龍卷：從天而降 or 拔地而起？

談起龍卷，在大家腦海里是不是立馬出現(xiàn)下面的片段？

漏斗云底不斷的降低，讓我們認(rèn)為龍卷的形成是一個自上而下的過程。

那么，龍卷是不是自上而下形成的呢？

帶著這份兒好奇，小編咨詢了研究龍卷的專家。專家以在超級單體風(fēng)暴中形成的氣旋性龍卷為例，介紹了此類龍卷的主要成因。

龍卷的形成主要分為3個階段：

圖1

第一階段：對流層低層有足夠強(qiáng)的垂直風(fēng)切變（1km高度風(fēng)速可以達(dá)到20m/s左右的差異），產(chǎn)生水平渦管。該渦管由于其周圍大氣垂直速度沿渦管分布不均勻，會使渦管發(fā)生傾斜（圖1）。在超級單體風(fēng)暴的上升運(yùn)動區(qū)域，由于強(qiáng)上升氣流使該渦管向上傾斜（圖2紅色曲線箭頭），在中層產(chǎn)生了比較大的垂直渦度分量（表示渦旋旋轉(zhuǎn)快慢的物理量），形成了氣旋性的環(huán)流，我們把這個環(huán)流稱為中氣旋（圖2 mesocyclone）****，直徑一般在5-10km。中氣旋是超級單體風(fēng)暴的核心，強(qiáng)盛的中氣旋是龍卷超級單體的主要特征，為龍卷的形成創(chuàng)造了有利的條件。

題外話1：學(xué)過《天氣學(xué)原理和方法》的同學(xué)們對這個渦管傾斜有木有一種似曾相識的感覺？沒錯啦，它就是渦度方程中的傾側(cè)項(xiàng)啦！在大尺度天氣系統(tǒng)（例如溫帶氣旋）傾側(cè)項(xiàng)是小項(xiàng)，在討論大尺度天氣系統(tǒng)垂直渦度變化時，并未重點(diǎn)討論。在中小尺度天氣系統(tǒng)中，垂直渦度的變化，它可是功不可沒哦！

圖2

第二階段：超級單體風(fēng)暴中冷的下沉氣流到達(dá)單體低層向四周流出，與環(huán)境中流向單體的暖濕氣流相遇，我們把這個相遇的區(qū)域稱為陣風(fēng)鋒。在陣風(fēng)鋒附近，暖濕氣流爬升，冷氣流下沉，當(dāng)垂直運(yùn)動的水平切變足夠大時，可形成圖2右下角藍(lán)色曲線箭頭所示的水平渦管，其上的黃色曲線箭頭表示該水平渦管的旋轉(zhuǎn)方向，該渦管的旋轉(zhuǎn)快慢與紅色曲線箭頭所代表的渦管的旋轉(zhuǎn)快慢相當(dāng)。圖3是陣風(fēng)鋒附近的水平渦管成因概念圖。該水平渦管在超級單體低層的上升區(qū)向上傾斜，形成近地面的中氣旋。

圖3

至此，在超級單體風(fēng)暴中自地面到高空，形成氣旋性渦旋，其強(qiáng)度不及龍卷強(qiáng)度。

第三階段：當(dāng)渦旋中心氣壓足夠低，四周氣流快速向渦旋中心輻合上升，輻合使氣旋性渦旋的旋轉(zhuǎn)變快（垂直渦度增大），當(dāng)旋轉(zhuǎn)最大風(fēng)速達(dá)到龍卷的級別，這時，就意味著龍卷生成。

題外話2：花樣滑冰的旋轉(zhuǎn)直觀形象的說明了氣流輻合（花樣滑冰運(yùn)動員收胳膊收腿），使得氣旋性渦旋旋轉(zhuǎn)變快。在渦度方程中，可以用渦度與散度項(xiàng)解釋該現(xiàn)象。同時，也可以用角動量守恒進(jìn)行解釋。

由此可見，龍卷是由于近地面的渦旋強(qiáng)度增強(qiáng)而來的，并不是伴隨著漏斗云云底的觸地出現(xiàn)的。漏斗云底觸地的過程，是當(dāng)龍卷增強(qiáng)到一定程度，渦旋中心氣壓驟降、溫度驟降、水汽凝結(jié)，導(dǎo)致的云底降低的一個過程。

最后，附上一張龍卷的等級劃分表：