龙卷风

龙卷风

自然天气现象
龙卷风是一种强烈的、小范围的空气涡旋,是由雷暴云底伸展至地面的漏斗状云(龙卷)产生的强烈的旋风,其风力可达12级以上,最大可达100米/秒以上,一般伴有雷雨,有时也伴有冰雹。它是大气中最强烈的涡旋现象,影响范围虽小,但破坏力极大。它往往使成片庄稼、成万株果木瞬间被毁,令交通中断,房屋倒塌,人畜生命遭受损失。龙卷风分为陆龙卷和海龙卷。出现在陆地上的龙卷称为陆龙卷,出现在海面上的龙卷称为海龙卷。它旋转力很强,常把地表面上的水、尘土、泥沙等卷挟而上,从四面八方聚拢成管状,有如“龙从天降”,因而得名龙卷。陆上龙卷风外围多为泥沙;海上龙卷外围多为海水。海上的这种龙卷群众也叫它“龙吸水”。[1]
    中文名:龙卷风 外文名:Tornado 别名: 分类:自然现象 形成原因:水蒸气导致的气流变化 发生时间:多在夏季的雷雨天气时

产生背景

龙卷风形成的过程:地面上的水吸热变成水蒸气,上升到天空蒸汽层上层,由于蒸汽层上层温度低,水蒸气体积缩小比重增大,蒸汽下降,由于蒸汽层下面温度高,下降过程中吸热,再度上升遇冷,再下降,如此反复气体分子逐渐缩小,最后集中在蒸汽层底层,在底层形成低温区,水蒸气向低温区集中,这就形成云。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,云团下面上升的水蒸气直向上升,水蒸气分子在上升过程中受冷体积缩小越来越小,呈漏斗状。上升的水蒸气分子受冷体积不断缩小,云下气体分子不断补充空间便产生了大风,由于水蒸气受冷体积缩小时,周围补充空间的气体来时不均匀便形成龙卷风。

由雷暴云底伸展至地面的漏斗状云(龙卷)产生的强烈的旋风,其风力可达12级以上,最大可达每秒120米以上。一般伴有雷阵雨,有时也伴有冰雹。

空气绕龙卷的轴快速旋转,受龙卷中心气压极度减小的吸引,近地面几十米厚的一薄层空气内,气流被从四面八方吸入涡旋的底部,并随即变为绕轴心向上的涡流。龙卷中的风总是气旋性的,其中心的气压可以比周围气压低百分之十,一般可低至400hPa,最低可达200hPa。龙卷风具有很大的吸吮作用,可把海(湖)水吸离海(湖)面,形成水柱,然后同云相接,俗称“龙取水”。

形成条件

龙卷风这种自然现象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:

龙卷风归根结底是大气电在作怪。能产生龙卷风的积雨云都是巨型积雨云,在云——天放电过程中,云顶的正电量要比云底的负电量大得多。经云内闪电中和后则云底的负电荷不足,携带大量正电荷的云团跟地面形成强大电场。在静电引力的作用下,携带正电荷云团从云底向下伸出,携带负电荷的空气从四周汇聚而进行电中和。在积雨云的底部首先出现一个漏斗云,其周围的空气高速地旋转。

如果云中的正电量足够大,漏斗云会迅速地向地面或水面延伸,当它与地表相接后就形成了龙卷风。龙卷风的云柱是向下运动的携带大量正电荷的云团气流,云柱与地表之间存在着强大的电场,该电场虽然不足以引发闪电,但却能够使地面或水面产生很强的负离子流(电子流)。在负离子流的带动下,空气迅速上升而形成一个低气压区,在大气压的作用下四周空气向低气压中心部位汇聚,汇聚来的空气在负离子流的作用下加速上升,汇聚气流受地球自转偏向力的影响,龙卷风发生在北半球则逆时针旋转,发生在南半球则顺时针旋转。空气的上述运动,使龙卷风底部的气压越来越低,风速也越来越强。

