隊名:sim

隊員:sim (吳欣珊)

專題題目:雷雨是如何發生的 !

迷思問題:午後雷陣雨是如何產生的

假設:下雷雨一定會有積雨雲的出現.

策略:了解雷雨的種類,發生的時機,成因雷雨的結構&發展史,再解析出雷雨和積雨雲的關係

契子:

雷雨就是雷暴的俗稱,意指有雷電的風暴。根據美國氣象學會所編的辭彙,雷暴是“由積雨雲產生的地方性風暴,經常伴有閃電及雷聲,並常有強烈陣風、大雨、或有雹。”又在氣象實務中規定,當測站聽到雷聲即必須報雷暴(雷雨),由此可知:氣象上所指的雷暴(雷雨),實際上未必有雨。雷雨和一般陣雨不同,無非是因為雷雨伴隨著有閃電、放電的現象。

  1. 雷雨的種類:

雷雨的種類很多。在日本是依上升氣流風產方式分類。這些雷都會同時下雨。

雷雨又可分三種!

  1. 熱雷雨
  2. 這是在夏天午後發生的普通雷雨,大多見於海洋性熱帶氣團或赤道氣團內。熱雷是伴隨於積雨雲的,它的範圍不大,直徑頂多是10㎞到20㎞左右。它在悶熱且風速不大時,因地面被曬熱,把挨近地面的空氣烘熱之後,發生強烈的上升運動而形成的。若地形複雜,則有一部分受熱時多,所以在山岳地帶比平原地帶容易發生。但風強的日子不大發生。理由是如果風強則地面附近的空氣容易混和,且空氣沒有固定於一個地方,而不會加熱的十分徹底;況且又在空氣乾燥時,也不易發生啊。因為所含水分不足夠,而無法成雲致雨。
  3. 地形雷雨

 這種雷雨是在暖濕空氣遇到高地或山坡,被地形所迫沿山坡上升因而形成的。台灣中南山區在夏季只要是吹西南季風,潮濕的西南氣流吹到山區被迫抬升,即會產生地形雷雨。且大多是在面向暖濕氣流的高地或山坡上發生的,到了背風處雲雨就消散了。它什麼時候都可形成,但必要條件它一定需要風大才會存在的喔。

3.鋒面雷雨

這種雷雨是北方的乾冷空氣跟南方的濕暖空氣交鋒才形成的。103在廣大範圍移動,有時隨著強烈的雨下雹。春雷即是在冷鋒上發生的。此外, 鋒面雷也有伴隨於暖鋒的,或伴隨於囚錮風的,但都不是很強烈的雷。在台灣地區每年春天(約二月份)多會響起春雨,這是伴隨鋒面通過台灣因而產生的,而五、六月間的梅雨季節也多是因為鋒面滯留台灣而造成雷雨,九、十月時序轉為秋天,鋒面可到達台灣而影響天氣,北部地區因而也會有雷雨發生。以上都是因鋒面過境而產生的。因此可知這種雷雨是與季節無關的,一年四季都有可能發生。而純粹的鋒面雷雨不是因日射的影響而發生的,而是因伴隨鋒面的猛烈上升氣流所引起的,幾乎都變成雷雨。Ps鋒面雷雨是雷雨中最激烈的,尤其是發生於冷鋒上的鋒面雷。

.台灣的雷雨

1.雷雨發生的時機

雷雨是發生在積雨雲中的放電、雷鳴現象,是一種強烈對流性天氣它出現時往往伴有狂風、暴雨,甚至冰雹、龍捲等災害性天氣。

在夏季的午後或是傍晚的陸地,時常都會下起伴有閃電,雷聲的雷陣雨,其產生的原因是因為夏季空氣中的水汽含量較多,而且因為地表受熱較多,因此空氣因受熱抬升,產生對流,而後造成積雨雲,會下起雷雨.而且因為積雨雲內的擾動較多,變動較大,因此降雨的狀況也就時大時小,呈陣性降水. 而在洋面上的情形, 則與陸地上略有不同,由於海水的比熱大,白天不易受熱而引發對流,故必須至夜晚,當上層的空氣逐漸冷卻,近海面的空氣,卻因為海水仍近似於原有溫度的影響,其溫度高於上層的空氣,因此也會發生熱力對流,形成雷雨.所以時間往往都已經是在夜間,或是天亮之前.

