为什么哈维飓风有这么多闪电?

Question

飓风哈维(2017年8月的4级飓风)在袭击德克萨斯州休斯顿/东南部时产生了惊人的闪电。但我认为飓风没有太多闪电(眼壁是唯一的例外)，因为热带气旋主要具有水平切变，这抑制了雷击所需的云内电荷分离。

Answer 1

风暴和基础:

这是我从NOAA的推特飓风“哈维”登陆前几小时的闪电

这链接，在那里我找到了图像，提供了一些基本的想法，包括关键的概念:

与大多数飓风一样，你会注意到闪电产生最活跃的区域远离风暴中心。

这可能很好地解释了为什么如果你在休斯顿附近，你会经历更多的闪电，因为它离飓风很远。登陆地点在休斯顿西南约180英里处，当风暴到达休斯顿地铁附近时，强度要弱得多;地铁周围的最大持续风速一般只有每小时25-40英里(参见第30页开始的表格）.

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深入探讨热带气旋中闪电的成因:

我不认为我遇到过用水平风切变来解释飓风中闪电减少的情况，尽管这并不意味着它不是。但经过进一步考虑，我真的不认为飓风中的水平风切变实际上特别极端。当然，总体风速比许多天气特征都要高，但水平梯度通常出现在10英里(10公里)的范围内，在大多数风暴中甚至更多。而在典型的夏季雷暴中，在一英里(甚至一公里)的范围内，通常会有50英里/小时(75公里/小时)的梯度。我猜水平剪切可以相当大的权利附近的外部，特别是内部的眼壁边缘…但这些都是如此小的地理区域，无法解释飓风的大部分地区缺乏闪电。(请看图3和图5这篇研究伊凡和丹尼斯飓风的论文在美国，看起来宽阔的水平切变在5公里的距离上只有10米/秒的峰值，在伊万岛大约是每英里7英里，在丹尼斯岛则更小。我不认为这是个大数目，真的吗?)你可能知道飓风往往会低垂直风切变．

那么是飓风中闪电减少的原因是什么?

这篇论文飓风眼壁和雨带的反射率、冰散射和闪电特征。第一部分:塞西尔等人的定量描述。从2002年开始总结为:

尽管水平风速极高，热带气旋遇到的垂直运动通常相当温和(Jorgensen et al. 1985;Black et al. 1996)，其量级与普通热带海洋对流相似。热带海洋上空的对流系统产生的垂直运动比大陆上的弱(LeMone和Zipser 1980;乔根森和柠檬1989;Lucas et al. 1994;Igau et al. 1999)。这些垂直运动通常太弱，无法悬浮在融化水平以上的大冰粒或过冷雨滴。

这是关于闪电形成的总结阿拉斯加大学大卫·纽曼博士的课程网站上这个NOAA页面帮助解释闪电形成的主要理论。和Black和Hallett对飓风中冰分布的观测1985年的研究有助于揭示飓风中缺失的东西。

基本上，它看起来像一个较弱的上升气流，当水分达到冻结的高度时，它“聚集”成较大的冰(霰和冰雹)，这些冰相对较短地下降，因为它上升得很慢。
所以你没有太多的过冷水(较小的冰雹/霰在碰撞时增长得更慢，因此下降得也更慢)而在一个更强的上升气流中，更快速的上升运动意味着水分在达到冰雹/霰之前会上升得更高……所以留下了一个更大的层，下面只有过冷水和冰晶。而过冷水是至关重要的，当冻结成冰时，会导致热量释放。所以不同的粒子带不同的电荷。

因此，只有较强的上升运动区域才能用过冷水形成“无冰川”区域的较好深度。你如何得到更多的上升运动?

• 更不稳定的空气袋(靠近地面的较热的潮湿空气或高空的较冷空气)。这些通常只会在远离风暴的地方发现，因为更接近中心的地方，你往往会使整个地区都湿润和混合得很好。有时，适当的干燥空气侵入风暴可能会提供一些帮助。
• 由于下方的空气汇合而被迫上升。这可以是大的特征，如眼壁更换周期，剪切倾斜，或风暴登陆时的摩擦辐合或更多的局部嵌入式超级细胞．

哈维的答案可能是以上所有。像休斯顿这样的地方在风暴早期最先到达更大的范围，因此能够看到更典型的强烈上升气流和更强的下沉气流的波动，更典型的正常雷暴对流和热带气旋的外部雨带。然后，当风暴靠近休斯顿时，它看到了重要的结构变化严重龙卷风爆发哈维中心附近的区域迅速增强(这表明风暴中心附近的不稳定性更大)，眼壁替代，加上登陆时通常的摩擦收敛，都有利于闪电的增加。哈维可能与大多数登陆飓风没有太大区别，但其快速增强的好处有助于产生一些闪电……而且天很黑，所以能看得更清楚!