第11章 龙卷风

    龙卷风是一种强烈的小尺度天气现象，通常伴随着雷暴出现。它是由于强烈的不稳定大气条件导致气流迅速上升和旋转而形成的。龙卷风的特征是其旋转的空气柱，从云底向下延伸至地面，形成一个漏斗状的风暴。

    龙卷风的破坏力极强，能够摧毁建筑物、拔起树木、抛掷车辆，甚至造成人员伤亡。它的风速可以达到每小时几百公里，是地球上最快的风之一。龙卷风的路径通常很短，只有几公里长，但也有些龙卷风的路径可以长达几十甚至上百公里。

    龙卷风通常在美国的中部平原地区（被称为“龙卷风走廊”）最为常见，但在全球各地也有发生。例如，孟加拉国、中国、阿根廷、澳大利亚和许多其他国家都有龙卷风的记录。

    龙卷风的预警和预防是非常重要的。气象部门会使用雷达和其他监测设备来追踪潜在的龙卷风发展，并通过电视、广播和手机警报系统向公众发出警告。在龙卷风预警期间，人们应该寻找安全的避难所，如地下室或防风洞，避免躲在可能被龙卷风吹走的轻型结构内。

    龙卷风的形成通常需要以下几个条件：

    - 强烈的不稳定大气层结，使得空气容易上升形成雷暴云。

    - 足够的水汽，为上升截面提供能量。

    - 风的切变，即垂直方向上风速和/或风向的变化，这有助于形成旋转的气旋。

    尽管科学家们已经对龙卷风有了一定的了解，但其确切的形成机制仍然不完全清楚，而且很难准确预测其路径和强度。因此，研究和监测龙卷风仍然是气象学中的一个重要课题。

    龙卷风的形成过程是一个复杂的大气现象，涉及多种气象条件的相互作用。以下是龙卷风形成的基本步骤：

    1 不稳定大气条件：龙卷风通常发生在强烈不稳定的天气条件下，这意味着地面附近的空气比高空中的空气温暖和湿润。这种不稳定性促进了空气的上升和雷暴的发展。

    2 初始上升气流：在地面上，温暖的空气开始上升，形成一个上升气流。这种上升气流可以是由于太阳加热地面导致的局部热对流，或者是由于冷锋、暖锋或其他天气系统的推动。

    3 雷暴云（积雨云）的形成：随着上升的环境温度和湿度，上升的人群开始冷却，水蒸气凝结成云，释放潜热，进一步增强了上升的环境。这个过程导致了积雨云（cumulonimbus clouds）的形成，这是一种高耸、巨大的雷暴云。

    4 风切变：在积雨云的发展过程中，风速和/或风向在不同高度上的变化（称为风切变）开始发挥作用。水平风切变可以转化为垂直方向的旋转，形成一个垂直于地面的旋转气柱。

    5 超级单体雷暴：在某些情况下，雷暴云可以发展成为一个特殊的结构，称为超级单体雷暴。超级单体具有一个持久且强烈的上旋气流，这为龙卷风的形成提供了理想的环境。

    6 旋转增强：当旋转的气柱进入雷暴云的上升趋势时，它被拉伸和拉长，这增强了旋转速度。这是基于角动量守恒的原理——当旋转半径减小时，旋转速度会增加。

    7 龙卷风的形成：最终，如果条件适宜，旋转的气柱可以从云底向下延伸，接触到地面，形成可见的龙卷风。龙卷风的漏斗形状是由于中心低压区域周围的空气迅速旋转和下降造成的。

    8 龙卷风的成熟和消散：一旦龙卷风形成，它可以沿着一条路径移动，造成破坏。龙卷风的寿命可以从几分钟到超过一个小时不等。随着雷暴能量的耗尽或环境条件的变化，龙卷风最终会减弱并消散。

    需要注意的是，并非所有雷暴都会产生龙卷风，龙卷风的形成需要特定的气象条件和一系列复杂的事件链。科学家们仍在研究龙卷风的确切形成机制，以提高预测和预警的能力。