[科普中國]-地形雷暴

地形雷暴形成原因

地形雷暴：它是暖濕不穩(wěn)定空氣在山脈迎風坡被強迫抬升而形成的雷暴。我國山地多，地形復雜，而且地形雷暴是夏季山區(qū)飛行長遇到的一種雷暴。因為夏季暖濕空氣經常存在，氣層多不穩(wěn)定，如果這時垂直于山脈走向的風速分量較大，山坡也比較陡峭，地形抬升作用明顯，就會形成雷暴。2

雷暴第一階段下山增強,地形強迫起著主要作用,具體表現在三個方面:(1)地形斜坡使得雷暴冷池出流下山加速與穩(wěn)定維持的偏南氣流形成了強的輻合區(qū);(2)地形抬升使得偏南暖濕入流強烈地上升,從而加劇了對流的發(fā)展;(3)地形抬高了冷池出流高度,使得出流與近地面偏南氣流構成隨高度順轉的低層垂直風切變,低層暖空氣之上有冷平流疊加,使得雷暴前方的動力和熱力不穩(wěn)定增強。雷暴第二階段在平原地區(qū)再次增強的主要原因是:組織完好的雷暴到達平原地區(qū)后,其冷池與低層暖舌在城區(qū)(朝陽地區(qū))的對峙,產生了強的擾動溫度梯度;強的冷池出流與勢力相當的偏南暖濕氣流相互作用產生了強的輻合上升氣流,并與下沉氣流在較長時間內共存;冷池出流形成的負渦度與低層切變產生的正渦度達到近似平衡狀態(tài)。運用RKW理論,三者導致雷暴前方低層的輻合抬升最強,最有利于雷暴的維持發(fā)展。3

地形雷暴發(fā)生在山地區(qū)域2006年9月3日夏季祁連山區(qū)一次由地形引發(fā)的強雷暴天氣,700hPa高空圖上,祁連山到青海省海西州一帶為新疆高壓與 副熱帶高壓之間的切變線,切變線東段幾乎沿著山脈的走勢,南側即祁連山南坡為偏西南風,北側即祁連山北坡為偏北風,南北兩側均爬坡抬升,匯合于山脈上空, 這正是切變線東段與山脈走勢幾乎一致的原因,突顯祁連山脈地形因素對切變線形成的貢獻。從衛(wèi)星云圖上可以看出,祁連山的南北各有強對流云團發(fā)展,從這兩個 云系的發(fā)展過程可以明顯地看出,祁連山脈所起的作用,對于由北向南移動的對流云團,從16時開始從山脈北側向南爬升,垂直速度得到加強,云團發(fā)展壯 大,20時整體躍上山脈,與南坡的對流云團溶匯后發(fā)展到最強,21時開始向南下坡,云系消散減弱,云頂塌縮非常明顯。4

2008年8月14日北京發(fā)生了雷暴群形式的局地暴雨,雷暴新生 地點復雜多變,形成了多個γ中尺度的強降水中心.北京周邊地區(qū)的雷暴,通過其雷暴冷池出流沿著溝谷地形或向平原地區(qū)流動,與北京山谷或城 區(qū)的邊界層暖濕空氣形成輻合抬升機制,觸發(fā)雷暴新生.5

大氣不穩(wěn)定能量的釋放,最后要通過對 流 觸發(fā)機 制的 作用 來實現,因此 雷暴的發(fā)生源就往往出現在觸發(fā)機制條件最好的場合。也就是鋒面、低壓、輻合線等有利于抬升和輻合作用 的天氣系統(tǒng) 內,以及有利于熱力、地形抬升等作用的地理環(huán)境 內。這里僅 以不 同的地理環(huán)境為條件來分析 雷暴的源地。

山地在同樣水汽和大氣穩(wěn)定度條件下,山地熱力作用比平原顯著,又有地形抬升作用,觸發(fā)力條件好，最易成為雷暴源地。特 別是被平原包圍的 山地,即使范 圍不 大,只要達到與雷暴單體尺度相當的孤立山地,就能成為雷暴源地。

山峰與山結因熱力作用產生的山谷風環(huán)流,白天谷風從山下匯向峰區(qū),使峰區(qū)有較強的對流觸發(fā)機制。特 別是在山結區(qū)，即某高山向四周伸展出數條山脈狀如繩結的高山區(qū),各山脊之間的谷風更盛,匯向山結區(qū)的上升運動更強,更加有利于雷暴的形成和發(fā)展。

