自然界存在许多匪夷所思的现象。形形色色的“怪雨”来历就常常使人困惑不解。根据确切的记录,不同颜色的雨有黄雨、蓝雨、黑雨、绿雨、血雨,如每年5、6月间在我国的大、小兴安岭就常会出现奇怪的黄雨,1979年湖南省长沙县等地下的黑雨,1945年江苏沭阳县下的血雨等等。不同降落物形成的“雨”,如公元55年(东汉建武年间)河南开封一带的“谷雨”、1940年西班牙海岸附近下的“麦雨”、1940年前苏联高尔基省下的“古钱币雨”、1949年新西兰沿海地区下的“鱼雨”、1960年法国土伦下的“青蛙雨”、1990年我国洞庭湖南县下的“鸭子雨”等等。如果根据上面的现象,“天上掉元宝”、“天上下面包”还真有可能呢。
“怪雨”是谁的杰作?
许多“怪雨”常常都是由龙卷风引起的。
所谓的“麦雨”,它是由北非摩洛哥天空乌云中向地面伸出的“象鼻”旋转云柱把一个巨大粮仓摧毁,卷起大量小麦“出口”到直布罗陀海峡的另一侧;“钱币雨”,是埋藏在地底下的古银币因暴雨冲刷掉覆盖土层后,紧随而来的龙卷风将钱币卷到天空又撒落所形成;“鱼雨”、“青蛙雨”、“鸭雨”事后都被证明是龙卷风将别处水中的鱼、青蛙和陆地上正在被牧放的鸭子卷入空中,在另外的地方降落下来形成的。至于带颜色的雨,则是龙卷风把其他地区带有颜色的物品卷入空中,在发现“色”雨的地方降落形成的。如“黄雨”是松针花粉染色所形成,“血雨”是红土被卷入天空后混合雨滴降落形成的,“黑雨”则可能是煤粉或工业污染物混合雨水降落的结果。
龙卷风的“吸水、吸物”
现象是怎么形成的?
许多观测和目击记录都表明,龙卷风是遇水吸水,遇物吸物。1970年5月27日,一龙卷风途经湖南澧县时,在澧水的江心卷起了一个30米高、水平面积有几十平方米的水柱,澧水露出了河底。1879年5月30日下午4时,从美国堪萨斯州上空可怕的乌云下端形成了一个涡旋,像从天而降的巨蟒一样迅速向下伸长,在触及地面之处,房屋、人畜和树木都统统被吸得精光。那么,龙卷风的巨大吸力是如何形成的?就是因为龙卷风中心的低气压。原来,龙卷风中心的气压数值可以低到400百帕,甚至200百帕,而龙卷风外的大气压是1000百帕左右。龙卷风内外巨大的压力差使龙卷风变成一个特殊的“吸泵”,当水被卷进去时就会形成高大的水柱,当沙石、草木等物体被卷进去就会形成高大的尘柱。
位于龙卷风的中心是幸运还是危险?
如果一个人刚好位于龙卷风中心的地面上,他会被卷到天上去吗?可能有的同学根据龙卷风内外气压差的悬殊,判断位于中心的物体更容易卷上去,所以此人面临极大的危险。但有时在龙卷风中心范围内的东西却神奇地丝毫无损,所以对于同是受龙卷风影响,但刚好位于龙卷风中心的人来说可能就是幸运的。龙卷风的中心为什么反而安全呢?这是因为龙卷风中心的水平气流很弱,而垂直方向存在着下沉运动。从理论上说,如果一个在龙卷风中心的人,以与龙卷风相同的方向和速度移动,则他是不会受到龙卷风伤害的。
建筑物是被龙卷风“刮”散的吗?
