何为雷打雪?当闪电打雷遇到暴风雪

文章作者:bianji3 | 2018-01-25
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    “雷打雪”指的是在降雪的同时伴有打雷现象,主要原因是之前暖湿空气势力较强,冷空气下来的时候,产生了较强的对流天气,从而引发了雷电活动。

    雷电是对流云中的放电现象。在冬季,有时高空暖湿空气势力较强,当北方有较强冷空气南下时,暖湿空气被迫抬升,对流加剧,就会形成“雷打雪”的现象。
但对雪天打雷并没有深入的研究,因为这在气象史上是概率极小的事情,没有足够的资料和数据对其进行分析,要想提前预报出来,真是难上加难。

     暴风雪是伴随强烈的降温和大风的降水天气过程而发生的。当降水以雪的形式出现时,叫做暴风雪。

暴风雪期间很少会出现闪电和打雷的现象,而这些雷电与夏季暴风雨中的雷电并没有什么两样暴风雪期间很少会出现闪电和打雷的现象,而这些雷电与夏季暴风雨中的雷电并没有什么两样

美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的GOES-16气象卫星一直在采集美国全境的闪电信息。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的GOES-16气象卫星一直在采集美国全境的闪电信息。

2011年10月19日,闪电击中赫尔辛基机场附近的一架飞机。飞行员后来说:“就像一大桶火花倒在我的驾驶舱窗户上。”  2011年10月19日,闪电击中赫尔辛基机场附近的一架飞机。飞行员后来说:“就像一大桶火花倒在我的驾驶舱窗户上。”

纽约附近发生的雷打雪事件。纽约附近发生的雷打雪事件。

2012年10月25日,在怀俄明州首府夏延附近发生一次雷打雪事件,这是云层中冰晶颗粒产生的雷达信号。红色箭头指向的黑色区域中,冰晶已经倾斜,表明那里正在积累强劲的电荷。粉红色点迹指示的是闪电的能量情况。  2012年10月25日,在怀俄明州首府夏延附近发生一次雷打雪事件,这是云层中冰晶颗粒产生的雷达信号。红色箭头指向的黑色区域中,冰晶已经倾斜,表明那里正在积累强劲的电荷。粉红色点迹指示的是闪电的能量情况。

  据报道,2018年1月早些时候,冬季风暴“格雷森”(Winter Storm Grayson)席卷了美国东海岸,带来了一些不受欢迎的礼物,包括极度低温、停电、沿海洪水,以及从弗吉尼亚州到缅因州的大规模降雪。不过,这场风暴也让纽约州和新英格兰州部分地区的人们有机会见识到一种罕见而激动人心的现象——雷打雪(thundersnow)。这种现象发生在暴风雪导致的打雷和闪电过程中,是令气象学家欣喜若狂的绝佳研究机会。

  在暴风雪期间看到闪电似乎有点奇怪,但事实上,雷打雪并没有那么神秘。“闪电和打雷,这两种现象都不会选日期,可以在一月,也可以在其他任何月份出现,”芬兰气象研究所(总部位于赫尔辛基)的气象学家Antti M?kel?说,“如果大气条件合适,闪电就会发生,并且与夏天出现的闪电属于同一类型。”

  雷打雪也能带来负面影响。冬天的雷暴可能会非常危险,因为它们的出现经常出人意料。幸运的是,我们对雷打雪现象的预报越来越准确,了解也越来越深入。不过,如果这就是普通的闪电,为什么我们不会在冬天一直看到雷打雪?

    打雷是云内、云和云之间或云与地面之间的放电现象。这种云叫做积雨云,也叫雷雨云。它是地面受热后,含水汽的热空气不停地上升凝结造成的。夏天,地面温度高,对流旺盛,空气中的水汽多,很容易形成雷雨云。但是冬天,特别是在下雪的时候,地面温度一般来说在2℃以下,几乎不可能形成雷雨云。

  产生雷打雪的风暴规模往往小于春、夏季雷电大作的风暴。不过,这两种风暴都需要向上流动的湿气和气流,以形成闪电。美国宾夕法尼亚州立大学的大气科学家Matthew Kumjian说:“这需要大气层内部的不稳定;这有点像驱动雷暴的燃料,驱动大气向上运动。”

  在云层内部,上升的颗粒与下降的颗粒互相碰撞,带上电荷。带负电的粒子会在云层底部聚集,而体积较小、带正电的粒子则向上移动到云层顶部。最终,云层积累了足够的电能,其中一些便以闪电的形式释放出来。

    相对温暖的春、夏季,以上这些因素在冬季期间遇到一起的概率要低得多。Kumjian表示,美国北部民众平常遇见的雪带往往不具有这类大气不稳定的条件,因而很少出现雷打雪。不过,有时候大湖效应也可能导致雷打雪现象。当寒冷空气移动到相对较暖的水面上,或者因强劲的东北风而被迫向上流动时,就会在向风的湖岸地区形成降雪。

  雷打雪通常只会产生屈指可数的几次闪电,而夏季的雷暴则可以产生数以千计的闪电。许多情况下,只有当飞机飞得太过靠近带电丰富的云层时,才会触发雷打雪现象。

  在暴风雪期间出现闪电的地区往往降雪量也最大。正如夏季的雷暴,大多数闪电也发生在降水量最多的区域。

  雷打雪有多罕见?