向陽坡向陽坡面太陽直射角大,日射強 白天增熱快,有利于發(fā)展對流和形成雷暴。夏季,雪線以上的高山向陽坡因融雪耗熱,空氣冷卻,而向陽坡的下段白天迅速增熱,這種情況 下,上部冷空 氣下滑，與下部暖空氣相遇,造成坡面空氣極 不穩(wěn)定而發(fā)展雷暴,甚至成為雹源。

迎風 坡暖濕氣流沿 山坡爬升,若氣團為對流性不穩(wěn)定便會產生雷暴。夏季,南嶺山脈’的迎風坡多雷暴,就是這個原因。另外當冷鋒移經迎風坡時,鋒前暖濕不 穩(wěn)定空 氣同時受鋒面和 地形兩種抬升作用,雷暴最易發(fā)展或加強。

背風坡背風坡區(qū)氣流一 般下沉,對發(fā)展雷暴不利,但在一 定條件下,也可成為雷暴源地。例 如當有較強氣流橫越山脈 時,背風坡區(qū)往往有重力波產生,氣流愈強,則波長愈長,氣層愈不穩(wěn)定,則振幅愈大。若波長發(fā)展到與雷暴單體相 當 的尺度,且氣層很不 穩(wěn)定 時,在重力波 的上升運動區(qū)便可發(fā)展雷暴,這種雷暴常與山脈平行成帶。另一 種,當冷空氣從較高山脈流入背風坡區(qū)上空而背風坡區(qū) 內低層空氣又較暖濕時,也會加劇氣柱的不穩(wěn)定而形成雷暴。6

雷暴的形成過程雷暴是由旺盛積雨云所引起的伴有閃電、雷鳴和強陣雨的局地風暴。沒有降水的閃電、雷鳴現象，稱干雷暴。雷暴過境時，氣象要素和天氣現象會發(fā)生劇烈變化，如氣壓猛升，風向急轉，風速大增，氣溫突降，隨后傾盆大雨。強烈的雷暴甚至帶來冰雹、龍卷等嚴重災害。通常把只伴有陣雨的雷暴稱一般雷暴，把伴有暴雨、大風、冰雹、龍卷等嚴重災害性天氣現象之一者，稱強雷暴。兩者都是由發(fā)展強烈的積雨云形成的，這類積雨云稱雷暴云。一次雷暴過程并不只是一塊雷暴云，而往往是由幾個或更多個處于不同發(fā)展階段的雷暴單體所組成。這些雷暴單體雖然處于同一個雷暴云中， 而每個單體都具有獨立的云內環(huán)流， 都經歷發(fā)展階段 （云中貫穿上升氣流）、成熟階段（云中出現降水以及降水拖曳的下沉氣流）和消散階段（云中為下沉氣流），并處于不斷新生和消失的新陳代謝過程中。雷暴活動具有一定的地區(qū)性和季節(jié)性。據統(tǒng)計，低緯度雷暴出現的次數多于中緯度，中緯度又多于高緯度。這是由于低緯度終年高溫、多雨，空氣處于暖濕不穩(wěn)定狀態(tài)，容易形成雷暴。中緯度夏半年，近地層大氣增溫、增濕，大氣層結不穩(wěn)定度增大，同時經常有天氣系統(tǒng)活動，雷暴次數也較多。高緯度氣溫低、濕度小，大氣比較穩(wěn)定，雷暴很少出現。就同緯度來說，雷暴出現次數，一般是山地多于平原，內陸多于沿海。一年中雷暴出現最多的是夏季，春秋次之，冬季除暖濕地區(qū)外，極少出現。雷暴移動受地理條件影響很大。在山區(qū)受山地阻擋，雷暴常沿山脈移動，如果山地不高，發(fā)展強盛的雷暴可越山而過。在海岸、江河、湖泊地區(qū)，白天因水面溫度較低，常有局部下沉氣流產生，致使雷暴強度減弱甚至消失，而一些較弱雷暴往往不能越過水面而沿岸移動，但在夜間，雷暴可能增強。7

特點雷暴共分為三種，分別為單體雷暴、多單體雷暴及超級單體雷暴三種。

雷暴天氣

而分辨它們的方法是根據大氣的不穩(wěn)定性及不同層次里的相對風速而定（參看風切變)。

單體雷暴(Single cellstorms)

是在大氣不穩(wěn)定，但只有少量甚至沒有風切變時發(fā)生。這些雷暴通常較為短暫，不會持續(xù)超過1小時。在平日亦有很多機會看到這種雷暴，因此亦被稱為陣雷。

