龍卷風(fēng)是怎么形成的

顏士州

瞧！圖中一條圓柱形的東西從烏云中伸到海面，它使勁地吮吸著海水，水花飛濺。這是什么玩意兒呢？

從前，迷信的人們說：這是龍，是“龍吸水”。

現(xiàn)在不再有人相信天真有張牙舞用的龍了，但仍然沿用“龍”這個名詞，稱它為龍卷風(fēng)。事實上，它是一團(tuán)急速旋轉(zhuǎn)著的空氣渦旋。

龍卷風(fēng)的超強(qiáng)威力

龍卷風(fēng)不僅能把海水吸上天，還能把海里的魚蝦也一股腦兒送進(jìn)云里，然后在別處降下罕見的“魚雨”“蝦雨”。

如果它光臨陸地，還會干出更驚人的事來：拔樹倒屋不在話下，就連能經(jīng)受12級大風(fēng)的高壓線鐵塔，也能被它翻倒扭折;一座長達(dá)75米的鐵路橋梁，可以像玩具一樣被龍卷風(fēng)從橋墩上拔起來，然后拋入水中;河里的船可以騰空飛行，成為“空中飛船”，地上的人可以上天“遨游”，成為“空中飛人”……它還做出過更離奇、使人感到神秘的事：上海青浦有位輪船駕駛員，在一次航行中遭到龍卷風(fēng)的突然襲擊，當(dāng)突如其來的狂風(fēng)停息以后，他打開駕駛室艙門一看，吃驚得急忙呼救，原來駕駛室已脫離船體，被搬到了離河很遠(yuǎn)的岸上，而他卻安然無恙。

經(jīng)過長期的觀察研究，人們已經(jīng)弄清楚，龍卷風(fēng)是產(chǎn)生于雷雨云中的一種急速旋轉(zhuǎn)的空氣渦旋。當(dāng)它從云底伸下來時，好像一只巨大的漏斗，有時懸掛在云下，忽伸忽縮;有時則拉長得像一個象鼻子一樣觸到地面，進(jìn)行破壞、搗亂。從被破壞的現(xiàn)場可以推知，龍卷風(fēng)的直徑在幾米到幾百米，最長可達(dá)1千米。它來去匆匆，壽命不長，短的幾分鐘，長的也不過一刻鐘到半小時。它時常出現(xiàn)在雷雨云前進(jìn)方向的右后側(cè)，一面按逆時針方向急速旋轉(zhuǎn)，一面隨雷雨云一起移動，這是右龍卷。有時候，它的雙胞胎兄弟——左龍卷，會從雷雨云的左后方伸下來。左龍卷的旋轉(zhuǎn)方向和右龍卷相反，出現(xiàn)的機(jī)會也比右龍卷少得多。

龍卷風(fēng)直徑雖小，壽命雖短，可是風(fēng)速卻大得無法用風(fēng)速儀直接測定，因為最堅固的儀器一旦碰上龍卷風(fēng)，都會粉身碎骨。人們不得不用間接的辦法，從被它破壞后的殘跡進(jìn)行估算，它的最大風(fēng)速可以達(dá)到每秒100～200米，甚至趕上聲音的速度。如此高的速度，怪不得在龍卷風(fēng)的驅(qū)動下，一根松樹棍可以擊穿1厘米厚的鋼板，一片三葉草能深深地嵌入厚厚的泥墻中。

龍卷風(fēng)由于急速旋轉(zhuǎn)，離心力讓空氣拼命往外擠，使中心區(qū)的空氣變得非常稀薄，造成很低的氣壓，最低可達(dá)200 ～400毫巴，而海面氣壓通常在1000毫巴上下。這樣低的氣壓，可以吸起7米高的水柱。

然而，龍卷風(fēng)把水和魚蝦吸上天空的高度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過7米?？梢?，使魚蝦上天的原因，主要不是因為龍卷風(fēng)中心氣壓低，而是因為有強(qiáng)大的上升運動。龍卷風(fēng)中心周圍的空氣一面急速旋轉(zhuǎn)，一面像旋梯一樣螺旋形上升，上升速度每秒達(dá)50 ～100米，極端情況下甚至達(dá)到每秒300米。這么大的升速，顯示出龍卷風(fēng)驚人的力量，地上的稻谷，水里的魚蝦，只要十幾秒，甚至幾秒就能被送進(jìn)云里，連100多噸重的巨大油罐，也被輕易地卷起，拋到遠(yuǎn)處去。

龍卷風(fēng)是如何形成的

龍卷風(fēng)在雷雨云中是怎樣形成并發(fā)育起來的呢？長時間以來眾說紛紜，沒有一個準(zhǔn)確的定論。

流行較早的是渦環(huán)學(xué)說。這種學(xué)說認(rèn)為龍卷風(fēng)孕育在雷雨云中。猛烈的上升氣流遇上了高空強(qiáng)風(fēng)，會產(chǎn)生向前翻滾的渦旋運動，這種渦旋的軸呈水平方向。當(dāng)它形成以后，軸的兩端便向下彎曲，伸出云底，形成一個沒有閉合起來的渦旋環(huán)。當(dāng)它的兩端觸及地面時，就在雷雨云左右兩側(cè)出現(xiàn)了一對龍卷風(fēng)。

后來，氣象雷達(dá)問世了。人們從雷達(dá)的熒光屏上“看”到了龍卷風(fēng)的面貌，原來，龍卷風(fēng)的柱體常?？v貫整個雷雨云，直到云頂。人們在飛機(jī)上，從云頂?shù)母咛幰灿^測到了這一情況。事實證明，在雷雨云中，龍卷風(fēng)的渦旋軸是垂直于地面的，而不是與地面平行，這就向渦環(huán)學(xué)說提出了挑戰(zhàn)。

