當閃電遇到暴風雪：雷打雪現象的成因

北京時間1月25日消息，據國外媒體報道，2018年1月早些時候，冬季風暴「格雷森」（Winter Storm Grayson）席捲了美國東海岸，帶來了一些不受歡迎的禮物，包括極度低溫、停電、沿海洪水，以及從弗吉尼亞州到緬因州的大規模降雪。

2011年10月19日，閃電擊中赫爾辛基機場附近的一架飛機。飛行員後來說：「就像一大桶火花倒在我的駕駛艙窗戶上。」

紐約附近發生的雷打雪事件。

2012年10月25日，在懷俄明州首府夏延附近發生一次雷打雪事件，這是雲層中冰晶顆粒產生的雷達信號。紅色箭頭指向的黑色區域中，冰晶已經傾斜，表明那裡正在積累強勁的電荷。粉紅色點跡指示的是閃電的能量情況。

不過，這場風暴也讓紐約州和新英格蘭州部分地區的人們有機會見識到一種罕見而激動人心的現象——雷打雪（thundersnow）。這種現象發生在暴風雪導致的打雷和閃電過程中，是令氣象學家欣喜若狂的絕佳研究機會。

在暴風雪期間看到閃電似乎有點奇怪，但事實上，雷打雪並沒有那麼神秘。「閃電和打雷，這兩種現象都不會選日期，可以在一月，也可以在其他任何月份出現，」芬蘭氣象研究所（總部位於赫爾辛基）的氣象學家Antti M?kel?說，「如果大氣條件合適，閃電就會發生，並且與夏天出現的閃電屬於同一類型。」

雷打雪也能帶來負面影響。冬天的雷暴可能會非常危險，因為它們的出現經常出人意料。幸運的是，我們對雷打雪現象的預報越來越準確，了解也越來越深入。不過，如果這就是普通的閃電，為什麼我們不會在冬天一直看到雷打雪？

產生雷打雪的風暴規模往往小於春、夏季雷電大作的風暴。不過，這兩種風暴都需要向上流動的濕氣和氣流，以形成閃電。美國賓夕法尼亞州立大學的大氣科學家Matthew Kumjian說：「這需要大氣層內部的不穩定；這有點像驅動雷暴的燃料，驅動大氣向上運動。」

在雲層內部，上升的顆粒與下降的顆粒互相碰撞，帶上電荷。帶負電的粒子會在雲層底部聚集，而體積較小、帶正電的粒子則向上移動到雲層頂部。最終，雲層積累了足夠的電能，其中一些便以閃電的形式釋放出來。

相對溫暖的春、夏季，以上這些因素在冬季期間遇到一起的概率要低得多。Kumjian表示，美國北部民眾平常遇見的雪帶往往不具有這類大氣不穩定的條件，因而很少出現雷打雪。不過，有時候大湖效應也可能導致雷打雪現象。當寒冷空氣移動到相對較暖的水面上，或者因強勁的東北風而被迫向上流動時，就會在向風的湖岸地區形成降雪。

雷打雪通常只會產生屈指可數的幾次閃電，而夏季的雷暴則可以產生數以千計的閃電。許多情況下，只有當飛機飛得太過靠近帶電豐富的雲層時，才會觸發雷打雪現象。

在暴風雪期間出現閃電的地區往往降雪量也最大。正如夏季的雷暴，大多數閃電也發生在降水量最多的區域。

雷打雪有多罕見？

簡要回答：不知道。

一些地區確實比其他地區更常見到雷打雪，包括靠近大型水體的區域，以及多山的美國西部部分地區。日本和芬蘭似乎特別經常發生雷打雪，原因是兩國都具有漫長的海岸線。另一個熱點地區是位於美國科羅拉多州中部的帕爾默山脊（Palmer Divide），山脊兩側分別坐落著丹佛和科羅拉多斯普林斯兩座大城市。當強風進入帕爾默山脊時會被迫抬升，最終觸發閃電的出現。

過去幾十年里，科學家一直希望弄清楚雷打雪現象發生的頻率。「這類事件……從結果看，似乎極其罕見，可能全美國一年只會發生幾次，」Kumjian說，「但近幾十年來，我們已經發展出了更好的探測閃電的工具。」

就在幾年前，Kumjian得到了來自美國國家科學基金會的資助，開始對科羅拉多州的雷打雪現象進行研究。那一年，他和同事僅在科羅拉多州北部就報告了17次雷打雪現象。「此前的氣候資料稱，這一地區每年發生的雷打雪不到一次，因此，我認為可以有把握地說，這種現象比以前認為的要常見得多，」Kumjian說，「但還是無法確切得知雷打雪有多頻繁。」

