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大氣中的狂暴舞者–龍捲風

93/06/08 14627

李健成｜《科學發展》特約文字編輯

不可思議的龍捲風

把當地獨特的大氣現象寫進童話故事中，大概也是〈綠野仙蹤〉的一項創舉，更說明在美國中西部大平原區的龍捲風真的可以說已經成為日常生活的一部分了。

在一般人眼中，龍捲風是相當不可思議的大氣現象，其拔樹倒屋的強大破壞力加上來無影去無蹤的特性，更讓它增添了一股令人害怕的神祕感。從大氣科學的角度上來看，龍捲風也不過是氣象條件交互作用下，產生的一個暴力分子而已。

龍捲風的起因並不是十分特殊，簡單來說，當乾冷的空氣移到溼暖的空氣之上時，就會在交會處造成大氣的不穩定，對流系統就是在不穩定的大氣裡形成。然而並不是只要有雷雨胞就會產生龍捲風，如台灣在梅雨季節的豪大雨也是雷雨胞的一種，但不會常常形成龍捲風，因為要形成龍捲風，需要有特殊的天氣條件來配合。

超大胞是孕育龍捲風的溫床

究竟是何種原因，造成美國中西部大平原區龍捲風現象特別旺盛呢？臺灣大學大氣科學系的陳泰然教授認為，可歸功於天時地利的相互配合。

美國中西部由於地形的影響，當高空的氣流經過洛磯山脈後，與北邊來的乾冷空氣以及南邊來的墨西哥灣暖溼空氣交會，在交會處大氣極不穩定，使得對流系統的發展一觸即發。同時由於上下層風向、風速的不同，更提供了有利劇烈對流風暴發展的條件，在這種得天獨厚的氣象條件下，讓美國中西部大平原區成為世界上孕育龍捲風的「超大胞」雷雨（super cell）的最大產地！

為何會稱之為「超大胞」呢？普通的雷雨胞大約都只有幾公里大小，而且生命期較短（約30～50分鐘），當雷雨胞達成熟期時，其下降氣流阻斷上升氣流，使得雷雨胞進入消散期而隨之減弱，最後消散。但是超大胞的規模卻可以達到幾十公里的範圍，且伴隨著中尺度氣旋的存在，這種雷雨胞可發展成獨立的系統，且生命期可達數小時至半天以上的時間。

快速旋轉的渦旋

超大胞除了規模比較大之外，而且伴隨著中尺度氣旋，而中尺度氣旋可源自水平旋轉的對流卷（horizontal roll），透過積雲發展的垂直速度，可將水平旋轉的渦度（vorticity）轉變成垂直渦度，當它變成垂直渦度後，其旋轉強度則呈指數成長，因此在短時間內，渦度可迅速增強，終至形成中尺度氣旋。當超大胞發展到相當的強度時，在近地面處會產生兩個陣風鋒面，龍捲風則容易出現在這兩個陣風鋒面的交會處。

它像漏斗！四處肆虐

從電視畫面上我們往往可以看到龍捲風好像挾帶著濃厚的雲氣從天而降，緩緩成形。實際上我們所看到的雲氣並不是龍捲風從空中帶下來的，而是從龍捲風內部自然產生。這又是什麼原因呢？由於龍捲風是一個威力相當強大的低氣壓，當氣壓降低，水氣則容易達到飽和而形成雲，隨著低壓往地面延伸，漏斗雲也隨之由上往下伸展。

電影中的龍捲風似乎無堅不摧、走過的地方無一倖免，陳泰然教授也指出，這是由於龍捲風強大的風速與內部極低的氣壓所造成。由於目前沒有氣象觀測儀器可以在其肆虐下倖存，因此專家學者對於其風速與氣壓大小，只能透過力的平衡等相關公式來推算，龍捲風內部的大氣壓力可以降到只有一般地面氣壓的一半。所以當龍捲風行進時，在行進路線上的車輛、房屋首當其衝。當龍捲風經過時氣壓驟降，所以房子會因為內外壓力瞬間極度不平衡的狀態而爆裂開來，車輛或其它無法固定的東西也會被強大的壓力吸往空中，形成可怕的災害。美國大平原區當地的房屋都設有地窖，可以在龍捲風來臨時提供一個安全的躲避場所。但也因為其肆虐範圍相當小，所以常常看到街道一側房舍全毀，另外一側卻安然無恙的奇特景象。

可愛追風族

電影中提到所謂的「追風族」，這是確有其事，也是跟龍捲風共存共榮的一個特殊族群。由於龍捲風的成因跟超大胞密不可分，所以其預測方式屬於即時預測的範疇。當都卜勒雷達發現龍捲風的「母雲」（帶有超大胞的對流雲）形成，並推測有可能會產生龍捲風時，這些專家學者或是研究人員便帶著一車子的研究設備，如同蜜蜂看到鮮花般前往預測地點聚集，「追捕」龍捲風的一舉一動。假設氣象條件適合，超大胞母雲的能量獲得維持，甚至曾在一個超大胞內出現好幾次龍捲風的紀錄。

在龍捲風家族中，超大胞還有可能會產生一種順時鐘方向旋轉的龍捲風，但是出現機率並不高。而事實上普通的雷雨胞在適合的條件下，也能夠形成龍捲風，只是規模、威力都較小，無法和美國那種超大胞所產生的龍捲風相提並論，如臺灣地區形成的龍捲風就是屬於這種小型的龍捲風。甚至在海面上也能夠形成所謂的水龍捲，它與超大胞龍捲風的成因並不十分相近，但由於海面環境與陸地環境的不同，因此水龍捲的威力也不若陸龍捲這麼強大。

天上掉下來的禮物

龍捲風本身除了超低氣壓與強風會帶來嚴重災害之外，它也會由天而降許多不同的「贈品」給我們。撇開那些被它吸上天空、攪散的人造物品之外，雨、冰雹、閃電也是司空見慣，特別的是偶而還會出現許多生猛海鮮，這是由於龍捲風行經湖海時，內部強大的吸力將湖海裡的魚蝦蟹貝等水中生物也一併吸引上天所致。

天有不測風雲，在各種大氣現象中，龍捲風的規模小、威力強，加上不可知的行進路徑，怪異莫名的型態都令人覺得驚異，對身在臺灣的我們來說更是一種可遇而不可求的現象，也許下次有機會讓您親眼目睹的時候，在安全的許可下，就請您盡情的飽覽這位狂暴舞者的曼妙舞姿吧！

資料來源

《科學發展》2004年6月，378期，52 ~ 55頁

捲風(3) 颶風(17) 科發月刊(5210)

大氣中的狂暴舞者–龍捲風

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