刺状急流 与 飓风“米尔顿”??

文摘   科学   2024-10-14 12:29   美国  

全文约 4,085 字,大约需要 18 分钟时间阅读。

刺状急流(Sting Jet)是一种极端的天气现象,是温带气旋发展到一定阶段时出现的一种窄的猛烈风核,包含极端强风的狭窄气流带。在迅速增强的北大西洋和北太平洋以及其他中纬度地区温带气旋中,有时会形成向地面(垂直方向延伸)的强大风暴。刺状急流通常伴随着最强、最具破坏性的风暴,可产生猛烈的、飓风级别的强风,风速可超过每小时约 160 公里(约100 英里)。

最具破坏性的温带气旋会经历这样的演变过程:形成一个弯曲的锋面和一系列云系,这些云系被一个干槽与主极锋云带隔开。当气旋发展到成熟阶段时(非常接近达到其最低中心气压时),弯曲锋面周围的云系末端会形成一个明显的钩状结构,继续包围暖空气隔离区。

钩状结构前端的狭窄区域内,气流强烈辐合,形成一个高速气流带,即刺状急流。由于气流在该区域急剧收缩加速,因此最强风出现在刺状急流所在的位置(如下图钩状结构“尖端”附近,即云系“尾部”末端的“刺”处)。

听起来有点过于专业了?其实并没有那么复杂,让我们来一探究竟。


      状急流的定义

具有深厚冷空气系统的北大西洋气旋频繁侵袭西欧,引发一系列的破坏性的风暴和巨浪。有些气旋非常猛烈,导致大范围的树木倒塌、建筑物受损、交通中断和电力供应瘫痪。近年来,典型的状急流风暴包括风暴“尤尼斯”(Eunice)、风暴“莱斯利”(Leslie)、炸弹气旋“乔治”(Jorge)和风暴“奥菲莉亚”(Ophelia)。

状急流是一种气象现象,其最显著的特点是产生猛烈的飓风。这种现象会形成一条极其强劲的风带,通常导致风速峰值瞬间飙升至每小时 150 公里(约94 英里),有时甚至超过每小时 200 公里(约 125 英里),造成大面积严重破坏。

上图:炸弹气旋“乔治”(Jorge)的水蒸气卫星图像(水蒸气是云的主要成分:通过观察水蒸气的分布,可以更直观地了解云系的结构和发展变化,从而更好地分析风暴的强度、移动路径等。即使是浓厚的云层也无法阻挡水蒸气信号,因此水蒸气图像可以提供更全面的风暴信息)。

状急流是一条相对狭窄的极强风区,源自大西洋或太平洋爆发性气旋(炸弹气旋)的中对流层云系之中。


      刺状急流是如何形成的?

温带气旋通常伴有两个锋区,分别是暖锋和紧随其后的冷锋。一股强劲的冷空气流在暖锋的前方进入气旋,称为冷输送带(cold conveyor belt)。

在主冷锋后面,一股更冷、更干燥的气团(通常来自北极地区)流向气旋的核心,形成一个向深低压中心的干空气侵入。这种干侵入通常环绕气旋低压,从西南方向进入。

上图:状急流的典型示例

冷输送带将寒冷且湿润的空气和降水(如雨和雪)带向快速发展中的温带风暴中心。与此同时,干空气侵入将较冷和非常干燥的空气带入气旋。

当冷输送带中的降水落入干侵入气流中的空气层时,水滴会迅速蒸发,进一步冷却空气团。这个过程称为蒸发冷却(evaporative cooling)。

上图:状急流形成的示意图

状急流过程的最后阶段,强风向地面下沉,并随着气团变干而进一步增强。这些风穿过空气层,当气团在下沉急流的前端蒸发时,产生更密集的空气。因此,蒸发冷却过程清除了降水,形成了一条清晰的路径,使急流内的空气密度大大增加。

最终导致下沉动量的加速,或者换句话说,极强的风被更大力量推向包裹气旋中心的云系尖端。

上图:状急流头部的云带

所有这些与状急流相关的过程都发生在海拔约 3-4 公里的高度。被冷却的空气比周围的空气密度大很多,块速下沉到地表,在气旋原本就很强烈的风场内产生更强的风。这股冷却、加速的气流的整个区域较为狭窄,在气旋中心附近形成一个狭窄的高速气流带,即所谓刺状急流

一旦状急流完全形成,卫星图像上,这一风速最大区域显得非常明显。气旋的“逗号”云系呈钩状,就像蝎子的尾巴,这种形状给这个危险的风区赋予了其著名的名字。

上面的合成卫星图像显示了气旋与“蝎子尾巴”重叠的经典示例,看起来很熟悉。

如上所述,状急流的影响范围范围极其狭窄,通常仅局限于约 100-200 公里(100-125 英里)的区域,与母体大规模炸弹气旋相比,其规模宛如一道狭窄的“风刃”。状急流通常仅持续几个小时,但如果它影响到地表,破坏性的强风将随之而来。

上图:温带气旋的风分析图

当我们看到大西洋风暴迅速或爆发性发展时,其典型的卫星图像中显示的带状云系,这很可能会导致状急流的形成。云“头”会强烈地向气旋的核心弯曲,最猛烈的风可能会从那里吹向地表。

这些“逗号”云边缘的云带会在状急流的前端迅速消失。这是由于干空气侵入过程中气团内的强烈蒸发导致的。


      如何预测这些事件?