基本特点

龙卷风是大气中最强烈的涡旋的现象,常发生于夏季的雷雨天气时,尤以下午至傍晚最为多见,影响范围虽小,但破坏力极大。龙卷风经过之处,常会发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等现象,它往往使成片庄稼、成万株果木瞬间被毁,令交通中断,房屋倒塌,人畜生命和经济遭受损失。龙卷风的水平范围很小,直径从几米到几百米,平均为250米左右,最大为1千米左右。在空中直径可有几千米,最大有10千米。极大风速每小时可达150千米至450千米,龙卷风持续时间,一般仅几分钟,最长不过几十分钟。

条数类型

单龙吸水

一般的龙吸水都是一龙吸水。

二龙吸水也有。

三龙吸水

在美国加州发生过。

九龙吸水

罕见。2014年10月21日各媒体新闻“青海湖现“龙吸水”景观:9条白色水柱连接湖天”报道:10月20日9时50分,青海湖海心山北侧出现“龙吸水”壮观场景这种场景较少见。目击者青海湖景区保护利用管理局游轮公司经理恒秀才让称,在约40分钟内先后共有九条“龙吸水”白色水柱从天空垂直与湖面相接。

类型介绍

漩涡龙卷(Multiplevortex)

指带有两股以上围绕同一个中心旋转的漩涡的龙卷风。多漩涡结构经常出现在剧烈的龙卷风上,并且这些小漩涡在主龙卷风经过的地区上往往会造成更大的破坏。

陆龙卷

landspout、美国国家气象局称dust-tube tornado是一个术语,用以描述一种和中尺度气旋没有关联的龙卷风。陆龙卷和水龙卷有一些相同的特点,例如强度相对较弱、持续时间短、冷凝形成的漏斗云较小且经常不接触地面等。虽然强度相对较弱,但陆龙卷依然会带来强风和严重破坏。

水龙卷(waterspout)

可以简单地定义为“水上的龙卷风”,通常意思是在水上的非超级单体龙卷风。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,不过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。水龙卷能吹翻小船,毁坏船只,当吹袭陆地时就有更大的破坏,并夺去生命。当水龙卷很可能产生或在海岸水域上已经看得见的时候,美国国家气象局(National Weather Service)将会经常发出特殊的海上警告,或者当水龙卷会向陆地移动时发出龙卷风警告。龙吸水:龙卷风的别名。龙卷风,因为与古代神话里从波涛中窜出、腾云驾雾的东海蛟龙很相象而得名,它还有不少的别名,如“龙吸水”、“龙摆尾”、“倒挂龙”等等。

龙卷风在水面上就是龙吸水、在陆地上就是普通的龙卷风。龙卷风就是空气的流动,空气是看不到的。我们之所以看的到是因为龙卷风中心气压底,有吸引力。吸引灰尘、水汽等其他杂物。所以看出了龙卷风的轮廓,如果龙卷风移动经过水面,龙卷风中心就像注射器一样把水吸上天。由于重力,液态水不可能长时间在天上,龙吸水过后,吸到天上的水就会落下来,形成暴雨,所以说所谓龙吸水就是龙卷风。龙吸水,很形象的形容了这一现象。

龙吸水是一种偶尔出现在温暖水面上空的龙卷风,它的上端与雷雨云相接,下端直接延伸到水面,一边旋转,一边移动。这是一种涡旋,空气绕龙卷的轴快速旋转。受龙卷中心气压极度减小的吸引,水流被吸入涡旋的底部,并随即变为绕轴心向上的涡流。龙卷风将湖或海里的水卷入空中,形成高高的水柱,水柱水如同被吸入空中一样,俗称“龙吸水”,也称“龙卷水”。远远看去,被龙卷风卷上空中的水柱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。

1.龙吸水

龙卷风俗称“龙吸水”,这也许是它漏斗状云柱的外形很像神话中的“龙”从天而降,把水吸到空中而得名的吧。实际上,它是从雷雨云底伸向地面或水面的一种范围很小而风力极大的强风旋涡。

