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风垂直切变与雷暴有什么关系?

发布时间:2015-11-09

风的垂直切变对雷暴的影响,可能与两种物理机制有关:首先, 对流形式与阵风锋触发新对流的能力有关,而后者则是与风的垂直切变相联系的。让我们先来看一种在没有风垂直切变的环境中对流 单体演变的情形。在这种情形下,对流云的下沉气流产生的冷空气堆,在地面上各向均匀地传播。沿冷空气堆外围的阵风锋上的辐合, 只要大到足以使空气抬升到自由对流高度以上,便可触发出新的对 流。新单体形成后,由于其环境中没有风的垂直切变(或者完全无风),单体便将无运动。可是阵风锋却仍在地面上连续地传播出去。这样新单体便很快地使自身处于阵风锋之后的冷而稳定的环境之中,因此其进一步的发展便停止了。由于在单体雷暴周围难以有新的雷暴发展,这样便只能呈现孤立的普通单体雷暴的结构形式。

  现在让我们来看同一单体在屮等强度的风垂直切变环境中的发展情况。在这种情况下,单体下方的下沉气流仍将由于地面的冷空气堆而产生水平外流分量,然而由于风垂直切变的影响,外流所产生的地面辐合呈现不对称形式。最强的辐合出现在有組织单体的顺切变方向。而且,沿这一辐合带生长的新单体将沿同一方向移动。这样便增加了单体所经历的低空辐合和来自阵风锋前方的暖湿空气供应的时间。在风向垂直切变大小适当的情况下,单体运动和阵风锋的运动速度可能相同。这样便可导致上升气流的连续发展,在这种情况下,沿外流边界的辐合带上新对流单体一再发展,就形成了多单体结构。这代表了多单体风暴的产生和维持的基本物理机制。

  当风垂直切变变得更强时,除了上面所说的阵风锋触发新对流产生的这种物理机制以外,另一种物理机制对組织和维持对流的作用便会变得重要起来。这种物理机制便是在风垂直切变环境中生长的上升气流,可以在其侧翼中层产生出低报来。这是由于轰立在环境切变风场中的对流风暴内部风速由于动量垂直输送而趋于均匀 化。风暴内部气流和外部气流的不同,便产生相对于风暴的入流或出流。根裾伯努利定律,在相对入流处产生正动压,而在相对出流处则产生负动压。当风暴某一侧冀上髙层有相对出流,低层有相对入流时,则在髙层有负动压,低层有正动压,地面空气在垂直气压梯度力作用下便加速上升。对流风暴在其侧翼产生这种上升运动的能力取决于环境风垂直切变的大小和伸鹿髙度。假如环境风垂直切变可以伸展到风暴的中层(离地4〜6km),则这种高低层动力性气压偏 差便可以产生一个明显的垂直气压梯度,从而使地面空气产生加速 上升运动。这种动力性强迫既有助于保持上升气流,又有助于产生偏离平均风向的传蒱。这种作用还导致了上升气流和风暴侧翼的垂直涡度配合起来(风暴侧翼的垂直涡度是由于垂直切变气流内在的水平涡度在风暴侧翼发生倾斜而形成的).这就是说,上升气流是旋转的。这样便造成了超级单体的基本特征。所以说超级单体的存在 归因于这种动力性气压梯度力。

  通过以上分析表明,阵风锋辐合及动压力的作用是造成不同风暴特征的两种重要机制。每种机制的相对重要性,以及每种机制在风暴中起作用的位置取决于风垂直切变廓线的形状、风切变的大小以及风切变的深度。