 

2.雷雨產生的成因

雷雨是積雨雲強烈發展的結果,因而積雨雲形成發展所必須的強烈對流條件也就成為雷雨形成的條件,但實際上不是任何積雨雲都能形成到雷雨的強度,一般把達到雷雨強度的積雨雲稱為雷雨雲,它可能是積雨雲單體或積雨雲集合體發展成的。據觀測和計算,一塊半徑為5㎞的雷暴雲,在下雷雨時,每分鐘降水量可達八萬噸之多(以每分鐘降水量為1毫米計)。如此巨量的水分能在空中飄移並形成降水,可以想像,空氣不僅要有充分得水汽,而且要有強烈上升氣流,而強烈上升氣流是不穩定大氣在外力觸發作用下形成的。

所以雷雨形成簡單的說必須同時具備三個條件:大氣層結處於不穩定狀態、有充沛的水汽和有足夠的衝擊力。

  1. 不穩定層結:對流運動的形成和發展,首要的條件是大氣層結不穩定,而且自由大氣層結γ值愈大,則大氣越處於不穩定狀態,對流發展就越強。同時,不穩定層結自低空向高空伸展的越厚,不穩定能量儲存愈多,對流運動發展的強度和擴展的高度就愈大,雷暴生成的可能性也愈大。觀測事實說明,強雷雨雲的厚度長達萬米左右,甚至有達到兩萬米;氣流上升速度要在10/秒以上,強者達幾十米/秒至100/秒。因而低層大氣層結為絕對不穩定是對流運動形成的內因,是雷雨天氣發展的重要前提。
  2. 充沛的水汽:雷雨雲由巨量的液態水和固態水混和組成,如果沒有充足的水汽,即使有對流發展,也不會產生強大的雷暴雲。統計說明,強烈的雷雨多出現在水汽充沛的暖溼地區和季節,而水分貧乏的沙漠地區,雖然有熱對流產生,但雷雨罕見。水汽條件還影響到大氣的穩定度和不穩定能的儲存,水汽豐富時,凝結高度低,含有不穩定能量多,層結不穩定程度大,因而對流發展增強,利於雷雨形成,所以充沛水汽,特別是大氣下層的豐富水汽,成為雷雨形成和發展的必須條件。
  3. 對流衝擊力:大氣處於不穩定狀態和含有充沛水汽,只是為對流運動發生發展提供了必要的物質基礎和可能性,而能否發展成雷雨,還要還是否具備觸發條件----衝擊力。當衝擊力足夠強時,迫使處於不穩定狀態的空氣抬升到由對流高度以上,使大氣中潛在不穩定能量釋放出來,轉化為空氣得動能,以供雷雨的形成和發展。

Ps 中國雷雨雲的分布

 我國全年雷雨日數的分布如9-10所示。途中可以看出:(1)南方多於北方;(2)山地多於平原;(3)內陸多於沿海。雷雨最多是在海南島的中部和東北部,全年平均有雷雨超過110天。雷州半島就以雷雨頻繁乃聞名於世界。沿海為一雷雨較少地區,南嶺山脈向風面因受地形抬高影響雷雨又增多。橫斷山區雷雨日數特別多。一般超過80天。台灣西南部及中央山區,平均每年50~60,其餘約20~30天。長江流域則是中游比上游及下游都要多,黃河以北又是一個雷雨較多地區。總之,雷雨的原因既然很複雜,所以全年平均有雷雨的天數分布相當的不規則。

  1. 災害的防患
  2. 1.雷雨災害

    新聞小剪

    1. 上午天氣放晴 午後雷陣雨 (2000/06/18) 中華電視公司 
    2. 雖然今天上午,全省的天氣,都算不錯,不過,要提醒您,到了下午,還是會有午後雷陣雨,氣象局並且發佈了大雨特報,出門的民眾,別忘了,要記得帶傘!

