雷云的形成——避雷針廠家
大氣運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生各種狀況的云,如卷云、層云、積云等,但是只有起電云才能發(fā)生閃電,這種云稱(chēng)之為雷云、雷用云或和雨云。下面就圖1. 12所示來(lái)說(shuō)明一塊雷云是如何形成的。
當(dāng)太陽(yáng)每天以大約IkW/em的熱侵入量加熱與其垂直的表面時(shí),它的許多能量都用于加熱與地表接觸的濕潤(rùn)空氣。它使得低層濕潤(rùn)空氣的密度減小,形成暖濕空氣上升,置換高空較稠密的空氣,而在暖濕空氣上升氣流四周的冷空氣則形成補(bǔ)充的下沉氣流,如圖1.12 (1)所示。
地球表面的氣壓隨高度增加面降低,因此上升的暖濕空氣邊上升邊膨脹。這一效應(yīng)使得上升空氣將自己內(nèi)部的熱能轉(zhuǎn)換成為高度的重力位勢(shì)時(shí),其溫度要下降。如果氣流繼續(xù)上升,空氣冷卻最終將使大氣中的水蒸氣凝結(jié)起來(lái),形成可見(jiàn)的小水滴,這就是所謂的“云”,如圖1.12 (2)所示。
水蒸氣由氣態(tài)變成液態(tài)時(shí)將釋放出熱量,該熱量又進(jìn)一步加強(qiáng)這種上升置換過(guò)程,增強(qiáng)上升氣流進(jìn)而凝結(jié)出更多的水滴,這種激烈的上升運(yùn)動(dòng)使得小塊積云變成高大的濃積云,如果對(duì)流繼續(xù)進(jìn)行,積云常常發(fā)展成以大于10m/s速度向上增長(zhǎng)的更旺盛寶塔狀積云,如圖1.12(3)所示
當(dāng)寶塔狀積云穿過(guò)濕空氣層時(shí),因抬升造成局部絕熱冷卻.在云塔周?chē)鷷?huì)形成幞狀云或披風(fēng) 云。最后積云的增長(zhǎng)遇到大氣中的熱穩(wěn)定平流層才中止下來(lái)。在熱帶海洋地區(qū),由于水汽充足,對(duì)流運(yùn)動(dòng)非常旺盛,云中活躍的云塔其至可以在短時(shí)間內(nèi)上升到平流層中一段距離然后再降下來(lái)。
穩(wěn)定的平流層限制了積云在垂直方向發(fā)展的最終高度。當(dāng)積云到達(dá)這個(gè)高度后,它的垂直運(yùn)動(dòng) 往往要發(fā)生水平偏移,云頂要失去積云的外貌,呈現(xiàn)出環(huán)形扁平云。在云頂高度上出現(xiàn)強(qiáng)大的水平風(fēng),將扁平云的冰晶云層吹向下風(fēng)方向,形成砧狀云,如圖1.12 ( 4 )所示。
以上所說(shuō)就是一塊雷云的形成,通常稱(chēng)該塊雷云為云胞或雷暴單體,一次雷暴過(guò)程往往是由5 至6 塊雷暴單體構(gòu)成群體(又稱(chēng)為雷云群)來(lái)參與的c。每個(gè)雷暴單體都是一個(gè)有著明顯邊界的大云團(tuán)??諝庠诟鱾€(gè)單體內(nèi)部上升,而在各單體之間的公共邊界上下沉。上升和下沉氣流間的切應(yīng)力造成局部湍流。由于每個(gè)雷暴單體的形成和發(fā)展往往不是同時(shí)的,一 個(gè)消失, 一個(gè)成長(zhǎng),此起彼伏. 這就是人們通常所看到的雷云中烏云翻滾現(xiàn)象。
每個(gè)雷暴單體部有一定的生命期,即積云階段、成熟階段和消散階段。
積云階段就是剛介紹的由積云向濃積云發(fā)展的過(guò)程,一般持續(xù)時(shí)間僅為10~15min這個(gè)階段的特征是云中皆為上升氣流, 最大上升氣流區(qū)在云的頂部。云休由水滴組成,僅上部出現(xiàn)一些雪花,一般無(wú)降水,云中電荷正在增多并集中起來(lái),但未發(fā)生閃電。
