關於龍捲風的問題~有4題喔~

Question

龍捲風
1.他是怎麼形成的阿?
2.為什麼他出現的時間都很短?
3.有沒有模擬龍捲風的方法阿?
4.龍捲風有分為哪幾及?

Answer 1

颱風是一種劇烈的熱帶氣旋，是在熱帶海洋上發生的低氣壓。在北半球的颱風，其近地面的風，是以颱風中心為中心作逆時針方向轉動 ，南半球則作順時針轉動。颱風眼為颱風中心氣壓最低的地方，其形狀大致成圓形，其平均直徑均為45公里左右。在此區域內既無狂風亦無暴雨，天上僅有薄雲。而在颱風眼周圍則是風雨最大之處，颱風的強度以近中心附近平均最大風速為準，畫分為三級：

颱風強度
近中心最大風速
每秒公尺 每時浬 相當風級
輕度颱風 17.2～32.6 34～63 8～11
中度颱風 32.7～50.9 64～99 12～15
強烈颱風 51.0 100以上 16以上
實驗動機：

上一個實驗的龍捲風是在保特瓶中作成的，但是這龍捲風實在是太小了，不僅觀察不易，而且要進行其他的改進也比較困難。後來看到書中作者(J. R. Eagleman, 1990, 292-312pp)用簡易的器材：風扇（直徑 50公分）、一大片乾冰，就可以作成一個達 1.5公尺的 powerful的渦旋，並且可以做上層crosswind的測試，使得我們躍躍欲試。



實驗器材與架設：

1. 乾冰數磅。

2. 照明燈一個。

3. 可調式變壓器（0 ~ 130V）。

4. 臉盆（約10吋）。

5. 大水盆（非必需）。

6. 連蓋冰淇淋盒連蓋（10吋）。

7. 熱水。

8. 鐵絲網（非必需）。

9. 玻璃紙（做玻璃紙罩用）。

10. 鐵絲（做玻璃紙罩用）。

11. 方形電風扇(直徑約40cm）。

12. 小型電風扇（兩個，直徑約12cm，115V，50/60Hz）。

13. 梯子一個。



實驗儀器設備之架設如同照片14.3所示，上面是一個活動式的圓形玻璃紙罩 (照片14.2 )，可以掛在電扇下也可以放在底部的圓形葉片盒上，大風扇是架在梯子上所以可以調整其高度。照片14.1是圓形葉片盒的近照，是用10吋的冰淇淋盒子作成的，共挖了16個長形洞，然後貼上厚紙板作成的葉片，這個葉片盒可以正反放，來改變葉片旋轉的方向（順/逆轉）。圓形葉片盒架在臉盆上。實驗中風扇與臉盆的距離約80公分(這次的實驗可以做出約80公分高的龍捲風)。電扇的吸風口之厚紙板中間挖了一個直徑約30公分的圓洞，然後將厚紙板與電扇密封，使得風扇的吸力較為集中。風扇直徑約 40公分，電源接上可調式變壓器（如同照片中左下角灰色圓桶）。臉盆下有一個更大的盆子，可裝熱水（非必需）。鐵網是架在臉盆上（非必需）。將冰淇淋盒設計成如照片，以厚紙板當作葉片，此設計可以讓進去的空氣產生順轉或逆轉。


實驗過程與結果：

一風扇與乾冰

本以為仿照書上的作法就可以做成功，於是我們架上風扇在梯子上，乾冰鋪好，此時風扇與乾冰的距離約80公分，結果乾冰上的水氣沒法被風扇吸上去，氣體量亦很稀少，直到將乾冰與風扇的距離縮至約20公分才有渦旋的產生，這結果讓我們非常的失望，我們亦曾將整個設備移至冷箱做，但並未改善。這樣的結果比用保特瓶的效果還差，於是我們將實驗設備改進。