      連續下了好幾天的大雨之後,好不容易又看到太陽露臉了,一整個上午,陽光曬得地面溫度持續升高,似乎已經擺脫了鋒面所帶來的下雨天,事實上這只是一波雨停下來的空檔,從下午開始又要下雨了。雖然早上的天氣很好,不過還是不能夠掉以輕心,尤其是山區一帶,氣象局也發佈大雨特報,提醒民眾午後的雷陣雨,仍然有機會帶來比較大的雨勢,從明天開始,鋒面離開,西南氣流增強之後,天氣開始放晴,不過還是要留意午後雷陣雨的發生。部地區還是有機會出現比較大的雨勢。

    3. 繼續「泡湯」吧! 這兩天多是雷陣雨 奇摩新聞休閒
  •                 記者王薇、葉明松/台北報導
  •   這兩天的周末假期全台又得繼續「泡湯了!」連續下了一個星期的豪雨,6/1718日的天氣狀況還是不穩定,受到鋒面的影響,17日全台各地還是會下雷陣雨。

      一連下了幾天的大雨,連續幾天下來,中部山區的累計雨量已超過140公釐,氣象局今天持續發布大雨特報,尤其中南部山區的民眾,要嚴防落石坍坊。   至於過氣溫方面倒是比較涼爽,各地方的高溫都不到30度,預計這道鋒面星期天之後才會離開台灣,下個星期,各地方又將會恢復成午後雷陣雨的天氣型態。

    1. 後雷陣雨今天還會下 吳佩芬.臺北訊 中央日報

    昨日上午臺灣各地豔陽高照,熱得讓人嗅得出夏日氣息;但下午一場午後雷陣雨,讓北臺灣及中部山區累積相當可觀雨量,臺北松山機場也一度關場。中央氣象局表示,今日中部以北仍會是午後雷陣雨的天氣型態,民眾出門記得攜帶雨具

      中央氣象局表示,受偏南氣流影響,加上熱對流特別旺盛,昨日的午後雷陣雨不但雨勢滂沱,雷聲也很大,雨量主要集中在北臺灣及中部山區。根據氣象局統計,從中午過後到下午四時,臺北縣南勢角就降了一百一十五厘雨量,板橋有六十六公厘,臺北市六十一公厘,中部南投山區則超過一百公厘。臺北松山機場也因雷雨影響,於下午二時到三時十五分關場,部分班機受到延誤。臺北縣中和市興南路二段、板橋明德路、新店安坑均出現積水。

      中央氣象局表示,明天中部以北、東北部以及山區,仍將是上午晴朗,午後雷陣雨天氣型態,地勢低漥及排水不良地區要特別留意。另外,氣象局也提醒民眾應避開雷區,以免遭雷擊。

      (施永乾.中興新村訊)大雨一直下不停,對臺灣地區農牧業所造成的損失也逐漸擴大,除農牧業總損失已達到一億七千萬餘元外,農委會已專案公告桃園縣單項作物可辦理紓困貸款,而高雄縣的短期葉類辦理緊急復耕也可獲得每公頃補助生產資材費六千元

      根據農委會的統計,到昨日為止,全省農牧業因豪雨的損失已經達到一億七千七百四十六萬元,其中,農田損四千四百七十四萬元、農作物損失一億二千八百六十二萬元、畜產損失四百一十萬元。

    由以上三則新聞小段,可知雷雨帶給我們台灣的不只是豐沛的雨量另外還有想不到的災害。Ex:落石坍坊、機場一度關場、遭雷擊、出現積水、地勢低漥及排水不良地區。臺灣地區農牧業所造成的損失、農田損失、農作物損失、畜產損失…….。可見頻繁的雷雨,我們還是得多多的留意&防範。

    2.預測雷雨

    依據許多的書籍資料得知,會發生雷陣雨一定會有積雨雲出現,所以要預測雷陣雨首先就必須了解積雨雲和雷雨之間的關係.

    雷雨的生命史

    一個雷雨胞從誕生到死亡可以劃分三個階段,9-8所示.

