闪电、暴风雪：雷雪的形成

本月初，冬季风暴格雷森席卷美国东海岸，带来了一些不受欢迎的礼物——从弗吉尼亚州到缅因州，严寒、停电、沿海洪水和白茫茫的天气。但这场暴风雪也让纽约和新英格兰的部分地区有机会体验一种罕见而惊险的天气现象，即雷暴雪。雷暴雪会在暴风雪中产生雷电，据悉，气象学家们会欣喜若狂。

在暴风雪中出现闪电似乎很奇怪。事实上，雷暴雪其实并没有那么神秘。“闪电和雷声不会在意日历，无论是一月还是其他月份，”赫尔辛基芬兰气象研究所的气候科学家安蒂·马凯拉 (Antti Mäkelä) 说。“如果大气条件有利，就会出现闪电，而且这种闪电和夏季出现的闪电是一样的。”

不过，雷暴雪也有其阴暗面。冬季雷暴尤其危险，正是因为它们太出乎意料了。幸运的是，我们在预测和理解雷暴雪方面做得越来越好。

等等。如果它和普通的闪电一样，那为什么冬天我们不会一直看到雷雪呢？

雷暴雪风暴往往比春季和夏季产生闪电的风暴规模更小、强度更小。然而，这两种风暴都需要水分和向上流动的气流才能产生闪电。“你需要大气不稳定；这是驱动雷暴和推动向上运动的燃料，”宾夕法尼亚州立大学帕克分校大气科学家马修·库姆吉安说。

在云层内部，上升的粒子与下落的粒子发生碰撞，带上电荷。带负电的粒子聚集在云层的底部，较小的带正电的粒子则向上移动。最终，云层会积聚足够的电量，其中一些会以闪电的形式释放出来。

库姆吉安说，冬季这些因素出现的频率比暖季要低。“人们在该国北部可能会遇到很多正常的日常降雪带，但这些降雪带往往不具备形成雷暴雪所需的那种不稳定性。”然而，当冷空气在相对较暖的水面上移动时，或者当空气在强烈的东北风中被迫上升时，湖泊效应降雪有时会形成雷暴雪。

梅凯拉说，雷暴雪风暴通常只能产生少量雷击，而夏季雷暴风暴每次可以产生数千次雷击。通常，雷暴雪风暴甚至无法形成闪电，除非飞机飞得太靠近带电云层而触发闪电。

暴风雪期间出现雷电的地区往往也是降雪量最大的地区。与夏季雷暴一样，“大部分带电现象都发生在强降水开始降下的同一地区，”Mäkelä 说道。

雷暴雪到底有多罕见？

简短的回答：我们不知道。

有些地区确实比其他地区更容易出现雷暴雪，包括靠近大片水域和美国西部山区的部分地区。Mäkelä 表示，日本和芬兰似乎特别容易出现雷暴雪，因为它们有很长的海岸线。另一个热点是帕尔默分水岭，这是科罗拉多州中部的一条大山脊，位于丹佛和科罗拉多斯普林斯之间。当风猛烈地吹向这个地层时，它们会被迫向上，产生启动最终导致闪电的过程所需的升力。

在过去的几十年里，科学家们一直在努力弄清楚雷暴雪发生的频率。“这类事件……最终看起来极其罕见，可能每年在整个美国只发生几次，”库姆吉安说。“但近几十年来，我们一直在开发更好的工具来探测闪电。”

几年前，他获得了美国国家科学基金会的资助，用于研究科罗拉多州的雷暴雪。那一年，库姆吉安和他的同事报告说，仅在该州北部就出现了 17 次不同的雷暴雪。“之前的气候学研究表明，这个国家的部分地区每年应该只有不到一次雷暴雪，所以我认为可以肯定地说，这种现象比我们想象的更常见，”库姆吉安说。然而，“对于这种情况发生的频率，目前尚无定论。”

