在超級雷陣雨中,後方降下的空氣流,亦即後側降水降溫(RFD),扮演著一個至關重要的角色。這些由乾燥空氣組成的區域圍繞著中氣旋後部,捲繞著如同黑暗中的風暴之眼。RFD被認為是許多超級陣雨龍捲風生成的重要因素之一。當天氣雷達捕捉到大型冰雹出現於RFD中時,通常會呈現出特徵性的鉤狀回聲,這也常常預示著龍捲風的存在。
許多研究表明,後側降水降溫與龍捲風的形成有著密切的聯繫。
後側降水降溫的形成主要源自於負浮力,這一現象可能是因為超級雷陣雨後方產生的冷異常,這些冷空氣來自降水的蒸發冷卻或冰雹的融化,同時乾燥與較冷的空氣被注入雲中。垂直上的擾動壓差也可以因垂直渦度的垂直梯度、環境流在上升氣流部位的靜止,以及由於垂直浮力變化的壓力擾動等因素引起。隨著空氣的下沉,這些乾燥的空氣會進行絕熱加熱,進而形成雲層中的間隙,這被稱為清晰槽。這種清晰槽可能會包繞著龍捲風,或在龍捲風的下方或一側以馬蹄形狀出現。
後側降水降溫可能表現為圍繞龍捲風的清晰槽,然而並不是所有的情況下都能明顯看到這個清晰槽。有些研究指出,RFD中的表面壓力超量可以達到數毫巴。此外,RFD中的等效潛在溫度(θe)通常相對於氣流來說是較冷的,而在表面觀察到的最低濕球潛在溫度(θw)值也通常在RFD之內。雖然也有觀測到 warm 和高 θe 的空氣在RFD內部。
和前側降水降溫(FFD)相比,後側降水降溫(RFD)主要由乾燥且溫暖的空氣組成。這是因為RFD是從大氣中層向下被迫進入的,導致下行空氣包的壓縮加熱。而FFD則是由於降水負載和蒸發冷卻作用在超級雷陣雨的降水核心而形成的,相對於RFD,FFD是冷而潮濕的。無論如何,兩者在龍捲風的形成中都被認為具有重要意義。
後側降水降溫與鉤狀回聲之間的關聯已經得到了充分的確認。初始的後側降水降溫是指來自高空的空氣被碰撞並混合到地面。鉤狀回聲則是透過降水沿著主回聲後部的運動形成的。因此,鉤狀回聲所引發的降水負載和蒸發冷卻能進一步加強降水的強度。觀察顯示,在最強低層渦旋附近的降水增強有助於形成鉤狀回聲,並且乾燥環境空氣同樣被引入到降水中,進一步加強了負浮力。
RFD的存在,可能回響出強烈的降水增強,從而促進龍捲風的形成。
許多研究人員已意識到,特別是與鉤狀回聲相關的後側降水降溫,對於龍捲風的形成至關重要。早在1975年,Ted Fujita發表了龍捲風形成的回收假說,首先是降水引入的空氣被回收至正在發展的龍捲風中,然後降水所帶來的角動量向下轉運,最終形成了強烈的環流,這是強化龍捲風所需的正反饋循環。觀察顯示出在RFD內的低層渦度結合體,表明RFD對於龍捲風的形成至關重要。這些與後側降水降溫有關的觀測數據,為Fujita的回收假說提供了支撐。
從目前的研究來看,後側降水降溫在超級雷陣雨中實際上扮演著引導者的角色,幫助推動龍捲風的形成。隨著科學不斷前進,人們對於其精確機制的探索依然在進行中。然而,如今我們所知的只是冰山一角:你認為還有哪些未知的元素可能影響龍捲風的形成呢?