许多建筑物受龙卷风的影响后,常常“粉身碎骨”,碎裂的建筑材料漫天飞舞。那么,这些建筑物是被风刮散的吗?实际上不完全是。而是急速到来的龙卷风导致室外的大气压强迅速下降,而室内的大气压强仍相对很高使建筑物“自爆”的。假定房子内的气压是标准大气压,即每平方厘米的墙壁承受1.0336千克的空气压力,当房子外的气压突然下降了8%,这种内外压强差将导致房子内部空气向四周施加向外的膨胀力。如果一个长方形房顶的边长分别是6米和12米,则作用在房顶上向外膨胀的力可达68吨,足可以使房子“自我爆炸”,把房顶掀掉!
龙卷风为什么如此粗暴?
龙卷风所到之处,吼声如雷,犹如飞机机群在低空掠过。不少科学家认为,龙卷风中的爆炸声可能是由于涡旋中某些部分的风速超过了声音的速度(每秒340米),产生小振幅的冲击波造成的。其他的声音可能是由于旋转的风和陷入龙卷风中心各种物体的撞击产生的。至于龙卷风内的最大风速有多大,到现在还没有确切的测量结果,因为任何风速计都经受不住它的吹刮。
龙卷风会不会“牵连无辜”?
龙卷风虽然具有巨大的威力,但是对影响范围以外的物品却表现出惊人的“秋毫无犯”,不“牵连无辜”。1950年,美国的一对年轻夫妇正在午休。轰隆一声巨响使他们从床上跃起。他们住的房间只剩下半截断墙,庭院中的房屋、树木和家畜都无影无踪,但他们的旁边还有一把椅子,椅子上的衣服仍好好地摆在上边!美国的一个车夫坐在行进的大车上打瞌睡,一声巨响把他惊醒,发现拉车的两匹马和一根车辕不见了,而他还好好地坐在车上。美国的一个正在挤牛奶的妇女听到轰隆一声,奶牛连同牛棚都不见了,她仍呆坐在凳子上。我国洞庭湖边发生的龙卷风把一栋两层楼房的水泥预制板房顶破成碎片扔出几百米远,但离该楼房只有6米远处的柴草竟“毫发未动”。在北美,最极端的情况曾出现在龙卷风过后,鸡身上的羽毛一侧被拔得精光,而另一侧却“一毛不拔”、完好无损的惊人现象。
那么,龙卷风是怎样做到不“牵连无辜”的?这与龙卷风的水平风速分布特点和龙卷风的垂直结构有极大的关系。龙卷风中心(直径2000米左右)的风速很小,但中心以外,风速急剧增大,在龙卷风的外围,风速又急剧减小,影响区和非影响区的界限非常明显。在垂直方向上,龙卷风呈下细上粗的漏斗状作旋转运动,上层的范围一般大于下层的范围。由于龙卷风具有上述结构特点,因此,在龙卷风的外围边缘,相对高处的屋顶可以被吹的无影无踪,而离地面近的物体却可能安然无恙。
什么是雷暴?
“雷暴”是指积雨云中所发生的雷电交作的激烈的放电现象,同时也是指产生这种现象的天气系统。雷暴一般伴有阵雨,有时则伴有大风、冰雹、龙卷等天气现象。通常把只伴有阵雨的雷暴称为“一般雷暴”,而把伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等严重的灾害性天气现象之一的雷暴叫做“强雷暴”。
对流性天气是怎样产生的?
