世界上 7 個最壯觀的天氣事件及其成因

這篇文章的作者是史蒂芬劉易斯從開放大學。它最初發佈於對話。

天氣似乎會造成數週沉悶、灰色的毛毛雨。但它也可以上演一場真正轟動且往往致命的表演。但如何解釋這些爆炸性事件呢？地球的大氣層是由太陽的熱所驅動的。天氣是大氣對其接收的不均勻熱能模式的反應。白天，可見光和紫外線使地球變暖，在低緯度地區更加強烈，但地球向各個方向發射的紅外線輻射總量幾乎完全相同。

地球平均接收 340 W m^-2來自太陽。該能量的大約三分之一是直接散回太空被表面的雲和冰所覆蓋。剩餘的能量大約相當於在覆蓋地球表面的格子中每隔 2 公尺放置一個小型散熱器並連續運行它們，並被表面和大氣吸收。

但太陽的能量集中在白天，特別是赤道附近。平均而言，大氣和地表吸收超過300 W·m^-2在熱帶但小於 100 W·m^-2在極地地區。赤道處的地球表面面向太陽光，但在兩極附近與太陽光成很大角度。相同的功率落在更大的表面積上。

太陽：一切開始的地方 NASA/戈達德/SDO/flickr

地球的溫度並沒有表現出極端的變化，赤道和高緯度地區之間的變化小於 50°C，遠小於像這樣的物體月亮。這是因為大氣（以及在較小程度上海洋）將熱量從較溫暖的地區輸送到較冷的地區。大氣熱傳輸峰值約為 5 PW（5 petaWatts 或 5 × 10¹⁵W）。對於上下文，最大的核電廠容量為8GW（8×10⁹W），當今人類以各種形式消耗的總功率是估計的為 18 TW (1.8 × 10¹³W)，減少了 250 倍以上。

這種巨大的電力供應驅動著地球大氣層和海洋的熱機，以及由此產生的暖空氣向較冷地區的移動。在旅途中，能量轉化為許多其他形式，地球的自轉對天氣的形式產生深遠的影響，特別是在中緯度地區。這裡熱傳遞的主要方式從縱向對稱翻轉轉變為哈德利細胞波浪狀運動，其表面表現是我們熟悉的高低壓天氣系統。

急流卷雲。 LPI/美國太空總署

急流是非常窄的帶狀（幾公里深，也許100公里寬）快速移動的空氣，環繞地球並在大約10公里高度的較暖和較冷的氣團邊界上形成。在急流的核心，風速可達 200 公里/小時^-1以及驚人的 656 公里時速^-11967 年 12 月在外赫布里底群島上空記錄到了這種風。

對我們天氣影響最大的急流是北極急流以不同的路線蜿蜒並引導全球天氣系統的通過，可能導致一系列風暴和洪水。當急流向南彎曲時，寒冷的極地空氣會被帶下來，當急流向北彎曲時，可能會導致溫暖的空氣和穩定的天氣。

2005 年 8 月 28 日，卡崔娜颶風在墨西哥灣達到最高強度。

熱帶氣旋，更好地稱為美洲的颶風和遠東颱風，是在低緯度地區以較弱的低壓天氣系統開始的大規模破壞性天氣事件。熱帶氣旋通常在每個半球的夏末和秋季在非常溫暖的海洋上形成。隨著它們的增強，它們受到水蒸氣釋放的潛在能量的驅動，水蒸氣凝結形成高高的風暴雲。

風速超過200公里每小時^-1風暴中心周圍已有記錄，但破壞主要是由於海面高度激增和強降雨造成的洪水造成的。英國年平均降雨量可能會在不到兩小時的時間內從風暴眼周圍的雲層中落下。

1970 年的博拉氣旋是有史以來最嚴重的自然災害之一，造成孟加拉國和西孟加拉邦50 萬人死亡，主要是由於此類洪水造成的，但它遠非最強大的熱帶氣旋，評級相對溫和。第3類。最強的 5 級風暴包括 2005 年的卡崔娜颶風，風速超過 280 公里/小時^-1。

NOAA/flickr

龍捲風是較小的猛烈旋風，可以在積雨雲風暴雲下方形成，這是一個強烈的垂直對流區域。儘管強風在其周圍循環得更遠，但在漩渦中心形成了漏斗雲。最極端的風速幾乎每小時 500 公里^-1，並在其路徑上造成極大的損害。

這三州龍捲風1925 年 3 月，有記錄的最長路徑長度超過 350 公里，在美國密西西比河流域造成 695 人死亡。這是疫情爆發的一部分，死亡人數總計 747 人，但 1989 年 4 月，死亡人數仍超過了這個數字。孟加拉道拉特普爾-薩圖裡亞龍捲風，超過 1,300 人死亡，8 萬人無家可歸。

沙塵暴發生在世界許多地方，可以將沙子和更細的礦物顆粒從一個大陸運送到另一個大陸。在北非，這些風暴被稱為“haboobs”，通常是由與雷暴相關的強風引發的。類似的風暴也發生在美洲和亞洲的乾燥地區。 Haboobs 的高度可達 1 公里以上，覆蓋範圍達數千公里²持續數小時，揚起的塵埃吸收陽光，使空氣變暖，並增強風暴邊緣的風。

亞利桑那州的塵暴。美國太空總署

在地球上，水滴會在更細的塵埃顆粒上成核，最終將它們去除並限制風暴的發展，但在，這更加乾燥，一些沙塵暴最終會覆蓋地球。

塵暴是小的對流渦旋，透過從表面升起的灰塵而可見。它們也由熱能驅動，其中較冷的大氣與溫暖的表面接觸。這種情況在類似沙漠的地區最為常見，但即使在溫帶氣候下也可能發生，並且在明亮的山坡上也有「雪魔」的記錄。

在地球上，它們的高度可能達到 1 公里，直徑可能達到 10 公尺；在火星上，它們的尺寸範圍更廣,延伸至20公里高、200公尺寬並出現在軌道航天器的許多圖像中。

尤西·奧利拉/flickr

是地球大氣中常見的現象，發生在強垂直對流區域。大約有2,000場雷暴隨時活躍。閃電通道狹窄中心的空氣溫度可以短暫達到 30,000°C，是太陽表面溫度的五倍。

雷聲來自於熱空氣的快速膨脹，被擊中的樹木實際上被炸得四分五裂，其中的水瞬間沸騰。

州立農場/flickr

冰雹一般與雷暴有關，也是一種溫暖的天氣、對流現象。人們通常將冰雹視為冬季事件，但春末和夏季是英國唯一發生真正冰雹的時間。當有強烈的上升氣流時，冰雹會達到很大的尺寸，直徑可達20厘米，重約1公斤。

冰雹風暴確實是致命的，可悲的是數百人死亡的記錄。 1888 年 4 月，印度北部北方邦發生的最致命的冰雹可能導致 230 多人和 1,600 頭牲畜死亡，英國沃里克郡的死亡事件早在 1411 年 5 月就有文字記錄。

史蒂芬劉易斯，物理科學高級講師，開放大學。

本文原刊於對話。閱讀原創文章。