龍捲風災害

龍捲風是從高空向下伸展出的強烈轉動的漏斗狀的雲柱。所到之處，會把地面的水、塵土、泥沙捲起，甚至可拔樹倒屋，人、畜也會一併升起。龍捲風影響範圍雖小，但造成的災情卻很大。

本文介紹的是天氣現象意義上的龍捲風。關於與“龍捲風”同名的其他主題，詳見“龍捲風(消歧義)”。

龍捲風（英語：tornado），又稱捲風，是一種相當猛烈的天氣現象，由快速旋轉並造成直立中空管狀的氣流形成。龍捲風大小不一，但形狀一般都呈上大下小的漏斗狀，“漏斗”上接積雨雲（極少數情況下為積云云底），下部一般與地面接觸並且時常被一團塵土或碎片殘骸等包圍。

大多數龍捲風直徑約75米，風速在64千米每小時至177千米每小時之間，可橫掃數千米。還有一些龍捲風風速可超過480千米每小時，直徑達1.6千米以上，移動路經超過100千米。

雖然除南極洲外的每塊大陸都發現有龍捲風，但美國遭受的龍捲風比其他任何國家或地區都多。除此之外，龍捲風在加拿大南部、亞洲中南部和東部、南美洲中東部、非洲南部、歐洲西北部和東南部、澳大利亞西部和東南部以及紐西蘭等地區皆常有出現。

台灣雖然龍捲風不多見，但是根據氣象學者研究，嘉南平原因為平原地形，平均每兩年會出現一次龍捲風。在

2011年5月12日新北市新店區也發生過小型龍捲風。

龍捲風往往來自於雷暴、超級單體、颮和颶風。通常認為龍捲風在冷空氣穿過熱空氣層迫使暖空氣急速上升時產生。雷暴伴隨著龍捲風，閃電，有時還有冰雹。許多龍捲風在中氣旋的末端出現。在雷達屏幕上，一個“鉤狀回波”往往就代表了一個可能存在龍捲風的區域。

疾風颳起的碎片導致建築物受損。龍捲風的氣流已被準確地測得超過480千米每小時。在北美洲，儘管龍捲風季節通常從3月到10月，但一年中隨時都可能出現龍捲風。它們在午後和晚上容易出現：所有龍捲風中超過80%的在正午和午夜之間發生。

龍捲風旋體可分為雲內氣旋和下部“象鼻”兩部分。龍捲風都是從雲團中生成並逐步下傳的，因此龍捲風的主動力部位在雲團內。這個推論的進一步含義是，龍捲風生成的基本條件存在於雲團內部。由於雲團的遮蔽，人們無法直接觀察到雲內氣旋究竟是如何生成的。於是多普勒雷達以及其他觀測手段被用來觀測龍捲風生成初期雲內氣旋的生成過程。但是，龍捲風的生命期很短，一般只有幾分鐘，且生成地域的隨機性很強，所以在龍捲風生成地適時展開探測設備的工作也困難重重。實際上，當人們在地面觀察到龍捲風旋體時，其生命期已經越過了系統生成的初期。那麼，雲內氣旋究竟是如何生成的，其旋體的高速旋轉以及近地面小範圍內巨大的抽吸力是如何形成的，對這兩個問題的理解是解釋龍捲風生成的重要前提。

龍捲風旋體是高速旋轉的，其周邊的空氣運動速度是相對低速的。以牛頓經典力學知道，相對低速的運動不能對相對高速運動提供動能(排除其他場力的情況下)。這個基本分析否定了外部已有的水平風對龍捲風旋體提供增速的可能性。接下來的問題是，是什麼過程導致了龍捲風的生成和生成后系統運動的維持？由於大氣在大多情況下是看不見的，因此人們想要找到一個可見實物實驗就很困難；由於雲團的遮蔽，人們又不能看到雲內氣旋的生成過程。由於這兩個方面的原因，人們一直不能很清晰地解釋龍捲風的生成問題。實際上，龍捲風也是以氣旋方式運行的基本特徵為人們探究其生成機制的工作提供了另外的可能。本質上看，龍捲風生成問題也是氣旋生成問題。那麼，氣旋是如何生成的呢？

第一，先解釋什麼是冷凝增速：由於旋體外部是低溫空氣(一般在0℃以下)，旋體內高溫水汽將在外緣上發生冷凝，局部的水汽冷凝引發局部的相變收縮。一定量水汽完全相變(100℃，同溫，標壓)為液體水后體積將收縮為原體積1/1800(蓋。呂薩克測定值)。相變收縮的局部低壓將由冷凝區域周邊的大氣填充。大家知道，氣旋內部的氣壓較低，而外部的氣壓較高。因此，填充相變低壓的主要貢獻者是外部大氣。在北半球，科氏力是右偏的。外填充氣流(由於旋體的外緣是圓柱面，這個形狀將促使外填充氣流律化為水平氣流。可以認為，外填充氣流幾乎都是水平氣流)在逐步向心流動過程中將向右偏。當這些右偏且增速的外填充氣流加入到旋體外緣上時，外緣上該部分的與右偏氣流同方向的運動速度將增大。由於旋體外緣上水汽冷凝的熱力學條件大致相同，在旋體外緣的整個圓周上都在發生著強度相近的局部冷凝，因此，外部大氣對旋體的增速作用是分佈在整個圓周上的。返回到上一層邏輯關係，由於氣旋外緣的運動增速是由水汽冷凝引發的，所以旋體內水汽的量和溫度將決定該氣旋運行時外緣旋轉的速度和運行的時間量，科氏力參量決定向心氣流右偏的幅度，同高度大氣壓與相變低壓之間的差值決定向心氣流的強度。簡單地說，旋轉初期旋體內水汽的量決定氣旋生命期的大小。

