八　天氣系統及特徵（三）

雷暴及龍捲風

雷暴是伴隨暴雨、閃電、打雷、陣風以至龍捲風及雹暴的不穩定天氣，成因是大氣潮濕及不穩定。普通大氣因為層結穩定（溫度隨高度下降率6.5度／千米，低於乾空氣的9.8度／千米），故穩定。

在潮濕的環境下，當空氣上升至高空，便會液化或固化成水滴或冰粒，釋放潛熱，而潛熱又使對流中心加熱，維持空氣上升的狀態。冷暖空氣交會或逆濕度層，都能提供雷暴形成的不穩定條件。此外，暖空氣在冷空氣之下、地表加熱、海洋氣流遇上熱地面，也會使大氣不穩定。

空氣上升是導致潛熱在高空釋放的原因。空氣可透過冷暖鋒抬升、受山地影響強迫抬升、地表加熱、海陸風等因素抬升。

當環境的溫度隨高度下降率增加至10度／千米以上，乾濕空氣都易被抬升，大氣便開始變得不穩定。溫熵圖中，有乾空氣和濕空氣溫度隨高度下降曲線兩種：水份飽和的空氣沿濕空氣曲線向上走。

雷暴區存有數種不穩定：

對流不穩定：穩定的大氣可以同時存有乾濕空氣，一種在另一種之上。當一併被抬升時，兩種空氣接不同溫度下降曲線作降溫。抬升後，氣團總體的溫度隨高度下降率便可由負數（逆溫）變為正數，而且甚大。這樣，大氣就由低層的穩定變為高層的不穩定。此外，此不穩定也可由地形抬升引起。

對稱不穩定：雖然空氣在垂直方向是穩定，但在斜向方向不穩定。如空氣被斜向移位，便有可能產生雨雲。此現象常在中緯鋒面系統出現。

當大氣被抬升，非水穩壓的狀態便出現。在對流中，會出現高壓中心和低壓中心。如有垂直風切變，高低壓的位置便會改變。

晴空也會出現積雨雲，但壽命短，通常未及發展就和周圍的空氣混和而消散。塔狀積雲則出現在較不穩定的大氣中，大氣受到上述多種因素影響而出現抬升運動，因此降雨機會較大。

在暖而沒有冰的雲，塔狀積雲內的水滴互相碰撞，再吸附周圍的水分子，逐漸增大，表面積也增大，結果增加水滴碰撞及吸附的機會，結果在惡性循環下，形成大雨。在水滴下降時，會慢慢蒸發，並吸收周圍的熱。因此，雨雲下的溫度會逐漸下降，產生冷空氣團。冷空氣團向下沉，並向外擴散，使周圍的暖空氣抬升，形成局地的鋒面，產生新的雨雲。而最初形成的那個雨雲則因水氣供應斷絕而逐漸消散。

如果水滴進入高空低於攝氏0度的地方仍不結冰，那些水被稱為過冷水。若它們遇上冰粒，會立刻固化，並快速釋出潛熱，提供更多潛熱讓雨雲發展。

此外，如兩個雨雲合併，過程中的下沉冷空氣，會促使其中一個鄰近積雲急速發展，而這是積雨雲（Cb）發展的跡象。積雨雲伴隨暴雨和雷暴。橫向尺度由數公里至百多公里不等，垂直高度可至二十公里，即穿破對流層頂到達平流層。生存期小則不足一小時，多則數小時。垂直空氣運動速度通常為1至10米每秒，極端情況可達50米每秒或以上。積雨雲內各種力通常不能互相抵銷，即存在不平衡力，使空氣加速；而強烈上升／下沉氣流亦造成對流內非水穩壓的氣壓。

雷暴的生命周期如下：

形成塔狀積雲（需時15分鐘）：少數積雲匯聚而成一系統，地面氣壓稍降，暖濕空氣向系統集結，上升流由數米／秒升至約15米／秒。

成熟時期（約15分鐘至半小時）：水氣在上升過程液化，甚至固化，而這些水／冰粒的體積不斷增大，直至空氣再也承受不了它們的重量，開始下墜。空氣被下降的雨／冰帶向下方，而下沉的空氣速度愈來愈快；同時，雨在下沉的過程中局部蒸發，使空氣變冷。冷空氣著地後，與周圍的暖空氣相遇形成局地鋒面，當這些鋒面經過某地時，會引起強陣風。在此階段，雷雨最為頻密和強大。高空的垂直風切變使下沉氣流區不致和上升氣流區相撞，有助維持積雨雲的強度。

