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自2009以来的所有violent级别龙卷重评

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既然隔壁的台风吧联赛已经弄得风生水起,那咱们的龙卷风吧也不能一直摆烂。
龙卷风,在通常情况下只是天空对大地的轻轻一吻,特定时候却如同真实世界存在的哥斯拉穿行于大地上,令人胆寒。在龙卷风中violent级别(EF4+)的龙卷风门无疑是最强的一类。
本帖将这些龙卷分为5个类别,低端4(166-175),中等4(176-185),高端4(186-195),低端5(196-220),高端5(>220)。
本帖的评价方式参考B站喵喵大佬:抛弃直接追求精准风速,偏重比例区分法。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violent级别准入门槛的要求,并确保达到此要求的龙卷风在所有龙卷中占极小比例。比例大致为低端4(1%),中等4(0.1%),高端4(0.01%),低端5(0.005%),高端5(0.001%)。
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
对于这些指标,他们并非绝对可靠,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≥两条指标达到某级别准入标准才可以获得评级。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。接下来lz将会对每个指标在楼上进行介绍。
风王镇楼


IP属地:湖北1楼2025-02-11 11:27回复
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    IP属地:湖北2楼2025-02-11 11:31
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      建筑物破坏
      建筑物破坏分为三个小指标: 达到工程学violent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,而lz对该指标准入门槛为:官方评价为166-175mph的单独FR12房毁为低端4
      官方评价为176-185mph的单独FR12房毁为中等4
      官方评价为186-195mph的单独FR12房毁为高端4
      官方评价为196-220mph的单独FR12房毁为低端5
      官方评价为>220mph的单独FR12房毁为高端5。
      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violent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。本指标会在以后的很多龙卷的分析中进行进一步的解释。
      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lz更愿意采纳工程学意见。达到工程学上的violent强度评价即可。评价分级与FR12房毁相同。


      IP属地:湖北3楼2025-02-11 11:51
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        树木破坏
        树毁指标中可以构成violent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。
        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。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violent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。因此lz对剥皮指标的中等EF4准入标准为:多颗树木(大于一颗)被严重剥皮(至少25%以上面积);对剥皮指标的高端EF4准入标准为:多颗树木(大于三颗)被严重剥皮(至少40%以上面积);对剥皮指标的低端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);对剥皮指标的高端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80%以上面积)。具体数量可根据龙卷遇到的树木数量进行调整。
        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。lz对该指标的EF4准入标准界定为:1处松柏类灌木被部分摧毁或整排或多处松柏类灌木被部分摧毁;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。
        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,高端EF4的标准则稍微放低:移速超过30mph的龙卷风具有明显核心带和中心两侧较高度对称性、比较有有整齐度的倒伏树木,倒伏模式呈比较明显反向幅合模式。


        IP属地:湖北4楼2025-02-11 12:23
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          车辆破坏
          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。
          因此车毁低端EF4和中等EF4的准入门槛为:有多量(≥2)车辆车身发生扭曲;车毁低端EF5和高端EF4的准入门槛为:有多量(≥2)车辆车身完全扭曲;车毁高端EF5准入门槛为:有多量(≥10)车辆车身完全扭曲。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,都不构成该指标。


          IP属地:湖北5楼2025-02-11 12:33
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            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lz不设置强度低于EF5的准入门槛,该指标lz给出的EF5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。


            IP属地:湖北6楼2025-02-11 12:37
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              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EF4+准入门槛为:一定面积的、明显的草地冲刷,得到的评级根据冲刷程度和面积逐渐增加。


              IP属地:湖北7楼2025-02-11 12:42
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                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lz给的EF5准入门槛极高:接近或达到2011年Philadelphia EF5水平;高端EF4则要达到2021年BermenEF4水平。对于高端EF4级别以下的破坏则因无过多案例支持和可靠性过低不予评价。


                IP属地:湖北来自Android客户端8楼2025-02-11 15:35
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                  至于特殊地表破坏,请看这张图。后面大概率也不会用到这个指标。


                  IP属地:湖北来自Android客户端9楼2025-02-11 15:42
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                    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violent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,达到两条即可获得其应有的评级。特殊指标中最匪夷所思的极端破坏可以构成某些评级的唯一指标。


                    IP属地:湖北来自Android客户端10楼2025-02-11 15:46
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                      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。lz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。出于上述考虑,lz目前对该指标给出的准入门槛为最低扫描层面速度对≥50kt同时碎屑高度≥15000ft,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15000ft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。


                      IP属地:湖北来自Android客户端11楼2025-02-11 16:30
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                        好,萌新帮顶


                        IP属地:内蒙古来自Android客户端12楼2025-02-11 17:39
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                          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,对于部分龙卷本指标可以成为构成评级的唯一理由。目前对该指标的EF5准入门槛设定为风速>290mph;高端EF4准入门槛设定为风速251-290mph;中等EF4准入门槛设定为风速211-250mph;低端EF4准入门槛设定为190-210mph。


                          IP属地:湖北13楼2025-02-11 18:18
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                            好,规则介绍完毕,我们正式开始。除特殊节假日外,本帖每周六晚上或周天早上或中午更新一次。


                            IP属地:湖北14楼2025-02-11 18:36
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                              首先是2009年


                              IP属地:湖北15楼2025-02-11 18:41
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