6月23日下午，江蘇蘇北地區(qū)鹽城阜寧縣突遭強冰雹、龍卷風雙重災害襲擊，傷亡巨大，損失慘重。23日22時，國家民政部發(fā)布消息，據(jù)初步統(tǒng)計，強對流天氣造成因災死亡78人，因災受傷近500人，其中重傷近200人，受災地區(qū)房屋倒損數(shù)量較多，電力通信設施被破壞，部分地區(qū)電力中斷，通信基站無信號。
　　此次災害中最令大家畏懼的恐怕就是“龍卷風”這個名詞。
　　這個在歐美災難大片中才能見到的景象到底是怎樣形成的？有多大威力？其實，我們每天在家里都能見到“龍卷風”相似的原理，只不過我們并不認識它而已。
龍卷風是什么？
　　從物理學本質上講，龍卷風其實是渦旋的一種。
　　所謂“渦旋”，英文翻譯為vortex，是流體團的旋轉運動，一般我們可以通俗的理解為“渦”。
　　空氣動力學家形象的將其描述為“流體運動的肌腱”，北京航空航天大學陸士嘉教授更簡明地解釋為：“流體的本質就是渦，因為流體經不住搓，一搓就搓出了渦。”
　　這里的“搓”，是指作用在流體上的剪切力。比如飛機、船艦、汽車、火車等物體在空氣中運動，緊貼在物面上的空氣由于黏附在物面上，會被物體帶著一起運動，而遠處的流體卻在靜止中，這就產生了對流體發(fā)生“搓”的剪切力。


飛機尾部“搓”出的氣流渦旋

　　龍卷風就是大自然中眾多渦旋的一種，常見的渦旋包括：
　　渦旋星系：宇宙空間的渦旋星系，是大自然中尺度最大的渦旋，其尺度是“光年”。


2013年美國宇航局（NASA）利用哈勃望遠鏡拍攝的旋渦星系NGC6984

　　臺風、颶風、熱帶風暴、熱帶氣旋
　　在氣象預報的衛(wèi)星云圖上，我們經常可以看到由大團白云顯示的旋轉大尺度流體渦旋，其半徑可達數(shù)百公里。


2003年，美國Terra衛(wèi)星捕獲到的Kate颶風照片
拍攝時Kate颶風持續(xù)風速為115英里/小時，以12英里/小時的速度向西移動

　　龍卷風
　　按照氣象學的定義：龍卷風是一種強烈的、小范圍的空氣渦旋，是在強烈不穩(wěn)定天氣條件下，由空氣強烈對流運動產生的，通常是由雷暴云伸展至地面的漏斗云產生的強烈旋風。龍卷中心氣壓很低，中心風力可達每秒100—200米以上，具有極大的破壞力。


2008年美國堪薩斯州大草原上空的陸龍卷

2009年美國圣約翰河上出現(xiàn)的水龍卷

　　其他類似于沙塵暴、海嘯等也都是自然界常見渦旋的表現(xiàn)形式。


2001年美國宇航局衛(wèi)星在亞洲上拍攝到的沙塵暴渦旋

2011年日本海嘯和地震過后海上形成巨大的漩渦

　　在日常生活中，我們經常看到的這種現(xiàn)象：在盛滿水的洗手池或者澡盆中，將塞子拔掉，會形成一個漩渦，科學上叫做“澡盆渦”，這就是典型的渦旋現(xiàn)象。


洗手池中的澡盆渦

美國科技館中模擬龍卷風的“澡盆渦”

　　所以可以說，在家里的廚房或者浴室里，我們就可以輕松地模擬出龍卷風的物理機理。
龍卷風的形成機理
　　既然知道了龍卷風屬于渦旋的一種，那么龍卷風是如何形成的呢？
　　今年4月份，甘肅省酒泉市瓜州縣淵泉小學舉行春季運動會，天氣狀況非常好，但是突然就刮起了旋風，一名9歲男孩瞬間被卷起幾米高，這就是“龍卷風”嗎？


現(xiàn)場畫面

　　其實，這只是很小尺度的氣流不穩(wěn)定性造成的，一般我們成為“塵卷風”，類似的還有4月初，北京北海公園也出現(xiàn)過塵卷風，當時還掀翻了幾艘小船。
　　而龍卷風必須是由中尺度的氣流不穩(wěn)定性造成的，其平均直徑為200-300米，最小直徑幾十米，最大1000米左右，持續(xù)時間一般幾分鐘至十幾分鐘，最多不超過幾小時，移動速度在15米/秒至70米/秒。
　　龍卷風的形成與強雷暴云有關，雷暴巨大的能量中的一小部分在很小的區(qū)域集中釋放，給龍卷風帶來了能量。同時由于云層的一部分云柱向下伸展，并旋轉向下水平輻合，類似于滑冰運動員在旋轉時夾緊手臂，使得旋轉速度越來越快，這種伸展的渦管旋轉速度非常快，形成了漏斗狀的云，構成了龍卷風的形狀。


滑冰運動員手臂夾緊會提高旋轉速度

　　具體來說龍卷風形成分為4個階段：
　　1. 大氣的不穩(wěn)定性產生強烈的上升氣流，由于急流中的最大過境氣流影響，它被進一步加強。
　　2. 由于與在垂直方向上速度和方向均有切變的風相互作用，上升氣流在對流層的中部開始旋轉，形成中尺度氣旋。
　　3. 隨著中尺度氣旋向地面發(fā)展和向上伸展，它本身變細并增強。同時，一個小面積的增強輻合，即初生的龍卷在氣旋內部形成，形成龍卷核心。
　　4. 龍卷核心中的旋轉與氣旋中的不同，它的強度足以使龍卷一直伸展到地面，當發(fā)展的渦旋到達地面高度時，地面氣壓急劇下降，地面風俗急劇上升，形成龍卷風。


龍卷風形成機理（圖片來源自《力學與實踐》）

龍卷風中的氣流方向

　　簡單來說，龍卷風的形成和消失，都是氣流運動不穩(wěn)定的過程。
遇到龍卷風如何自救？
　　立刻離開危險房屋、活動場所或其他簡易臨時住處，到附近比較堅固的房屋內躲避。
　　如在汽車中，應及時離開，到達低洼地躲避，因為汽車本身沒有防御龍卷風的能力，一旦汽車和人同時被龍卷風卷起，危害更大。
　　迅速朝龍卷風移動方向的垂直方向跑動，伏于低洼地面、溝渠等，遠離大樹、電線桿、廣告牌、圍墻等，以免被砸、被壓或發(fā)生觸電事故。
　　躲避龍卷風最為安全的地方是位于地下的空間或場所，地面上所有建筑物此時都不是最安全的躲避場所。

在家里就能造龍卷風？

圖文簡介

6月23日下午，江蘇蘇北地區(qū)鹽城阜寧縣突遭強冰雹、龍卷風雙重災害襲擊……