书城科普读物气象百变魔图
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第26章 天气灾害(2)

然而,并不是一滴雨水降落就能导致洪灾。1977年4月初,一场有17英尺(43厘米)厚的暴风雪大大超出北达科他河所能承受的程度。一个季节的降雪——大于100英尺(254厘米),在几周内融化掉,溢出了位于大福克斯雷德河的堤岸。城市的9/10被淹没,并且约有1000座建筑物和住户被破坏。在加拿大和新英格兰北部,河水冰块在春天里顺流而下,直到堵塞为止。水流在冰块阻挡下倒退,逐渐地泛滥。然后冰块的堤坝坍塌掉,导致水流流向社区,形成洪灾。然而大规模的洪灾是由数天的持续降雨引发的。当1887年中国的黄河泛滥并且改变了它的流向时,几乎100万人丧生。1993年,密西西比——密苏里河的洪灾就是整个春天和夏天大暴风雪侵袭所造成的,因为大暴雨相对持续不断。就宽度看,河水相应上涨超过7英里(11千米),洪水占地将近半个印第安纳州的大小。不巧的是,当急流在同一地区上空的高压气团附近迂回时,雨水却在别的地方降落。这发生在1988年,它导致了一场旱灾,这场旱灾同1993年那场损失了200亿的洪灾一样后果惨重。任何天气形势的40个昼夜,潮湿或者干燥,都的确颇具《圣经》里所言及的灾难的规模。

龙卷风、海龙卷与沙尘暴

可能没有什么天气现象看起来像看到细长的扭动着的漏斗一样的东西向地面迂回那样可怕。尽管它的规模小,寿命短,一场龙卷风却能够在一瞬间内比地球上其他任何一种天气活动都能造成更大的破坏。

在地球上,平原与其他地方相比,更是龙卷风的家。全球每年平均近一千个龙卷风大概有一半发生在美国。不过,世界上的其他地方也经历过龙卷风。印度东部和孟加拉国,也就是喜马拉雅山脉接近印度洋的地区,尤其容易发生猛烈的龙卷风。事实上,世界上最致命的龙卷风于1989年4月26日在孟加拉的达卡附近酿成,夺走了1300人的生命。每年龙卷风都被报道在欧洲,俄国,中国东部平原和澳大利亚的东部和西部的边缘等地出现。

从行星表面上观察,最恶性的龙卷风以每小时250英里(402千米)的风速掠过地面。猛烈的龙卷风可以跨越多于1英里的宽度并且能以每小时40~60英里(64~96千米)的速度行进且超过一小时。不过,大多数的龙卷风不具备这些特征,它们的风势要减弱得多。一种更典型的龙卷风在宽度上只有100~200英尺(30~60米)——少于城市街道之间的距离,并且以每小时20~30英里(32~48千米)的速度可以行进几分钟。龙卷风路程的平均长度约为9英里(14千米),但是有一些在消失前能够行进几百英里。即使龙卷风相对弱一些,反复无常的“漏斗”也制造着恐惧,它能像幽灵那样灰白,像夜晚一样黑暗。它像一支铅笔,一支雪茄烟,一个蛋卷冰淇淋,或是一块密布动荡的乌云。上了年纪的人们试图描写出它的声音:100万只野蜂,一台喷式发动机,一大群前进着的坦克。

最适宜的条件

龙卷风生于雷暴雨中上升的气流,在大平原上,春天是气团争取统治地位的季节,因为这一时期太阳的热度加剧了。冷空气在向极地撤退之前向南做最后的旅行;潮湿的空气从热带海域流人;干燥温暖的空气从沙漠地带的而来,这是由于延长了白天使干燥的陆地变得很热的缘故。龙卷风产生于这三种气团的相互碰撞,下午和晚上是最可能形成龙卷风的时间,因为母风暴源于受阳光照射的热气流。但是一天中没有任何时间可避免龙卷风的出现。

最为猛烈的龙卷风是由超级云泡所产生的。当空气流人一个超级云泡的时候,科里奥利力给了它一个旋冲,产生了一种叫做中介气旋的小型低压中心,像它的最大的同胞一样。这种旋转大气的圆柱体在北半球通常逆时针旋转,在南半球顺时针旋转。中介气团产生一种旋转能,这种旋转能可以被上升气流拉长和集中到一个较小较密集的旋风中心,这与当溜冰者为了旋转得更快而挟紧手臂时所发生的状况相同。

有时,一个中介气团将在龙卷风出现之前在云里加强20分钟之久。

在龙卷风形成的一瞬间究竟发生了什么仍然是一个谜。我们所知道的许多东西是来自于电影和电视的解析。一种有形环状物“墙状云”从云层的内部落下来,伴随着一个很窄的漏斗状物体。这种云经常无雨,这是由于上升气流速度太强以至于不能使雨点或冰雹下落。若干分钟后,灰尘和碎石从地面扬起,或者观察到漏斗形云突然向下延伸到地平线上,任何一种情形中若干秒内,一种漏斗云能够成为一种完全规模的龙卷风。

