探索与发现：龙卷风究竟是如何产生的?

龙卷风究竟是如何产生的?

不停旋转的龙卷风

从流体力学角度看，龙卷风就是一个空间集中涡的形成和发展过程。这是大家已经了解的，
但困扰的问题是如何形成的，为何产生如此巨大的危害力。

龙卷风的超强破坏力

对于产生问题，如果是飞机尾涡就好理解，因为产生的根源是飞机。可如果没有飞机呢，
在理想流体流动和均匀流场中是生不成的。但是对于粘性流体发生切变行为和对流作用时，
就无简单的结论了。事实上，如果发生风切变，肯定会产生涡量，问题是这些涡可否集中起来，
如果集中起来是否会发展很强。分布的涡量是否可以集中起来，就要看对流速度方向与涡量的夹角了，
如果对流速度方向与涡量的矢量方向几乎平行，通过卷绕合并起来是可能，如果轴心区速度很大，
涡量会越来越集中，最终导致涡管面积变小，涡量增大。旋风也是如此生成的。

飞机尾涡

涡集中的龙卷风

龙卷风一般都是顶天立地，为什么呢。水平对流风切变，将产生分布范围大的涡量区，
这时有涡量区面积大，涡量小，积分值的涡强大。如果遇到强上升气流(温差产生的)，
那将会快速卷绕起来，面积越来越小，涡量越来越大，形成强大的龙卷风是可能的。

龙卷风的形成

由此看来，大范围的水平风切变和垂直向上的强对流耦合作用将会形成强大的龙卷风。

龙卷风的切变和向上的垂直气流

特别感谢北京航空航天大学博士生导师刘沛清教授来稿对本平台的大力支持！