状急流很难预测,因为它们相对较小,并且取决于气旋系统从初始阶段的发展情况。然而,借助当前高分辨率气象模型预报图,可以识别气旋强风场中特别猛烈的强风带。

上图:风速预测示例

当然,正如前文所述,也可以通过各种通道和光谱在卫星图像上识别状急流的形成。正如上文所知,冷传输带末端的钩状云指示状急流刺流的存在。类似于蝎子尾巴上的刺,云的形状也能提示这一风速最大区域的形成。

使用卫星图像来表示空气中的水汽含量,通常由明暗(浅色和深色)不同的色调构成。色调越深,表示该处水汽含量越少。众所周知,云是由水汽凝结成水滴而形成,但在状急流周围,干燥的空气带会延伸开来,提醒这一风暴带也非常干燥,这是一个小范围内移动迅速、寒冷、密度大的干空气核心


      著名的历史风暴天气事件

并非所有深层温带气旋都会发展出状急流,这种现象仍然比较罕见。在西欧、中欧以及北太平洋上空最强的气旋中,约二十几个被证实存在状急流。

下面的红外卫星动画展示了 2012 年 1 月 3 日侵袭苏格兰的一场强烈风暴,风暴中出现了刺状急流的经典示例。

与苏格兰强风事件相关的刺状急流特征

同一场风暴还在荷兰艾默伊登(Ijmuiden)产生了高达 172 公里/小时的风速。

在 2022 年 2 月 18 日的风暴“尤尼斯”Eunice)期间,英格兰最大、人口第二多的岛屿怀特岛(Isle of Wight),记录到了196 公里/小时(122 英里/小时)的破纪录风速 。打破了 1979 年在康沃尔郡的格温纳普角(Gwennap Head)创下的每小时 190 公里(118 英里)的记录。

2018 年 10 月 14 日,前飓风莱斯利 (Leslie) 带来的猛烈风暴袭击葡萄牙,维拉韦尔德 (Vila Verde) 的菲盖拉达福什 (Figueira da Foz),阵风高达每小时 176.4 公里 (109.6 英里)。据报道,该镇遭受了大面积破坏,包括多处树木被连根拔起,屋顶严重受损,以及高速公路沿线的拖车翻覆。

上图:风暴“莱斯利”(Leslie)雷达图像,伴随破坏性的状急流。

臭名昭著的 1987 年大风暴产生了状急流,风速在法国格朗维尔(Granville)的罗克角(Pointe Du Roc)最高时速达到每小时 217 公里(135 英里)。

2000 年 10 月底至 11 月初,强烈的气旋奥拉蒂亚(挪威称“Tora”)在法国卡马雷海角(Camaret-Sur-Mer)产生高达每小时 176 公里(110 英里)的风速。

最近一次是 2024 年 10 月 9 日,墨西哥湾破坏性极强的飓风“米尔顿”(Milton)在佛罗里达州坦帕(Tampa)附近登陆。

在飓风袭击佛罗里达时,风暴正迅速转变为温带气旋风暴的背部发展出强烈的刺状急流,随着这种转化,气流急剧收缩并下沉在风暴眼登陆后不久下面的雷达图像显示了状急流产生的强风带,其狭长的回波带表明了风速极高的区域。这些强风在袭击坦帕(Tampa)和萨拉索塔(Sarasota)南部沿海地区之前的最大风速,导致了显著的风暴破坏和风暴潮。

以下近十年来西欧和其他地区一些主要风暴情况:

  • 2022 年 2 月 18 日,破坏性风暴“尤尼斯”(Eunice)横扫西欧;

  • 2022 年 2 月 7 日,2021/22 年冬季北大西洋季节最强烈的炸弹气旋;

  • 2020 年 10 月 2 日,风暴“亚历克斯”(Alex)袭击法国布列塔尼和英吉利海峡;

  • 2020 年 2 月 28 日,炸弹气旋“乔治”(Jorge);

  • 2019 年 11 月 26 日,美国太平洋西北部发生强烈深层气旋;

  • 2018 年 10 月 14 日,风暴“莱斯利”(Leslie)登陆葡萄牙西部,造成大面积破坏;

  • 2017 年 10 月 16 日,风暴“奥菲莉亚”(Ophelia)在爱尔兰西南部的法斯特奈特灯塔(Fastnet Lighthouse)记录到 191 公里/小时的风速;

  • 2017 年 3 月 6 日,强烈风暴袭击法国西北部布列塔尼地区。

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