当一个龙卷风和它的母风暴一同行进时,尤为典型地向东或向东北方向,它能卷起大量破坏物的碎片——树木,汽车,屋顶——以至于说它像漏斗,倒不如说更像地面上煮沸的云彩,日常物体成了致命的发射器。猛烈的狂风可以在旋风四周将暴雨裹得严严实实,使之难以分辨。龙卷风的风向并不固定,极大的破坏可以发生在点或条上,一座住房可能会被损坏,他的邻居家却几乎未被触及。龙卷风能够爬上高山,穿越溪谷,闯过丛林,还能够猛击摩天大楼,与神话相反,建筑物不是在龙卷风中爆炸而是被大风将墙吹倒。

无论它持续片刻或是一个多小时,每场龙卷风最终总要减弱——尤其是当它的环流被其周围雨水冷却的空气剪除的时候。这很像气旋锢囚时所发生的那样,一个将要消亡的龙卷风经常呈现出绳子形状的外表,伴随着漏斗旋转,此时的环流失去完整性。最终,龙卷风消失,碎片云状物坍落在地面上。有时这种特征只是第一幕的结果,暴风雨的上升气流在附近重新加剧促使形成第二个龙卷风或许还会蔓延下去,这些龙卷风家族可以持续数小时之久。还没有那个龙卷风家族比得上1925年的“跨三洲”龙卷风的时间长度和规模,显而易见地,一场独一无二的龙卷风于1925年3月18日从密苏里州至伊利诺伊州行进3219英里(352千米)夺走了689个人的生命。

气柱也潜行于地球之上。水龙卷是陆龙卷在海里的亲戚,它们形成于世界上较温暖的海洋和较大的湖泊中,例如美洲五大湖。海龙卷与陆龙卷有很多相似的地方,它们都以从云的底部延伸的高空风形成的窄漏斗为特色,都以向上的暖上升气流和冷雨下沉气流之间的对比为生成契机。不过,水龙卷从没有像最严重的陆地龙卷风那样猛烈,并且它们在阵雨边缘附近出现,而不是产生自完全的暴风雨内部。

大多数水龙卷形成于风向集中的浅水地带,作为一种龙卷形态,有时一个黑点能在它朝水中下落时被观察到在漏斗云下面,然后,盘旋上升的带状物能被看到朝那个点旋转在若干分钟后,漏斗云向下接触到水面。

在20世纪80年代,科学家们发现了一种类似于水龙卷的陆龙卷。叫做陆龙卷的这种暴风产生自积云和阵雨。陆龙卷在高地上十分普遍;例如在科罗拉多高原上。

因为比较干燥的高海拔气候,一个陆地龙卷的漏斗云不可能有足够的潮气来满足靠近地面的散云;夹带在其中的清洁空气使陆龙卷呈现中空状,即使事实上并非如此。陆地龙卷通常相对弱一些,短暂一些,但是它们仍然能够造成损坏和;伤害。

沙尘暴

另一种小规模的旋转风柱,沙尘暴在其流经之地会卷走灰尘和泥土,它通常发生在干旱或半干旱地区,例如美国的西南部,澳大利亚和中东地区。沙尘暴与阵雨或暴风雨没有任何关系;事实上,它偏爱正午的阳光和酷热,由于陆地或沥青吸收热量,名为上升暖气流的上升的气泡从地表面离去,这些气泡中的任何一个都可以使大气变得活跃并且引起旋转。沙尘暴能够持续若干小时,通常发生在地形有利于固定气流于适当的位置上的地方。在少有灰尘的地方,例如新英格兰和大不列颠王国,这种空气的旋转柱体能卷起干草,被称为干草沙尘暴,但是所有沙尘暴中最可恶的是火旋暴,它是沿森林大火的边缘旋转的烧灼的气柱。

飓风与台风

洋溢着阳光和温暖的微风,地球的热带地区将如天堂一样——但不是当飓风造访的时候。这些可怕的风暴,也被称为台风或者热带气旋,是地球上最强有力的东西。一场龙卷风可以将更大力量集中于一个小地区,而且一场飓风能够数小时冲击海岸线,伴随着骇人的大风,连续猛击的拍岸浪的声音,骤雨和一个有两层楼高的巨浪。当飓风在岸上刮起时惊涛也能够引起龙卷风。

从某种意义上说,飓风是地球气候的一个安全阀。赤道附近地区持续地接收到比极地地区更多的热量,这是一个驾驶我们的天气机器的因素。如果飓风不能通过从热带海洋吸收热量并且将其带向极地,从而有助于减少不平衡的状况的话,其他的一些天气现象——可能甚至更糟糕的现象——将会发生。