    1. 積雲期:最初的積雲期,通常只能維持約15分鐘.在此時期內,胞體側面生長,從直徑1-2哩到5-6,垂直方向25000-30000.9-8a內可看出上升氣流(每時約20哩)在雲頂附近.所有高度,空氣都是從雲的四周圍進入雲.上升運動真正大於水平速率,和較大幅度的大氣環流正好相反.
    2. 成熟期:9-8b,始於於從雲底降落,通常維持約15-30分鐘.在此時期內,雲中冰晶和水滴成長很快,上升氣流不再能支持它們,因而開始以大雨點或冰雹降落.降水的摩擦拉力逐漸使上升氣流變緩;其中一部份由於降水的關係,產生強烈的下降運動,較冷空氣從雲外逸入,雲的中心和底部附近,上升運動仍然很強,曾測得速度高達每時70.雲底以下還有強烈的流出.當此下降氣流到達地面時,從雷暴中展開,所以在一雷雨真正到達前,常有陣性冷風為之前導.
  • 成熟期是雷雨最強時期.此其內閃電最頻繁,亂流最具強烈;如果有雹,也大多都在此期降落.此期中止時,雲的垂直發展最大,通常高出40000(13km),有時貫穿對流層頂,高度超過60000(20km).

    3.】消散期:此其系下降氣流在整個雷雨胞上空時展開.上升氣流被切斷,降水率減少,因而下降氣流也逐漸變弱.最後,閃電停止,雲也開始消散,也許層狀雲還能維持一段時期.

    雷雨是如何產生的

    我們已經知道,地面受強烈日射熱的影響,地面附近的空氣變暖而上升結

  • 果形成積雲.不過,形成積雲之後,未必會就此變成雷雲.事實上,在暖和的夏天,天空雖然浮著許多的積雲,卻不形成積雨雲的時候很多.如此,則必有發生為雷雨所需的必備條件.那麼,這些條件是什麼?

    當我們觀察盛夏季節,每天浮在天空的雲(主要是積雲)即會發覺積雲的雲底高度每天都不同.即開始形成雲高度每天不同.此點與地面附近的空氣中,其所含水蒸氣之量有關.當地面附近的空氣,其所含水蒸氣之量少的時候,亦即在下層的大氣比較乾燥時,若此空氣不升到高處,即不會形成雲,但在十分潮濕時,則不升到那麼高的地方,也能形成雲就是這個原故.

    另一方面,若在浮著許多積雲時,看它的雲頭,則雖然多少有高低之差,但大致上都是整齊的.其理由在於,在這些雲層上面,有比較高溫的氣層,故上升的下層空氣,被上方暖的空氣壓住而制止上升.因此,在上面的暖氣層厚時,即使日射強、上升氣流激烈,上升的空氣仍然無法突破暖氣層,故雖然積雲甚多,亦未必會有雷雨出現.

    如果上層的暖氣層較薄,則對於從下層上升的空氣會暫時抵抗,但不久之後被擠破,雷雨雲頂會有一部份穿過暖層不斷地發達.據觀測,從暖層被衝破至發達為巨大的積雨雲,大約雨需要20~25分鐘的時間,發達的速度很快.在山岳地帶等於被突破形成的雷雲所雷擊而發生事故,就是由於這個原因.因此,積雲容易發達成為雷雨雲的,是在下層空氣中水蒸氣的量比平時多(在下層空氣十分潮濕時,形成雲的高度低,因水蒸氣凝結而排出的熱,會把那裡的空氣加熱,故使上升氣流更加活絡),氣層薄的日子.即是,在許多冷氣進入上層,暖氣層變薄,大氣狀態變成不穩定的日子,積雲容易發達成為積雨雲.

    雷雨雲的結構

  • 巨大的積雨雲,含有10萬噸以上的水.含這麼多水的雷雨雲,它的結構到底如何呢? 102a)、(B)表示屬於雷雨雲初期的積雲、最盛期、末期的構造.

