地理小科普——龍捲風的形成

2021-01-17 知地明理DL月光下的葫蘆

你知道龍捲風是如何形成的嗎?

2015年6月1日晚,一艘從南京駛往重慶的客船「東方方之星」輪在長江中遊湖北監利水域突遇龍捲風(目前一種推測觀點)發生翻沉,龍捲風天氣與災害引起關注。

龍捲風是一種渦旋,而且是是空氣中的猛烈旋渦。空氣繞龍捲的軸快速旋轉,受龍捲中心氣壓極度減小的吸引,近地面幾十米厚的一薄層空氣內,氣流被從四面八方吸入渦旋的底部。並隨即變為繞軸心向上的渦流,龍捲中的風總是氣旋性的,其中心的氣壓可以比周圍氣壓低百分之十。

【風切變】

快速移動的風於地表反方向的風之上,將下方的風一起捲入成為渦旋。

【上升氣流】

由於太陽的照射升溫,貼近地表的暖空氣開始上升,將一部分水平渦旋提升到垂直位置
【風暴】

由上升氣流創造出的最強的兩個渦旋成為了風暴的核心。其他渦旋消失了。
【超級單體】

高空風使旋轉上升氣流傾斜,產生了中氣旋,中氣旋使得風暴可以持續增長。伴隨著暖空氣不斷被吸進風暴中,並與冷下沉氣流分離。

龍捲風的形成

龍捲風是雲層中雷暴的產物。產生在發展強烈的雷雨雲中,上下溫度差相差懸殊:在地面溫度攝氏二十幾度;在雷雨雲底,溫度降到十幾度,到了四千米高空,溫度降到0℃,而在八千米的高空,溫度降到零下三十幾度。這樣冷空氣急速下降,熱空氣猛烈上升,形成許多小旋渦.在這些小旋渦還沒有得到發展前,常三五成群地升到雲底,時伸是縮作旋轉滾動。在上下激蕩非常厲害時才形成大漩渦——龍捲風.龍捲風通常發生在夏季,而且與發展強烈的雷雨雨雲一起降臨。

具體的說,龍捲風就是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的區域內集中釋放的一種形式。龍捲風的形成可以分為四個階段:

(1)大氣的不穩定性產生強烈的上升氣流,由於急流中的最大過境氣流的影響,它被進一步加強。

(2)由於與在垂直方向上速度和方向均有切變的風相互作用,上升氣流在對流層的中部開始旋轉,形成中尺度氣旋。

(3)隨著中尺度氣旋向地面發展和向上伸展,它本身變細並增強。同時,一個小面積的增強輔合,即初生的龍捲在氣旋內部形成,產生氣旋的同樣過程,形成龍捲核心。

(4)龍捲核心中的旋轉與氣旋中的不同,它的強度足以使龍捲一直伸展到地面。當發展的渦旋到達地面高度時,地面氣壓急劇下降,地面風速急劇上升,形成龍捲。

龍捲風的形成過程:(a)高層大氣的水平直線運動出現交錯;(b)產生旋轉氣流(北半球一般為逆時針旋轉);(c)光照產生向上熱氣流,使雲層出現;(d)雲層受水平和旋轉氣流的帶動,在運動中加厚,且旋轉動能增加。水蒸氣隨上升開始冷凝(一般龍捲風多發生在傍晚);(e)冷凝的旋轉雲層在某局部下沉,並使轉動動量向這一中心積聚,產生能量的集中;(f)不斷下沉旋轉氣流(水蒸氣)使旋轉動能傳到地面;將地面物體打起,較重的物體由於重力較大被拋向較近的周圍;較輕的物體被拋向空中,並跟旋轉氣流一起旋轉。壓低的雲層和大氣壓使龍捲風的形體不至因離心力而甩散;龍捲風旋轉體的中心保持低氣壓,並使冷凝水蒸氣以積聚了旋轉動能的形式繼續下沉。

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