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什么是雷阵雨?雷阵雨发生时 与人类活动的联系

2019-03-31 11:03:53    来源:

高大的建筑物,如摩天大楼,无线电塔和风力涡轮机,可能会创造条件,在大风暴期间大大增加云对地闪电的可能性。

大雪经常可以营造出宁静的环境。随着雪花在白色的毯子下垂下来,可能会产生一种幸福的宁静。但偶尔,天空闪光可以通过震耳欲聋的耳朵破裂来破坏这种宁静。这声音可以简单地回应,就像枪声一样。地面甚至可能会颤抖。

这是雷阵雨。

要发生这种情况,情况必须特殊。除非它几乎直接在头顶上发生,否则你可能永远不会知道它。原因是:Snow充当声音抑制器,消声雷声并限制声音的弹跳和传播能力。

然而,雷阵雨似乎变得不那么罕见了。

例如,本周早些时候,一场巨大的3月7日甚至是暴风雪袭击了东北各州和新英格兰。它伴随着无数的雷声裂缝。纽约最高的建筑物 - 新的104层世界贸易中心大楼 - 甚至还有一个螺栓。

两个月前,另一场雷阵雨袭击了新英格兰的天空。它于2018年1月4日黎明后不久抵达。当天早上,在康涅狄格州蒙特维尔的一个安静的树木繁茂的区域发生了30多次闪光。他们发生在Konomoc乡村西北侧的一条狭窄的带子上。

闪电映射精确到几百米(最多1,000英尺)。所以不可能只用那些数据证实什么是被击中的。但是在奥克戴尔附近有两座无线电和电视传输塔,它们将316和367米(1,037和1,204英尺)高空飞向天空。豪华轿车公司 - Liberty Limited - 就在这些塔楼旁边。Angela Ried为那家豪华轿车公司工作。她证实那天塔楼被击中了。

她回忆说,他们“至少被打了四五次”。“声音非常大。”虽然她立刻知道它是闪电,但她很惊讶在冬天听到它。“自93年以来我一直在这里工作,”她说,“这是我第一次在暴风雪中见过雷电。”

她的记忆与国家气象局记录的闪电报告相符。

Thundersnow也搬到了马萨诸塞州的Needham .Lightning在WCVB-TV输电塔附近的地点登记。这些建筑物向空中升起约395米(1,300英尺)。他们也引发了大约十几次雷击。

位于波士顿的276米(906英尺)的保诚大厦在今年早些时候的一场暴风雪中被闪电击中。它是该市最高的建筑之一,有一个广播无线电信号的天线。

在附近的波士顿,只有一座建筑被击中。这是一座52层高的摩天大楼,拥有屋顶尖顶276米(906英尺)的保诚大厦。桅杆广播多个无线电台的信号。“我听到了,”波士顿的Owen Anastas说。他指出,这次特别的罢工“发生在11:30左右的一场令人难以置信的雪中。”

风暴在整个宽阔的地带倾倒了一英尺(三分之一米)或更多的积雪。据估计,在该次风暴中,每10次雷击中就有9次袭击超过250米(820英尺)高的人造建筑物。这提出了一个问题:人类结构在促进雷阵雨中发挥了一定的作用吗?

是什么让雷阵雨?

当地面附近的暖空气上升时,通常形成雷暴(因为它的密度低于附近的大量冷空气)。这也是热气球飙升的原因。这些条件是大多数婴儿潮一代在春季和夏季产卵的原因。

爬升的空气将上升几公里(英里),达到温度低于冰点的高度。这可以触发一种称为摩擦起电的现象(Try-bo-ee-lek-trih-fih-KAY-shun)。这个词描述了导致电荷分离的空气颗粒之间的摩擦。这有点像将气球与织物摩擦,以便分离的电荷现在允许气球暂时“粘住”到墙壁上。

雷暴内的空气非常湍流。这导致冰晶相互碰撞。通过这个过程,他们可以获得或失去电子。冰晶失去电子,使它们带正电。较湿的降水会增加电子,使其带负电。当收费足够 - ZAP!电火花或闪电在两个区域之间跳跃以平衡电荷。

在正常的雷暴中,闪电可以从具有低基数的云层向下延伸。风暴区域与风暴前区域之间的强烈温差可能导致空气迅速上升,产生大量摩擦和电荷分离。

然而,要在冬季获得这一点,具有挑战性。在夏天,空气袋垂直上升,产生雷暴。这在冬天并不会发生。寒冷天气的风暴发展不同。

两个相互冲突的力量发动了一场战斗,将一条“倾斜”的道路上的空气送到了天空中。这意味着空气不会像大多数雷暴那样直线上升和下降。雷暴风暴通常也不会形成大型旋涡旋风的温暖一侧,就像雷暴通常那样。相反,它们发展在一个奇怪的地方 - 风暴系统的较冷的背面。

因为大型风暴系统通常看起来像逗号,所以这种激进的反弹被称为“逗号头”。这是冷空气从北方包裹的地方。

暴风雪可能变得超级大风。这将发生,因为最低气压将发生在风暴中心。它模仿真空,从周围吸入空气。空气螺旋进入风暴系统的中间,就像水在排水沟中旋转一样。

或者这就是通常发生的事情。

但2018年1月的风暴引发了一场气象曲线球。它带来了极强的温度梯度。在马萨诸塞州科德角的海水上空气温飙升至接近13摄氏度(55.4华氏度)。西边仅330公里(205英里),在康涅狄格州的土地上,它的温度为18摄氏度(23华氏度)。

