空气上升后落回雷暴云中时产生多云羽流

在严重的雷暴产生龙卷风、大风或冰雹之前,经常会发生一些奇怪的事情:被称为砧上卷云 (AACP) 的冰水羽流在暴风云的顶部上方翻滚并顺风而行,起到了作用作为一种极端天气事件的预​​警系统。

科学家们第一次认为他们已经找到了导致这些多云羽流的原因。所谓的水力跳跃——也就是当瀑布撞入下面静止的水中形成泡沫云时也能看到——是在空气上升然后落回雷暴云中时产生的。

新研究背后的研究人员表示,他们的发现可以提前警告地面上的人们龙卷风、大风和冰雹的风险,特别是在现有多普勒雷达系统技术不起作用或无法使用的地方。用。

“如果会有一场可怕的飓风,我们可以从太空看到它,” 斯坦福大学的大气科学家、该研究的主要作者摩根奥尼尔说。“我们看不到龙卷风,因为它们隐藏在雷暴顶部之下。我们需要更好地了解顶部。”

奥尼尔和她的同事对超级单体雷暴进行了详细的模拟,这种风暴最有可能产生龙卷风。在这些激烈的超级单体中,超强的旋转上升气流将潮湿的空气推向比地球大气层通常更高的高度,穿过对流层下部的顶部进入平流层。

上升的空气芽 - AACPs - 很快就会回到对流层,但模型显示对流层和平流层边界处有下坡风暴,风速可能高达每小时 240 英里(每小时 386 公里) .

科学家们表示,这种狂热的湍流会产生水力跳跃,而这些跳跃能够非常迅速地将大量水蒸气注入平流层。

这些跳跃也是由从山上和岩石上冲下来的风造成的,但在大气层如此高的地方之前从未见过它们,因为暴风云实际上起到了物理屏障的作用。

“从平流层和湿润的空气从对流层上升的干燥空气下降在这个很窄的,疯狂的快速喷气机的加入,”奥尼尔说。“喷气机变得不稳定,整个东西在湍流中混合并爆炸。”

“以前从未观察到或假设过风暴顶部的这些速度。”

随着 NASA 研究飞机现在配备的设备可以以高分辨率 3D 绘制雷暴顶部的风,下一步将是收集真实世界的数据,以帮助证实这些模型所显示的内容。

大约 75% 的带有这些羽状物的雷暴会产生大冰雹或龙卷风,因此该研究可能有助于未来改进气象模型。飓风艾达最近在美国东北部留下了死亡和破坏的痕迹,更好地了解这些风暴可以挽救生命和财产。

该研究在更广泛的气候变化图景中也很重要,因为这些水跃将大量水推入通常非常干燥的平流层。随着时间的推移,这将产生长期影响。

威斯康星大学的大气科学家利奥尔夫说: “在产生更强和更强烈对流的变暖气候中,气候科学家对雷暴向平流层注入了多少水感兴趣,因为这对平流层臭氧有综合影响。”

“在我们展示羽流的模拟中,水会深入平流层,在那里它可能会对气候产生更多的长期影响。”

该研究已发表在《科学》杂志上。

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