自然与人-28.16   龙卷风是高空急流释放不稳定能量的另一种小型激烈形式

李开乐

    摘要：龙卷风的外围虽能把地面物品抛上空中，但更主要的流场还是中心区域的下沉气流。由于圆筒形的暖空气旋转上升“围墙”挡住，上空的过冷空气便可以直接从“漏斗”自上而下倾倒，这就使中心成为急流释放不稳定能量的毫无阻挡的通道。

    回头再看一看彩图28.13-2，龙卷风过后的7月13日20时，为什么会出现以黄海为中心的一大片明显的降温区呢？情况是这样的，发展成熟的龙卷风中心的极低气压猛吸着周围的潮湿暖空气流了过来，科里奥利力却只允许它们在周围急速旋转并上升，这就把地面各种物件都抛上空中，而且这是有目共睹、家喻户晓的，所以人们便以为龙卷风就只是一种上升流场了。
    实际上，整个龙卷风环流中更主要的还是中心的下沉气流，这才是龙卷风的先决和根本的动力来源，但对此不仅无法看见，也不好观测。这其中的道理只有靠动脑筋认真的思考分析才能明白。由于圆筒形的暖空气旋转上升的“围墙”把辐合过来的空气挡在外围，就使中心圆形小区域成为无水平气流阻挡的静态低压区，这正是急流释放不稳定能量、迅速进行地气之间的动能交换传递所非常需要的。也就是说，龙卷风上空的过冷不稳定空气可以直接从“漏斗”自上而下垂直往下倾倒，根本不受任何阻力。这就好像有一个水下涵洞正在猛流出水的沟渠的水面上，出现了一个急速旋转向下的垂直“漏斗”那样，水面上是水朝向漏斗水平汇集过去，到了漏斗附近便是立即垂直倒进了水底涵洞。
    应用自然辩证的哲学理念看，龙卷风结构的形成正是大自然系统的自组织功能发挥了作用的生动例子。一个内能强大的耗散结构，协同规律可以自动发挥作用而建立起有效的环流模式，以便于系统内形成有序运行而迅速将系统能量重新合理分配。地球内部的液体环流、海流、大气环流是这样，贝纳德实验中的贝纳德花纹和滚筒式运动的形成以及煮开水过程的沸腾也都是这样。这在后面再做具体阐述。
    从彩图28.13-2便可清楚见到，只维持了几十分钟的龙卷风却能造成那么大范围的明显降温，这真是多么超能的天力空调机啊！当然，真实生活中的室内空调机的出风口小小的，也是同样在瞬间就把相对那么大的房间给降下温来，效率都彼此彼此。
    显然，高空急流波动引导冷空气缓慢堆积到地面，并从地面散开形成相对缓慢移动的寒潮或冷空气过程，是高空急流一种大规模释放不稳定能量的形式；龙卷风则是急流释放不稳定能量的另一种小型激烈的短平快形式，或者叫做中小尺度天气过程。
    本小节的分析又可以对“自然与人-28.10”做了补充论述，从本质上进一步揭示了在7月份的大夏天里，同样有冷空气活动的另一种新认识。