龙卷风是怎么形成的

FaFaFaFa in 生活 2021-09-02 23:17:48

龙卷风是由快速旋转并出现直立空管状的气流形成的。雷暴、超级单体、飑和飓风也是诱发龙卷风的主要因素。许多龙卷风在中气旋的末端出现。通常认为龙卷风在冷空气穿过热空气层令暖空气急速上升时产生。在雷达回波图上,一个“钩状回波”往往代表龙卷风的区域。

龙卷风(英语:tornado)又称龙卷、卷风,是一种猛烈的天气现象,由直立中空管状的强烈旋转气球构成。龙卷风常发生于积雨云或是积雨云以下,并通常形成上大下小的漏斗状,延伸至地面,并且常被尘土或碎片残骸等包围。极少数情况下龙卷风也可能从积云发起。无论是陆地上的“陆龙卷”或是海面上的“水龙卷”,发生条件均基本上需要极不稳定的空气扰动,或高温高湿空气与冷空气的剧烈辐合作用。因此,龙卷风常发生于中纬度温带气旋及强烈对流雷雨附近。龙卷风漏斗状的云称为“漏斗云”或“管状云”。

How do tornadoes form

通常,龙卷风的直径约在 75 米(246 英尺)左右,风速通常在 64 千米每小时(18 米每秒)到 177 千米每小时(49 米每秒)之间,总移动距离约在数千米。一些大型龙卷风风速可超过 480 千米每小时(130 米每秒),直径达 1.6 千米(1.0 英里),移动路径超过 100 千米。

虽然除南极洲外的每块大陆都有龙卷风,但美国遭受的龙卷风比任何国家或地区都多。除此之外,龙卷风在加拿大南部、亚洲中南部和东部、南美洲中东部、非洲南部、欧洲西北部和东南部、澳大利亚西部和东南部以及新西兰等地区皆常出现。

形成

龙卷风往来自于雷暴、超级单体、飑和飓风,许多龙卷风在中气旋的末端出现。通常认为龙卷风在冷空气穿过热空气层令暖空气急速上升时产生。在雷达回波图上,一个“钩状回波”往往代表龙卷风的区域。

导致龙卷风出现的一种情况是,地面上的水吸热变成水蒸气上升到温度较低的天空蒸汽层上层后,水蒸气体积缩小比重增大,继而下降。由于蒸汽层下面温度高,下降过程中吸热,再度上升,遇冷后再下降。结合 vu 好 vduhwee 如此反复的过程中,气体分子逐渐缩小,最后集中在蒸汽层底层并在此形成低温区。水蒸气向低温区集中,形成云。云团逐渐变大,云内部上下云团上下温差越来越小,水蒸气分子升降幅度越来越大,云内部上下对流越来越激烈,而云下气体分子也不断补充空间,导致大风的出现。由于与在垂直方向上速度和水平方向均有切变的风相互作用,上升气流开始旋转,形成气旋。气旋不断增强并向地面延伸,出现云柱。当云柱到达地面高度时,地面风速急剧上升,龙卷风形成。

特点

形态

大多数龙卷风呈狭长的漏斗状,几十至几百米宽,能卷起尘土碎片。不过,龙卷风仍然有多种形态。

相对较小和较弱的陆龙卷看起来只是像一小片地上卷起来的尘土。虽然漏斗云可能不会延伸到地面,但只要地面上相关联的风拥有超过 64 千米每小时的风速,旋转的气流即可以被认为是一股龙卷风。巨型单漩涡龙卷风看起来像一个巨大的楔子插进地里,因而被称作“楔状龙卷”(wedge tornado、wedge)。这类龙卷风的漏斗云很宽,就像一大块乌云,直径比云层底部到地面的距离还长。即使是有经验的风暴观测者也无法在远处区分低垂的云团和楔状龙卷风。大型龙卷风多为楔状龙卷但也不全是。

多漩涡龙卷风可以呈现成一组旋风围绕一个同一个中心旋转,也可以完全被凝结水气、尘土和碎片等掩盖,呈单一漏斗状。

在衰亡阶段,龙卷风就像细长的管子或绳子,且常常弯曲扭转得奇形怪状。

除了这些形态外,龙卷风还可能完全被雨或尘土掩盖。这样的龙卷风特别危险,因为即使是经验丰富的气象学家也可能无法发现它们。

大小

在美国,龙卷风的直径平均有 150 米。不过,龙卷风大小的变化幅度很大。势力弱或势力虽强但接近尾声的龙卷风可能会非常细长,有时仅几英尺宽。另一方面,楔状的巨型龙卷的移动路经可以有 1.6 千米宽。

外观

龙卷风的颜色多样,取决于它们所处的环境。干燥环境下生成的龙卷风几乎是透明的,只是在旋风底部能看到旋转的尘土和碎片。几乎或完全不卷起碎片的漏斗云是灰白色的。当经过水体变成水龙卷时,它们会变得非常白甚至呈蓝色。移动缓慢的龙卷风由于卷起大量残骸和泥土,颜色通常较深,并带有被卷起物的颜色。例如,位于美国中央大平原上的龙卷风由于红色土壤的缘故会变红。

