夏天午后,明明上午还晴着,几个钟头内天边就堆起一座乌黑的云山,接着电闪雷鸣、暴雨如注,甚至砸下冰雹——然后又很快收场。这就是雷暴,天空里能量最集中的一场爆发。它和前面讲的大范围锋面阴雨完全是两种脾气:锋面雨温吞绵长,雷暴又急又猛又局地。这一章拆开这朵最危险的云,看它的能量到底从哪来。
关键词:大气「稳不稳」
第三章说过,空气一上升就绝热变冷。但光会上升还不够,问题是:它升到半路会不会停下来?这取决于一团上升的空气,和它周围同高度的空气比,谁更暖。
暖的东西轻,会继续往上浮;冷的东西重,会往下沉。于是有两种局面:
- 如果上升的空气一路上都比周围冷,它就浮不动,刚抬起来又沉回去——大气是稳定的(一推就弹回原位,像躺在碗底的球)。这种天气安静,顶多摊几层平云。
- 如果上升的空气反而一路比周围暖,那它就越升越起劲、自己往上冲——大气是不稳定的(一推就越滚越远,像搁在馒头顶的球)。雷暴,就诞生在这种不稳定里。
所以「今天会不会有雷暴」,气象上问的其实是「今天的大气稳不稳」。地面被晒得越热、高空又恰好越冷,上下温差越悬殊,就越不稳定——这正是夏日午后的典型配置,也是雷暴爱挑那个时候发作的原因。
藏在水汽里的燃料
可上升的空气不是会绝热变冷吗,凭什么反而比周围暖?这里第五章那张暗牌——潜热——翻出来了,它是雷暴真正的燃料。
湿空气升到凝结高度后开始成云,水汽凝结时会放出当初蒸发时吸进去的那笔潜热。这笔热就地加给了这团正在上升的空气,等于给它偷偷续了一把火:它因此比干巴巴、没有凝结放热的周围空气更暖,于是浮力更足、冲得更高,冲高了又凝结更多、放出更多热……一个自我加速的正反馈就此点燃。空气越湿,这把火越旺,这也是为什么闷热潮湿的午后最容易憋出强雷暴。
把条件凑齐,雷暴需要三样东西,缺一不可:充足的水汽(燃料)、不稳定的大气(让它一点就着往上冲)、一个把空气抬起来的触发(地面受热、山坡、或一道冷锋,先给它推第一把)。
一朵雷暴的一生
凑齐条件后,一朵雷暴大致走三步:
- 发展阶段:一股强烈的上升气流把积云越顶越高,长成高耸的浓积云。此时全是往上的气流,云内只进不出,个头飞快膨胀。
- 成熟阶段:云顶冲到高空一层「爬不动」的稳定层(对流层顶附近),上升气流顶不上去,只好向四周摊开,铺成那个标志性的铁砧顶。这时云里的水滴、冰粒已经重到托不住,倾泻而下成暴雨,雨拽着周围空气一起下沉,形成猛烈的下沉气流。上升与下沉此刻并存——这是雷暴最凶的时候:暴雨、大风、雷电、冰雹都在此刻。
- 消散阶段:下沉气流越来越占上风,从底部掐断了给云供燃料的上升气流,好比釜底抽薪。没了上升气流续命,雷暴很快雨收云散。整个过程往往就一个小时上下——来得快,去得也快。
冰雹与闪电,怎么来的
那么猛的上升气流还有个副产品:冰雹。高空的小冰粒往下掉,又被强上升气流托回高处、裹上一层水再冻成一层冰,如此上上下下好几个来回,像滚雪球一样越滚越大,直到重得连上升气流都托不住,才砸下来——所以冰雹越大,说明当时的上升气流越强。
至于闪电:云里冰晶和霰粒剧烈碰撞摩擦,把正负电荷分到了云的不同部位,云上部带正电、下部带负电,越积越多,直到空气再也扛不住这么大的电压,「啪」地一道火花把电放掉——那就是闪电。闪电瞬间烤热周围空气,空气爆炸式膨胀,就是我们听到的雷声。所以先见闪电后听雷,不是雷慢,是光比声快得多。
到这里,从一锅被晒不匀的水,到风、到云、到锋面、到雷暴,天气这台机器的物理我们基本讲完了。剩下的问题变成了:这些看不见摸不着的东西,我们究竟是怎么测到、又怎么算出它明天的样子的?下一章,我们从「怎么看天」讲起。