飓风通常形成两条带状物,每条约有1000英里(1600千米)宽,这两条带状物在赤道的两边环绕地球。在赤道自身的水域通常其温度足以支撑飓风,但是它们缺少一样:旋转。地球的转动并不能使天气系统在这儿旋转,在这里并没有科里奥利效应。朝向极地的地区,海洋通常太寒冷以至于不能形成飓风。这样,几乎所有的飓风都大约在北纬或南纬10°~25°的地区形成。

东北信风朝大西洋西部和太平洋的热带地区积聚暖水体,在上方产生深层的湿气,这样这些海洋的西边是有利于飓风形成的地区。

“飓风”这一名称是用来指大西洋和太平洋的东北部分的风暴,“台风”在太平洋的西南部使用。“热带气旋”则是适用于发生在太平洋西南部与印度洋南部之间。不论什么称号,现象都是一致的:一个低压中心,伴随着每小时风力大于74英里(120千米)的持续的风,如果风力小于这个数字,这个系统则被称为一个热带风暴。

飓风和台风趋向于朝西或西北方向移动直至它们到达亚热带,大约在北纬或南纬25°~30°。在那个点上,它们通常会遇到中纬高层西风带。这通常促使它们在几小时或几天内逐渐转向,呈弧形朝北然后奔向东北方向(在南半球则朝南奔向东南方向)。有时急流会在飓风转向之前将它远远地引向极地。这意味着飓风会袭击亚洲和北美洲的东海岸,直到北纬40°~45°。西海岸趋向于安全,但并不是不会受到伤害。

一个正在形成的飓风要依靠温暖的水面。如果没有这个条件,它将不会生成。在温暖的季节中,热带海洋的大部分地区还处于或高于80°F(27℃),这对于飓风成长是最低限度的需要。夏至前后,顶层预热需要数月才能渗透到海洋表层。因此,大部分地区的飓风季节延续到夏至后好几个月,直至秋分前。温暖的西北太平洋水域的大面积的地区终年引发台风。每年,在热带上空的数以百计的大气波动(又称东方波)伴随信风向西漂流,这些阵雨和雷阵风的地区以每小时低于30英里(48千米)的风速为特征,并且在低压地区附近还没有完全形成飓风。然而,它们却是未来飓风的萌芽s如雨云顶部的风在它们向下落时以大致相同的速度和方向,那么热带波浪能够向西延续而不被分裂。如果沿着它的路线行进并没有遇到任何主要的天气系统,那么波浪可以逐渐地形成对称并更有层次。阵雨在隔离的低压地区附近合并,围绕中心牵引着风。

天气预测者们热衷于跟踪这些正在发展的波动,它们中的任何一个或者没有任何一个能够发展成为热带风暴。即使当条件满足的时候,每年世界范围内平均80%的东风波中也只有一小部分能到达热带风暴的“强度”。然后只有其中大约一半将成为飓风。

科学家们认为热带风暴是通过正反馈循环得以加强。当它们的风力增强时,它们从洋面吸收了更多的湿气。当水蒸气在云和降雨中凝结的时候,蒸发过程中储备的热量被放掉了,风在风暴中心周围盘旋,并直接吹向风暴中心。

盘旋的风能够将温暖潮湿的空气集中在低压中心。这就加强了驱动风力的压力梯度,于是风(和风暴)进一步加剧。热带风暴只需几小时或一周,或一周以上才能达到飓风的强度。

阵雨和雷暴雨呈旋转的带状物趋向于低气压区。由于向心力的缘故,此带状物不能靠近中心,相反它形成台风眼——一个或多或少的牢固的雷暴环状。风从台风眼内壁通过并在风暴顶部回转出去。

风眼本身由风墙环绕着——一个可怕的近乎平静的地带,它位于飓风的中心,有5~50英里(8~80千米)宽。在这里,大气缓缓下降,阳光普照,鸟儿们可以盘旋数日,却逃不出它们的大气囚笼。

气象学家使用飓风强度尺度(也从其发明者而命名为撒菲尔·辛普森测定仪)为飓风划分级别。头等飓风被称为“强烈飓风”或“超级飓风,风速在每小时130英里(209千米)以上。幸运的是,这些罕见的庞然大物很难把它们的力量维持一天或两天以上。有时它们遇到风剪、较寒的地表水,或是独行的上层风暴。如果没有其他的东西,它们就非常猛烈地搅动海水,使得暖表层被撕裂,然后冰水从100英尺(30米)或者更深层的地方上升至顶部。科学家们正在用装在人造卫星上的雷达装置来测量海洋的深度。在海洋表面高于通常情况几英寸的地方,由于它特别温暖,海洋表层已经扩张——潜在的飓风杀手形成的因素。