光照条件对龙卷风的外观也有大的影响。同一个龙卷风,逆光(即太阳光从龙卷风背后射下来)时会显得非常暗,顺光(即太阳光从观察者背后射下来)时则会显得比较灰或者非常的白。日落时的龙卷风可以有很多种颜色,如黄、橙和粉红。

雷暴的狂风吹起来的尘埃、暴雨和强冰雹以及夜色都是减少龙卷风可见度的因素。在这种情形下产生的龙卷风尤其危险,因为此时即将被龙卷风袭击的区域的人们只能靠气象雷达观测或者龙卷风前进时发出的声音才能知晓龙卷风的到来。幸运的是,大多数大的龙卷风都发生在风暴的无雨区,而且大多数龙卷风发生在黄昏时间,这样即使云层很厚太阳光也可以穿过。此外,夜间发生的龙卷风也常常会被频繁的闪电照亮。

包括车载多普勒移动雷达图像和目击者报告在内的越来越多的证据表明,龙卷风中心和台风等热带气旋的中心一样,都比较晴朗、平静且气压极低。这一区域晴朗(也可能充满尘埃),风力相对柔和,由于阳光多被漏斗云阻挡,也十分黑暗。有些目击者称,闪电照亮了龙卷风,才使他们得以看到龙卷风的内部。

旋转方式

龙卷风的旋转方向一般同气旋,即北半球逆时针南半球顺时针。规模大的风暴受科里奥利力的影响,总是做气旋式的旋转,而雷暴和龙卷风由于规模较小因而受科里奥利力的直接影响也较少。但即使忽略科里奥利力的影响,在计算机数值模拟中超级单体和龙卷风仍做气旋式的旋转。

约有 1%的龙卷风以反气旋方式旋转。一般而言,只有陆龙卷和阵风卷属于这一类型。

分级与侦测

龙卷风的强度等级由藤田级数(或称“藤田皮尔森龙卷等级”)和改良藤田级数划分,可由高分辨率多普勒雷达的数据或摄影测量法得到。需要注意的是,龙卷风的强度并不能描述任何大小和宽度的龙卷风。

龙卷风的破坏力由小到大,可按藤田级数划分为 F0 至 F5 级,也可按改进型藤田级数划分为 EF0 到 EF5 级 6 个等级。EF0 级的龙卷风可能只会损伤树木,对较为结实的建筑没有影响,但 EF5 级的龙卷风就可能把建筑物吹得只剩下地基,甚至让高大的摩天大楼扭曲起来。

此外,相类似的 TORRO 分级法将龙卷风分为 T0 至 T11 共 12 个等级,T0 级表示极其弱的龙卷风,T11 级代表已知的最强的龙卷风。

在天气预报雷达屏幕上,出现龙卷风的区域会呈现一个“钩状回波”图像。当这些恶劣的天气出现或即将来临的时候,一连串“追风族”常常保持警惕地寻找龙卷风并通知当地的气象机构,他们喜爱追踪雷暴和龙卷风以探究它们的真实情况的和科学解释。“追风族”们做了许多尝试将探针扔到龙卷风中,以便分析其内部构造,但自 1990 年以来,只有 5 根针成功地扔了进去。美国国家气象局也有一项名为 Skywarn 的计划,这项计划负责培训风暴观察员以观察可能带来强冰雹、狂风和龙卷风的风暴。风暴观测员包括郡行政司法长官、州警官、消防队员、救护车司机、追风族以及其他一些个体。风暴来临时,国家气象局会要求这些观察员寻觅这些风暴并立即汇报出现的龙卷风,以便气象局及时发布警报。

安全防护

在发布龙卷风警报后,所有市民被通知前往避难区。在大多数建筑物中,如果有可能,应该到中央的无窗户的房间或低于地面的走廊躲避。如果龙卷风袭击了建筑物,可导致碎片的大量落下,因此,对藏在室内的人来说,应该蹲在结实门口的梁下,或躲在结实的家具下。不过,龙卷风到来时可使如移动房屋之类的轻建筑遭重创。在这种房屋居住的居民会在龙卷风来临前被通知撤离家园,寻找更坚固的避难所,不管他们前往的是指定的避难所还是附近朋友的家。在某些地区,避风地窖也是人们的避难所。

需要切记的是,无论在何种情况下,当龙卷风来袭时,车辆的处境是极其危险的。如果龙卷风可见且距离遥远,并且当前交通顺畅,则可以将车驾离龙卷风的路径,方法是沿与龙卷风路径直线成直角的方位移动。否则,应尽量快速且安全地将车辆停泊于交通线之外(因为即便是事后从泥土里找出车来,也较将它留在路上引起事故更好),并且寻找坚固的建筑物或壕沟作为掩体,不应在龙卷风接近时留在车内,除非已经没有掩体保护人免于碎片的侵袭。在龙卷风造成的极强风力下,任何车辆都非常容易被卷起并抛掷。

一些人在风暴中选择在大型陆桥下避难,但那些地方并非是最佳避难场所。陆桥的建筑形式多种多样,并且其中许多在强大风力与飞舞的碎块面前,并不会提供任何有力的保障。此外,由于人们在桥下或桥旁边随意停放车辆而引起的堵塞,很可能妨碍其他车辆的行进,从而间接剥夺后来者安全逃生的机会。

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