瀏覽人次: 5,765

甚麼是超級胞?

By | 20/04/2019

文:崔傳忠(理事)

超級胞(又名超級單體,英語為 Supercell)是所有積雨雲中最為劇烈的一種,除暴雨外可伴有壘球大小的冰雹、大風以至是中心風力可超過每小時 500 公里的龍捲風。究竟超級胞跟普通積雨雲有甚麼分別?其形成條件又是甚麼?我們會在這篇文章探討一下。

超級胞是會旋轉的雷雨雲


圖一:一個超級胞的縮時攝影,清楚見到其旋轉性。

有別於普通雷雨雲,超級胞是一個會旋轉的雷雨雲(見圖一)。筆者當年在美國中部追逐龍捲風時,親眼目睹過超級胞在旋轉。其旋轉性本身是來自低空(地面至 3 公里)垂直風切變,即是風向風力隨高度變化(見圖二)。如果不明白,就拿出一支筆,將其平放於手掌中,上面再放上另一隻手,然後雙手反方向移動,你會發現筆在旋轉。如果這個時候有強烈上升氣流,這種垂直旋轉性會轉變為水平旋轉(見圖三),一個有水平旋轉性的雷暴雲就此誕生。然後,上升氣流透過渦度拉扯進一步令旋轉性增強。就如一個坐了下來,把手臂放開旋轉的溜冰運動員,他/她站起來時也把手臂收起來,其旋轉速度就會提高。旋轉速度提高,旋轉中心氣壓就會下降,一個名為中尺度氣旋(Mesocyclone)的低壓系統就此產生。

test 

圖二(左):垂直風切變與水平旋轉性(渦度) 圖三(右):水平旋轉變成垂直旋轉
圖片來源:http://www.kilty.com/t_rotate.htm

可生存數小時

超級胞的另一個特點,就是它可以維持數小時,尤其在較為平坦地勢上,例如在4月18日黃昏珠江口附近的超級胞就在海上維持了超過 5 個小時。這需要強烈的中層垂直風切變,令這個旋轉上升空氣柱向超級胞移動方向(即向前)有明顯的傾斜,這樣由降水及蒸發產生的下沉氣流就不會直接落到上升氣流上而中斷了維持風暴的濕暖空氣供應。

會向右偏移

而最後一個特點,也是在預報超級胞時必須知道的,就是北半球的超級胞的移動方向會向引導氣流的右邊偏轉的慣性。 4 月 18 日黃昏珠江口附近的超級胞也有這個趨勢(動畫一),可以看到一開始超級胞的移動方向跟普通的雨區差不多,都是向東北偏東移動。但隨著時間的推移,超級胞逐漸採取越來越偏右的路徑移動,先改向東移動,後進一步轉向東南移動。詳細的物理原因,由於牽涉非常複雜的數學方程及物理理論,在這裡就不跟大家詳細探討了。簡單來說,就是旋轉中的上升氣流會造成行進方向左邊的氣壓比右邊高,這氣壓梯度力會令超級胞向背景引導氣流的右方偏轉。當然,如果是背景氣流方向改變,超級胞還是會跟隨轉向。

超級胞雷達動畫

動畫一:2019 年 4 月 18 日傍晚的超級胞雷達動畫。深紅點為超級胞旋轉中心的估計位置,淺紅點則代表由於超級胞環流重整而信心較低的定位。

出現條件

從超級胞的特點,我們可以知道其生成條件有三:

1. 低空存在明顯的垂直風切變。最理想是風向在低空由低向高作順時針改變,這是提供超級胞原始旋轉的來源。

2. 低空與中高空也有垂直風切變,令旋轉上升氣流與在其中形成的降雨及下沉氣流徹底分離,不影響濕暖空氣進行風暴環流為其提高能量。

3. 大氣必須足夠不穩定令上升氣流有一定強度,但要與垂直風切變的比例恰到好處,比例要為 10 至 30 比 1。任何一方太強或太弱,都不利雷暴雲演變為超級胞的獨有構造。

總結

雖然超級胞在廣東沿岸較為罕見,但當它們一出現並影響澳門,便有可能帶來非常嚴重的後果。2014 年 3 月 30 日香港的「又一城水舞間」暴雨及冰雹事件(註一)就是由超級胞造成。假若受龍捲風吹襲後果更是不堪設想。所以,我們還是對這種天氣現象有所認識,好讓我們在下次超級胞來時好好做好準備。

註一:參考 http://bbs.typhoon.org.cn/read.php?tid=74992&fid=103