     積雨雲期,地面不下雨但在雲內有小的雨粒.又雲內的溫度比周圍高.在雲的下方,集合於雲中心的氣流弱,但在上方,則被吸入雲內的空氣之量較多,上升氣流的速度,每秒約2~3m左右.雲的直徑從1 km變成8km時約需要10~15分鐘,在此期間內,雲的高度會達到8~10km,從開始發達後20~25分鐘左右,即進入最盛期。

    在最盛期,雷雨雲的最上方只有冰晶,雲的高度也達到10~12公里或更大.到了這個時候,在地面開始下雨.在上升氣流強的地方, 變成每秒30m左右的也不稀罕,而在過去為上升氣流的地區,有一部分產生因下雨而引起冷的下降氣流,在地面開始吹雷雨風.當雷來時,則地面的氣溫下降而變冷,就是這個原因.

    雨會不停地下,直到此下降氣流的地區擴大至全部雲區為止.這個期間約需要15~30分鐘左右然後到了雷雨末期的狀態,約過20分鐘,雨就停止了.

  • 下降氣流的強度,在最盛期為每秒12~15m左右,到了末期變成每秒6m以下,到了最後就完全等於零.結果,雷雨雲逐漸從中消失,最後卷雲、卷層雲變成雷雲的遺骸飄在空中而已,在下層則浮著依橫向擴大的積雲,且這也逐漸縮小,而在不久之後終於消失.

    由以上積雨雲和雷雨之間的關係,就可預測雷雨,得知當出現以下三點雨即將到來了:

    1.地面的氣溫下降而變冷:當地面附近的空氣,其所含水蒸氣之量多的時候,亦即在下層的大氣比較潮濕時,若此空氣升到高處或不升到那麼高的地方,也能形成雲。

    2.雲的雲底高度低:在下層空氣十分潮濕時,形成雲的高度低,因水蒸氣凝結而排出的熱,會把那裡的空氣加熱,故使上升氣流更加活絡。

    3.氣層薄的日子:即是,在許多冷氣進入上層,暖氣層變薄,大氣狀態變成不穩定的日子,積雲容易發達成為積雨雲。

    以上三點出現時離下雷雨不遠了,且由以上三點基礎便可預測雷雨,並加以防範。

     

    1. 結論

    熱雷真的是伴隨於積雨雲而衍生出的,因為夏季空氣中的水汽含量較多,而且因為地表受熱較多,因此空氣因受熱抬升,產生對流,而後造成積雨雲,因而會下起雷雨. 但由於積雨雲內的擾動較多,變動較大,因此降雨的狀況也就時大時小,呈陣性降水.它的範圍也不大,直徑頂多是10㎞到20㎞左右。

    雷雨是發生在積雨雲中的放電、雷鳴現象,是一種強烈對流性天氣它出現時往往伴有狂風、暴雨,甚至冰雹、龍捲等災害性天氣。由此可見雷雨是積雨雲強烈發展的結果,因而積雨雲形成發展所必須的強烈對流條件也就成為雷雨形成的條件,所以雷雨形成簡單的說必須同時具備三個條件:大氣層結處於不穩定狀態、有充沛的水汽和有足夠的衝擊力,這些正好都是積雨雲所形成的條件。雷雨的形成必會有積雨雲,而一般把達到雷雨強度的積雨雲稱為雷雨雲,它可能是積雨雲單體或積雨雲集合體發展成的。形成積雲是因地面受強烈日射熱的影響,地面附近的空氣變暖而上升結果.不過, 在暖和的夏天,天空雖然浮著許多的積雲,但形成積雲之後,未必會就此變成雷雲ㄛ.

    自雷雨的生命史,從積雨雲期、成熟期到消散期這三個階段,可看出雷雨雨下的量是受到積雨雲層的影響。由種種因素、條件我證得下雷雨一定會有積雨雲的出現.

     

    .資料來源:

    1.科學教授-氣象 牛頓出版社

    2.氣象科學入門 銀禾文化

    3.大氣科學 戚啟勳

    4.台灣的天氣 呂銀山

    5.氣象學與氣候學 周淑貞等編

    6.http//lain.atm.ncu.edu.tw

    7.奇摩新聞

    8.中央日報