他说，美国国家海洋和大气管理局的 GOES-16 卫星一直在收集美国各地的雷电信息，可能能够为我们提供更详细的雷暴雪图像。

危险吗？

雷暴雪对飞机来说是个问题。在芬兰，飞机在冬季更容易被雷击，因为飞行员知道在天气暖和时要避开雷雨云，但在寒冷的天气里可能不会采取同样的预防措施，Mäkelä 说。2011 年 10 月的一天，十架试图从赫尔辛基机场起飞或降落的飞机被雷击中。当 Mäkelä 采访飞行员时，一些飞行员报告说他们暂时失明或失聪。这天的气温略高于冰点，所以他们所经历的风暴并不完全是雷暴雪，但它确实表明寒冷天气下的雷暴有多么罕见——以及飞行员很少会想到它们会产生闪电。

幸运的是，飞机可以抵御雷击。但雷雪和飞机的结合对地面上的人们来说仍然很危险。几年前的冬天，一架试图降落在赫尔辛基机场的飞机引发了雷击，雷击传到地面并击中了一所房屋，随后房屋被烧毁，Mäkelä 说。

对于户外的人们来说，雷暴雪即将来临的警告可能比暖季风暴的警告还要少。“下雪时，人们通常不会想到会有闪电，所以总会有措手不及的情况，这让人们更容易受到伤害，”库姆吉安说。

此外，雷暴雪不会产生大量闪电，这意味着你更有可能措手不及。即使之前有过雷击，你也可能不知道。“雪本身可以掩盖雷声，所以你在距离闪电实际发生地点很远的地方听不到雷声，而温暖季节的雷雨中通常可以听到，”库姆吉安说。

尽管如此，雷雪天气中被雷击中的几率比夏季雷暴天气要低得多，因为夏季雷暴天气会产生更多的闪电。

那么我们能预测雷雪吗？

库姆吉安表示，预报员在识别哪些地区在像格雷森冬季风暴这样的事件中雷电风险较高方面已经相当熟练。“事实上，这场大型气旋的电活动相当活跃。”

一旦冬季暴风雪来袭，我们甚至可能预测即将发生的雷击。预报员已经确定了与电荷增强相关的独特雷达信号。当云中的冰晶被电场捕获时，就会发生这种情况。这会使晶体倾斜，而不是像你刚掉落的一张纸一样，最长的一边朝下飘浮。“当云中出现这种倾斜的冰晶时，雷达信号就会发生一些变化，这些变化会非常清晰地显示出来，”库姆吉安说。在东北风暴中，他看到这表明强电场正在形成，未来 5 到 20 分钟内可能会发生闪电。

这种雷达信号只能由冰引起；雨滴太重，下落太快，云的电场不会对其产生太大影响。“因此，它要么出现在正常季节雷暴的较高位置，要么出现在雷暴雪的任何地方，”库姆吉安说。

这种信号对夏季风暴来说其实没什么用；毫无疑问，正在形成的雷暴会产生大量闪电。但雷暴雪又是另外一回事。“雷达信号可能是一种有趣的方式，可以让你短期内知道有事情正在发生，”库姆吉安说。“当你看到它时，我认为预报员至少可以预测未来 20 分钟内发生闪电的风险要高得多。”

他计划继续调查雷暴雪究竟发生的频率以及全国雷暴雪最常发生的地方。研究这些风暴可以揭示云层需要积累多少电荷才能自行产生闪电。“我们肯定可以了解一些与闪电相关的基本过程，”库姆吉安说。

他自己只体验过一次雷暴雪带来的乐趣。那是在俄克拉荷马州读研究生的时候，当时他在一场暴风雪中走出家门。“我站在外面几秒钟后，就听到一声相当响的巨响，我赶紧跳回屋里，因为我当时非常惊讶，”他说。

不过，他说，听到（即使没有看到）这种罕见现象，也总是令人兴奋的。“这基本上就像温暖季节的一场雷雨，只是外面恰好下着雪，”库姆吉安说。“但这仍然不会减损它的神奇之处。”