第二，在積雨雲團所在的高度，大氣的溫度在0℃以下，一般不會存在大塊自由態水汽。那麼，這些較大量水汽是怎樣生成的呢？閃電。積雨雲團內部的閃電將促成局部區域10000-20000℃高溫，進而促使，1.局部區域內空氣膨脹約33倍(以10000℃估算)；2.雲團中的微水滴和微冰晶汽化，體積膨脹約60000(1800X33)倍。兩類膨脹的幅度與局部閃電的體量正相關，兩類膨脹的強度與局部閃電的強度正相關。兩類膨脹的直接外顯現象是衝擊波。這是造成雷暴雲團在大多時間段內存在混亂且劇烈局部運動的直接原因。在這個過程中，單個衝擊波具有自身的定向運動的特徵。這個衝擊波也會存在“側向風促成渦旋”的作用過程。由於衝擊波作用的方位差異，所促成的渦旋既有左旋的，也有右旋的。由於旋體內不存在較大量水汽的緣故，所以這類渦旋不會以氣旋方式運行。兩類膨脹形成大塊水汽團，由於大氣壓的作用，水汽團將向上運動。在上升過程中，水汽團的外緣上發生持續的水汽冷凝。受到冷凝增速的持續作用，水汽團將逐步地旋轉起來。

第三，外緣上水汽冷凝形成的相變低壓同樣被內側空氣填充。由於氣旋內外壓強的差異，內填充強度較外填充的小。內填充的水平氣流同樣受科氏力作用而右偏，相對於外緣已有運動速度的方向是相反的，對外緣已有運動起減速作用。但由於強度較小，對冷凝局部的減速作用相對較小。同樣地，由於大氣壓作用，相變低壓在被填充過程中將向上運動，內填充氣流也有向上運動的分量。這個運動過程是每個單次的局部冷凝都有的過程；並且，局部冷凝將釋放潛熱，由潛熱增溫的空氣也將向上運動。這些內填充氣流+局部冷凝過程所釋放潛熱促成的局部上升氣流的集合是氣旋強大抽吸力的來源。

第四，氣旋運行的主要特性。在旋體內水汽充足的條件下，外緣上的冷凝增速將持續進行，外緣旋轉速度也持續增大(當然有一個極限值)。在旋轉速度持續增大的同時，外緣冷凝筒的直徑也將隨之增大。

第五，雲內氣旋產生的強大抽吸氣流將從氣旋的下口向下傳遞，促成下部的強勁上升氣流。在氣旋已有旋轉運動的組織和強勁上升氣流的協同作用下，氣旋下口處會形成與氣旋旋向相同、旋速相近的跟隨渦旋。儘管外部溫度仍接近0℃，但該處空氣中水汽含量不足，所以這些跟隨渦旋不會得到冷凝增速所提供的動力。因此在逐步下傳的過程中，跟隨渦旋將逐步收口(對於相同運動參數渦旋，外部大氣壓增大則渦旋的旋徑收小)。跟隨渦旋的逐步下傳的過程即下部的“象鼻”逐步形成的過程。跟隨渦旋“成型+下傳”的動力是由雲內氣旋提供的。雲內氣旋的強度及維持運行的時間量與跟隨渦旋的強度及下傳的尺度是正相關的。氣旋強度不大時，不會產生跟隨渦旋；氣旋強度較大時，下部“象鼻”並不能下傳到地面，即人們經常看到的"象鼻懸於半空中“；只有氣旋強度很大時，“象鼻”才能下傳到地面。

第六，雲內氣旋產生的抽吸氣流幾乎全部通過“象鼻”中的通道傳遞，而通道卻是逐步收口的。因此，最下部通道的氣流強度是非常大的。伯努利方程：在一段封閉的管道內，隨管道的截面積變小，流體的速度將增大。

實際上，在水汽團開始旋轉的初期，1.水汽團的整體上升運動是非常關鍵的條件，這個上升運動將起到類似渦旋制衡特性(渦旋運動的固有特性)的作用。這種制衡特性是渦旋之所以能夠以多種方式生成的關鍵特性；2.並不需要外部氣流(在長期缺少實物實驗的情況下，外部的水平風切曾經一直被人們認為是垂直渦旋生成的必要條件)的輔助。因為，外部的非旋轉氣流會幹擾水汽團逐步旋轉的過程。氣旋是在局部存在較大量水汽、外部存在較低溫空氣和存在科氏力的條件下，由水汽冷凝引發大氣壓做功，進而形成的自組織的旋轉運動系統。也就是說，氣旋是在滿足前述三個條件(大氣壓是一直滿足的條件，從略)下，由水汽冷凝這種熱力學過程引發的上升氣流和收縮低壓引發的冷凝增速兩種動力學過程的協同作用下自組織形成的旋轉運動系統，這個系統獲得外部動能的根本原因的水汽冷凝，而提供動能的是外部的大氣壓勢能。這個運動系統所表現出的後續的運動特性也都源於水汽冷凝和水汽冷凝作用下的自組織過程。