当低层大气与高层大气上下位置在短时间内因上升和下沉运动而发生了交换或循环时,人们把这种现象称为对流。无论是一般雷暴还是强雷暴,都是对流旺盛的天气系统,所以常将它们通称为“对流性风暴”,它们所产生的天气现象则叫做“对流性天气”。
对流性天气是如何发生的?首先应当考虑什么因素可以使高层空气与低层空气的位置发生交换。如果高层的空气“变重”,低层的空气“变轻”,头重脚轻,就容易发生不稳定的对流了。我们知道,空气的密度与温度和压强有关,同样的压强,温度高的空气密度小,温度低的空气密度大。如果正常情况下稳定的大气,当低层温度升高,高层温度降低,则有可能使大气“头重脚轻”,发生对流。因此,当大气中的温度垂直分布非常不稳定时,大气有可能出现自发的“自由对流”。但是,大部分情况下,大气不能自发地对流,需要外力“推”一把才能进行,这时就需要有抬升的条件。
低层大气的温度越高,高层大气的温度越低,即高低层温度的差别越大,则一旦发生对流,激烈程度也就越强。如有外力抬升,如气流沿地形上升、沿冷暖空气的界面上升、低压等系统的辐合上升等,都容易使对流性天气出现。因此,发生对流性天气的主要条件是,大气在垂直方向具有不稳定的温度分布和抬升条件。
强雷暴天气的发生与逆温层有多大关系?
逆温层是大气中一种非常稳定的空气层。一般情况下,它是抑制对流运动发展的。那么,为什么逆温层的存在对强雷暴的发生常常会起到关键作用呢?
原来,大气中某一高度上逆温层的出现,就像一块“隔板”将高空的冷空气和低空的暖空气分隔开来,高空和低空不再发生联系。只要逆温层存在,高空和低空的“自由对流”就不会发生。于是,低层的空气更暖更湿,高层的空气更冷更干。逆温层实际上将大气中的不稳定能量积累了起来。一旦在外力的帮助下,低层暖湿空气冲破了逆温层,则严重的强风暴天气就会发生。
龙卷风发生发展需要什么条件?
我们知道,任何事物的发生发展都离不开有利的条件。龙卷风发生发展的有利条件是什么呢?由于龙卷风是最强烈的对流性天气,因此,使大气对流运动猛烈发展的环境条件也是龙卷风发生发展的条件。使对流运动发展的条件之一是地球表面大气和高空大气温度的差别。据统计,在垂直方向上的温度差异达到或者超过每升高1000米温度降低18℃时,在干空气和湿空气的交汇处就容易发生龙卷。第二个是垂直运动条件。龙卷风生成于地面暖空气上升、高空冷空气下降非常猛烈的地区,因此在冷暖空气的交界面、台风的周围和飑线附近等垂直运动强烈的地区容易见到龙卷的身影。第三个条件是风在垂直方向上的变化要大。一般在低空急流和高空急流相叠加的地区龙卷风容易出现。
龙卷风通常什么时侯“光临”?
龙卷风一年四季都可以出现,但每个季节出现的可能性有大有小。一天之中哪个时间都可能发生,但出现的可能性不同。那么,龙卷风最“喜欢”在什么季节和什么时间“光临”呢?一般的说,夏季是有利对流性天气发生的季节,龙卷风大部分出现在暖季;一天之内,陆地上由于地面被加热,午后发生对流性天气的可能性最大,龙卷风容易在午后发生;海洋和沿海地区由于高层大气的辐射冷却,夜间或黎明大气最容易出现对流,龙卷风大多出现在夜间。
龙卷风“偏爱”哪些国家和地区?
几乎每一个陆地国家都出现过龙卷风。美国是最著名的“龙卷风之乡”,平均每年能出现900次以上,与龙卷风有关的许多“神奇”现象也多发生在美国。原因在哪里呢?从北极地区经加拿大到美国去的冷空气直接到达美国大平原的中央区域后,与来自墨西哥湾的热带暖湿空气相遇,在汇合地带相互作用,使大气变得不稳定,非常有利于龙卷风的发生。日本和澳大利亚也是发生龙卷风比较频繁的国家。发生在我国的龙卷风主要出现在华南和华东地区,渤海、黄海、东海和南海的海面上时常可见,西沙群岛附近海面一年四季都能出现,而8月~9月最多。
海上龙卷风能卷起多高的水柱?
在很深的洋面上,有足够的水“让”龙卷风卷吸,你能猜出龙卷风卷起水柱有多高吗?于1989年在澳大利亚测得的一个海上龙卷风卷起的水柱高度是迄今为止的最高记录,它达到了1528.27米,与我国泰山最高峰玉皇顶的海拔高度相当!在大气中出现这样高的一条水柱,其情景该是多么壮观啊!
