自然与人-28.15   龙卷风形成过程的力学原理

李开乐

    摘要：被断开的冷性高空急流尾巴纬度太低，因冷而重，必须下沉。在低槽或低压附近的冷空气再下沉，气压就更低，周围暖空气便速聚来补充。科里奥利力只允许聚来的暖空气绕圈打转并上升，龙尾便越摆越低，使旋涡一直伸到地面成为破坏性的龙卷风了。

    其实，大气要保持稳定，就必须上下层温度配合得合理。像彩图28.14-1、28.14-2所示的那样，被断开的冷性高空急流尾巴突然来到纬度太低的地方之后，温度必然比周围偏低而使比重太大，所以必须下沉才能找到稳定的位置。急流本来就隐藏了大量不稳定的流体软弹力势能，时刻都在设法产生扰动将能量还原给地球自转。既然有了温度的因素协助自己下沉，那些被遗弃的冷空气就会更加主动加强了扰动促使自己下沉了。
    然而，已经处在低槽或低压附近的冷空气又再下沉，就使气压更低，因此必然令周围的暖空气迅速辐合过来补充。但是，科里奥利力并不允许辐合流来补充的暖空气直接流向低压中心，而是只能主要绕着中心打转并上升（冷降暖升），这就使急流边缘已经形成的扰动旋涡迅速加强了起来，并形成了圆筒形的暖空气旋转上升的“围墙”。
    中间冷和四周暖，就更有利于旋涡的不断加强，使龙尾越摆越低。龙尾越低，又把较低层的周围暖湿空气也吸了过来再上升。潮湿暖空气急速上升的结果，一方面是成云结雨使流场显露出彩图28.13-1的肉眼可视图像，另方面由于释放出大量凝结潜热，结果就更加促使着周围空气上升。正是这种反复加强的效应，才使高空急流从边缘所伸展下来的旋涡一直伸到地面，成为破坏性的龙卷风了。