龍捲風物理過程的解釋

對龍捲風生成的研究可以追溯到400多年以前。在這400多年中，人們始終迷惑於，1.龍捲風旋體是在什麼物理過程的推動下高速旋轉的，2.近地面風速為什麼會如此之大。龍捲風過程主要是物理過程，物理學相關分支的研究進展是認識和理解龍捲風生成和維持機制的重要前提。比如，在認識到相變潛熱之前，龍捲風是不可能得到合理解釋的。人類在焦耳、邁爾及亥姆霍茲等的工作中於1850年代確立了能量守恆原理。而能量守恆與轉化原理是人們解釋一些較複雜運動所必須的物理學理論前提。在1850年代之前，儘管人們認識到了動能和勢能可以相互轉換的知識，以及由布萊克對水的三相相變的研究而認識到相變潛熱等，但是仍不能對龍捲風作出解釋。

自然科學是以實驗為基礎的。人類對宏觀運動的認識，以及認識的更新和更精準化(人類認識物理過程的三個階段)都離不開實物實驗。在大多情況下，大氣是不可見的，因此人們很難找到一個實物氣旋實驗。這是大氣渦旋生成問題研究中的主要困難，是橫亘在氣象學家與龍捲風、熱帶氣旋和雷暴之謎之間的一個重大困難。

發現澡堂小氣旋

在無風的澡堂中，將浴池中水溫控制在40±1℃，當室溫高於22℃時，水汽從水面上蒸發后逐步上升，沒有小氣旋生成；1.當室溫在22℃---20℃時，在上升過程中，部分水汽會逐步聚攏成水汽團。在上升過程中，水汽團的外緣會逐步地開始旋轉，並最終生成小氣旋；2.當室溫在18±1℃時，小氣旋將在水面上直接生成。在實驗環境中輔以適當的側向光照，以增強微水滴的散射效果，將觀察背景設置為較暗色，則觀察效果更好。第2種生成方式與塵捲風生成方式是相似的，但第1種方式卻是獨特的。本人是一個鑄造工藝設計高級工程師，當時對氣象專業根本不懂，不知道科氏力等氣象學知識。在2012.04.01(星期天)去澡堂洗澡。當時，澡堂剛好停供暖氣，室溫很低。當進入洗澡間時，看到水面上的水汽在旋轉(第2種方式)。在隨後的長期觀察中又發現了第1種小氣旋生成方式。想要弄清楚，水汽為什麼會旋轉？開始了這個問題的研究。

對之前理論的學習和辨析

之後，在網查中知道，氣象界對熱帶氣旋的生成機制還不清楚，關鍵的困難是缺少實物氣旋實驗。於是將澡堂小氣旋的生成與熱帶氣旋相聯繫展開研究。做出該聯繫方向的推斷需要一系列中間階段的小邏輯推斷的支撐。其中，對之前研究和理論的學習和辨析是關鍵性的支撐。

小氣旋是一個運動系統，它應當是由其他運動促成的。在澡堂中沒有風時，小氣旋也可以生成，可以確定小氣旋不是由外部風促成；溫差較小時也沒有小氣旋生成，只有在溫差較大時才會有小氣旋生成。該溫差下，洗澡的人們會感覺較冷，因此一般情況下澡堂不會有如此低的溫度，這也是人們不容易發現澡堂小氣旋的原因。小氣旋生成過程是局部空氣+水汽運動形式的變化，而造成局部運動變化的因素只來自水汽冷凝。可以推斷，1.促成澡堂小氣旋的因素只來自水汽冷凝所產生的運動過程。這是一個非常關鍵的推論，是支撐本人後續研究的最直接依據。實際上，當溫差相當且有微風時，小氣旋生成的數量會大幅減少或不能生成。可以推斷，2.外部風對小氣旋生成起干擾作用。推論1與Charney的斜壓不穩定理論有相似之處，但斜壓不穩定理論強調垂直溫度梯度，且將促成渦旋旋轉的扭矩歸結為地轉偏差(問題較複雜，簡單地這樣說。)，本文明確提出，旋體周邊的水平溫度梯度才是氣旋獲得外部動能的根本所在。因此較之明顯更進一步(有興趣的朋友可查看熱帶氣旋生成研究的相關文獻)；推論2與之前研究的觀點相去甚遠，因為在熱帶氣旋生成研究的相關文獻中，關於外部擾動源的討論佔了較大篇幅，甚至在觸發機制的討論中也與外部動力相關聯。其實，只要具備一般的物理學知識，推論2中“氣旋旋體運動與外部運動是競爭關係”的邏輯觀點是容易理解的；只是在缺少實驗的情況下，將外部風與氣旋生成以負相關相聯繫卻有些困難。在隨後的近7年中，逐步學習氣象學知識和相關理論中，逐步地形成一些觀點，又逐步地調整和改進一些觀點，最後形成了本文所述之觀點。在整個過程中，澡堂小氣旋實驗所得出的推論1和推論2不僅限定了促成氣旋的條件，同時也排除了困擾著之前研究的許多干擾項。因此，澡堂小氣旋實驗始終是本文研究的引路燈塔。由此可見，實驗對於科學研究的重要性。