成熟階段就是從濃積云發(fā)展成雷云的過(guò)程,降水是該階段開(kāi)始的重要標(biāo)志。其特征是云中除了有組織的上升氣流環(huán)外,還出現(xiàn)有組織的下沉氣流環(huán).如圖1.13所示。 一股是在云移動(dòng)的方向上, 由云下流向云內(nèi)逐漸抬升的氣流環(huán),另一股則是在云左側(cè),與降水相關(guān)的下沉氣流環(huán)。它們構(gòu)成雷暴單體的骨架,其中上升氣流對(duì)雷云的形成和發(fā)展起著主導(dǎo)作用,影響雷電的強(qiáng)弱。隨著云的發(fā)展,當(dāng)云屮過(guò)冷水滴和冰晶共存發(fā)展到- 20度的高度以丨:時(shí)即開(kāi)始閃電。隨著云頂?shù)睦^續(xù)增長(zhǎng),閃電越來(lái)越頻繁,而且也越來(lái)越強(qiáng)烈。這一過(guò)程通常持續(xù)時(shí)間為15~30min。
消散階段就是雷云放電之后,云中上升和下沉的氣流減弱, 并為規(guī)則的下沉氣流所控制,云體逐漸擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。一般持續(xù)時(shí)間大約為30minn
這樣盡管一個(gè)雷暴單體的生命期往往不到一個(gè)小時(shí),但整個(gè)雷暴的時(shí)間缺可能長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí),這種雷暴稱(chēng)之為氣團(tuán)雷暴一般說(shuō)它的危害性還不算太 大。另一種影響范圍和危害程度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)氣團(tuán)雷暴的,叫做 “ 鋒面雷暴”。它的形成和發(fā)展均與 冷暖氣團(tuán)的對(duì)流有著密切的關(guān)系。
大氣中不同性質(zhì)的氣團(tuán),如冷氣閉和暖氣閉,它們之間會(huì)冇一個(gè)過(guò)渡區(qū)域,該區(qū)域稱(chēng)之為“ 鋒”。當(dāng)鋒的水平厚度比大范圍氣團(tuán)小得多時(shí).可以理想地把它看做足一個(gè)面,稱(chēng)之為“ 鋒面”。由于潮濕不穩(wěn)定的暖氣團(tuán)的強(qiáng)烈對(duì)流可以發(fā)生在各種鋒面上而造成雷暴,如圖1.14所示.所以峰面雷暴的M覆蓋面非常廣,來(lái)勢(shì)迅猛。如果是山暖氣團(tuán)沖擊冷氣閉而形成的雷暴,稱(chēng) 之 為 “暖鋒雷暴”,如果是由冷氣團(tuán)推動(dòng)暖氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)而形成的雷暴.則稱(chēng)之為“冷鋒雷暴”。鋒面雷暴與鋒面的移動(dòng)有關(guān),一般隨鋒面一起移動(dòng),平均速度為30? 40km/h,且春秋季大于夏季,夜間大于白天,其方向與500Pa高度的氣流一致,因此冇可能與地面的風(fēng)向相反。在這兩種雷暴中,尤以冷鋒雷暴最為強(qiáng)烈,危害性也最大。
除此之外,在離大山脈地區(qū),當(dāng)暖氣團(tuán)經(jīng)過(guò)山坡時(shí)被迫抬升,也可以形成雷暴,這種雷暴稱(chēng)之為 地形雷暴”。不過(guò) ,它的范圍、強(qiáng)烈程度及其危害性,則比鋒面雷暴小多了。
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