龙卷风的风力极大。在龙卷风中心附近,水平风速每秒可达100米以上,极端情况,可达300米。12级风的风速相当于每秒30多米,要和龙卷风相比自然就大为逊色了。如此罕见的巨大的风,造成的破坏异常惊人。当它触及地面时,可以把人畜像开玩笑似的卷到空中,再扔下来,它可以“倒拔垂杨柳”,摧毁建筑物,甚至像利剑似的把坚固的高楼大厦削掉一角。1956年9月24日,上海曾出现过一次龙卷风,它竟然把一个三四层楼高的110吨的储油罐举到15米的空中,然后把它甩到100多米以外的地方。1925年美国曾出现过一次强大的龙卷风,造成2000多人伤亡。

为什么龙卷风的风力这么大呢?

主要是龙卷风内的空气大量逸散,使龙卷风中心空气十分稀薄,气压很低,与外围空气的气压差特别大。台风中心和它外围空气平均每100公里差20毫巴(压强单位),而龙卷风中心与外围空气只要相差20米,气压差就达20毫巴。气压梯度越大,风力也就越大,难怪龙卷风的风力要比台风大上好多倍了。

龙卷风涉及的范围很小。1927年美国北卡罗来纳州的一次龙卷风,在它经过的大约3000平方米的范围内,大树连根拔起,靠近这股龙卷风的地方则安然无恙。

2007年9月3日,江川星云湖出现了“龙吸水”奇观,经媒体报道,引起了社会各界的广泛关注。沿湖的村民们普遍认为,“龙吸水”是一种常见的自然现象,出现多的年份雨水都比较多,但也有一些神奇现象难以解释。江川县路居镇石岩哨村村民李建贵六七岁就开始打渔,现年47岁,他告诉笔者,“龙吸水”现象他见得太多了,但是,9月3日这样神奇的景观不多见。

2009年8月3日,栖霞市境内的长春湖面上出现“龙吸水”景观。当天16时许,长春湖面上突然腾起一条参天水柱,顷刻间大雨倾盆。

2009年10月4日早晨7:30,渤海湾海面惊现3条龙吸水壮观景象。它们将大量海水吸到空中,随后带来雷阵雨。

2009年8月23日上午,早上9点半多行至洱海边时,天气骤变,水面上空乌云密布,一条水柱似苍龙出海般连于海天之间。由于洱海上空的浓积云发展旺盛,上下对流运动加剧,温差增大,所以形成此奇观。

2010年7月27日早上9点多,在香港和深圳之间海域出现了罕见的龙卷风,在海面上形成了难得一见的3条龙吸水景观。

2010年09月06日早上,淅淅沥沥的雨中,一条“蛟龙”自苍茫的天际坠入湖水……这一听来犹如神话的故事,真实地发生在位于青藏高原、湖面海拔3200米的青海湖。9月1日,青海湖两次显现龙吸水气象景观,高原神湖再添奇异色彩。

2012年8月18日,美国密歇根湖惊现“五龙吸水”罕见奇观。

2012年8月22日中午,广西北海市的南澫海域先后出现四股“龙吸水”奇观。当天中午12时许,北海市上空突然乌云密布,雷声轰鸣,下起了倾盆大雨。12时45分左右,该市南澫海域上空先后出现四股“龙吸水”奇观,并被附近居民拍摄下。目击市民称,四股“龙吸水”先后出现在相同方位,整个过程约持续7分钟。图为第四股“龙吸水”。

2012年8月26日下午5点半左右,淮安市洪泽湖上出现了罕见的“龙吸水”现象,围观市民纷纷拍照、摄像,留下这一珍贵的瞬间。根据当地的气象记录,上一次“龙吸水”还是发生在上世纪七十年代。

