雷暴

由对流旺盛的积雨云引起的、伴有闪电雷鸣和强阵雨的局地风暴。雷暴过境时,气象要素和天气的变化都很剧烈,瞬时风速一般为15~25米/秒,风速极大时甚至可达40米/秒,降水阵性强,常形成暴雨。强烈的雷暴甚至带来冰雹龙卷、雷击等严重灾害。雷暴属中小尺度天气系统,研究雷暴,对于局地灾害性天气的预报和人工消雹等,都有重要的意义。作为地面观测项目,雷暴则仅指伴有闪电和雷声的现象。

雷暴形成于层结强烈不稳定的大气中(见大气静力稳定度),在这种大气的低层,如果存在使低层空气抬升至一定高度的触发条件,就可产生对流云。一般触发机制有地面受热后空气上升、气流系统性辐合上升、气流遇山地抬升和锋面抬升等。除气团内部热雷暴外,常见的有锋面雷暴、冷涡(见气旋)雷暴、台风雷暴以及其他热带天气系统所产生的雷暴等。按雷暴的强度、水平范围、持续时间等不同,可分为一般雷暴和强雷暴两类。

单体模式

生雷暴的积雨云称为雷暴云。雷暴通常由一个或几个雷暴云单体所组成。雷暴云单体是一个对流单元。早在20世纪40年代,人们就已概括出雷暴云单体的生命史模式(即对流云的发展模式),它经历发展、成熟、消散三个阶段(见云动力学)。雷暴伴随的天气现象主要发生在成熟阶段,这时,不仅出现闪电、雷鸣、阵风、阵雨,而且地面的气压、温度、湿度等气象要素的变化也比较剧烈。在成熟阶段,由于下沉气流内的雨滴蒸发而冷却,在单体下方地面附近形成了浅薄的冷空气堆,它的密度大、气压高,称雷暴高压,风从高压中心向外吹,风向同等压线近于垂直。因此在这冷性高压的前沿有一条温度、气压和风速的不连续线,在高压的后部,则有雷暴低压,也称尾流低压。雷暴高压随气流前进时,它的前部能迫使周围的暖湿空气抬升,生成新的单体,因此雷暴云单体的水平尺度虽只有几公里,生命史大约只有30分钟,但是这种新陈代谢过程,可使雷暴延续几小时。

强雷暴

又称强风暴,当出现严重降雹时也称雹暴。其形成条件为:

(1)对流层的中、下部出现逆温层,它把低空潮湿空气和对流层的中、上部较干燥的空气分隔开,形成位势不稳定条件,积蓄了大量能量。

(2)有较强的风的铅直切变。

(3)云体中部有干冷空气供应,以维持云中的强下沉气流。

(4)有能够破坏逆温层以使大量位势不稳定能量释放的触发机制。强风暴主要可分为超级单体风暴和多单体风暴两大类型:

(1)超级单体风暴。为单一的强大环流系统,它在成熟阶段形成了有组织的持续的上升气流和下沉气流。它的上升气流来自低空暖湿空气,从风暴云柱右前下方流入,然后向风暴后方倾斜上升,按逆时针方向旋进,到高空后,一部分穿过大气对流层顶,伸展到平流层的下部,大部分则在强切变影响下扭转方向,顺着高空风向流动,从云柱前上方流出,形成云砧。这支倾斜上升的气流,称为斜升气流。其上升速度一般为10~30米/秒。风暴后部为一支自中层流入的干冷下沉气流,它插入上升气流下面,在低层从风暴后部流出。超级单体风暴的云柱有不对称的外形和天气分布,云顶为一光滑的圆顶。在雷达观测中常观测到的弱回波穹窿区和钩(指)状回波,是可能产生龙卷的区域(图1)。超级单体风暴是非常强烈的风暴,不常出现。

图1 图2

(2)多单体风暴。它由许多处于不同发展阶段的单体所组成,这些单体不像一般雷暴中许多单体那样随机发生,相互干扰,而是呈有组织的排列。它们不断地在风暴复合体的右侧发生,在左侧消亡,使风暴整体偏向环境风的右侧移动。多单体风暴中各不同阶段的单体,前后发展的时间间隔大约15分钟,每个单位的生命期为45分钟左右,但通过单体的连续更替,多单体风暴可维持较长的时间。多单体风暴也有明显共存的上升气流和下沉气流,在雷达回波上也常常发现弱回波区,但不如超级单体风暴那样持久(图2)。

强风暴除了分为超级单体风暴和多单体风暴两大类外,有人还再划分出两类:即强切变风暴和飑线风暴,前者发生在极强的风速铅直切变环境中(多单体风暴和超级单体风暴的环境风铅直切变值为1.5×10-3~4.5×10-3秒-1,而强切变风暴可达 7.5×10-3~8.0×10-3秒-1),由一个大的环流组成,个例极少;后者一般为多单体风暴所组成,排列成为带状,可以持续几小时。

移动与传播

雷暴云单体一般沿 700百帕气流方向移动,在单体随气流移动的同时,前方不断生成新单体而原单体则不断衰减消亡,表现出雷暴移动的跳跃式传播现象。强风速铅直切变环境中强雷暴的移动往往偏于700 百帕气流的右侧。这是因为在这种强雷暴中,风向随高度常呈顺时针方向旋转(图3),由于云内上下的动量混合使风向风速趋于均一,结果产生云外空气相对于云内空气的运动,从低层流入,在高层从风暴右侧流出,结果,在风暴前进方向的右侧,低空气流辐合,高空气流辐散,有利于新的雷暴单体在右前侧不断形成。

图3

由于气象卫星、气象雷达等观测手段的不断改进,关于雷暴的结构及其生成、发展、移动、变化的规律,正在更深入地试验研究之中。

参考文章