二鐵網與熱水的加入

於是我們將臉盆加熱水，並架上鐵網，再將乾冰放在鐵網上，希望上升的熱空氣會將乾冰上的水氣向上帶增加其浮力。此時有微弱的渦旋產生，但很不穩定，一下出現一下消失，我們無法進行風切的實驗，於是須要再改進實驗設備。



三圓形玻璃紙罩與圓形葉片盒的加入

為了更進一步改善，我們設計了圓形葉片盒放在底部，其用意與上一個實驗一樣，是想使底部內流的空氣一開始就有一個初始渦度的存在。而我們的圓形扇片可以正反放來改變初始渦度的方向，並且我們設計了一個活動式的圓形玻璃紙罩，可以用來阻擋外界空氣。例如放在底部則使底部輻合的空氣都會通過葉片，放在上層則使上層風扇所吸收的空氣控制在紙罩的範圍內，會對下層空氣的吸引力較強。不僅如此，我們直接將乾冰投入熱水中，並將鐵絲網拿掉，使得水氣量大增，果然經由這樣的改進得到一個較穩定的渦旋 ( 照片14.4 )。



四風切的實驗

在此實驗中大風扇的強度的電壓都控制在100V下。

1. 一個小風扇

首先我們拿小風扇斜斜地對渦旋吹，如照片14.5，會發現渦旋在小風扇所在的高度會有偏離小風扇的現象，沒有被吹處則恢復筆直。換一個角度也會有同樣的現象。可見渦管的偏斜是受到風吹的影響。

接著將小風扇靠近渦旋吹，發現不僅渦旋上方偏離小風扇並被吹散了，如同照片14.6。小風扇的高度改變至較低層則渦旋會在小風扇所在的高度消失。



2. 平行對吸

小風扇平行對吸的結果，渦管會變細變弱。如照片14.7，只剩中間的渦管。這可能是因為外層的渦管被兩側的風給吸走，而破壞了外層渦旋的結構，只剩內層細細的一條渦管。



3. 垂直，一吸一吹

結果是有時渦管上層會偏向吸氣的小風扇，如照片14.8。有時整個渦管會變弱，如照片14.9。甚至有時上層的渦旋會被破壞，如照片14.10。理論上若風切恰與渦管旋轉方向穩合時，應會增強渦旋現象。但在此實驗中，可能是風切的尺度不夠大（相對於龍捲風的風速太強），因此加進風切效應後，容易造成破壞渦旋的現象發生，所以不甚成功。

　

Answer 2

To:婷婷
你是抄我的答案吧!
大家可以去看看!
http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1206102510105

Answer 3

　產生龍捲風的母體是巨型積雨雲，此種雲寬達數十公里，可上升到16公里高空。我們將鍋中的冷水加熱，即可以發現經過加熱的水會上 升，上層冷水會下降，而經陽光照射使地面溫度升高之後，也會產生同樣的對流現象。

　　空中因此出現棉花塊般的白雲，這就是積雲，積雲繼續發展則形成積雨雲。 此時「潛熱」就發生重要作用。

　　積雨雪內部因潛熱不斷加溫雲中空氣，因此產生強大的上升氣流。

在水面上形成的龍捲風→

　

　　所謂「潛熱」 (latent heat)是水蒸氣變為液態水時釋出的熱能，例如攝氏25度，1公克水蒸氣變成同溫度的 液態水時，會釋出583卡潛熱。將手掌伸到沸騰水上方而感覺到會燙的熱度，就是水蒸氣變為白色小水滴時的潛熱。
　　此積雨雲在與來自北方低溫乾燥的噴射氣流合流後更形壯大，於是形成更多的雲粒、雨滴和冰晶，又促使潛熱釋出造出更強大的上升氣流，其每秒速度有時還達數十公尺，因而在地面引起暴風、豪雨、下雹、雷電，帶來災害。如果積雨雲會旋轉則能延長壽命，可能成為巨型積雨雲。
　　溫熱多濕的東南風，與順沿洛磯山脈南下西北風 的界線就是乾燥線。乾燥線顯現出波浪狀形態並在即將形成旋渦時，牆雲就由巨型積雨雲中出現而發生龍捲風。
　　繼這項發現之後才產生我們在電影中看到的組織化「龍捲風搜尋者」，而他們也真的可說是龍捲風研究的先鋒。根據這些人的研究成果，我們將產生龍捲風 的巨型積雨雲稱為「超級氣囊」(super cell)以便劃分。



