[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(fēng)坡被強(qiáng)迫抬升而形成的雷暴。我國山地多，地形復(fù)雜，而且地形雷暴是夏季山區(qū)飛行長遇到的一種雷暴。因?yàn)橄募九瘽窨諝饨?jīng)常存在，氣層多不穩(wěn)定，如果這時垂直于山脈走向的風(fēng)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(qiáng),地形強(qiáng)迫起著主要作用,具體表現(xiàn)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(qiáng)的輻合區(qū);(2)地形抬升使得偏南暖濕入流強(qiáng)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(gòu)成隨高度順轉(zhuǎn)的低層垂直風(fēng)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(qiáng)。雷暴第二階段在平原地區(qū)再次增強(qiáng)的主要原因是:組織完好的雷暴到達(dá)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(chǎn)生了強(qiáng)的擾動溫度梯度;強(qiáng)的冷池出流與勢力相當(dāng)?shù)钠吓瘽駳饬飨嗷プ饔卯a(chǎn)生了強(qiáng)的輻合上升氣流,并與下沉氣流在較長時間內(nèi)共存;冷池出流形成的負(fù)渦度與低層切變產(chǎn)生的正渦度達(dá)到近似平衡狀態(tài)。運(yùn)用RKW理論,三者導(dǎo)致雷暴前方低層的輻合抬升最強(qiáng),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(qiáng)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(cè)即祁連山南坡為偏西南風(fēng),北側(cè)即祁連山北坡為偏北風(fēng),南北兩側(cè)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(xiàn)。從衛(wèi)星云圖上可以看出,祁連山的南北各有強(qiáng)對流云團(tuán)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(tuán),從16時開始從山脈北側(cè)向南爬升,垂直速度得到加強(qiáng),云團(tuán)發(fā)展壯 大,20時整體躍上山脈,與南坡的對流云團(tuán)溶匯后發(fā)展到最強(qiáng),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(diǎn)復(fù)雜多變,形成了多個γ中尺度的強(qiáng)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(jī)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(jī) 制的 作用 來實(shí)現(xiàn),因此 雷暴的發(fā)生源就往往出現(xiàn)在觸發(fā)機(jī)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(nèi),以及有利于熱力、地形抬升等作用的地理環(huán)境 內(nèi)。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?zé)崃ψ饔帽绕皆@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(dá)到與雷暴單體尺度相當(dāng)?shù)墓铝⑸降?就能成為雷暴源地。

山峰與山結(jié)因熱力作用產(chǎn)生的山谷風(fēng)環(huán)流,白天谷風(fēng)從山下匯向峰區(qū),使峰區(qū)有較強(qiáng)的對流觸發(fā)機(jī)制。特 別是在山結(jié)區(qū)，即某高山向四周伸展出數(shù)條山脈狀如繩結(jié)的高山區(qū),各山脊之間的谷風(fēng)更盛,匯向山結(jié)區(qū)的上升運(yùn)動更強(qiáng),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(qiáng) 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(fēng) 坡暖濕氣流沿 山坡爬升,若氣團(tuán)為對流性不穩(wěn)定便會產(chǎn)生雷暴。夏季,南嶺山脈’的迎風(fēng)坡多雷暴,就是這個原因。另外當(dāng)冷鋒移經(jīng)迎風(fēng)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(qiáng)。

背風(fēng)坡背風(fēng)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(dāng)有較強(qiáng)氣流橫越山脈 時,背風(fēng)坡區(qū)往往有重力波產(chǎn)生,氣流愈強(qiáng),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(dāng) 的尺度,且氣層很不 穩(wěn)定 時,在重力波 的上升運(yùn)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(dāng)冷空氣從較高山脈流入背風(fēng)坡區(qū)上空而背風(fēng)坡區(qū) 內(nèi)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(qiáng)陣雨的局地風(fēng)暴。沒有降水的閃電、雷鳴現(xiàn)象，稱干雷暴。雷暴過境時，氣象要素和天氣現(xiàn)象會發(fā)生劇烈變化，如氣壓猛升，風(fēng)向急轉(zhuǎn)，風(fēng)速大增，氣溫突降，隨后傾盆大雨。強(qiáng)烈的雷暴甚至帶來冰雹、龍卷等嚴(yán)重災(zāi)害。通常把只伴有陣雨的雷暴稱一般雷暴，把伴有暴雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷等嚴(yán)重災(zāi)害性天氣現(xiàn)象之一者，稱強(qiáng)雷暴。兩者都是由發(fā)展強(qiáng)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(dú)立的云內(nèi)環(huán)流， 都經(jīng)歷發(fā)展階段 （云中貫穿上升氣流）、成熟階段（云中出現(xiàn)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(jù)統(tǒng)計(jì)，低緯度雷暴出現(xiàn)的次數(shù)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(jié)不穩(wěn)定度增大，同時經(jīng)常有天氣系統(tǒng)活動，雷暴次數(shù)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(xiàn)。就同緯度來說，雷暴出現(xiàn)次數(shù)，一般是山地多于平原，內(nèi)陸多于沿海。一年中雷暴出現(xiàn)最多的是夏季，春秋次之，冬季除暖濕地區(qū)外，極少出現(xiàn)。雷暴移動受地理?xiàng)l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(qiáng)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(chǎn)生，致使雷暴強(qiáng)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(qiáng)。7