大气中也有“钱塘潮”?
声势浩大的钱塘江大潮,是蔚为壮观的自然现象。神话传说中将它与我国历史上春秋时期吴国大臣伍子胥(潮神)死后发泄怒气相联系。其实,钱塘大潮的出现是由于潮水在特殊河道地形作用下出现的一种自然现象。南美洲的亚马利河同样存在类似的“钱塘潮”,只是由于种种原因,欣赏到潮水景观的人远远少于钱塘江罢了。那么,在大气中有没有像墙一样向前推进,使人惊心动魄的大气“钱塘潮”呢?有的,强对流天气系统飑线的云墙向前推进时,惊心动魄的态势与钱塘潮并无二致。
飑线实际上是一条线状的雷暴或积雨云带。飑线的长度约有150千米~300千米。沿着飑线可出现雷暴、暴雨、大风、冰雹和龙卷等强烈的天气,特别是两条飑线相交的地区最容易出现龙卷。当飑线经过时,常出现狂风暴雨,伴随气压涌升、气温骤降、风向突变,风速可达12级以上。
与钱塘江大潮不同的是,飑线的发生没有明显的周期性,它只不过是一种特殊的强烈对流性天气而已。
龙卷风可以预报吗?
龙卷风是一种影响范围相对较小、存在时间比较短的天气系统。通常的气象观测难以寻觅它的踪影。因此,到目前为止还不能比较准确地预报龙卷风的出现。但这并不意味着不能对龙卷风出现的可能性进行估测。人们是怎样估测龙卷风出现可能性的大小呢?
首先,考虑低层大气的湿度是否很大。第二,低空有无逆温层的存在,使得低层大气高温高湿的特性得到不断的强化。第三,有无锋面、台风、气流辐合或飑线等强气流上升运动产生、冲破低层的逆温层,使不稳定能量得到释放。第四,大气低层与高层风速的差别是否很大。大气一旦具备了这些条件,就可能发生龙卷风。
飑线有多大能耐?
台风与龙卷风的威力巨大是一般人都有的概念,但中尺度(水平范围几百千米)天气系统飑线的威力可能为数不少的人并不了解。
1878年3月,一艘英国的巡洋舰“欧列狄克”号远航归来。当海港的轮廓已经在望,水手们已经看到了前来迎接的人们时,飑突然袭来,狂风吹倒了站在码头上的人们,白昼变成了黑夜,海上翻腾着巨浪。5分钟后,风息云收,但“欧列狄克”号却踪影全无。几天后,潜水员在海港入口处的海底发现了这艘战舰。
许多龙卷风的发生与飑线有密切的联系。1971年7月13日,从海上移来的一条飑线经过我国福建省时,造成了10级~12级的大风,台湾海峡海面上出现了许多水龙卷。
飑线的阵风非常猛烈,从高空下沉的气流造成的强烈阵风可以吹倒建筑物,损坏停在机坪上的飞机,毁坏大面积的庄稼。如果正在飞行的飞机不慎进入下沉气流中,就可能被摔到地面上变成碎片。
“爆发性气旋”的“爆发”是什么意思?
“爆发性气旋”实际上是一种温带气旋。它与一般温带气旋的主要区别在于它在海上的发展速度特别快。20世纪中叶,国外的一位海洋气象学家曾分析研究了数以千计的温带海洋上气旋的发展过程,他发现其中某些气旋的发展速度与其他气旋的差别很大,这些气旋在短时间内急速发展加深,其中心气压在24小时中可以下降24百帕,中心气压的下降导致海面风力迅速增强,对航运也构成了极大的威胁。后来,这种海上气旋急速的发展被称为“爆发性发展”,这种气旋也被叫做“爆发性气旋”了。