消散時期：上升氣流最終被下沉氣流取代，水氣和熱能供應被切斷，雨的強度下降，最後，下沉氣流也減弱。

以下是雷暴的種類：

單體雷暴：由地表加熱或鋒面局部形成的雷暴，較弱且維持的時間短（20分鐘），很快因自己產生的下沉氣流而消散。

多體雷暴雲團：由數個積雨雲組成，而每個雲團正經歷生命周期不同的時期。新雲團不斷產生以取代消散中的雲團，使雷暴持續數小時。可產生小型雹暴和龍捲風，在地面造成突發水浸。

多體雷暴雲團線（颮線，squall line）：由很多積雨雲體連成一線而成的陣風線。陣風一邊向外圍擴展，一邊使外圍的暖空氣抬升，造成新積雨雲，並造成新一輪陣風。隨著新的雲體形成和舊的消亡，同時受到高空風影響東移，颮線通常看來就像向東南方向移動。颮線產生強而具破壞力的陣風，以及中型雹暴及龍捲風。

超級雲體（supercell）：比上述的雷暴破壞力更大，上升氣流不但強，還會旋轉，能產生強烈龍捲風。

大尺度對流複合體（mesoscale convective complex，MCC）：大而具破壞力，面積達100000平方米，雲頂溫度極低（攝氏零下52度）。

強烈雷暴的特徵如下：不穩定及短命的箭狀雲（overshoot），頂部在平流層；在對流層頂，橫向伸延的砧狀雲；與乾濕空氣冷卻速度不同有關的乳狀積雲；在積雨雲內部的上升氣流──在雷達上，被顯示為弱回波區。直接觀測上，可看到懸垂雲團。

懸垂雲團是雹暴的先兆。此外，颮線前的強下沉氣流，也是特徵之一：常造成微下擊暴流（microburst），可造成航空意外。

雹暴：過冷水在空中遇到冰粒或固體微粒後瞬間凝固，然後在強烈氣流中不斷撞擊其他水粒子而增大，直至體積過大，重量過大而下墜。

閃電：是兩點電位勢差極大的地方之間放電的過程，分為五種：雲內閃電；雲間閃電；雲對地；地對雲；同步閃電。閃電機制如下：首先，普通天氣的電場使空中的水粒子極化。當大型水滴遇上細小水滴時，局部中和並繼續下降，結果造成正電荷的小水滴和負電荷的大水滴分開。其次，當冰粒的溫度下降至某臨界點，可出現電荷反轉，使雲團內較高處呈正電荷，低層的冰粒呈負電荷。最後，雲底的負電荷可吸引雲下面的正電荷粒子，再吸引其他粒子，使電場增大，直到某臨界，空氣變成導體，帶電粒子的導引便開始形成並繼續向下擴展，直至在低空與起面距離甚小時，地面也發展出帶電粒子導引，向上發展並最後與空中的導引重合，造成「返回閃電」──肉眼通常可見。

龍捲風：來自西班牙文（tronada），意指雷暴。龍捲風最初由超級雲體向下伸展，在抵達地面前，為煙囪狀。中心氣壓甚低，氣壓梯度遠比熱帶氣旋為高，造成比熱帶氣旋更強的風力。尺度由100米至數百米不等，歷時數分鐘至數小時。

形成龍捲風的條件是暖濕空氣及強垂直風切變。龍捲的的強度分類為藤田--皮爾森龍捲強度等級，由F0 至F5，風力和破壞力遞增。影響香港的龍捲風通常為F0級，即中心風力只達到暴風水平。龍捲風周圍伴隨著上升及下沉氣流。

龍捲風的結構如下：中層外圍──由於角動量守恆，風速在接近中心時增強；中層中心──空氣轉動速度極快且跟從旋轉氣流平衡；低層近中心，風力由橫向流動轉為垂直流動；低層近邊界，橫向流動的空氣遇到地面，產生很多擾動；在高空，空氣沿著龍捲風中心旋轉。