特點(diǎn)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(jù)大氣的不穩(wěn)定性及不同層次里的相對風(fēng)速而定（參看風(fēng)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(fēng)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(jī)會看到這種雷暴，因此亦被稱為陣?yán)住?/p>

多單體雷暴(Multicellstorms)

由多個單體雷暴所組成，是單體雷暴的進(jìn)一步發(fā)展而成的。這時會因?yàn)闅饬鞯牧鲃佣纬申囷L(fēng)帶，這個陣風(fēng)帶可以延綿數(shù)里，如果風(fēng)速加快、大氣壓力加大及溫度下降，這個陣風(fēng)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(fēng)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(chǎn)生龍卷風(fēng)。

根據(jù)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(xiàn)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(dá)到數(shù)十億到上千億瓦特，溫度為1萬～2萬攝氏度。當(dāng)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(chǎn)生數(shù)億噸氮肥，隨雨水滲入土地。當(dāng)然不可忘記，雷暴的極強(qiáng)的殺傷力。強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)習(xí)慣使用“雷暴日”，即以一年當(dāng)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(qiáng)弱。

地形雷暴的危害雷暴雖然是一種強(qiáng)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(xiàn)的時間多在下午，夜 間因云頂輻射冷卻，使云層內(nèi)的溫度層結(jié)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(xiàn)象，一般伴有陣雨，有 時還會出現(xiàn)局部的大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流天 氣。強(qiáng)雷暴天氣出現(xiàn)有時還帶來災(zāi)害，所以 是一種危險的天氣現(xiàn)象，不僅會影響飛機(jī)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(jī)車，擊 傷擊斃人畜，引起火災(zāi)等。

雷暴能產(chǎn)生對飛機(jī)危 害很大的電閃雷擊和冰雹襲擊, 其強(qiáng)大電場的干擾, 常使機(jī)載電子設(shè)備失靈甚至被燒 毀; 由于雷暴云中垂直運(yùn)動強(qiáng)烈,因而造成飛機(jī)嚴(yán)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(qiáng)的積冰,雷暴不僅嚴(yán)重危害云中飛行的飛機(jī), 它所伴 隨的下?lián)舯┝鳌?狂風(fēng)暴雨、 低碎云、 低能見度等天氣 現(xiàn)象,同樣對云下飛行及航班的起 降造成嚴(yán)重威脅。強(qiáng)陣雨使飛行能見度降低, 而且改變了飛機(jī)的空氣動力性能, 嚴(yán)重時甚至使飛機(jī)發(fā)動機(jī)熄火; 強(qiáng) 陣風(fēng)使飛機(jī)操縱困難; 而下?lián)舯┝鲃t往往在飛機(jī)的起降過程中 造成災(zāi)難性的飛行事故。

注意事項(xiàng)1.留在室內(nèi)。在室外工作的人，應(yīng)躲入建筑物內(nèi)。

2.切勿游泳或進(jìn)行其他水上運(yùn)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(wǎng)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(dǎo)電性高的物體。樹木或桅桿容易被閃電擊中，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。閃電擊中物體后，電流會經(jīng)地面?zhèn)鏖_，因此不要躺在地上，潮濕地面尤其危險。應(yīng)該蹲著并盡量減少與地面接觸的面積。

7.遠(yuǎn)足及其他戶外活動人士，應(yīng)隨身帶備收音機(jī)，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(xiàn)，切勿在河流、溪澗或低洼地區(qū)逗留。

9.駕車人士如駛經(jīng)高速公路或天橋，應(yīng)提防強(qiáng)勁陣風(fēng)吹襲。

10.海上的小艇應(yīng)小心提防狂風(fēng)或水龍卷襲擊。

11.如遇上龍卷風(fēng)，應(yīng)立即躲入堅(jiān)固的建筑物內(nèi)。要遠(yuǎn)離窗戶、蹲伏在地上并用手或厚墊保護(hù)頭部。如在室外，應(yīng)遠(yuǎn)離樹木、汽車或其他可被龍卷風(fēng)吹起的物件。