠近地面的行进速度。
　　上一次追风行动失败后，蒂姆对探测器进行了调整。要想获得龙卷风内部的第一批图像，这部多媒体探测器绝对不能出任何纰漏，6部摄像机以圆环状摆放，以提供360度的视角，第七部摄像机向上，正对着风暴眼的位置。(图8)
　　蒂姆说，我希望这个向上的摄像机能够监测到龙卷风的风眼，拍摄到的画面很可能模糊不清，也可能让我们大吃一惊。
　　如果一切按计划进行，探测器将会从多角度展示龙卷风的情况。但当务之急是找到龙卷风，蒂姆决定前往“龙卷风走廊”区域寻找目标。
　　所谓的龙卷风走廊，是从美国南达科他州到得克萨斯州的广阔区域，包括：南达科他州，内布拉斯加州，衣阿华州，堪萨斯州，密苏里州，俄克拉荷马州，阿肯色州，得克萨斯州。
　　这个区域是全世界龙卷风最佳滋生地，来自墨西哥湾的暖湿气流与来自落基山脉的干冷气流在这一区域相遇，引起风的速度和方向的改变，导致气流快速旋转，当温暖的上升气流穿透寒冷气层向上运动时，气流旋转会更加迅速，当这个猛烈旋转的锥形气流接触地面时，就会产生龙卷风。世界上大多数急速旋转的超雷暴都形成于“龙卷风走廊”。龙卷风走廊上的城镇都遭遇过龙卷风的袭击。
　　位于龙卷风走廊的得克萨斯州的沃思堡市，有550万人口，是“龙卷风走廊”上人口最密集的地区。和郊外相比，市区内的龙卷风更加致命，它们在经过大型建筑时能够卷起更多巨型的碎片。2000年3月28日，沃思堡市就经历了一场前所未有的黑色旋风的袭击。(图9)
　　马歇尔从一座大桥上正好拍下了龙卷风以250公里的时速快速逼近沃思堡市的画面。
　　马歇尔看到这个怪兽冲向了9层楼高的美国凯西大楼，他很清楚这座建筑根本不堪重击。
　　马歇尔说，凯西大楼是标准的摩天楼，周围都是敞开的玻璃结构，这些都成了龙卷风的进攻武器。
　　和以往一样，凯西大楼保安员托尼外出将汽车停靠在大楼附近，他突然发现车门打不开了，他抬头想看看出了什么问题。
　　托尼说，我看到许多金属碎片，电线，电话杆，空心砖，纸张，全都堵在这里。
　　面对巨大的风力，托尼用力推开了车门，他飞奔到大楼大厅，将人们推入了楼梯间的安全地点，这时，托尼听到了大风击碎玻璃的声音。
　　托尼说，所有的玻璃同时碎裂，声响震耳欲聋，感觉到大楼在龙卷风穿过时的颤动。(图10)
　　
　　龙卷风转瞬即逝，但巨大的漩涡和压力将大楼办公室里的所有物品全都卷出到窗外。
　　当龙卷风击中摩天楼正面时，飞驰的碎片和旋风瞬间击碎正对的窗户，而玻璃碎片的速度立即增加到160多公里。
　　随着内部压力的增加，大楼另一侧的窗户几乎在同一时间裂成了碎片，大楼已经成为一个巨大的风道，楼里的所有物体都被推了出去。龙卷风和美国凯西大楼只有10至15秒的接触，造成的损失却无法估量。
　　现场到处都是玻璃碎片，有三辆汽车相互叠在一起。
　　龙卷风并没有就此罢手，它沿着街道，冲向了当地教堂的一座5层楼高的祈祷塔，而塔内的神职人员苏珊并不知情。此时的龙卷风夹杂着凯西大楼的大量玻璃碎片，以160公里的时速逼近。
　　马歇尔说，龙卷风袭击一座大楼后，产生的残骸碎片会跟着袭击其他建筑。碎片很多，最糟糕的是夹杂大量玻璃碎片的龙卷风，因为玻璃在时速几十英里的情况下能穿透人体。