不知你注意過沒有，當(dāng)水流繞過石塊時，石塊下游會產(chǎn)生一對旋轉(zhuǎn)方向相反的渦旋。有人從這一現(xiàn)象得到了啟示：要是把高空強(qiáng)風(fēng)比作急流，把猛烈上升沖人高空急流中的雷雨云體，看作急流中的障礙物，那么，在云體前部就會形成一對渦旋。出現(xiàn)在右前方的渦旋逆時針方向旋轉(zhuǎn)，左前方的渦旋順時針旋轉(zhuǎn)。

這種氣流障礙學(xué)說，能夠解釋左、右龍卷的產(chǎn)生，并與龍卷風(fēng)柱體縱貫雷雨云與

龍卷風(fēng)的生成在大氣微物理學(xué)方面沒有明確結(jié)論。但在動力學(xué)方面被認(rèn)為與上升氣流和垂直風(fēng)切變有關(guān)，且可大致分為四個階段：

1.對流系統(tǒng)帶來大氣中的不穩(wěn)定能量，并引發(fā)上升氣流。

2.上升氣流在風(fēng)速和風(fēng)向切變的作用下產(chǎn)生垂直渦度，即在水平方向開始旋轉(zhuǎn)。

3.該旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)在輻合氣流的作用下向?qū)α飨到y(tǒng)內(nèi)部發(fā)展，在對流層的中層形成龍卷核心。

4.在對流系統(tǒng)前部下沉氣流的作用下，龍卷核心發(fā)展的渦旋向下墊面延伸，地面氣壓急劇下降，地面風(fēng)速急劇上升，形成龍卷風(fēng)。

全球除南極洲以外的大洲都有龍卷風(fēng)出現(xiàn)的記錄，龍卷風(fēng)主要發(fā)生在中緯度地區(qū)，其中美國發(fā)生最為頻繁，其發(fā)生龍卷風(fēng)的次數(shù)約占全球龍卷風(fēng)總數(shù)的75%，其次為加拿大。

亞洲的龍卷風(fēng)主要發(fā)生在中國、日本、印度和孟加拉國：地面垂直的事實符合。但是，這樣產(chǎn)生的左、右龍卷，應(yīng)在雷雨云的前方兩側(cè)，而事實上卻在云體的后方兩側(cè)。因此，氣流障礙學(xué)說仍不能令人滿意。

還有一種說法認(rèn)為，龍卷風(fēng)產(chǎn)生于某些有旋轉(zhuǎn)運動的雷雨云塊中。當(dāng)這種旋轉(zhuǎn)著的雷雨云塊跟隨著云外氣流前進(jìn)的時候，將會在身旁的一側(cè)產(chǎn)生一個具有垂直軸的渦旋。渦旋在生成和發(fā)展的過程中，它的“脖子”將越伸越長，而旋轉(zhuǎn)的范圍將越來越小，這時便會獲得很快的旋轉(zhuǎn)速度，成為龍卷風(fēng)。這個過程就好像一位冰上芭蕾舞演員，當(dāng)她從俯身伸腿在原地緩慢旋轉(zhuǎn)的舞姿突然挺立并把手足收攏時，會一下子飛速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速之快，能使你看得頭暈?zāi)垦?。雷達(dá)觀測證明，當(dāng)雷雨云塊發(fā)生逆時針旋轉(zhuǎn)運動時，確實在它的右后側(cè)會出現(xiàn)一種呈彎曲手指狀的雷達(dá)回波圖像。龍卷風(fēng)的渦旋正是出現(xiàn)在有這種圖像特征的地方。如果雷雨云塊順時針旋轉(zhuǎn)，則在它的左后側(cè)出現(xiàn)左龍卷。以上這種說法，對左、右龍卷的產(chǎn)生，出現(xiàn)的部位和龍卷柱體是垂直的這些觀測事實基本一致。但是，令人疑惑的是，在同一塊雷雨云中，為什么會同時產(chǎn)生左、右龍卷呢？目前仍無法給出答案。

于是，有的氣象學(xué)家就認(rèn)為，雷雨云塊的旋轉(zhuǎn)只是一種誘發(fā)條件，是否能產(chǎn)生龍卷風(fēng)，還要看近地面空氣層內(nèi)有沒有渦旋源。雖然渦旋源旋轉(zhuǎn)運動很緩慢，但它上面的雷雨云塊，對它能起到一種向上拉升縮小，使其急速旋轉(zhuǎn)的作用。旋轉(zhuǎn)的方向則取決于渦旋源原來的旋轉(zhuǎn)方向。因此，同一塊旋轉(zhuǎn)著的雷雨云塊，不管它是順旋還是逆旋，只要它下面正好存在一對旋向相反的渦旋源，就會相應(yīng)地同時產(chǎn)生左、右龍卷。令人高興的是，這種假設(shè)已被近年來的龍卷風(fēng)模擬實驗所證實了。但是，近地面層一對旋轉(zhuǎn)方向相反的渦旋源是怎樣產(chǎn)生的呢？這又是一個謎。再說，人們看到的龍卷風(fēng)，往往是從雷雨云中向下伸長，而不是從地面向上伸進(jìn)雷雨云中的，這又做何解釋呢？

人們追根究底，探索龍卷風(fēng)形成之謎，發(fā)現(xiàn)它的形成過程不是單一的?，F(xiàn)在，這個謎已接近解開，相信在不斷實踐中，人們終將把它弄個水落石出。

（編輯 文 墨）