多單體雷暴(Multicellstorms)

由多個單體雷暴所組成，是單體雷暴的進一步發(fā)展而成的。這時會因為氣流的流動而形成陣風帶，這個陣風帶可以延綿數里，如果風速加快、大氣壓力加大及溫度下降，這個陣風帶會越來越大，并且吹襲更大的區(qū)域。

超級單體雷暴(Supercellstorms)

是在風切變極大時發(fā)生的，并由各種不同程度的雷暴組成。這種雷暴的破壞力最大，并且有30%可能性會產生龍卷風。

根據雷暴形成時不同的大氣條件和地形條件，一般將雷暴分為熱雷暴、鋒雷暴和地形雷暴三大類。此外，也有人把冬季發(fā)生的雷暴劃為一類，稱為冬季雷暴。在我國南部還常出現所謂旱天雷，也叫干雷暴。

能量雷暴的能量很大，千分之幾到十分之幾秒的雷電放出的電能，可達到數十億到上千億瓦特，溫度為1萬～2萬攝氏度。當然雷暴也能造福于人類，它能給地球帶來大量雨水；受雷擊的空氣每年能產生數億噸氮肥，隨雨水滲入土地。當然不可忘記，雷暴的極強的殺傷力。強度標準習慣使用“雷暴日”，即以一年當中該地區(qū)有多少天發(fā)生耳朵能聽到雷鳴來表示該地區(qū)的雷電活動強弱。

地形雷暴的危害雷暴雖然是一種強烈的天氣，但它的持 續(xù)時間一般較短，單個雷暴的生命史一般不 超過2小時。雷暴出現的時間多在下午，夜 間因云頂輻射冷卻，使云層內的溫度層結變 得不穩(wěn)定，也可引起雷暴，稱為夜雷暴。雷 暴是大氣中的放電現象，一般伴有陣雨，有 時還會出現局部的大風、冰雹等強對流天 氣。強雷暴天氣出現有時還帶來災害，所以 是一種危險的天氣現象，不僅會影響飛機等飛行安全，干擾無線電通信，而且還會擊 毀建筑物、輸電和通信線路、電氣機車，擊 傷擊斃人畜，引起火災等。

雷暴能產生對飛機危 害很大的電閃雷擊和冰雹襲擊, 其強大電場的干擾, 常使機載電子設備失靈甚至被燒 毀; 由于雷暴云中垂直運動強烈,因而造成飛機嚴重顛簸; 雷暴云中含有大量的過冷水滴, 故在其上部飛行常常發(fā)生較強的積冰,雷暴不僅嚴重危害云中飛行的飛機, 它所伴 隨的下?lián)舯┝鳌?狂風暴雨、 低碎云、 低能見度等天氣 現象,同樣對云下飛行及航班的起 降造成嚴重威脅。強陣雨使飛行能見度降低, 而且改變了飛機的空氣動力性能, 嚴重時甚至使飛機發(fā)動機熄火; 強 陣風使飛機操縱困難; 而下?lián)舯┝鲃t往往在飛機的起降過程中 造成災難性的飛行事故。

注意事項1.留在室內。在室外工作的人，應躲入建筑物內。

2.切勿游泳或進行其他水上運動。離開水面及找尋地方躲避。

3.避免使用電話或其他帶有插頭的電器，包括電腦等。

4.切勿接觸天線、水龍頭、水管、鐵絲網或其他類似金屬裝置。

5.避免用花灑淋浴。

6.切勿處理以開口容器盛載的易燃物品。切勿站立於山頂上或接近導電性高的物體。樹木或桅桿容易被閃電擊中，應盡量遠離。閃電擊中物體后，電流會經地面?zhèn)鏖_，因此不要躺在地上，潮濕地面尤其危險。應該蹲著并盡量減少與地面接觸的面積。

7.遠足及其他戶外活動人士，應隨身帶備收音機，不斷留意氣象臺發(fā)出的最新天氣消息。

8.留意暴雨可能隨時出現，切勿在河流、溪澗或低洼地區(qū)逗留。

9.駕車人士如駛經高速公路或天橋，應提防強勁陣風吹襲。

10.海上的小艇應小心提防狂風或水龍卷襲擊。

11.如遇上龍卷風，應立即躲入堅固的建筑物內。要遠離窗戶、蹲伏在地上并用手或厚墊保護頭部。如在室外，應遠離樹木、汽車或其他可被龍卷風吹起的物件。