2013年8月19日松花江黑龙江大庆段出现罕见的“龙吸水”现象

2013年8月31日中午13时左右,珠海三灶附近海面现罕见龙卷风,整个过程持续近20分钟左右。“龙吸水”高达200多米。

10月20日上午,青海湖海心山北侧先后出现9条大大小小“龙吸水”,白色水柱形成旋涡状,从天空直挂到湖面,场面壮观。

2.双龙吸水

2011年5月3日下午大约5时50分,夏威夷州檀香山海港出现“双龙吸水”的罕见景观。两条巨大的水柱从海面一直延伸到高空,周围不断电闪雷鸣,并且大雨滂沱。很多路人被这种姊妹龙卷风的罕见奇观吸引住,纷纷停下车来观看。这种恶劣天气引发洪水,电击导致6万家庭停电长达2小时,不过这并未造成人员伤亡。学生肖恩雷·所罗门说:“我看到闪电从我的寝室附近划过。它就像一根紫色绳索从天空垂下来。”这两条海上龙卷风持续了大约12分钟,缓慢向西移动一会后就消失不见了。此类天气现象在夏威夷实属罕见。

随着太阳西沉,雨越下越大,闪电也逐渐增强。据称毛伊岛下起豌豆大小的冰雹。檀香山(Honolulu County)发出洪水预警,据《檀香山报》说,消防人员答复了遭洪水袭击的家庭打来的大约12通电话。怀厄奈的一个家庭说,闪电击中他们的无线电天线,电流顺着电线进入室内,引起火花和爆炸,烧坏了他们的扬声器。据国家气象局天气预报员约翰·布拉文德说,5月4日还会继续出现不稳定的气团。他对《檀香山报》说:“我们将会再次看到雷暴天气,但是不会像5月3日的影响范围那么大。”

旋风在河流、湖泊或者海面上发生时,就会形成龙卷风。大气里的冷空气团经过水体时,温暖的潮湿气体向上升腾,形成巨大的水柱——一个由雾霭和冷凝液构成的“城堡”。这些宏伟壮观的水柱从海面上掠过时,它们会留下一条由水汽形成的尾迹。水柱的直径从几英尺到数百英尺不等,长超过1英里(1.61公里),深入到云团深处。海上龙卷风比旋风更微弱,往往只有它们从陆地上经过时,才会对人构成威胁。

火龙卷

非常罕见的龙卷风形态,由陆龙卷与火焰的结合。

2010年,位于南半球的巴西遭遇罕见的干旱少雨天气,全国多地燃起了山火。2010年8月24日,巴西圣保罗市一处火点刮起了龙卷风,形成了罕见的火焰龙卷风景观。龙卷风夹起火焰高达数米,像一条巨大的火龙旋转前进。这条“火龙风”于24日被拍摄到。“火龙”在燃烧的田野上飞舞高约数米高,阻断了一条公路。为了熄灭这条“火龙”,当地出动了直升机。

出现“火龙风”的地区已经有3个月没有下雨。异常干旱的天气和强劲的风势助长了此处的火势。巴西全球电视台报道称,圣保罗地区的空气干燥程度已赶上了撒哈拉沙漠。

2014年3月28日,美国丹佛市现火龙卷奇观;当天一个火点遇到小尘暴,两者结合形成了罕见的烈焰龙卷风现象。火焰龙卷风又叫火怪,火旋风,是指当火情发生时,空气的温度和热能梯度满足某些条件,火苗形成一个垂直的漩涡,旋风般直插入天空的罕见现象。旋转火焰多发生在灌木林火,火苗的高度30至200英尺不等,持续的时间也有限,一般只有几分钟,但如果风力强劲能持续更长的时间。

2014年英国《每日邮报》5月7日报道美国农民焚烧农田现“火焰龙卷风”奇观。

阵风卷(gustnado)

是一种和阵风锋与下击暴流有关的小型垂直方向旋转的气流。由于它们严格来说和云没有关联,所以就它们是否属于龙卷风还存有争议。当从雷暴中溢出的快速移动干冷气流流经溢出边缘的静止暖湿气流时,会造成一种旋转的效果(可用“滚轴云”解释),若低层的风切变够强,这种旋转就会水平(或倾斜)进行,并影响到地面,最终的结果就是阵风卷。阵风卷的旋转方向不固定,可顺时针亦可逆时针。

