木 易
雷暴是伴有雷擊和閃電的局地對流性天氣。它必定產(chǎn)生在強(qiáng)烈的積雨云中,因此常伴有強(qiáng)烈的陣雨或暴雨,有時伴有冰雹和龍卷風(fēng),屬強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)。雷電給人以神秘感,又具有很大的破壞力,會襲擊人畜,毀壞房屋,引起森林大火。在人類對自然還缺乏認(rèn)識的時代,雷電往往使人感到恐懼。然而,隨著氣象學(xué),特別是大氣電學(xué)的發(fā)展,今天人們對雷電的認(rèn)識深刻了許多。
雷暴經(jīng)常出現(xiàn)在大氣層不穩(wěn)定的天氣條件下。暖濕的空氣被熱的下墊面或鋒面抬升,就會變得不穩(wěn)定,當(dāng)被抬升的空氣冷卻到它的露點(diǎn)溫度時,就形成積雨云。我們將產(chǎn)生雷電現(xiàn)象的積雨云稱為雷暴。
一次雷暴天氣過程分為三個階段?!胺e云階段”是雷暴發(fā)展三個階段的第一階段,它的特點(diǎn)是氣團(tuán)持續(xù)上升產(chǎn)生云。當(dāng)云中的雨滴和冰粒逐漸變大且重量超過抬升力時,雨滴就從云中掉下,使云下的溫度低于四周的溫度,并使這里密度增大。這個過程導(dǎo)致云內(nèi)形成下沉氣流。當(dāng)下沉氣流變得足夠強(qiáng),并使降水第一次到達(dá)地面時,就進(jìn)入了雷暴的成熟階段。最后,下沉氣流截?cái)嗌仙龤饬鞑⑹怪ヌ呐諝?,雷暴完全被下沉氣流主?dǎo),就進(jìn)入雷暴的消散階段。
普通雷暴單體的水平尺度為5~l0公里,高度可達(dá)12公里,生命期大約1小時。在云內(nèi)和云外的垂直運(yùn)動將產(chǎn)生很強(qiáng)的向前的下降氣流。這種強(qiáng)烈的下降氣流的作用可以在積雨云的底部形成陣風(fēng)鋒,這個陣風(fēng)鋒反過來激發(fā)出一個新的雷暴,整個循環(huán)又重新開始。一個普通雷暴云有時只有一個雷暴單體,有時則有幾個雷暴單體簇集而成,各個雷暴單體往往處在不同發(fā)展階段。它們聚集在一起,不斷地形成和消散,從環(huán)境中吸取空氣。
因此,盡管每個單體的生命時間有限,但一個多單體雷暴云作為一個整體來看,卻可以存在好幾個小時直到最后一個單體消失,不再產(chǎn)生單體時,雷暴過程才算結(jié)束。強(qiáng)烈雷暴云的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為云體內(nèi)有穩(wěn)定、強(qiáng)大的升降氣流,強(qiáng)大的上升氣流來自近地面層軟濕氣流,通常從云體右前側(cè)流入,進(jìn)入云體后傾斜上升,在云體中部上升速度最大,可達(dá)20~30米/秒。
我們通常將閃電分為地閃和云閃兩類:地閃指打到地上的閃電;云閃指發(fā)生在云內(nèi)或云間的閃電,也就是沒有打到地上的閃電。平均而言,地閃只占全部閃電的1/3以下,而云閃占2/3以上。閃電的發(fā)生與強(qiáng)對流云的發(fā)展密切聯(lián)系,云內(nèi)的第一個閃電幾乎總是云閃,有些雷暴云中的閃電可能全部為云閃,所以云閃的研究和探測很重要,而且云閃信息也更具有強(qiáng)對流發(fā)展的預(yù)警指示意義。