水汽團逐步旋轉的物理模型

環境條件：室溫22℃---20℃，無風。在上升過程中，水汽逐步聚攏形成水汽團。水汽團的形狀是多種多樣的，在上升過程中也會發生形狀的變化。當水汽團上升到離水面約600--700mm高度時，水汽團的外緣上有明顯的水平運動增大的現象。由於水汽團形狀的原因，其內外有溫度梯度，且在外緣上溫差較大。此處的冷凝強度達到了冷凝增速的要求，能夠引發較大平均速度的填充氣流；並且，此處的後續冷凝條件仍然滿足，能夠繼續引發填充氣流。依據水汽團的形狀，外緣上的冷凝增速以統計規律作用於水汽團的外緣，在持續冷凝的累積下，外緣將持續地增速，並將外緣的各種複雜形狀逐步地修剪成最終的圓形。實際上，在逐步旋轉的過程中，並不是水汽團的最外緣的速度最大，而是在水汽團最外緣的稍內側區域。從科氏力對向心氣流右偏的幅度來看，右偏氣流的切向與旋轉氣流的切向之間的夾角是較大的。較大速度的(與局部冷凝強度正相關)增速填充的氣流將越過冷凝中心，向水汽團的稍內側運動。這是造成前述現象的較合理解釋。冷凝增速是局部相變低壓引發的過程，並不因為冷凝局部是否處於運動狀態而變化。即不論冷凝局部的已有運動速度如何(一定範圍內)，局部冷凝引發的增速作用都將存在(當然，這裡有一個數學關係式，有一個相對的增速比率的問題)。

氣旋的物理過程

下面將龍捲風生成和運行中的現象與前述解釋相結合來說明：

第一，龍捲風(氣旋)生成的4個條件。1.大塊自由態水汽；2.外圍較低溫度大氣(一般在0℃以下)；3.大氣壓；4.科氏力。其中，2、3、4條件在大多積雨雲團中(除赤道以外)是普遍滿足的；而大塊水汽和外圍低溫大氣兩個條件一般是不會同時滿足的。當雲團內發生閃電時，該兩個條件可以同時滿足。

第二，垂直渦旋生成的三種方式。1.當有風時段，在一些建築物拐角處常生成的渦旋。這類渦旋是人們經常看到的，因此人們誤認為垂直渦旋只有這一種生成方式。這種錯誤認識曾經長期佔據渦旋研究領域；2.上升氣流(如炎熱夏季的局部受熱而促成的上升氣流)將引發局部向心流動，進而促成的塵捲風。在一些情況下，龍捲風的“象鼻”部分與塵捲風的運行狀態有較大的相似度。因此，塵捲風曾經被一些非專業人士誤認為是龍捲風，實際上兩者有本質不同。作為干擾項，也阻礙了相關學者對龍捲風的理解；3.最特殊的一種，即大塊水汽在溫差較大的環境中以冷凝增速方式生成的氣旋。

第三，關於氣旋的定義。有興趣的朋友可以查看相關詞條。之前學界對氣旋的定義並不是很確切，原因是對氣旋生成和維持的機制並不是很清楚，或者說對幾種相類似的以“氣旋”方式運行的垂直渦旋不能做到嚴格的區分。大致的意思可以理解為將“能夠較長時間運行，卻明顯不是(不僅僅是)由水平風切持續驅動的垂直渦旋”定義為氣旋。比如，塵捲風和中亞氣旋等。實際上，塵捲風較長時間運行所需要的動能是在旋根部由外圍的向心氣流提供的。只要外圍上升氣流仍然存在(在一定強度以上)，那麼塵捲風就能夠持續地獲得動能以維持運行。上升氣流轉變為向心氣流一般在固-氣界面或液-氣界面，所以，塵捲風獲得動能的基本條件仍有賴於地形。這也是塵捲風經常在開闊地帶生成的主要原因。氣旋是旋體內具有大量較高溫度水汽，且在外部存在較低溫度空氣的濕性渦旋，是在旋體外緣上具有冷凝增速動力的濕性渦旋。氣旋的生成和運行並不需要地形條件的輔助，因為在自然條件下氣旋只能在半空中生成。這也是人們很難找到相關實物實驗的主要原因，因而也是人們很難理解龍捲風的主要原因；但是，氣旋須在大塊雲團中生成。而大塊雲團的形成卻需要較平坦地域條件的輔助。在清楚認識氣旋生成機制之前，人們是不可能設計一個實驗來進行深入研究的。由澡堂小氣旋能夠在無風條件下自發生成的實驗事實開始，作者對氣旋生成的研究始終以水汽冷凝為主線，自然地排除了外部風在氣旋生成過程中的可能的輔助作用。從這個氣旋定義可以看到，真正的氣旋是在外緣上能夠持續獲得動能的垂直渦旋。在地球物理環境相對應的溫度範圍內，該定義只適用於由水汽相變生成的氣旋。如果在其他星球上，當該星球的大氣溫度範圍內存在某種物質也可發生類似的相變，則該星球大氣中可能生成類似於地球氣旋的垂直渦旋。如木星大紅斑和海王星大藍斑。

第四，熱帶氣旋(Tropical cyclone，簡稱TC)胚胎(TC生成研究中的通常稱呼)在最初生成時就是氣旋，而不是由所謂擾動逐步發展而成。按照運動局部有序的程度來看，擾動的有序程度較氣旋的要小，擾動可以看作是不成功的渦旋(作者在論文中反覆強調的觀點)。與龍捲風相比，TC的生命期要長得多。一般少則5--7天，多則10幾天，最長的可達28天。其長時間運行的根本原因是，TC在中層運行的主動力部位能夠持續地從熱帶洋麵獲得水汽供給。

