当条件完美结合时,灾难会席卷大平原:超级单体风暴,以其宽阔的砧状顶部结构为特色,可以释放冰雹、闪电和龙卷风。
虽然这些风暴相对罕见,但它们可以持续数小时;超级单体依靠向上移动的暖空气和向下移动的冷空气生存,并且当两股气流沿着各自的路径移动时,后者避免削弱前者。 尽管只有约 20% 的超级单体会产生龙卷风,但它们占每年袭击美国的大部分龙卷风。
简而言之,地平线上出现超级单体是一个不祥之兆。但气象学家不确定是什么让风暴变得致命,也不确定它们发生的频率。这就是为什么研究人员花费数十年时间飞入和驱车靠近极端风暴,评估超级单体产生危险条件,尤其是龙卷风的必要条件。
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希望通过更好地了解龙卷风何时着陆,官员可以更早地向公众发出警告,并提高当地人对即将到来的危险的严重程度的信任。

图片来源: 迈克·霍林斯黑德 Alamy Stock Photo
内布拉斯加州西点附近的超级单体。为了更好地了解风暴何时产生龙卷风,研究人员 驾驶无人机在内布拉斯加州、南达科他州、堪萨斯州和其他几个州上空 2,500 英尺处进入隆隆作响的超级单体。

图片来源: 乔·贝朗热 Alamy Stock Photo
龙卷风超级单体风暴在日落时分穿过大平原。历史上,龙卷风最常侵袭大平原,但有证据表明,极端天气事件在更东部地区变得更加频繁,例如在密西西比州、阿拉巴马州和田纳西州。

高降水超级单体穿过内布拉斯加州沙丘。超级单体通常会产生最大、下落速度最快的冰雹。最强风暴中的冰球可能直径为两到四英寸,以每小时 44 到 75 英里的速度坠落。

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内布拉斯加州麦库克超级单体下的龙卷风漏斗和碎片云。龙卷风底座周围的黑色圆柱体是碎片云,是由搅起的泥土和残骸组成的漩涡,可以膨胀到龙卷风本身宽度的两倍。

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超级单体移动到大平原上空。风暴内部正在酝酿一个气流,其旋转、大小、深度和持续时间适合多普勒雷达将其标记为中气旋:龙卷风的前兆。

缓慢移动的龙卷风超级单体在内布拉斯加州巴特利特附近加速。较慢的雷暴以每小时约 12 英里的速度穿过地表,而最快的超级单体可以达到每小时 40 到 50 英里。

德克萨斯州布莱索日落时分蘑菇状的超级单体。美国国家对雷暴的研究工作始于 1945 年的雷暴项目。天气事件被视为对飞行的威胁——因此,该项目自然而然地让飞机直接飞过暴风云。

超级单体和龙卷风横扫科罗拉多州拉马尔。美国国家气象局根据事后进行的破坏调查对龙卷风强度进行评级。新的研究表明,对于超级单体产生的龙卷风,传统的评估方法可能低估风速。

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龙卷风警报下的超级单体正朝向俄克拉荷马州伊尼德。必须有人亲眼目睹龙卷风才能将其记录下来。由于自 20 世纪初以来人口密度增加,尚不清楚天气是否更常见,或者是否只是有更多人在周围看到它。
本文的一个版本,标题为“图像中的科学”,经过改编后收录在 2021 年 11 月号的《大众科学》中。