04.01 每天瞭解一種自然現象-“空中暴君”雷暴

雷暴是伴有雷擊和閃電的局地對流性天氣。它通常伴隨著滂沱大雨或冰雹,而在冬季時甚至會隨暴風雪而來,因此屬強對流天氣系統。在古老的文明裡,雷暴有著極大的影響力,不論是中國古代、古羅馬或美洲古文明皆有與雷暴相關的神話。

每天瞭解一種自然現象-“空中暴君”雷暴

雷暴是指一部分帶有電離子的雲層與另一部分帶異種電荷的雲層接觸,或者是帶電離子的雲層對大地間迅猛地放電。其中後一種即雲層對大地放電,則會對建築物、人體、電子設備等產生極大危害,如何避免放電造成的危害是人類開展研究的主要對象。

每天瞭解一種自然現象-“空中暴君”雷暴

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一:雷暴簡介

雷暴常出現在春夏之交或炎熱的夏天,大氣中的層結處於不穩定時容易產生強烈的對流,雲與雲、雲與地面之間電位差達到一定程度後就要發生放電,有時雷聲隆隆、耀眼的閃電劃破天空,常伴有大風、陣性降雨或冰雹,雷暴天氣總是與發展強盛的積雨雲聯繫在一起。在天氣預報中,人們常常說雷雨大風等強對流天氣,就是指伴有強風或冰雹這種雷暴天氣。

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二:雷暴的形成過程

雷雲的成因或者說其所蘊涵的能量主要來自大氣的運動,氣流的運動、摩擦以及風對雲塊作用,令其作切割地球磁場的磁感線運動,使不同的電荷、帶電微粒進一步分離、極化,最終形成積聚大量電荷的雷雲。當雷雲的電場強度達到足夠大時將引起雷雲中的內部放電,或雷雲間的強烈放電,或雷雲對大地、其他物體間放電,即所謂雷電。

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形成雷暴的積雨雲發展旺盛,雲的上部常有冰晶。冰晶的凇附、水滴的破碎以及空氣對流等過程,使雲中產生電荷。雲中電荷的分佈很複雜,但總的說來,雲的上部以正電荷為主,雲的中、下部以負電荷為主,雲的下部前方的強烈上升氣流中還有一範圍小的正電區。因此,雲的上、下之間形成一個電位差,當電位差大到一定程度後,就產生放電,這就是平常所見得閃電現象,放電過程中,閃道中的溫度驟增,使空氣體積急劇膨脹,從而產生衝擊波,導致強烈的雷鳴。當雲層很低時,有時可形成雲地間放電,這就是雷擊。因此,雷暴是大氣不穩定狀況的產物,是積雨雲及其伴生的各種強烈天氣的總稱。

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雷暴的持續時間一般較短,單個雷暴的生命史一般不超過2小時。我國雷暴是南方多於北方,山區多於平原。多出現在夏季和秋季,冬季只在我國南方偶有出現。雷暴出現的時間多在下午。夜間因雲頂輻射冷卻,使雲層內的溫度層結變得不穩定,也可引起雷暴,稱為夜雷暴。

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三:雷暴的特點

雷暴共分為三種,分別為單體雷暴、多單體雷暴超級單體雷暴三種。

單體雷暴

又名單細胞雷暴,是在大氣不穩定,但只有少量甚至沒有風切變時發生。這些雷暴通常較為短暫,不會持續超過1小時。在平日亦有很多機會看到這種雷暴,因此亦被稱為陣雷。

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多單體雷暴

又名多細胞雷暴,由多個單體雷暴所組成,是單體雷暴的進一步發展而成的。這時會因為氣流的流動而形成陣風帶,這個陣風帶可以延綿數里,如果風速加快、大氣壓力加大及溫度下降,這個陣風帶會越來越大,並且吹襲更大的區域。

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超級單體雷暴

又名超級細胞雷暴,是在風切變極大時發生的,並由各種不同程度的雷暴組成。這種雷暴的破壞力最大,並且有30%可能性會產生龍捲風。

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根據雷暴形成時不同的大氣條件和地形條件,一般將雷暴分為熱雷暴、鋒雷暴和地形雷暴三大類。此外,也有人把冬季發生的雷暴劃為一類,稱為冬季雷暴。在我國南部還常出現所謂旱天雷,也叫乾雷暴。

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四:雷暴產生的地域

雷暴可以在世界任何地方發生,甚至發生在兩極和沙漠地帶,但通常在低緯度的地方(特別是熱帶雨林地區)會較頻繁地發生,可以每日都會發生。在亞熱帶和溫帶等中緯度地區,雷暴則通常會在夏季發生,有時在冬季也會受冷鋒影響而有短時性雷暴。除了在烏干達及印尼為全世界有雷暴發生的最頻繁地方外,在美國中西部及南部州份會發生威力最強烈的雷暴,因為這些雷暴會與冰雹或龍捲風一起發生的。現時全世界從未有過雷暴地區的只有南美洲智利北部的阿他加馬沙漠,該地因氣候過於乾燥和難以形成雨雲才會未出現過雷暴。

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五:雷暴的環境影響

雷暴天氣是夏季常見的天氣現象。它是由對流旺盛的積雨雲所產生,由於積雨雲的強烈發展,常伴有閃電、雷鳴、暴雨、大風,有時還會出現冰雹、龍捲風和下擊暴流等災害性天氣。

1:飛機顛簸

:雷暴雲中的上升、下降氣流對飛行造成嚴重威脅,特別是成熟階段的雷暴雲,最強的上升氣流可達到50-60米/秒,同颱風不相上下,航空器在雷雨區內飛行,飛機會遇到嚴重顛簸,使飛行高度在幾秒內升降幾十米到幾百米。嚴重時,飛行儀表失真,飛機操縱困難甚至失控,是導致飛行事故最危險的天氣現象之一。

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2:雹擊

通常,在成熟階段的雷暴雲中,其高度多為3000米到9000米,這時遭遇冰雹的可能性最大。飛行中遇到冰雹,由於相對速度很大,所以飛機的雷達罩、機翼、水平安定等部位易遭雹擊,從而使飛機的空氣動力性能變差,加大了失速速度,容易造成飛行事故。

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3:積冰

雷暴雲中含有大量的過冷水滴,容易造成飛機積冰,特別是在飛機起飛著陸階段,往往速度較低,不易操縱,如果飛機在起飛著陸時遇到積冰往往會引發飛行事故。結冰往往對飛機的失速特性,起飛性能,爬升性能,續航性能,著陸性能,發動機性能,穩定性等有很大的影響。

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4:雷擊

當飛機在雷區內飛行時,由於機翼、機身等凸出部位,電場很強,導致飛機遭受雷擊。根據統計分析,各部位雷擊的概率為:雷達天線為>機翼為>機身。外部設備(如:翼尖,航行燈,風擋加熱器等)的防護罩或整形罩被擊穿後,閃電電流進入機艙內部造成設備和電源的損壞,甚至危及機組和乘客的安全;閃電和閃電引起的瞬間點磁場對儀表,通訊,導航及著陸系統造成干擾或者中斷,另外,由於噴氣發動機的燃料蒸汽是易燃的,如果油箱被擊中的話有可能發生燃燒或是爆炸。

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