　　当苏珊听到龙卷风的声音时，已来不及逃离，她只是不停地祈祷。
　　苏珊说，我听到了风声，可怕极了，胳膊上的汗毛都竖了起来，耳朵开始敲鼓。接着，所有的电灯全都熄灭了，周围变得一片黑暗。我听到顶上的塔楼塌下来了，那声音像是整座教堂正在倒塌一样。
　　令人恐怖的声响持续了十几秒后消失了，当苏珊再次睁开眼时，竞看到了蓝天。原来，祈祷塔所有的墙壁 已经在龙卷风的席卷下不知去向，只剩下塔尖的金属结构仍旧屹立。(图11)
　　不可思议的是，祈祷塔的楼梯仍然完好无损，苏珊沿着楼梯走了下来。
　　马歇尔说，龙卷风突然间全力发动袭击，成千上万的碎片四处乱飞，教堂的塔顶被吹塌了，场面就像战场一样，但房间内的两个人却没有受伤，确实让人很难解释。
　　苏珊的幸存再次验证了龙卷风致命威力的不可预测性。
　　袭击沃思堡市的龙卷风造成5人死亡，经济损失5亿美元。但这只是F2级龙卷风的威力。因为对龙卷风的研究还有很多不确定性，科学家只能依据龙卷风对地面造成的危害程度，将它分为5个级别：F1级龙卷风能够吹翻活动房屋；F2级的龙卷风能撕裂固定房屋的屋顶；F3级龙卷风能够推翻列车，并将大树连根拔起；F4级龙卷风能将坚固的房屋夷为平地；F5级龙卷风能将坚固的房屋刮出很远的距离，将汽车大小的物体卷上数百米的高空，就算是加固的钢铁结构也会遭到严重破坏。
　　据统计，近50年来，仅袭击得克萨斯州的龙卷风就多达6000多起，其中不乏比F2级威力更大的龙卷风，达拉斯市就遭到了超过65次龙卷风的袭击。龙卷风给得克萨斯州地区造成了50多亿美元的经济损失，损坏了将近4万座建筑。
　　得克萨斯州政府参议会的斯科特认为，现在最需要研究的问题是龙卷风什么时候来临，只要能实现准确预报，政府就有时间做出及时反应，以保护市民的安全。
　　龙卷风穿越人口密集的城市，产生的危险更致命。玻璃和办公设备像一个搅拌机，数十万人很可能会成为牺牲品；8万5千辆汽车也面临危险，相当一部分将被吸入漩涡。
　　斯科特说，从计算结果看，在特定的年份，出现这样级别的龙卷风可能性很小，从长期看，是完全可能的。
　　龙卷风走廊上的人们饱受龙卷风的肆虐，因此，专家们决心要揭开龙卷风的秘密，找出它致命的威力所在。
　　此时，在龙卷风走廊上，蒂姆和追风小组正在追寻着巨型龙卷风的踪迹。
　　一天，蒂姆似乎找到了正确的地点，龙卷风危险标记正在增加，尘旋，一个漏斗状气流开始形成，所有迹象表明风暴系统即将发动袭击。
　　蒂姆说，我看到尘旋了，肯定是龙卷风。
　　龙卷风转眼间已经形成，蒂姆必须要抢在龙卷风发动袭击之前，准确判断出它的行进路线，抓住机会放置好探测器。
　　他开车转向一条土路，直接向龙卷风冲过去。这时，高尔夫球大小的冰雹从天而降，土路变得泥泞不堪，继续向前非常危险。蒂姆很清楚，如果没有逃跑路线，若龙卷风突然转向，他将面临生命危险。
　　蒂姆距离龙卷风还有400米，此时的风速已达到每小时160多公里，强大的风力足以掀翻他的汽车。
　　蒂姆说，在当时情况下，我们根本没办法过去，因为下曳气流非常厉害。我们决定第二次中止计划。
　　蒂姆来不及为失去的目标懊悔，因为眼前这个季节正是龙卷风多发季，他要抓紧分秒时间，继续追踪这个怪兽。