第五，蒸汽機和氣旋。以其他熱源加熱液態水獲得蒸氣，進而推動機械運動獲得動能的方式是人類第一次工業革命的標誌。水蒸氣的膨脹可以做功，做功的方向向外；水汽的冷凝可以引發周邊具有大氣壓勢能的大氣對冷凝局部做功，做功的方向向內。做功的方向決定動能輸送的方向。後者是氣旋工作的基本物理過程。在熱帶氣旋生成機制的研究中，曾經有些學者將熱帶氣旋比作“卡諾熱機”來展開相應的研究。這個類比實際上與氣旋工作機制是較接近的，但是只注意到了潛熱的作用，卻忽視了冷凝低壓被動做功的作用。而後者恰恰是氣旋工作機制的最根本之處。

第六，龍捲風的生命期。龍捲風的生命期可以分為兩部分(特指雲內氣旋)，即前期的氣旋方式生成和運行部分和後期的以乾性渦旋運行部分。由於沒有冷凝增速作用，乾性渦旋以自身具有的慣性來維持運行，此時雲內旋體的抽吸力已減至很弱，雲團下部的“象鼻”已不復存在；由於受到大氣粘滯阻力作用，乾性渦旋的旋轉速度很快減小直至消散。對於大多雲內氣旋而言，以氣旋方式運行的時間量要遠遠大於乾性渦旋時間量，並且只有在氣旋方式時才會有下部的“象鼻”，所以在人們看來，這段時間才是龍捲風的生命期。實際上，以渦旋運動的基本特性，任何渦旋在失去外部動能供給時都會以自身慣性維持一段時間。

第七，水汽團逐步旋轉過程。根據牛頓經典力學知道，在沒有外部衝量矩作用時物體(包括物質三態)是不會轉動的。而氣旋旋體的旋轉速率較外部大氣的運動速率大出很多，因此氣旋旋體不能從外部運動直接獲得動能。以大量的可觀察到的渦旋實例，以及傳統的認知和邏輯關係來看，在氣體旋轉中能夠產生衝量矩的只可能是外部的水平風切。對前述的兩種垂直渦旋生成，這個邏輯推理是合適的，卻不適用於對第三種垂直渦旋的生成和維持階段的解釋。實際上，冷凝增速在物理學上完全符合牛頓經典力學，只是形式上更加特殊而已。可以看到，Charney的解釋熱帶氣旋生成的第二類條件不穩定(CISK)機制和Emanuel的海氣相互作用(WISHE)機制均是不正確的。

第八，渦旋運動的傳遞。當一個渦旋生成后，在其周邊的三維空間都會受到粘滯阻力，而並不僅僅在旋體的外側。其中，旋體外側阻力是渦旋減弱的主要因素，而垂直軸向阻力的作用則視渦旋運動的強度而定。當渦旋本身強度較大，或者仍能夠持續獲得外部動能時，該渦旋將通過軸向粘滯阻力將自身運動傳遞出去，生成跟隨渦旋。同樣地，跟隨渦旋具有慣性運動的特性，可以依靠自身的慣性維持，並且與母體渦旋形成相互依存的運動關係；當母體渦旋強度仍足夠大時，跟隨渦旋也可從其獲得維持運動所需之動能，甚至繼續向外傳遞。這種傳遞現象從塵捲風生成的初期經常可以看到，但龍捲風下傳的過程卻不太容易理解。

第九，渦旋運動的制衡特性。人類對慣性的認識是逐步達成的(請參閱慣性相關詞條)。伽利略·伽利萊主張，外力改變的是物體運動的速度；維持物體速度不變，不需要任何外力。由於慣性，一個已經成型的渦旋具有保持自身運動狀態的基本特性。渦旋的外緣旋轉運動與中心低壓是一對具有制衡特性的物理量。彼此好像在說，我們是一個整體，我不能減弱，你也不能減弱。這種制衡特性其實是慣性在渦旋運動中的特殊表現形式，它是渦旋之所以能夠獲得外部動能的基本保證。理解了這種制衡特性，就能夠理解冷凝增速發揮作用的內在原因，也就能夠理解其他非垂直渦旋能夠以多種方式生成(比如吐煙圈)的內在原因。

第十，對渦旋運動中渦度增大原因的討論。已有的理論認為，TC旋速增大是由於角動量守恆的作用。可以參照的實例是花樣滑冰運動員在旋轉過程中收小旋徑時的運動過程。但是與慣性聯繫思考時就會存在一個問題，當渦旋不受外力作用時，渦旋是依據慣性保持原有的運動狀態呢，還是依據角動量守恆收小旋徑並增大渦度呢？實際上，外部衝量矩才是改變渦度的根本動力。前述中，維持塵捲風持續運動的動能來自旋根部外圍的向心且右偏氣流；維持氣旋持續運動的動能來自旋體外緣上的冷凝增速所提供的動力。以實驗事實為基礎，經過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，才能找到促成氣旋運動的根本動力。

