一、龙卷风的类型和发生机制
一般来说,龙卷风主要分为三类:第一类是超级单体龙卷,一般发生在超级单体风暴中中尺度气旋的内部或边缘,是最主要的一类龙卷。它形成的必要条件有两个,第一是要求风暴内部形成强大而深厚的中气旋结构,第二是单体前部要有中等强度的下沉气流,形成阵风锋或者叫出流边界。这样才能使中气旋外部的上升气流(其内部本身存在很强的垂直风切变,也就有强切变涡度,能够形成水平涡管)受到从单体中流出的下沉气流顶托,从而使涡管扭曲,产生垂直方向的涡管分量,也就在低层形成了垂直涡度(也就是涡度方程中的扭曲项在起作用,详见天气学原理和动力气象相关内容),从而引起龙卷的生成。
第二类是发生在诸如飚线的中尺度线性对流系统里的龙卷(这里的线性是几何意义上的一条线哈哈哈),它的形成类似于超级单体龙卷,都需要有水平涡管的扭曲,但不同的是这种对流单体外围的上升气流会形成一正一负两个水平涡管,经过扭曲后就形成了正负两个垂直涡度异常区,由于这两个涡度异常区内都是上升气流,经过地转偏向力作用(这种中尺度系统的尺度可以到几十千米,能够受到地转偏向力影响),负涡度异常将会消失,而正涡度异常可能进一步发展成龙卷。在这类龙卷发生之前可能会形成一个比超级单体中气旋的尺度要小一些的中尺度气旋,称之为龙卷涡旋(TDS),它一般形成在低层(700百帕一下),在雷达回波上表现为几个像素。
第三类是弱切变龙卷,它一般发生在中尺度切变线上,其两侧的风切变能够产生正垂直涡度,在合适的不稳定条件和大尺度上升运动等有利条件的配合下也能够形成龙卷。但这类龙卷一般比前两类弱一些,大多是EF0~EF1级。
二、龙卷风发生的有利条件
龙卷的发生大多建立在一般强对流天气发生的基础上,因此它也需要满足一般强对流的有利条件,即需要不稳定能量的积累、天气尺度的上升运动背景,例如低槽低涡切变线等等,还需要满足一定的水汽条件。一般来说,大于1000J/kg的CAPE(对流有效位能),大于15m/s的0~3km垂直风切变和低于1200m的LCL(抬升凝结高度)是发生龙卷的有利条件。
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