二、雷暴的產生條件
具實際觀測獲知,雷和閃電僅能在大量液態及固態水被攜帶至溫度低於 20℃以下的氣層中才可產生,如此高空而能聚集大量水分只有在暖濕空氣中始有可能。另一方面要有極旺盛的上升氣流才能將凝結之水分挾帶至如此高度,因此雷暴是在溫度直減率很大的深厚氣層中發生,一般而言,雷暴誕生在暖濕不穩定的空氣中,而有力產生雷雨的條件如下:
1.地面因日射而增暖
2.高空因輻射而冷卻
3.地面因平流而增暖
4.高空有冷空氣平流
5.下層有暖空氣平流
6.水平向輻合
7.地形舉升
8.鋒面舉升
雷暴釋出的能量極為可觀,據估計,一次發展的雷雨相當於十枚投擲於廣島的原子彈爆發所產生的能量,此能量的主要來源於水氣凝結釋出潛熱,可見暖濕的空氣確為形成雷暴所必須。
三、雷暴的分類
1.單細胞雷暴
是指由大氣的強對流現象形成的一個單獨雷雨胞,具有完整的雷暴組織,雲頂高度10~15公里,直徑由約2 ~3公里到8~10公里都有,上升氣流最旺盛時可達到每秒30公尺,普通則在每秒5~15公尺之間,上升氣流以離地3000~10000公尺最為顯著。
(1)單細胞雷暴的發展過程
一個單細胞雷暴的生命約半小時左右,一般可分為三個時期(如圖一)
(a) 積雲期:(5~15分鐘)
此時雲較周圍空氣暖,故雲內空氣加速上升,雲空迅速伸展至溫度遠低於結冰點的高度,大量水滴、過冷水滴、冰晶或雪片聚集雲內,僅可見到上升氣流且氣流愈往上愈增強。
(b) 成熟期:(約15分鐘)
積雨雲(cb)發展至顛峰,甚至可竄入平流層。水滴及冰晶等受地心引力的影響,不能在被上升氣流所支持而落下,其表面摩擦力帶動周圍空氣下沉,逐漸
加強向下的力產生下降氣流,故產生傾盆大雨並伴有雷電現象或上升下爆亂流,若下沉氣流旺盛甚至會降雪。自高空下降的冷氣流到達地面時水平展開,常出現猛烈陣風。
(c)消散期:(約15分鐘)
由於地表降溫,上升氣流的來源減少,下降氣流逐漸超過上升氣流,最後僅剩下降氣流,雲內水分析出,降水減弱,雲層漸漸消散,高空有毛髮狀之為捲雲,低空則有破布狀的小塊雲。
(2)內部環流
參見圖二,圖中空心箭號代表小股降流,由雲頂部分挾帶冰晶化冰雹下降時,因為溶化、蒸發時吸收大量潛熱,故不會增加很多溫度,這股冷空氣到達地面堆積成一個小尺度冷氣丘(cold dome)推近時和前方熱空氣形成一道如冷鋒的界面但規模稍遜,稱為「偽鋒」(psuedofront)照樣能推動前面的暖空氣上升形成新的對流胞。如果是沿冷鋒生成的一群雷暴,其冷氣丘前緣連成一線,也就是很長的偽鋒,長度有時可達200公里,稱為颮線(squall line)。
2.多單體雷暴
是指一連串相繼發生的單細胞雷暴組合成的雷暴,通常有30個以上的單體
在其中發展、成熟、消散,每個單體約有30~45分鐘的生存時間,而約5~10分鐘的間隔就有一個新的單體開始發展。
(1)多單體雷暴形成的條件
由多次觀測結果統計有利於多單體雷暴發生的條件有:
(a)積雨雲的雲底風速很小,使氣流運動較不受摩擦力限制。
(b)大氣處於高度熱力不穩定,空氣易產生快速的上升下降氣流。
(c)垂直風切很大。
(2)多單體雷暴的內部環流
圖三為1973年7月9日美國科羅拉多州所測到的一個多單體雷暴的構造垂直剖面圖(沿風暴移動方向),對流胞以n-2、n-1、n、n+1的順序發生,實線為空氣相對風暴移動的氣流,有垂直進入和流出紙面的氣流,圓圈曲線為粒子自雲底右前方成長逐漸發展成冰雹降下的軌跡,不同濃度的灰色表雷達迴波強度。高度高濕空氣由雷暴前方流入,上升到上層由後方向外流出,中層的乾空氣由低層側方流入,雲上部落下的降水粒子於降落途中蒸發冷卻,形成大範圍的下降氣流,到達地面附近時向水平方向擴散,與風暴前方流入的高溫高濕空氣輻合並抬升,發展出新的n+1對流胞。一般而言,風場的下對流層吹高溫濕的偏南風,因此風暴的南邊是發展新胞的最好處所。
(3) 多單體雷暴的移動
具雷達追蹤的結果,與周圍風場的平均風向關係密切,但多單體雷暴所占據的範圍較廣,其運行還會受制於單體生成發展的方向。
見圖四,各個單體受平均風向導引而移動,但通常每15~30分鐘就會在圖中雷暴下方發展出新個體,所以整個多單體雷暴的移動會偏向平均風向(即個別單體移動方向)的右方。
3.超級單體雷暴
是指更加強大、持久,更能發生強烈災害性的天氣狀態,超級單體雷暴有高度組織化的內部環流,其傳播方式不再是離散式而是連續的運動,故比多單體雷暴具有更大的整體性。
(1) 形成超級單體雷暴的條件
(a)強烈的不穩定度
(b)很強的平均雲底環境風(10 m/s)
(c)強烈的風切
(2) 超級單體雷暴的環流
圖五為超級單體雷暴的三維環流模型,從低層流入的上升氣流由雷暴前進的右前方向上斜插入雷暴,在中心產生最大上升運動,隨後呈氣旋式旋轉到達對流頂附近,受上層風向影響而向雷暴移動的方向流出,而中層流入的氣流則猛烈下降,在雷暴後方產生大量降水,並與下層向上升的暖濕空氣生成陣風鋒面(gust front)。
4.結語
臺灣是個常發生雷暴的地區,其發生的季節雨分布大致如下:
1.春季雷雨以中部以北為主
2.梅雨期全省均可發生雷雨
3.夏季午後熱雷雨,全省各地均有可能,以迎風面及盆地較頻繁
4.冬季雷雨以北部為主,但發生頻率較低
我們要先對雷暴的形成因素、過程、內部構造及各種現象瞭解清楚,才能對雷暴的產生及移動做出正確的預報並降低其造成的災害。
另外,在雷暴內常有雷電現象,所以若有機會,可再對雷暴的帶電機制、雷達迴波偵測的結果 以及各類雷暴細部的特性作更進一步的探討和研究。
5.參考資料
1. Juhu M Wallace ﹠Peter V Hobbs,1997 Atmospheric Science,P.238~P.250,
University of Washington
2. C Donald Ahrens,Meteorology Today,P.407~P.419<West publishing company.
3. 小倉義光著,張泉湧譯,1995.4普通氣象學,P.214~P.221,國立編輯館。
4. 國立師範大學科學教育中心,高中地球科學教育指引第三冊 P.88。
5. 戚啟勳,1980.8大氣科學,P.306~P.313 大中國圖書公司。
(本文作者為臺大大氣研究所研究生)
不过这里有些名词我们是不那么叫啊。比如‘垂直风切’等等。有这么叫的吗?
什么大尺度环流、高空冷涡、空中急流、垂直风切变……晕……
你发卖钱的贴子居然不附图!该打!
卖钱还怕麻烦?
那以后我也卖联接好了:)
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