十一，龍捲風的風速。龍捲風的破壞力體現在近地面的大風速，這個大風速是“象鼻”通道中的抽吸氣流促成的。其抽吸口(R=15m)以內是大風速區域，風速在50--180m/s。其原因在前述中已經討論到。這個風速並不是由地面附近的低壓造成的，而是由雲內氣旋的強大抽吸氣流下傳造成的。與塵捲風的地面附近風速相比，龍捲風的要大出許多。通過建立相關物理模型，可以計算出塵捲風所能夠達到的最大風速。在龍捲風過程在，水汽相變以及相對應過程是解釋其超大風速的較合理模型。

十二，“象鼻”周邊的塵捲風。由前述知道，“象鼻”是由雲內氣旋抽吸氣流促成的。在大多情況下，這個抽吸氣流的強度較促成塵捲風的上升氣流強度大，且隨雲內氣旋的生命期而具有一定的持續性。在這段時間內，無論“象鼻”是否下傳到地面，這個抽吸氣流都會在地面一定高度內促成一個塵捲風。當“象鼻”懸於半空中時，地面上的塵捲風會與之遙相呼應；當“象鼻”下傳到地面時，這個塵捲風依然會存在一段時間。人們有時見到的旋徑很大的龍捲風，實際上是一個“二層皮”結構，外部是塵捲風，其破壞力較弱，內部是龍捲風的“象鼻”，破壞力很大。

十三，龍捲風的突然爆發。根據功能轉換原理，龍捲風的突然爆發一定有一個與之相對應的物理過程，而這個物理過程同樣具有突然爆發的特性。龍捲風生成時間短，即對應著該過程所釋放的功率大；龍捲風在生命期內維持很大強度抽吸氣流，即對應該段時間內旋體自身產生的功率維持在相應的水平上。

龍捲風的分類包括但不限於：

真正的龍捲

多漩渦龍捲

多漩渦龍捲風指帶有兩股以上圍繞同一個中心旋轉的漩渦的龍捲風。多漩渦結構經常出現在劇烈的龍捲風上，並且這些小漩渦在主龍捲風經過的地區上往往會造成更大的破壞。

水龍捲

主條目：海龍捲

水龍捲（或稱海龍捲，英文：waterspout）可以簡單地定義為水上的龍捲風，通常意思是在水上的非超級單體龍捲風。世界各地的海洋和湖泊等都可能出現水龍捲。在美國，水龍捲通常發生在美國東南部海岸，尤其在佛羅里達南部和墨西哥灣。水龍捲雖在定義上是龍捲風的一種，不過其破壞性要比最強大的大草原龍捲風小，但是它們仍然是相當危險的。水龍捲能吹翻小船，毀壞船隻，當吹襲陸地時就有更大的破壞，並奪去生命。當水龍捲很可能產生或在海岸水域上已經看得見的時候，美國國家氣象局將會經常發出特殊的海上警告，或者當水龍捲會向陸地移動時發出龍捲風警告。

陸龍捲

陸龍捲（英文：landspout，美國國家氣象局稱dust-tube tornado）用以描述一種和中尺度氣旋沒有關聯的龍捲風。陸龍捲和水龍捲有一些相同的特點，例如強度相對較弱、持續時間短、冷凝形成的漏斗雲較小且經常不接觸地面等。雖然強度相對較弱，但陸龍捲依然會帶來強風和嚴重破壞。

類似龍捲的現象

陣風卷

陣風卷（英文：gustnado）是一種和陣風鋒與下擊暴流有關的小型垂直方向旋轉的氣流。由於它們嚴格來說和雲沒有關聯，所以就它們是否屬於龍捲風還存有爭議。當從雷暴中溢出的快速移動乾冷氣流流經溢出邊緣的靜止暖濕氣流時，會造成一種旋轉的效果（可用“滾軸雲”解釋），若低層的風切變夠強，這種旋轉就會水平（或傾斜）進行，並影響到地面，最終的結果就是陣風卷。陣風卷的旋轉方向不固定，可順時針亦可逆時針。

塵卷

美國南卡羅來納州尊氏威爾市（Johnsonville）的塵卷

主條目：塵卷

塵卷（英文：dust devil）也是一種柱狀的垂直旋轉氣流，因此和龍捲風很像。然而，它們生成在晴朗的天氣下，並且絕大多數情況下比最弱的龍捲風還要弱。氣溫較高時，如果地面因高溫形成很強的上升氣流，並且此時有足夠的低層風切變，上升的熱氣流就可能做小範圍的氣旋運動，此時塵卷便會形成。塵卷之所以不屬於龍捲風是因為它們在晴朗的天氣條件下形成而且和雲沒有什麼聯繫。不過，它們偶爾也能引起大的破壞，尤其在乾燥地區。

大多數龍捲風呈狹長的漏斗狀，幾十至幾百米寬，能捲起塵土碎片。不過，龍捲風仍然有多種形態。

接近1英里寬的“楔狀龍捲”，它襲擊了美國俄克拉何馬州賓格鎮（Binger）。

美國德克薩斯州的龍捲風

相對較小和較弱的陸龍捲看起來只是像一小片地上捲起來的塵土。雖然漏斗雲可能不會延伸到地面，但只要地面上相關聯的風擁有超過64千米每小時的風速，旋轉的氣流即可以被認為是一股龍捲風。巨型單漩渦龍捲風看起來像一個巨大的楔子插進地里，因而可稱為“楔狀龍捲”（wedge tornado、wedge）。這類龍捲風的漏斗雲很寬，就像一大塊烏雲，直徑比雲層底部到地面的距離還長。即使是有經驗的風暴觀測者也無法在遠處區分低垂的雲團和楔狀龍捲風。大型龍捲風多為楔狀龍捲但也不全是。

