藤田级数：对龙卷风狂暴程度的分类

在藤田级数上被列为EF4的龙卷风 — 造成重大结构破坏的EF4级毁灭性龙卷风。
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科学摘要

Astronoo的文章介绍了藤田级数，这是一种基于对观测到的破坏进行分析而非直接测量风速的龙卷风分类系统。它由藤田哲也于1971年提出，随后于2007年被EF级数取代，将剪切力和升力的机械力与风的动压联系起来。从EF0到EF5的六个类别描述了估计风速范围和典型破坏。文章还阐述了该方法的局限性，特别是其主观性以及农村地区龙卷风可能被低估的问题。

如何测量龙卷风的威力？

本文专门介绍藤田级数，这是用于对龙卷风威力进行分类的参考系统。但是，这种极端气象现象的强度实际上是如何测量的呢？与人们可能认为的相反，人们并不会将风速计放置在龙卷风内部。那里的风速通常超过300公里/小时，会摧毁沿途的一切仪器。因此，答案在于一种间接方法：对龙卷风过后的观测到的破坏进行分析。调查人员检查倒塌的房屋、连根拔起的树木、被抛出的车辆，并推断出造成此类破坏所需的最小风速。这种方法由气象学家藤田哲也于1971年构想，并于2007年通过EF级数（Enhanced Fujita）得到完善。它包含六个类别，从EF0到EF5，每个类别都对应一个风速范围和典型破坏。尽管存在方法论上的局限性，藤田级数至今仍是传播龙卷风风险的通用工具。

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什么是藤田级数？

基于破坏的分类

藤田级数由气象学家藤田哲也（1920-1998）于1971年提出，是一种根据对人类结构和植被造成的破坏强度对龙卷风进行分类的工具。它不直接测量风速，而是根据观测到的破坏进行推断。

从F级数到EF级数

最初称为F-Scale，2007年在美国被EF级数（Enhanced Fujita）取代，后者更精确，且与现代建筑材料的相关性更好。

评估背后的物理原理

结构的力学分析

分类依据对受损结构的力学分析。人们估算产生这些破坏所需的剪切力、扭转力和升力。

风的动压

这些力与风的动压 $\frac{1}{2} \rho v^2$ 相关，其中 $\rho$ 是空气密度，$v$ 是风速。因此，EF5级龙卷风意味着动压超过 $10\ \text{kPa}$，足以将整个地基拔起。

EF级数的类别

从EF0到EF5的六个等级

EF级数包含六个等级，从EF0到EF5。每个等级对应一个估计风速范围和典型的破坏类型。

国际使用

它主要在北美洲使用，但其他国家也存在变体（如英国的TORRO）。

增强藤田级数（EF）的类别
类别	估计风速（公里/小时）	典型破坏类型	频率
EF0	105 – 137	树枝折断，屋顶瓦片被掀起	非常频繁
EF1	138 – 178	屋顶受损，车库被毁	频繁
EF2	179 – 218	房屋部分被毁	中等
EF3	219 – 266	承重墙倒塌	罕见
EF4	267 – 322	房屋被夷为平地，汽车被抛出	非常罕见
EF5	>322	结构被从地基上拔起	异常

局限性与争议

估计的主观性

基于破坏的间接估计方法引入了一定的主观性，因为建筑质量差异很大。

被低估的地区

此外，在基础设施稀少的农村地区，由于缺乏可摧毁的要素，强大的龙卷风可能被低估。

迈向实时测量

当前的研究试图整合移动式多普勒传感器和无人机，以完善实时测量。

需要记住的要点

尽管有局限仍是核心工具

尽管存在近似性，藤田级数仍然是龙卷风气象学中的核心工具。

研究仍然活跃

通过结合经验观测、流体动力学和材料工程，它使得评估地球上最猛烈的大气现象之一的危险性成为可能。当前的研究旨在更精确地将测得的风速与观测到的破坏关联起来，以实现更有效的预防。

参考文献

FAQ：关于藤田级数需要了解的一切

藤田级数实际测量的是什么？

藤田级数不直接测量风速。它根据建筑物、树木和车辆上的观测到的破坏来评估龙卷风的强度。调查人员随后估计产生此类破坏所需的最小风速。因此，这是一种基于结构工程和流体力学的间接测量。

藤田级数和EF级数有什么区别？

最初的藤田级数（F0到F5）可追溯到1971年。2007年，美国将其替换为EF级数（Enhanced Fujita），后者纳入了更多且更适合现代建筑的破坏指标。类别仍为六个，但同一类别的估计风速被下调，因为旧级数有时会高估风速。

在法国能观测到EF5级龙卷风吗？

猛烈的龙卷风在法国很罕见，但确实存在。大多数记录在案的案例达到EF0到EF2类别。然而，一些历史事件被归类为EF3甚至EF4，特别是在欧蒙（2008年）或敦刻尔克（1954年）龙卷风期间。迄今为止，法国领土上尚未记录到正式归类为EF5的龙卷风。

科学家如何确定龙卷风的类别？

龙卷风过后，一个调查小组会前往现场，检查破坏指标（DOD，Damage Indicators）：建筑类型、倒塌方式、碎片抛射、树木状态。每个指标都与破坏程度（DOD）和估计风速相关联。最终类别对应于观测到的最高破坏，前提是结构建造正确。

存在EF5以上的龙卷风吗？

不，级数止于EF5，对应于估计风速超过322公里/小时。没有定义更高的类别，因为超过这个阈值后，破坏如此彻底，以至于无法区分。一些科学家提出了纯理论性的EF6类别，但它未被正式使用，也没有实际应用。

什么是TORRO级数？

TORRO级数（Tornado and Storm Research Organisation）是一种英国分类，从T0到T10，于1970年代开发。它主要在英国和欧洲使用。与藤田级数不同，它同时结合了破坏强度和观测或估计的风速，这使其在某些情况下更为精确。