平原的威脅

　　威力最強的龍捲風發生在中國和美國的開闊平原上，龍捲風的核心附近， 環繞的風速可達每小時480公里。



破壞痕跡

　　龍捲風肆虐的地帶雖然狹窄，但是所經之處卻滿目瘡痍。

　　例如：右上圖美國肯塔基的一個小鎮。在龍捲風過境之後，有些屋子幾乎片瓦不存。




　

水柱

　　龍捲風不一定都發生 在陸地上，在水面形 成的龍捲風會造成水 柱。在穿過水面移往 陸地的時候，會損失 能量。龍捲風所形成 的水柱通常僅限於溫暖的季節，並發主於淺水區。


龍捲風紀實

**美國每年平均有 750 個龍捲風，最常發主在4到6月之間。

**旋轉極快的龍捲風通常會分成幾個較小的龍捲風。

**1981年11月，英國反常地爆發102個小龍捲風。


　　 我們一直無法明瞭龍捲風的結構，因為危險度極高而不易接近，又龍捲風是產生在巨型積雨雲下方，所以也無法由上空觀測。華曼等人利用都卜勒雷達取得的龍捲風反射強度水平分布圖十分類似颱風形態，不過颱風具有數百倍於龍捲風的規模，形態很像颱風。
　　龍捲風中心的反射強度較弱，很像平靜晴朗的颱風眼，周圍是具有強烈反射波的甜甜圈型環狀，這是被中心強風欥散的砂土和破片，相當於颱風眼四周的巨型積雨雲群。環外的旋臂是由被巨型積雨雲輻合的周圍氣流吹動的砂土和破片形成，等於颱風的暴雨帶。

下曳龍捲風



　　極盛期過後，上層積雨雲與中心之間的氣壓差加大，氣流便向下曳出，這是「下曳氣型(噴出型)」龍捲風。中心的下曳氣流碰撞地面後便向周圍擴散，並與被超級氣囊輻合的氣流相碰，為此在距離捲風中心數百公尺處形成甜甜圈型環狀上升氣流區。
　　由龍捲風欥出的強風吹動飛揚的砂土和破片，還會被輻合於甜甜圈型環內並一起上升，此狀況常會形成巨型龍捲風。 經雷達觀測到的甜甜圈型環的強烈反射波， 可知道此龍捲風是下曳氣流型，同時知道它以秒速70公尺以上速度向左旋轉。
　　龍捲風並非只發生在美國，中國大陸、東南 亞、印度、義大利等地均有龍捲風災害的報告。最近，鄰國日本也開始注意龍捲風和類似現象 的下曳猝爆(down bourst)，空中速度4公里以上， 4公里以下則稱微爆micro-bourst)及其帶來的 災害。
　　所謂「下曳猝爆」，是由已過極盛期之積雨雲產生的強烈下曳氣流撞碰地面後變成強風向四 周擴散的現象，很像龍捲風但旋轉範圍小於龍捲風，輻合和輻散則大於龍捲風。
　　 可能造成災害的局部性異常現象很多，例如威脅水上小艇的水龍捲(water-spout)，戈壁沙漠、撒哈拉沙漠、塔克拉瑪干沙漠等地的小塵暴(dust devil)、大西洋上的颶風(hurricane)以及侵襲太平洋西岸的颱風(tyPhoon)等。


上升龍捲風



　　超級氣囊成長到極盛期之前，龍捲風中的上升氣流就像吸塵器般吸進地面上的各種物質，這稱為「上升氣流型(吸進型)」。
　　此時砂土、破片等集中於龍捲風下端，環繞龍捲風中心的空氣受離心力影響，中心氣壓因此下降。