多漩渦龍捲風可以呈現成一組旋風圍繞一個同一個中心旋轉，也可以完全被凝結水氣、塵土和碎片等掩蓋，呈單一漏斗狀。

在衰亡階段，龍捲風就像細長的管子或繩子，且常常彎曲扭轉得奇形怪狀。

除了這些形態外，龍捲風還可能完全被雨或塵土掩蓋。這樣的龍捲風特別危險，因為即使是經驗豐富的氣象學家也可能無法發現它們。

在美國，龍捲風的直徑平均有150米。不過，龍捲風大小的變化幅度很大。勢力弱或勢力雖強但接近尾聲的龍捲風可能會非常細長，有時僅幾英尺寬。另一方面，楔狀的巨型龍捲的移動路經可以有1.6千米寬。

龍捲風的顏色多樣，取決於它們所處的環境。乾燥環境下生成的龍捲風幾乎是透明的，只是在旋風底部能看到旋轉的塵土和碎片。幾乎或完全不捲起碎片的漏斗雲是灰白色的。當經過水體變成水龍捲時，它們會變得非常白甚至呈藍色。移動緩慢的龍捲風由於捲起大量殘骸和泥土，顏色通常較深，並帶有被捲起物的顏色。例如，位於美國中央大平原上的龍捲風由於紅色土壤的緣故會變紅。

1976年5月30日俄克拉何馬州沃里卡（Waurika）市龍捲風的兩張照片。兩張照片由兩位攝影師幾乎在同一時間拍攝。上面一張里，龍捲風順光，因而漏斗雲幾乎呈白色；下面一張里，照相機朝向相反方向，龍捲風逆光，陽光被雲層遮擋，漏斗雲看起來非常暗。

光照條件對龍捲風的外觀也有大的影響。同一個龍捲風，逆光（即太陽光從龍捲風背後射下來）時會顯得非常暗，順光（即太陽光從觀察者背後射下來）時則會顯得比較灰或者非常的白。日落時的龍捲風可以有很多種顏色，如黃、橙和粉紅。

雷暴的狂風吹起來的塵埃、暴雨和強冰雹以及夜色都是減少龍捲風可見度的因素。在這種情形下產生的龍捲風尤其危險，因為此時即將被龍捲風襲擊的區域的人們只能靠氣象雷達觀測或者龍捲風前進時發出的聲音才能知曉龍捲風的到來。幸運的是，大多數大的龍捲風都發生在風暴的無雨區，而且大多數龍捲風發生在黃昏時間，這樣即使雲層很厚太陽光也可以穿過。此外，夜間發生的龍捲風也常常會被頻繁的閃電照亮。

包括車載多普勒移動雷達圖像和目擊者報告在內的越來越多的證據表明，龍捲風中心和颱風等熱帶氣旋的中心一樣，都比較晴朗、平靜且氣壓極低。這一區域晴朗（也可能充滿塵埃），風力相對柔和，由於陽光多被漏斗雲阻擋，也十分黑暗。有些目擊者稱，閃電照亮了龍捲風，才使他們得以看到龍捲風的內部。

龍捲風的旋轉方向一般同氣旋，即北半球逆時針南半球順時針。規模大的風暴受科里奧利力的影響，總是做氣旋式的旋轉，而雷暴和龍捲風由於規模較小因而受科里奧利力的直接影響也較少。但即使忽略科里奧利力的影響，在計算機數值模擬中超級單體和龍捲風仍做氣旋式的旋轉。

約有1%的龍捲風以反氣旋方式旋轉。一般而言，只有陸龍捲和陣風卷屬於這一類型。

龍捲風的強度等級由藤田級數（或稱“藤田皮爾森龍捲等級”）和改進型藤田級數劃分，可由高解析度多普勒雷達的數據或攝影測量法得到。需要注意的是，龍捲風的強度並不能描述任何大小和寬度的龍捲風。

龍捲風的破壞力由小到大，可按藤田級數劃分為F0至F5級，也可按改進型藤田級數劃分為EF0到EF5級6個等級。EF0級的龍捲風可能只會損傷樹木，對較為結實的建築沒有影響，但EF5級的龍捲風就可能把建築物吹得只剩下地基，甚至讓高大的摩天大樓扭曲起來。

天氣預報雷達上的鉤狀回波圖像

此外，相類似的TORRO分級法將龍捲風分為T0至T11共12個等級，T0級表示極其弱的龍捲風，T11級代表已知的最強的龍捲風。

在天氣預報雷達屏幕上，出現龍捲風的區域會呈現一個“鉤狀回波”圖像。當這些惡劣的天氣出現或即將來臨的時候，一連串“追風族”常常保持警惕地尋找龍捲風並通知當地的氣象機構，他們喜愛追蹤雷暴和龍捲風以探究它們的真實情況的和科學解釋。“追風族”們做了許多嘗試將探針扔到龍捲風中，以便分析其內部構造，但自1990年以來，只有5根針成功地扔了進去。美國國家氣象局也有一項名為Skywarn的計劃，這項計劃負責培訓風暴觀察員以觀察可能帶來強冰雹、狂風和龍捲風的風暴。風暴觀測員包括郡行政司法長官、州警官、消防隊員、救護車司機、追風族以及其他一些個體。風暴來臨時，國家氣象局會要求這些觀察員尋覓這些風暴並立即彙報出現的龍捲風，以便氣象局及時發布警報。

