@ 2021.09.17 , 16:41

搞清砧上卷羽的机制:龙卷风、大风和大冰雹前的征兆

在严重的雷暴产生龙卷风、大风或冰雹之前,经常发生一些奇怪的事情。一股冰和水的羽流被称为 "砧上卷羽"(AACP),在风暴云的顶部飘起,并向下风方向移动,它是极端天气事件的一种早期预征兆。

科学家们刚刚弄清了砧上卷羽的机制。背后是水力跃升现象——如落下的瀑布冲击静止水面产生上浮的泡沫,仿佛达到了沸点——在大气系统中的反映。空气先上升然后落回雷雨云中。

研究人员说,他们的发现可以用于关于龙卷风、大风和冰雹风险的预警,特别是在现有多普勒雷达系统失效或无法使用的地方。

"如果即将形成可怕的飓风,我们可以从太空中看到它。"主要作者、斯坦福大学的大气科学家摩根·奥尼尔说,"但我们无法看到龙卷风,因为它们隐藏在雷暴顶层之下。我们需要更好地了解顶层。"

搞清砧上卷羽的机制:龙卷风、大风和大冰雹前的征兆
NASA

奥尼尔和同事们对超级单体雷暴进行了详细的模拟,超级单体雷暴是最有可能催生龙卷风的风暴类型。在这些凶猛的超级旋风中,超强的旋转上升气流将潮湿的空气推到比它在地球大气层中通常要高的地方,穿过对流层下部的顶部进入平流层。

上升的空气芽--AACPs--很快就回落到对流层,但是模型显示在对流层和平流层的交界处有一个下坡风暴,风速可能达到每小时386公里。

科学家们认为,这种狂热的湍流产生水力跃升,而这些跳跃能够将大量的水蒸气迅速注入平流层。

我们以前从未在这么高的层面看到水力跃升,因为风暴云相当于物理屏障。

"从平流层下降的干燥空气和从对流层上升的潮湿空气在这个非常狭窄的、疯狂的快速喷流中汇合。"奥尼尔说。"喷流变得不稳定,整体在湍流中混合和爆炸。风暴顶部的高速运动以前从未被观察到或假设过。"

随着美国宇航局的研究飞机配备了最新的设备,他们能够以高分辨率的三维方式绘制雷暴顶部的风,下一步将是收集真实世界的数据,以帮助证实这些模型所显示的情况。

出现砧上卷云的雷暴大约75%会产生大冰雹或龙卷风,因此这项研究很可能改进气象模型。

这项研究在气候变化的大背景下也很重要,因为这些水力跳跃将大量的水推入通常非常干燥的平流层。随着时间的推移,这将会产生长期的影响。

威斯康星大学麦迪逊分校的大气科学家Leigh Orf说:"在一个产生更强和更激烈对流的变暖气候中,气候科学家对有多少水被雷暴注入平流层感兴趣,因为这对平流层的臭氧有综合影响。在我们表现出羽流的模拟中,水到达平流层深处,在那里它可能会产生更多的长期气候影响"。

这项研究已经发表在《科学》上。

https://www.sciencealert.com/we-finally-know-why-icy-plumes-flare-ahead-of-deadly-supercell-storms


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