此外,有一種放電是由云向天上閃,而不是向地下。發(fā)生在雷暴云和電離層之間的放電,叫作中高層大氣瞬態(tài)發(fā)光事件,這里也可以比較形象地簡稱其為“天閃”,代表性的叫“紅色精靈”(Red sprite)。其觀測難度很大:一是因?yàn)榘l(fā)生時間短、位置又不能預(yù)測,很難捕捉到。二是發(fā)生高度高,必須在幾十公里以外才能觀測到,所以儀器靈敏度要求高。因?yàn)槭枪鈱W(xué)觀測,觀測場地附近和光學(xué)觀測路徑上視野要好,不能有強(qiáng)光污染,有霧、霾或強(qiáng)降水都不行。
據(jù)統(tǒng)計(jì),因雷暴或與雷暴有關(guān)的天氣造成的飛行事故,已占到了氣象原因造成飛行事故的一半以上。盡管絕大多數(shù)雷暴是在不穩(wěn)定天氣條件下形成的,但有時也會在層狀云中形成,這種雷暴稱為“隱藏雷暴”。因?yàn)檫@種雷暴隱藏在其他云層中,飛機(jī)在云中飛行時,飛行員不能發(fā)現(xiàn)它,因此,它們會對飛行造成很大的危害。
在國際民航1978-1990年160起因氣象原因發(fā)生的飛行事故中,由雷暴直接引起的事故有14起,與雷暴有關(guān)的雪或暴雨引起的有41起,惡劣天氣引起的34起,顛簸及亂流引起的12起,結(jié)冰引起的10起,低空風(fēng)切變引起的7起,幾項(xiàng)加起來共計(jì)118起。
在國內(nèi)民航1951-1991年48起因氣象原因發(fā)生的飛行事故中,由雷暴直接引起的事故有4起,與雷暴有關(guān)的復(fù)雜氣象引起的14起,積冰引起的5起,風(fēng)切變引起的2起,共計(jì)25起??梢?,雷暴危害巨大。作為航空人員來說,很有必要認(rèn)識雷暴產(chǎn)生的威脅飛行安全的主要天氣現(xiàn)象。
湍流
雷暴云中的強(qiáng)烈湍流會引起飛機(jī)顛簸,是危及飛行安全的一種主要危險天氣。雷暴云中的升降氣流帶有很強(qiáng)的陣性,分布也不均勻,有很強(qiáng)的風(fēng)切變。在雷暴云中飛行都會遇到很強(qiáng)的顛簸,輕者造成操縱困難,儀表失真,飛行員難以看清儀表指針,在幾秒鐘內(nèi)飛行高度可變化幾十米或幾百米;嚴(yán)重者造成飛機(jī)解體。
暴雨
在特大暴雨中飛行,如點(diǎn)火不及時,有可能會造成發(fā)動機(jī)熄火,特別是飛機(jī)處于著陸的低速階段。例如,1980年6月12日美國威斯康星航空公司的一架斯維林根SA-226密特洛飛機(jī),在內(nèi)布拉斯加州瓦利著陸時遇雷雨,兩臺發(fā)動機(jī)因吸入大量雨水而熄火,造成飛機(jī)墜毀。
雷擊(閃電擊)
飛機(jī)在雷暴云中、云下和云附近飛行時,都有可能被閃電擊中(又稱雷擊),尤其是在0℃附近飛機(jī)被雷擊的次數(shù)最高。飛機(jī)遭雷擊的高度大都在6千米以下,個別發(fā)生在11~12千米,90%的雷擊發(fā)生在4千米以下。
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下?lián)舯┝饔址Q下沖氣流,是雷暴強(qiáng)烈發(fā)展的產(chǎn)物。這股突發(fā)性的下沖氣流存在于雷暴云區(qū)地面或近地面,風(fēng)速達(dá)到18米/秒以上,具有極強(qiáng)的垂直風(fēng)切變和水平風(fēng)切變,其高度一般在300米以下。它對飛機(jī)的破壞性極強(qiáng),如果飛機(jī)毫無反應(yīng)地進(jìn)入這個區(qū)域,那飛出來的概率幾乎為零,我們應(yīng)該不會忘記2000年武漢航空公司一架運(yùn)七飛機(jī)在王家墩機(jī)場附近遭遇微下?lián)舯┝鞫碌膽K痛教訓(xùn)。此外,下?lián)舯┝鬟€會刮壞停放在機(jī)場的飛機(jī)和其他機(jī)場設(shè)備。