F4級龍捲風造成的破壞

龍捲風每年能在經濟上造成數百萬美元的損失，並會導致失業和死傷，危害不容小覷。在孟加拉國，由於人口密度高，房屋質量差以及龍捲風安全知識貧乏，故每年約有179人死於龍捲風。加拿大平均每年出現的龍捲風有80個，致使2人喪生，20人受傷並導致數千萬美元的損失。2000年7月4日在加拿大襲擊了阿爾伯塔省松葉湖的一起“殺人龍捲風”就曾導致11人死亡。

英國是歐洲發生龍捲風最頻繁的地區。若計入相關土地的面積，英國和荷蘭是世界上單位面積發生龍捲風次數最多的國家，其中荷蘭平均每平方千米土地每年可遭受0.00048次龍捲風襲擊。紐西蘭和烏拉圭的一部分也有小型強烈龍捲風活動。美國是世界上遭受龍捲風侵襲次數最多的國家，平均每年遭受100000個雷暴、1200個龍捲風的襲擊，有50人因此死亡。在美國中西部和南部的廣闊區域又以“龍捲風道”最為著名。有記錄以來美國最致命的龍捲風是發生於1925年3月18日，越過了密蘇里州東南部、伊利諾伊州南部和印地安那州北部的“三洲大龍捲”（Tri-State Tornado），導致695人死亡。

在一天里若有超過6個龍捲風產生便可稱出現了“龍捲風爆發”。1974年4月3日，有史記錄以來第二大的龍捲風爆發產生了148個龍捲風，包括7個F5級和23個F4級的龍捲風，綽號“超級爆發”（Super Outbreak）。另一場類似強烈程度的暴風爆發是“棕枝主日龍捲風爆發”（1965 Palm Sunday tornado outbreak），它於1965年4月11日襲擊了美國中西部，造成271人死亡。另外2011年4月25日至28日四天內也出現類似上述規模的龍捲風爆發（April 25–28, 2011 tornado outbreak），經確認的龍捲風達330個，並造成344人死亡（光是這四天阿拉巴馬州就有238人死亡）。在27日就出現190個龍捲風，包括4個EF5級（其中有兩個是在密西西比州至阿拉巴馬州之間發生的）和11個EF4級龍捲風，堪稱1974年“超級爆發”后最為慘重的龍捲風災害且有過之而不及。在這個4月就已創下歷年單日及單月產生最多龍捲風的記錄，因此美國也稱此次龍捲風爆發為“2011超級爆發”或“超級爆發Ⅱ”。

根據加拿大環境部門的數據，直接被龍捲風吹翻致死的概率為1200萬分之1，而實際可能性更低。儘管如此，針對龍捲風的安全防護工作依然不能鬆懈。

在有的國家，每年當龍捲風季節開始時，位於龍捲風頻發區的學校和媒體會向公眾宣傳龍捲風的危險性，並教育他們如何提高龍捲風出現時的逃生機率。在龍捲風高發的美國，市民時常被建議購買NOAA天氣收音機。它們相當便宜，僅花當前的20美元，可以收到美國國家氣象局發出的危險天氣警報。警報同時在收音機和電視中播出，大多數社團有民間防禦警報，在認為龍捲風即將到達之前會啟動。

在發布龍捲風警報后，所有市民被通知前往避難區。在大多數建築物中，如果有可能，應該到中央的無窗戶的房間或低於地面的走廊躲避。如果龍捲風襲擊了建築物，可導致碎片的大量落下，因此，對藏在室內的人來說，應該蹲在結實門口的梁下，或躲在結實的傢具下。不過，龍捲風到來時可使如移動房屋之類的輕建築遭重創。在這種房屋居住的居民會在龍捲風來臨前被通知撤離家園，尋找更堅固的避難所，不管他們前往的是指定的避難所還是附近朋友的家。在某些地區，避風地窖也是人們的避難所。

當龍捲風來襲時，車輛的處境是極其危險的。如果龍捲風可見且距離遙遠，並且當前交通順暢，則可以將車駕離龍捲風的路徑，方法是沿與龍捲風路徑直線成直角的方位移動。否則，應盡量快速且安全地將車輛停泊於交通線之外（因為即便是事後從泥土裡找出車來，也較將它留在路上引起事故更好），並且尋找堅固的建築物或壕溝作為掩體。需要切記的是，無論在何種情況下，都不應在龍捲風接近時留在車內。在龍捲風造成的極強風力下，任何車輛都非常容易被捲起並拋擲。

一些人在風暴中選擇在大型陸橋下避難，但那些地方並非是最佳避難場所。位於俄克拉何馬州諾曼的美國國家氣象局曾經做過一份報告討論在1999年5月3日發生的俄克拉何馬州龍捲風襲擊事件中，陸橋作為掩護體的用途。俄克拉何馬市當時有三座陸橋處於龍捲風路線上的，而每處橋下至少有一人死於龍捲風。陸橋的建築形式多種多樣，並且其中許多在強大風力與飛舞的碎塊面前，並不會提供任何有力的保障。此外，由於人們在橋下或橋旁邊隨意停放車輛而引起的堵塞，很可能妨礙其他車輛的行進，從而間接剝奪後來者安全逃生的機會。