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龙卷风形成的机理
发布时间:2012-02-24   点击:   来源:   录入者:张晔

 

    设存在一个二维的气流场,有能压差存在,气流就会运动,假设现在存在一股气流开始运动,我们把这股气流分为头部和尾部,在头部向前运动时,它的尾部后就会出现一个压区,就好象一辆行驶的汽车后面有一个尾随的压区一样,如果这股气流不是一直沿直线向前运动,就会回过头来运动,这时,就会出现之间存在的能压差!于是,部就会循着部的压区追去,使衔接在一起(就像蛇咬住了自己的尾巴),形成一个闭合的有序流动的能流圈
   
根据机械能衡算的柏努利方程知道,当这股气流运动动能增加时,它的内部能压就会降低(机械能守恒),于是奇迹发生了:能流圈内外侧的气流因为能压高于能流圈的能压,所以,不断有气流挤着涌向能流圈,使能流圈开始逐渐变粗大,有就是说,气流在能流圈内的流通面积变大了!
   
流通面积越大,流动越有序(即形成了滞流),阻力就越小,所以气流的流速也开始逐渐变大!速度越大——负压越大——补充进来的气流量就越多——“能流圈越变得粗大,而且在能流圈外部的压力作用下,能流圈的密度也增加了。 
   
能流圈内侧的气流涌向能流圈时,能压越来越低,使能流圈(直径)不断变小,如果这时候能流圈的流动没有新的方向突围,就会被外侧气流的能压挤跨而涣散、消失。 
   
现在,我们再回到叁维空间和气象中的龙卷风去。因为能流圈的密度比较大,所以,它会坠落到第叁维的方向上。 
   
由于积雨云上下温度相差很大,上面的冷气和下面的热气流形成对流,产生旋转的能流圈,逐渐扩大,最后形成近似平行地面的二维能流圈,到成长到一定程度时,就会从云中慢慢到地面,形成了龙卷风。  

    空气绕龙卷的轴快速旋转,受龙卷中心气压极度减小的吸引,近地面几十米厚的一薄层空气内,气流被从四面八方吸入涡旋的底部。并随即变为绕轴心向上的涡流,龙卷中的风总是气旋性的,其中心的气压可以比周围气压低百分之十。
  龙卷风是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。龙卷风中心附近风速可达100m/s200m/s,最大300m/s,比台风近中心最大风速大好几倍。中心气压很低,一般可低至400hPa,最低可达200hPa。它具有很大的吸吮作用,可把海()水吸离海()面,形成水柱,然后同云相接,俗称龙取水。由于龙卷风内部空气极为稀薄,导致温度急剧降低,促使水汽迅速凝结,这是形成漏斗云柱的重要原因。   

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