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天气并不总是可预测的。如果可以预测,每日预报将是准确的,飓风可以预见,野餐也将免受夏季突如其来的暴雨侵袭。相反,气候系统是复杂的,龙卷风也不例外。因此,虽然可以猜测龙卷风的扭矩方向,但像任何天气预报一样,预测也只能在大多数情况下是正确的。
确实,龙卷风在北半球倾向于逆时针旋转,而在南半球倾向于顺时针旋转。然而,据科罗拉多州博尔德市美国国家大气研究中心的资深气象学家理查德·罗顿诺称,也发生过相反的情况。甚至在同一场雷暴下也偶尔出现过逆时针和顺时针旋转的龙卷风。这些偏差削弱了龙卷风的旋转方向是由科里奥利力造成的普遍误解。
为了澄清事实,罗顿诺解释说,科里奥利力仅对地球上最大的大气和海洋环流系统的旋转方向有显著影响,例如墨西哥湾暖流、急流、信风和飓风。地球绕其轴的旋转会导致这种效应,使北半球的风向右偏转,而南半球的风向左偏转。这也是为什么一架从安克雷奇飞往迈阿密的飞机必须考虑地球的逆时针旋转(从北极看)才能降落在目的地,而不是坠入墨西哥湾。
然而,科里奥利力并非无所不能,它并没有强迫所有大小水流在赤道以北逆时针旋转,而在赤道以南顺时针旋转。虽然许多人看过澳大利亚和美国马桶冲水的视频,这些视频显示冲水方向相反,但这些实验是基于运气,而且也许并不令人惊讶,是基于马桶的不同设计。恶作剧者甚至将头发向特定方向卷曲归咎于科里奥利效应。
尽管存在大量误传,但马桶甚至龙卷风都太小,无法受到科里奥利力的影响,只有当风暴的旋转质量大约是通常产生龙卷风的超级单体风暴系统的三倍大时,科里奥利力才会开始直接影响风暴的旋转。
“龙卷风只是间接受到科里奥利力的影响,”俄克拉荷马州诺曼市美国国家海洋和大气管理局国家强风暴实验室的气象学家哈罗德·布鲁克斯说。大多数龙卷风发生在美国大平原的“龙卷风走廊”,但它们也可能发生在世界上的任何地方,包括巴西南部、阿根廷东北部和孟加拉国。这些剧烈翻滚的空气柱源于称为超级单体的母雷暴。在美国,当来自加拿大的干燥极地空气遇到来自墨西哥湾的潮湿热带空气时,就会形成超级单体,导致暖空气迅速上升。
雷暴中上升的气流被称为上升气流。“如果存在足够的垂直风切变(风速随高度增加),这种上升气流将会旋转,”布鲁克斯说。“龙卷风的旋转方向通常与它们相关的雷暴方向相同。”因此,如果从赤道向北吹来的暖风遇到来自西方的上层冷风,龙卷风将逆时针旋转。如果温暖的赤道风向南吹,并与高空风相撞,龙卷风将顺时针旋转。
这是因为在两个半球,由于行星自转,上层风都从西方吹来。这些风是科里奥利力对龙卷风扭矩的微妙影响。
虽然理解科里奥利力对龙卷风旋转方向的微弱影响似乎是可行的,但要完全掌握龙卷风的运作方式可能并非易事。而准确预测龙卷风何时何地发生,以及它们将向哪个方向旋转,似乎就更难了。不确定性可能是天气唯一确定的事情。