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第5章 神龙吸水——龙卷风

在盛夏季节,也许你在收听台风天气预报的时候,会听到“台风中心风力在12级以上”的说法,这时,你是否会认为它就是自然界风力最大的风暴了呢?实际上这是一种错误的想法,在自然界中还有比台风更猛烈的风暴,它就是龙卷风。

龙卷风有一个俗称叫“龙吸水”,这可能是由于它漏斗状云柱的外形像极神话中的“龙”从天而降,把水吸到空中,故而得名。此外,由于龙卷风与古代神话里从波涛中窜出、腾云驾雾的东海蛟龙很相象,所以它还有很多关于龙的别名,如“龙吸水”、“龙摆尾”、“倒挂龙”等等。事实上,龙卷风是从雷雨云底伸向地面或水面的一种范围很小而风力极大的强风旋涡。

1.龙卷风概述

龙卷风是一种极为强烈的、小范围的空气涡旋。它是在极不稳定的天气下由空气强烈对流运动而形成,是从雷暴云底伸展至地面的龙卷产生的一种强烈的旋风。龙卷风的风力高达12级以上,风速最大可达100米/秒以上。龙卷风发生时,通常会伴有雷雨天气,有时也会伴有冰雹。

在龙卷风中,空气会绕龙卷的轴快速旋转,周围近地面的几十米厚的空气内,由于受龙卷中心气压极度减小的吸引,气流从四面八方被吸入涡旋的底部。被吸入的气流又随即变为绕轴心向上的涡流。由于龙卷中心气压比周围气压低很多,所以龙卷风总是气旋性的。

由以上描述可知,龙卷风是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。龙卷风的风速是极高的,中心附近风速甚至有100~200米/秒,最大可达300米/秒,与台风近中心最大风速相比还要大出好几倍。龙卷风中心之所以有那么大的吸引力主要是因为它的气压很低,一般可低至400百帕,甚至最低可以低到200百帕。龙卷风有一个俗名“龙吸水”,由于其中心的低气压使它具有很大的吸吮作用,所以人们常在龙卷风发生的时候,看到海水或湖水形成柱状被吸离海面或湖面,进而形成同云相接的壮观场面。在龙卷风内部,由于空气极为稀薄,使温度急剧降低,从而使水汽在短时间内迅速凝结,我们所知道的漏斗云柱就是这样形成的。一般情况下,漏斗云柱的直径不会太大,平均只有250米左右。另外,强烈的积雨云是龙卷风产生的必备因素之一。龙卷风的形成是暖湿空气强烈上升、冷空气南下、地形作用等几方面因素共同作用的结果。龙卷风的生命极为短暂,在一般情况下只维持十几分钟,最长也不过一两个小时。虽然如此,它却有着惊人的破坏力。有人曾亲眼目睹了大树被连根拔起的场景。它还会在顷刻之间把建筑物吹倒,或把部分地面上的物体卷至空中。龙卷风一般出现在夏季的6~8月份。在我国的江苏省,几乎每年都有龙卷风发生,不过在发生地点上没有明显的规律。

2.龙卷风的形成

从本质上来说,龙卷风是云层中雷暴的产物。具体而言,龙卷风就是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的区域内集中释放的一种形式。通常,我们把龙卷风的形成过程分为以下四个阶段:

第一阶段:大气的不稳定性产生强烈的上升气流,由于受急流中最大过境气流的影响,这股上升气流进一步加强。

第二阶段:上升气流由于受到在垂直方向上切变的风的影响,在对流层的中部开始旋转,从而形成中尺度气旋。

第三阶段:中尺度气旋不断向地面发展并向上伸展,导致它自身变细并增强。与此同时,一个小面积的增强辅合,也就是初生的龙卷在气旋内部形成,气旋形成的同时,也形成了龙卷核心。

第四阶段:龙卷核心中的旋转与气旋中的不同,它的强度足以使龙卷一直伸展到地面。当涡旋发展到地面高度的时候,就会使地面气压急剧下降,从而导致地面风速急剧上升,龙卷就这样形成了。

龙卷风一般发生在夏季的雷雨天气,尤其是在下午至傍晚的雷雨天气中较为常见。与其他风暴灾害相比较,它有着袭击范围小、时间短的特点。龙卷风的直径通常在十几米至数百米之间。虽然龙卷风的生存时间较短,但在所有自然风暴中,龙卷风的风力是最大的,破坏力也极强,可造成相当严重的后果。

3.龙卷风的危害

前面我们曾提到,龙卷风因其风力极大,所以给人类造成的危害也是十分严重的。1995年,发生在美国俄克拉荷马州阿得莫尔市的一次陆龙卷,风暴发生时,竟然将屋顶之类的重物吹出几十英里。大风过后,大多数碎片落在陆龙卷通道的左侧,由于重量的不同而分出很明确的降落地带。物体越轻飞得越远,有的较轻的碎片甚至飞了300多千米才落在地上。