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的GOES-16氣象衛星一直在採集美國全境的閃電信息，或許能為我們提供雷打雪現象的更詳細信息。

雷打雪危險嗎？

雷打雪現象對飛行員來說是一個需要注意的問題。在芬蘭，飛機確實在冬季更容易被閃電擊中。M?kel?指出，這是因為天氣較暖的時候，飛行員知道如何避開雷雨雲，但在寒冷天氣時就不會採取同樣的預防措施。2011年10月的一天，多達十架準備在赫爾辛基機場起飛或降落的飛機遭到了閃電襲擊。在接受M?kel?的訪問時，一些飛行員報告稱自己出現了短暫失明或耳聾。當天的氣溫稍微高於冰點，因此飛機穿過的風暴並不是典型的雷打雪環境。然而，這也表明了寒冷天氣時發生雷暴的罕見程度，以至於很少有飛行員會料想到閃電的發生。

幸運的是，飛機在設計上完全能承受閃電的襲擊。不過，雷打雪和飛機的組合對地面上的人來說依然會造成危險。幾年前的一個冬天，一架準備降落在赫爾辛基機場的飛機出發了一次閃電，直接擊中地面上的一棟房屋並將其燒毀。

對於在戶外活動的人，對雷打雪的警惕要遠低於溫暖季節的雷暴。「在下雪天氣時，在戶外活動的人們通常不會想到會出現閃電，因此如果出現雷打雪，人們在毫無防備的情況下會顯得更脆弱一些，」Kumjian說道。

此外，由於雷打雪現象中不會產生太多閃光，因此你更可能被意外擊中。即使此前出現過閃電，你可能也沒有發覺。「大雪本身可能會包裹住雷聲，所以你不會像溫暖季節的雷暴那樣，看到閃電後又聽到從遠處傳來的雷聲，」Kumjian說道。

也就是說，在雷打雪發生時被閃電擊中的概率要比夏季雷暴時低得多，畢竟後者產生的閃電數量要大得多。

我們能預報雷打雪嗎？

Kumjian表示，現有的技術已經可以很好地識別哪些地區出現類似冬季風暴格雷森等災害天氣的風險較高，「而且事實上，這個大氣旋其實在電學特徵上非常活躍。」

而且，在大型冬季風暴進行過程中，我們甚至還可能預測即將出現的閃電。預報專家已經識別出與電荷加強有關的雷達特徵。當雲層中的冰晶被電場捕捉到時，晶體會傾斜，而不是長邊朝下地飄浮著。而當這些傾斜的冰晶在雲層里聚集時，就會產生非常清晰的特徵性雷達信號。在東北風吹襲期間，Kumjian發現，這一信號預示著一個強勁的電場正在形成，而閃電可能在5到20分鐘內發生。

這種雷達信號只能由冰晶引起；雨滴太重，而且落得太快，不會受到雲層電場的太多影響。因此，在普通的季節性雷暴發生時，這些信號只能出現在上層，而在雷打雪風暴中，風暴內部都會產生信號。

對於夏季風暴，這樣的信號特徵並不是特別有用；發展中的雷暴毫無疑問會產生大量的閃電。但對於雷打雪現象就完全不同了。「雷達信號可能是一個讓你提前知道短期內會發生什麼的有趣方式，」Kumjian說，「當你看到這一信號時，至少預報人員可以說，未來20分鐘內某一時刻會有相當高的閃電風險。」

接下來，Kumjian計劃對雷打雪現象的發生頻率做更深入的研究，並確定該現象在美國哪些地區最經常發生。研究這些風暴或許將揭示雲層產生閃電時需要積累多少電荷。Kumjian說：「我們絕對可以了解到一些與閃電基本過程有關的東西。」

Kumjian自己只經歷過一次雷打雪事件。當時他還在俄克拉荷馬州上大學，有次在暴風雪期間準備出門，「在剛踏出門外的幾秒鐘時間裡，我聽到一個非常響亮的隆隆聲，我馬上跳回屋裡，真是嚇了我一大跳。」

不過，即使沒有親眼見到這種罕見的現象，能聽到隆隆的雷聲也是令人興奮的。「基本上就像溫暖季節里發生的雷暴一樣，只是發生時外面還在下雪，」Kumjian說，「但這並不會使它的魔力減分。」

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