在这样狭窄的区域上的极端温度对比产生了热风。那是空气从温暖的地区流向冷的地方。

由于冷空气更密集; 它沉入地下。来自海洋的暖空气被拉入以取代它。表面拥抱的冷空气削弱了侵蚀的暖空气。所以温暖的空气现在在空气的冷“表面”上晃动。

那暖和的空气继续爬上大气层,因为它有很大的动力。这就像滚动球一个幻灯片。这里,滑块是冷空气的表面。温暖的空气是球在那个表面滚动。通常情况下,空气不会走这条路。这就像保龄球球向上滑动,重力。 

这也很不常见,这使得预测变得困难。预测与之相关的条件要容易得多,例如大雪的窄带。

弄清楚闪电在暴风雪中是否,何时以及在何处发生是一个不同的故事。

国家闪电探测网络是美国各地的商业天线阵列。它全年24小时监控雷击。但是这个网络的天线将错过在云中闪烁的螺栓。这就是为什么国家气象局依靠雷电或闪电的公开报告来追踪大多数雷阵雨。

在极少数情况下,正如今年早些时候发生的那样,螺栓可能会撞击地面。当他们这样做时,这些可能和夏季风暴期间的罢工一样危险。它们可能造成伤害,伤害甚至死亡。在2017年2月9日暴风雪期间,一枚螺栓在罗得岛州沃里克引发了一场房屋大火。螺栓还击中了附近的一棵树,将其部分树干喷到了房屋的墙上,

与人类活动的联系

发生什么了?两位日本研究人员在24年前获得了一些见解,他们在“地球物理研究期刊”中对此进行了描述。他们的论文回顾了日本北部海岸数十年的冬季雷击事件。该对使用雷达数据和用于测量电活动的仪器的测量值。从这些数据中,出现了线索。当低洼的冬季雷云成熟时,似乎发生了重大变化。

将云视为三层蛋糕,每层具有不同的电荷。对于浅层,低顶冬季雷云,这些层中的电荷为正 - 负 - 正。较低的正电荷可以出现在0到-9摄氏度的温度下。

在下层具有净正电荷的情况下,该层“显然能够引发地面闪光”,该论文指出。

那么为什么2018年的新英格兰暴风云几乎完全将他们的闪电扔在高塔上呢?

这些塔可能会刺入云层下方触发闪电。在这样做时,他们承担了较低的正电荷。他们现在可以在现在正面的塔和上面的云中间的负电荷之间发出一个螺栓。

但仅靠这一点不足以产生螺栓。毕竟,暴风雪中的电场明显小于夏季雷云中的电场。

但是,这些字段可以通过尖头对象进行本地增强。这些点可以集中注意力,将其提升10倍。这可能足以超过电荷 - 或火花 - 从空中飞跃所需的水平。一旦发生这种情况,这种火花就会引发快速连锁反应。

有了它,闪电就诞生了。

风的作用 - 大风

但是有一个问题。大自然抵抗通过空中飞跃的指控。因此,当某个物体上的电荷积聚时,空气往往会在其周围产生具有相反电荷的局部区域。这被称为“太空充电”。

 

解释:风和它们来自哪里

 

考虑塔。如果在尖端上积聚正电荷,则应在其周围形成负空间电荷。这将防止塔尖被云中间层中的区域的螺栓撞击。

然而,在风力足够大的地方,它们实际上可以吹掉这个屏蔽空间。这将使塔尖暴露,大大增加了引发雷击的可能性。

这是在2011年2月1日和2日的芝加哥雷暴期间观察到的。研究人员汤姆华纳,蒂莫西朗和沃尔特里昂在每次云对地闪电期间观测到每小时29公里(每小时18英里)的风速。他们注意到,在风暴的雪域,高达93%的雷击涉及高层建筑或塔楼(包括风力涡轮机)。

在新英格兰1月份的雷暴事件中,记录闪电的每座塔顶都经历了大风。实际上,每次闪光时的最低速度超过每小时36公里(每小时22.4英里)。而且,这些暴风云的基数非常低。

水分凝结形成云层的最小高度称为“提升凝结水平”。在1月风暴的情况下,该水位约为275米(902英尺)。猜猜看:闪电击中的每座塔都高于那个。因此,他们会探入云层较低的正电荷区域。

然后是风力涡轮机

但是有一个例外。它位于罗德岛布洛克岛的海岸边。

乍一看,看起来大约10个左右的闪电随机撞到了水面。数据后来显示有五台风力涡轮机在那里。涡轮机的叶片安装在30米(98.5英尺)的基座上。涡轮机的轴每个高100米(328英尺)。每个涡轮叶片长73.5米(214英尺)。当刀尖朝上时,它们的总高度将超过200米(656英尺)。

这仍然,然而,75米(246英尺)短暂刺破云底所需的最低看似高度。但这并不违反规则,因为当云层越过海洋时,它们会遇到带有额外水蒸气的空气。这将使最小的云底高度有所下降。这意味着刀片尖端确实可以浸入云层的正电荷较低。

做出预测

了解这一点,气象学家能否提前预测雷阵雨?

它看起来如此。

他们可以扫描使这种电灯显示的条件。例如,在冬季雷击之前,通常称为“冰晶倾斜”。这个术语指的是雪花的方向。那些薄片和其他冰晶通常平放在水平面上,就像平底锅上的煎饼一样。但是当电场建立在云的基础上时,它可以将冰晶倾斜(或倾斜)成垂直(向上和向下)方向。

这显示在雷达上看起来很混乱。知道如何发现雷达信号可以让预报员前往一个足以产生雷阵雨的场地。

弄清楚哪些塔高到足以刮掉云底也可以确定可能的击球候选者。

完全有可能没有摩天大楼和其他超高人造塔,大多数雷阵雨都不会发生。

利用这些知识,有可能很快有一天能够计算风暴中的风险,任何高层建筑都会被冬季闪电击中。

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