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科普阅读:龙卷风形成原因及其影响

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龙卷风是一种灾害天气

龙卷风是一种风力极强而范围不太大的涡旋,状如漏斗,风速极快,破坏力很大。其中心的气压可以比周围气压低百分之十。龙卷风的出现和消失都十分突然,很难进行有效的预报。

龙卷风上端与雷雨云相接,下端有的悬在半空中,有的直接延伸到地面或水面,一边旋转,一边向前移动。远远看去,它不仅很像吊在空中晃晃悠悠的一条巨蟒,而且很像一个摆动不停的大象鼻子。发生在海上,犹如“龙吸水”的现象,称为“水龙卷”(或称“海龙卷”,waterspout);出现在陆上,卷扬尘土,卷走房屋、树木等的龙卷,称为“陆龙卷”(landspout,美国国家气象局称dust-tube tornado)。世界各地的海洋和湖泊等都可能出现水龙卷。在美国,水龙卷通常发生在美国东南部海岸,尤其在佛罗里达南部和墨西哥湾。水龙卷虽在定义上是龙卷风的一种,其破坏性要比最强大的大草原龙卷风小,但是它们仍然是相当危险的。

龙卷风的生存时间一般只有几分钟,最长也不超过数小时。龙卷风经过的地方,常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象,有时把人吸走,危害十分严重。 有记录以来美国最致命的龙卷风是发生于1925年3月18日,越过了密苏里州东南部、伊利诺伊州南部和印地安那州北部的“三洲大龙卷”,导致695人死亡。

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龙卷风的力气是很大的。据报道记载,1879年5月30日下午4时,在美国堪萨斯州北方的上空有两块又黑又浓的乌云合并在一起。15分钟后在云层下端产生了涡旋。涡旋迅速增长,变成一根顶天立地的巨大风柱,在三个小时内像一条孽龙似的在整个州内胡作非为,所到之处无一幸免。但是,最奇怪的事是发生在刚开始的时候,龙卷风涡旋横过一条小河,遇上了一座峭壁,显然是无法超过这个障碍物,涡旋便折抽西进,那边恰巧有一座新造的75米长的铁路桥。龙卷风涡旋竟将它从石桥墩上“拔”起,把它扭了几扭然后抛到水中。在我国,1956年9月24日上海曾发生过一次龙卷风,它轻而易举地把一个22万斤重的大储油桶“举”到15米高的高空,再甩到120米以外的地方。

在美国,龙卷风每年造成的死亡人数仅次于雷电。它对建筑的破坏也相当严重,经常是毁灭性的。在强烈龙卷风的袭击下,房子屋顶会像滑翔翼般飞起来。一旦屋顶被卷走后,房子的其他部分也会跟着崩解。1995年在美国俄克拉何马州阿得莫尔市发生的一场陆龙卷,诸如屋顶之类的重物被吹出几十英里之远。大多数碎片落在龙卷通道的左侧,按重量不等常常有很明确的降落地带。较轻的碎片却飞到300多千米外才落地。

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龙卷风的产生原因

龙卷风究竟是怎样形成的?可以从夏天在操场上常能看到的一种现象,得到启示:一阵风刮来,突然在操场中间出现了一个气流涡旋,它卷起了沙土和树叶随气流旋转,而且越转越快地在移动着,过了一会,又迅速慢了下来,突然消失了。这是很小尺度的气流不稳定性造成的。

龙卷风则是中尺度的气流不稳定性造成的,其平均直径为200-300米,直径最小的不过几十米,只有极少数直径大的才达到1000米以上。它的寿命也很短促,往往只有几分钟到几十分钟,最多不超过几小时。其移动速度平均每秒15米,最快的可达70米;移动路径的长度大多在10公里左右,短的只有几十米,长的可达几百公里以上。它造成破坏的地面宽度,一般有l-2公里。

普遍认为,龙卷风是云层中雷暴的产物,是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的区域内集中释放的一种形式。

龙卷风的形成过程,大致可分为四个阶段:

(1)大气的不稳定性产生强烈的上升气流,由于急流中的最大过境气流的影响,它被进一步加强。

(2)由于与在垂直方向上速度和方向均有切变的风相互作用,上升气流在对流层的中部开始旋转,形成中尺度气旋。

(3)随着中尺度气旋向地面发展和向上伸展,它本身变细并增强。同时,一个小面积的增强辅合,即初生的龙卷在气旋内部形成,形成龙卷核心。

(4)龙卷核心中的旋转与气旋中的不同,它的强度足以使龙卷一直伸展到地面。当发展的涡旋到达地面高度时,地面气压急剧下降,地面风速急剧上升,形成龙卷。

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由上可以看出,龙卷风的形成和消失,都是气流运动不稳定的过程。

  美国的龙卷风为什么多

美国的龙卷风不仅数量多,而且强度大,被称之为“龙卷之乡”。这主要是和美国的地理位置、气候条件以及大气环流特征有关。美国东濒大西洋,西靠太平洋,南面又有墨西哥湾,大量的水汽不断从东、西、南面流向美国大陆。美国主要处在中纬度,春夏季常受副热带高压控制,即使在秋冬季,也常受其边缘影响。在副高南部和西部是偏东和东南气流最活跃的地方,它把大西洋和墨西哥湾的大量暖湿空气源源不断向美国大陆输送,这是产生雷雨云的充分条件。雷雨云不断地强烈发展,龙卷风就伴随而来。

美国龙卷风发生最多的是中西部和南部的广阔区域,有人将美国这一常发生龙卷风的区域称为“龙卷风道”。美国约有54%的龙卷风发生在春季,5月份副热带高气压控制美国,其西缘正好停留在中西部,这时,东南气流把墨西哥湾的暖湿空气从南向北大量输送。空气中有了充足的水汽,又有了强烈的垂直上升运动,雷雨云就会强烈产生,经常发展成龙卷云而产生龙卷。6月份大量的暖湿空气向北移到堪萨斯州、内布拉斯加州和衣阿华州,7月份移到加拿大,从此,美国的龙卷数量就大大减少了。

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据近50年的统计,美国上空发生龙卷的次数至少增加35倍。有时没有龙卷云,但也会发生“龙卷”,这种特殊的龙卷称为“无云龙卷”,竟占美国龙卷的一半左右。这种怪现象是怎样形成的呢?

有人认为,这是和奔驰在公路上的汽车数量增多有着密切的关系。现在美国公路干线上经常运行的小汽车不下200万辆,卡车60多万辆,美国交通实行靠右侧行驶,每当高速运行的两辆车错车时,就会形成逆时针方向的空气涡旋。众多辆汽车产生的空气涡旋叠加起来,就会形成一股强大的涡旋。这股强大的涡旋,一旦遇到合适的天气系统和大气温湿条件,也会诱发龙卷风。

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在北美洲,尽管龙卷风季节通常从3月到10月,但一年中随时都可能出现龙卷风,且在午后和晚上容易出现,超过80%的龙卷风在正午和午夜之间發生。

除南极洲外的每块大陆都发现有龙卷风,只是美国遭受的龙卷风比其他任何国家或地区都多些。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也常有出现。

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  (作者:王振东 天津大学教授  来源:中国气象报社)

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这家伙很懒,什么都没写!

—— 云云

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