尘卷风(dustdevil)

尘卷风是由于地面局部增热不均匀而形成的一种特殊的旋转对流运动.在尘卷风形成的过程中,外围空气通过贴近地面的薄层被地面加热后流向中心部位,外围空气的旋转能量在中心部位得到加强形成尘卷风,其旋转能量是热泡原来具有的旋转能量的局部集中和一部分势能转化而形成的,其旋转方向是由热对流泡的初始旋转方向所决定。

值得注意的是,龙卷风与尘卷风是完全不同的,龙卷风是云层中雷暴的产物。尘卷风由地面强烈增温而生成的小旋风,以卷起地面尘沙和轻小物体形成旋转的尘柱为特征。

增强藤田龙卷风分级(EF分级)

龙卷风按它的破坏程度不同,分为0--5增强藤田级数,简单来说就称为EF级,由1971年芝加哥大学的藤田哲也博士所提出。

EF0级

风速在65-85mph,约合105-137km/h,虽然较弱,但还是足以把树枝吹断,把较轻的碎片卷起来击碎玻璃,一些烟囱会被吹断。(出现几率极高,53.5%)

EF1级

风速在每小时86-110mph,约合138-177km/h,它们可以把屋顶吹走,把活动板房给吹翻,一些较轻的汽车会被吹翻或刮离路面。(出现几率较高,31.6%)

EF2级

风速在111-135mph,约合178-217km/h,它们可以把沉重的甘草包吹出去几百米远,把一棵大树连根拔起,货车可以刮离路面。(出现几率中等偏低,10.7%)

EF3级

风速在136-165mph,约合218-266km/h它们可以把一辆较重汽车吹翻,树木被吹离地面,房屋一大半被毁,火车脱离轨道。(出现几率低,3.4%)

EF4级

风速在166-200mph,约合267-322km/h,它们可以把一辆汽车刮飞,把一幢牢固的房屋夷为平地,树木被刮到几百米高空。(出现几率很低,0.7%)

EF5级

EF5级风速超过每小时200mph,也就是超过了322km/h,房屋完全吹毁,汽车完全刮飞,路面上的沥青也会被刮走,货车、火车、列车全部脱离地面。(出现几率较低偏高,20%——45%)

龙卷风并没有EF6级。那是绝对不可能的,这是根据物理和气象学推算出来的,所以,1999年5月3日俄克拉荷马城的龙卷风不是EF6级,而是EF5级,但是电视台也报道过当天超过每小时512公里的风速,而且在一个雷达上估测到了318mph的大风,这就表明龙卷风的破坏力量很大,不要相信有EF6级龙卷风,那是虚构。

除此之外,龙卷风还可以分为4个形状:

烟囱龙卷风:轮廓直,比较粗壮,强度中等,一般在EF2——EF4级左右。

绳形龙卷风:纤细,轮廓教弯,强度弱,一般在EF0——EF2左右。

楔形龙卷风:长度较宽,可达1.5公里,宽度超过高度,强度强,一般在EF4——EF5左右。

双胞胎龙卷风:两个龙卷风,有的粗,有的细,强度不定。

探测方法

龙卷风发生至消散的时间短,作用面积很小,以至于现有的探测仪器没有足够的灵敏度来对龙卷风进行准确的观测。相对来说,多普勒雷达是比较有效和常用的一种观测仪器。多普勒雷达对准龙卷风发出的微波束,微波信号被龙卷风中的碎屑和雨点反射后重被雷达接收。如果龙卷风远离雷达而去,反射回的微波信号频率将向低频方向移动;反之,如果龙卷风越来越接近雷达,则反射回的信号将向高频方向移动。这种现象被称为多普勒频移。接收到信号后,雷达操作人员就可以通过分析频移数据,计算出龙卷风的速度和移动方向。

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