  简要回答:不知道。

  一些地区确实比其他地区更常见到雷打雪,包括靠近大型水体的区域,以及多山的美国西部部分地区。日本和芬兰似乎特别经常发生雷打雪,原因是两国都具有漫长的海岸线。另一个热点地区是位于美国科罗拉多州中部的帕尔默山脊(Palmer pide),山脊两侧分别坐落着丹佛和科罗拉多斯普林斯两座大城市。当强风进入帕尔默山脊时会被迫抬升,最终触发闪电的出现。

  过去几十年里,科学家一直希望弄清楚雷打雪现象发生的频率。“这类事件……从结果看,似乎极其罕见,可能全美国一年只会发生几次,”Kumjian说,“但近几十年来,我们已经发展出了更好的探测闪电的工具。”

  就在几年前,Kumjian得到了来自美国国家科学基金会的资助,开始对科罗拉多州的雷打雪现象进行研究。那一年,他和同事仅在科罗拉多州北部就报告了17次雷打雪现象。“此前的气候资料称,这一地区每年发生的雷打雪不到一次,因此,我认为可以有把握地说,这种现象比以前认为的要常见得多,”Kumjian说,“但还是无法确切得知雷打雪有多频繁。”

  美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的GOES-16气象卫星一直在采集美国全境的闪电信息,或许能为我们提供雷打雪现象的更详细信息。

  雷打雪危险吗?

  雷打雪现象对飞行员来说是一个需要注意的问题。在芬兰,飞机确实在冬季更容易被闪电击中。M?kel?指出,这是因为天气较暖的时候,飞行员知道如何避开雷雨云,但在寒冷天气时就不会采取同样的预防措施。2011年10月的一天,多达十架准备在赫尔辛基机场起飞或降落的飞机遭到了闪电袭击。在接受M?kel?的访问时,一些飞行员报告称自己出现了短暂失明或耳聋。当天的气温稍微高于冰点,因此飞机穿过的风暴并不是典型的雷打雪环境。然而,这也表明了寒冷天气时发生雷暴的罕见程度,以至于很少有飞行员会料想到闪电的发生。

  幸运的是,飞机在设计上完全能承受闪电的袭击。不过,雷打雪和飞机的组合对地面上的人来说依然会造成危险。几年前的一个冬天,一架准备降落在赫尔辛基机场的飞机出发了一次闪电,直接击中地面上的一栋房屋并将其烧毁。

  对于在户外活动的人,对雷打雪的警惕要远低于温暖季节的雷暴。“在下雪天气时,在户外活动的人们通常不会想到会出现闪电,因此如果出现雷打雪,人们在毫无防备的情况下会显得更脆弱一些,”Kumjian说道。

  此外,由于雷打雪现象中不会产生太多闪光,因此你更可能被意外击中。即使此前出现过闪电,你可能也没有发觉。“大雪本身可能会包裹住雷声,所以你不会像温暖季节的雷暴那样,看到闪电后又听到从远处传来的雷声,”Kumjian说道。

  也就是说,在雷打雪发生时被闪电击中的概率要比夏季雷暴时低得多,毕竟后者产生的闪电数量要大得多。

  我们能预报雷打雪吗?

  Kumjian表示,现有的技术已经可以很好地识别哪些地区出现类似冬季风暴格雷森等灾害天气的风险较高,“而且事实上,这个大气旋其实在电学特征上非常活跃。”

  而且,在大型冬季风暴进行过程中,我们甚至还可能预测即将出现的闪电。预报专家已经识别出与电荷加强有关的雷达特征。当云层中的冰晶被电场捕捉到时,晶体会倾斜,而不是长边朝下地飘浮着。而当这些倾斜的冰晶在云层里聚集时,就会产生非常清晰的特征性雷达信号。在东北风吹袭期间,Kumjian发现,这一信号预示着一个强劲的电场正在形成,而闪电可能在5到20分钟内发生。

  这种雷达信号只能由冰晶引起;雨滴太重,而且落得太快,不会受到云层电场的太多影响。因此,在普通的季节性雷暴发生时,这些信号只能出现在上层,而在雷打雪风暴中,风暴内部都会产生信号。

     对于夏季风暴,这样的信号特征并不是特别有用;发展中的雷暴毫无疑问会产生大量的闪电。但对于雷打雪现象就完全不同了。“雷达信号可能是一个让你提前知道短期内会发生什么的有趣方式,”Kumjian说,“当你看到这一信号时,至少预报人员可以说,未来20分钟内某一时刻会有相当高的闪电风险。”

  接下来,Kumjian计划对雷打雪现象的发生频率做更深入的研究,并确定该现象在美国哪些地区最经常发生。研究这些风暴或许将揭示云层产生闪电时需要积累多少电荷。Kumjian说:“我们绝对可以了解到一些与闪电基本过程有关的东西。”

  Kumjian自己只经历过一次雷打雪事件。当时他还在俄克拉荷马州上大学,有次在暴风雪期间准备出门,“在刚踏出门外的几秒钟时间里,我听到一个非常响亮的隆隆声,我马上跳回屋里,真是吓了我一大跳。”

  不过,即使没有亲眼见到这种罕见的现象,能听到隆隆的雷声也是令人兴奋的。“基本上就像温暖季节里发生的雷暴一样,只是发生时外面还在下雪,”Kumjian说,“但这并不会使它的魔力减分。”

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