超级龙卷风的神秘面纱:RFD如何成为龙卷风的秘密武器?

在超级雷阵雨中,后方降下的空气流,亦即后侧降水降温(RFD),扮演着一个至关重要的角色。这些由干燥空气组成的区域围绕着中气旋后部,卷绕着如同黑暗中的风暴之眼。 RFD被认为是许多超级阵雨龙卷风生成的重要因素之一。当天气雷达捕捉到大型冰雹出现于RFD中时,通常会呈现出特征性的钩状回声,这也常常预示着龙卷风的存在。

许多研究表明,后侧降水降温与龙卷风的形成有着密切的联系。

形成机制

后侧降水降温的形成主要源自于负浮力,这一现象可能是因为超级雷阵雨后方产生的冷异常,这些冷空气来自降水的蒸发冷却或冰雹的融化,同时干燥与较冷的空气被注入云中。垂直上的扰动压差也可以因垂直涡度的垂直梯度、环境流在上升气流部位的静止,以及由于垂直浮力变化的压力扰动等因素引起。随着空气的下沉,这些干燥的空气会进行绝热加热,进而形成云层中的间隙,这被称为清晰槽。这种清晰槽可能会包绕着龙卷风,或在龙卷风的下方或一侧以马蹄形状出现。

热力特性

后侧降水降温可能表现为围绕龙卷风的清晰槽,然而并不是所有的情况下都能明显看到这个清晰槽。有些研究指出,RFD中的表面压力超量可以达到数毫巴。此外,RFD中的等效潜在温度(θe)通常相对于气流来说是较冷的,而在表面观察到的最低湿球潜在温度(θw)值也通常在RFD之内。虽然也有观测到 warm 和高 θe 的空气在RFD内部。

与前侧降水降温的区别

和前侧降水降温(FFD)相比,后侧降水降温(RFD)主要由干燥且温暖的空气组成。这是因为RFD是从大气中层向下被迫进入的,导致下行空气包的压缩加热。而FFD则是由于降水负载和蒸发冷却作用在超级雷阵雨的降水核心而形成的,相对于RFD,FFD是冷而潮湿的。无论如何,两者在龙卷风的形成中都被认为具有重要意义。

在龙卷风生成中的角色

后侧降水降温与钩状回声之间的关联已经得到了充分的确认。初始的后侧降水降温是指来自高空的空气被碰撞并混合到地面。钩状回声则是透过降水沿着主回声后部的运动形成的。因此,钩状回声所引发的降水负载和蒸发冷却能进一步加强降水的强度。观察显示,在最强低层涡旋附近的降水增强有助于形成钩状回声,并且干燥环境空气同样被引入到降水中,进一步加强了负浮力。

RFD的存在,可能回响出强烈的降水增强,从而促进龙卷风的形成。

与龙卷风的关联

许多研究人员已意识到,特别是与钩状回声相关的后侧降水降温,对于龙卷风的形成至关重要。早在1975年,Ted Fujita发表了龙卷风形成的回收假说,首先是降水引入的空气被回收至正在发展的龙卷风中,然后降水所带来的角动量向下转运,最终形成了强烈的环流,这是强化龙卷风所需的正反馈循环。观察显示出在RFD内的低层涡度结合体,表明RFD对于龙卷风的形成至关重要。这些与后侧降水降温有关的观测数据,为Fujita的回收假说提供了支撑。

结论

从目前的研究来看,后侧降水降温在超级雷阵雨中实际上扮演着引导者的角色,帮助推动龙卷风的形成。随着科学不断前进,人们对于其精确机制的探索依然在进行中。然而,如今我们所知的只是冰山一角:你认为还有哪些未知的元素可能影响龙卷风的形成呢?

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