一般而言,龙卷风的袭击是突然而猛烈的,它在地面上产生的风也是最强的。龙卷风经过的地方,常会发生大树被连根拔起、车辆被掀翻、建筑物被摧毁、甚至屋顶被刮走等现象,有时甚至把人卷进漩涡中吹走,危害十分严重。在美国,龙卷风带来的人员伤亡仅次于雷电,尤其是对建筑的破坏要比其他的自然灾害更为严重,常常是毁灭性的。

关于龙卷风的破坏,有人曾亲眼见到这样的场景:在龙卷风的强烈袭击下,房子的屋顶会像滑翔机机翼般飞到空中。一旦屋顶被卷走,房子的其他部分也会随之被摧毁。所以在龙卷风经常发生的地区,建筑房屋时,一定要加强房顶的稳固性,因为这样将有助于防止龙卷风过境时造成的巨大损失。

4.龙卷风的防范措施

我们知道,龙卷风的风力是极大的,它可以把人卷入旋风,从而造成人员伤亡。所以当龙卷风袭来时,我们必须有一些防范措施。

(1)如果风暴发生时,你在家里,那么务必远离门、窗和房屋的外围墙壁,要躲到与龙卷风方向相反的墙壁或小房间内抱头蹲下。如果有条件的话,逃避龙卷风危害最安全的地方是地下室或半地下室。

(2)当风暴发生,面临电杆倒、房屋塌的紧急情况,应该及时切断电源,避免电线断了后人体触电或引起火灾。

(3)如果是在野外遇到龙卷风,最好的办法是就近寻找低洼地伏于地面,尽量远离大树、电杆,以免被砸或触电。

(4)如果是开车外出遇到龙卷风,则一定要离开汽车到低洼地区躲避,因为汽车对龙卷风几乎没有防御能力。

5.龙卷风的探测

在过去的很长一段时间内,龙卷风一直是个谜。随着科学技术的进步,人们逐渐用科技的力量揭开了它的神秘面纱。龙卷风的持续时间很短。由于龙卷风的出现和分散都具有突然性,可谓来无踪去无影,这就加大了人们对它进行有效观察的难度。

龙卷风的风速究竟有多大?到目前为止,没有人能给出一个确切的数据,因为龙卷风从发生到消散的时间十分短暂,而且作用面积也很小,所以,还没有任何一种探测仪器有足够的灵敏度来对龙卷风进行准确的观测。不过,随着科技的发展,问题总有解决的一天。现在使用的多普勒雷达算是一种比较有效和常用的龙卷风观测仪器了。用多普勒雷达对准龙卷风发出的微波束,根据从龙卷风中碎屑和雨点反射回来的微波信号我们可以对龙卷风进行探测。如果龙卷风刮向雷达相反的方向,则反射回的微波信号频率将向低频方向移动;相反,如果龙卷风向雷达所在的方向移动,则反射回的信号将向高频方向移动。这种现象被人们叫做多普勒频移。根据接收到的信号,雷达操作人员就可以通过分析频移数据,测算出龙卷风的移动速度和方向。

6.龙卷风的特点

龙卷风多发生在春、夏、秋的下午和傍晚时分的雷雨天气,由于风力比较大,所以危害也很大。其特点如下:

(1)龙卷风的移动路径多呈直线型,袭击范围比较小,直径通常在十几米到几百米之间。

(2)龙卷风的移动速度较快,它的风速远在台风之上,一般为40~50千米/小时,最快可达100千米/小时。不过因为持续时间比较短,往往只有几分钟到几十分钟,最长也不过一两个小时,所以移动的距离一般为几千米,少数可达数十千米。

(3)龙卷风的发生具有随机性,正是这个原因才使得龙卷风的提前预报有了一定的困难。此外,龙卷风还有强弱之分,弱的只能卷起衣服和草堆,破坏性比较小;强的则能拔树掀房,摧毁车辆、桥梁,能把人、畜吸走,破坏性比较大。

7.龙卷风的等级

从前文的内容我们得知,龙卷风也有强弱之分,因而我们可以根据风力的大小对其进行分级。

通常我们把龙卷风分为6个等级,即F0级、F1级、F2级、F3级、F4级和F5级,风力依次增强。F0级龙卷风的风速小于33米/秒,破坏程度最小。当F0级龙卷风过境时会损坏烟囱、刮断树枝、拔起浅根树木、毁坏商店招牌等。F1级龙卷风风速在22~50米/秒之间,破坏程度中等,风力较弱,体形相对较小,该级别的龙卷风足以掀起屋顶和拔倒活动房屋。F2级风速介于51~70米/秒之间,破坏程度较严重,足以使厢形车翻覆,掀翻火车车厢,连根拔起大树,空中轻物狂飞,汽车被卷离地面。F3级龙卷风风速在71~92米/秒之间,破坏性严重,坚固房屋的屋顶和墙壁被刮走、火车被掀翻、森林中大多数的树木被连根拔起、重型汽车被卷离地面并被抛起。F4级龙卷风风速在93~116米/秒之间,可带来毁灭性的破坏,该级别的龙卷风足以卷起房屋、树木与车辆,凌空而起至数百码外。F5级龙卷风风速在117~142米/秒之间,破坏性极度严重,它足以掀起坚固的房屋,将钢筋水泥等强化性建筑撕成断瓦碎片,其破坏的严重性是人们无法想象的。

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