　　蒂姆每天驾车行驶800到1600公里已是家常便饭，日复一日，年复一年，目的就是寻找他的完美目标――可以放置探测器的巨型龙卷风。
　　经过多日追踪，在衣阿华州的西北部斯托姆雷克镇附近，蒂姆再次发现了一个有望放置探测器的龙卷风。
　　蒂姆说，这个龙卷风持续的时间比较长，不过肯定很厉害。
　　此时，蒂姆必须准确判断出龙卷风途经的路线，蒂姆的汽车停在了他预测好的地点。(图12)
　　
　　这股龙卷风已完全形成，正朝着蒂姆他们快速移动，它的级别达到了F3级，风速每小时320公里。刻不容缓，蒂姆首先放置好一些较小的探测器，以测量温度和压力，然后他接通了多媒体探测器，7部摄像机开始进行全景拍摄。
　　所有探测器都安置在预测好的龙卷风途经路线上了，但龙卷风最后时刻突然改变了方向；蒂姆在瞬间做出调整，他把媒体探测器向北移动了大约30米。
　　果然，龙卷风开始向放置探测器的方向袭来，已经距离蒂姆不到300米了，他必须马上撤退。
　　龙卷风越来越近，这次蒂姆的判断准确无误，龙卷风向探测器冲去，直接命中目标。龙卷风还没有完全消退，蒂姆就迅速返回寻找他的探测器。
　　多媒体探测器完好地平躺在地面上。
　　蒂姆说，多媒体探测器一直都在记录，直至我们关闭摄像机的开关、撤掉电源。我们终于获得了期望已久的数据。
　　当龙卷风慢慢消退时，蒂姆已经掌握了从龙卷风内部拍摄到的前所未有的第一手资料。
　　每部摄像机从不同角度都拍摄到了画面，所有的画面都是前所未有的，从龙卷风内部拍摄的这些画面让蒂姆目瞪口呆，他希望由此揭开碎屑在靠近地面时的运动秘密。(图13)
　　蒂姆说，可以清楚地看到龙卷风的边缘刚好从探测器顶部经过。
　　通过这些画面，蒂姆发现在距离地面10米的地方，时速近320公里的龙卷风将威力显露无疑，其中一台摄像机拍下了一片松树林瞬间消失的画面。
　　蒂姆说，所有的树瞬间都倒了。
　　松树林的每棵树都有6米多高，当巨大的黑色漩涡经过时，就像一把锯子，将所有的松树都锯成了碎片。
　　科学家第一次通过蒂姆的摄像机看到了龙卷风中心地面上的情景：在这里，鹅卵石和小的碎片快速旋转移动。
　　急速飞旋的碎片毫无秩序，但是蒂姆希望能从画面中发现龙卷风中心地带碎片运动的规律。
　　蒂姆对距离地面几英寸的碎片进行速度计算，因为这里恰恰是人的生命面临威胁的区域。
　　蒂姆计算出了龙卷风中心一根木棍移动的距离，由此计算出了它的运动速度。
　　蒂姆说，这跟木棍的运动时速为113公里。
　　距离地面不到1米处的树叶，以时速200公里的速度快速前进，远远超出了人们的预料。
　　距离地面10米处是人类生命饱受威胁的龙卷风死亡中心，由于蒂姆和追风小组的努力，科学家终于掌握了第一手详细资料，这些新发现或许有助于工程师建造更加抗风的房屋，减少龙卷风给人类带来的灾害。
　　目前蒂姆正在研究一种新的科技产品，一种能够定格动态画面的闪光灯，一束滤波激光能够分隔并捕捉快速移动的微粒，以此追踪龙卷风碎片的行动规律。随着新的龙卷风季节的来临，更多的高科技产品将派上用场。同时，蒂姆的追风计划仍在继续，目的就是彻底揭开龙卷风之谜。

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