龙卷风的成因探究

  龙卷风是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。龙卷风中心附近风速可达100m/s~200m/s,最大300m/s,比台风近中心最大风速大好几倍。中心气压很低,一般可低至400hPa,最低可达200hPa。它具有很大的吸吮作用,可把海(湖)水吸离海(湖)面,形成水柱。由于龙卷风内部空气极为稀薄,导致温度急剧降低,促使水汽迅速凝结,这是形成漏斗云柱的重要原因。漏斗云柱的直径,平均只有250m左右。龙卷风产生于强烈不稳定的积雨云中。它的形成与暖湿空气强烈上升、冷空气南下、地形作用等有关。它的生命史短暂,一般维持十几分钟到一二小时,但其破坏力惊人,能把大树连根拔起,建筑物吹倒,或把部分地面物卷至空中。江苏省每年几乎都有龙卷风发生,但发生的地点没有明显规律。出现的时间,一般在六七月间,有时也发生在8月上、中旬。

龙卷风的形成

  龙卷风是云层中雷暴的产物。具体的说,龙卷风就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。龙卷风的形成可以分为四个阶段:

  (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,产生气旋的同样过程,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。

  龙卷风常发生于夏季的雷雨天气时,尤以下午至傍晚最为多见。袭击范围小,龙卷风的直径一般在十几米到数百之间。龙卷风的生存时间一般只有几分钟,最长也不超过数小时。风力特别大,在中心附近的风速可达100-200米/秒。破坏力极强,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。

龙卷风的形成与台风的形成很相似,都有一个旋转的中心,这个的旋转中心也是因气体的密度温度梯度引起的属性运动而形成。与台风不同的是,台风眼的上下空间的密度温度分布是不相同的,上空是低密度温度积区域,下面是高密度温度区域,尽管如此,在重性力作用下,水气分子还是不断下落,不断地补充了下面因向四周扩散运动的水气分子;龙卷风则上下空间均是低密度温度区域。

由于某种因素的影响,大陆上空的某处区域大面积发生温度剧烈下降,在该处形成了大面积的低密度温度积,在空间竖直向下方向产生面积逐渐减小的低密度温度积区域,这种情况下,一方面,在每一个等高度面上,均会形成了从外向中心减小的密度温度梯度,使空 气分子向中心位置扩散,如图7所示。这些分子在扩散过程中同样的产生了偏转,于是其实际运动路径并不直指向中心,而产生涡旋式的变化,如图8所示,这也是一个逆时针旋转的涡旋。这就是龙卷风的中心。另一方面,由于竖直方向上各不同高度上的低密度温度积区域的面积随高度而减小,于是形成从下

向上的密度温度梯度,也形成了由下向上的属性加速度,这个加速度值可能远大于重性加速度值。于是,这龙卷风区域内的物体均会向上作属性运动。

龙卷风的中心是低密度温度积区域,所以,它总向着高密度温度积区域移动。也由于其中心是低密度温度积区域,它不可能在海面上形成,海面上空存在着高密度温度的水气分子,它只能陆地上空形成,其流动的主要是空气分子,而且由于上空的空气分子密度始终很小,要达到区域平衡不再形成粒子流动,主要集中于下方向上流动的粒子,所以,其能量相当集中,破坏力特别大。

要实现对龙卷风的防治,主要针对其上空的低密度温度积进行,可以向其上空发射高密度温度的气体

龙卷风的成因探究