在嚴重的雷暴產生龍捲風、大風或冰雹之前，經常發生一些奇怪的事情。一股冰冷的羽流被稱為 "砧上卷羽"(AACP)，在風暴雲的頂部飄起，並向下風方向移動，它是極端天氣事件的一種早期徵兆。
科學家們剛剛弄清了砧上卷羽的機制。背後是水力躍升現象——如落下的瀑布衝擊靜止水面產生上浮的泡沫，彷彿達到了沸點——在大氣系統中的反映。空氣先上升然後落回雷雨雲中。
研究人員說，他們的發現可以用於關於龍捲風、大風和冰雹風險的預警，特別是在現有多普勒雷達系統失效或無法使用的地方。
"如果即將形成可怕的颶風，我們可以從太空中看到它。"主要作者、斯坦福大學的大氣科學家摩根·奧尼爾說，"但我們無法看到龍捲風，因為它們隱藏在雷暴頂層之下。我們需要更好地瞭解頂層。"
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奧尼爾和同事們對超級單體雷暴進行了詳細的模擬，超級單體雷暴是最有可能催生龍捲風的風暴型別。在這些兇猛的超級旋風中，超強的旋轉上升氣流將潮溼的空氣推到比它在地球大氣層中通常要高的地方，穿過對流層下部的頂部進入平流層。
上升的空氣壓--AACPs--很快就回落到對流層，但是模型顯示在對流層和平流層的交界處有一個下坡風暴，風速可能達到每小時386公里。
科學家們認為，這種狂熱的湍流產生水力躍升，而這些跳躍能夠將大量的水蒸氣迅速注入平流層。
我們以前從未在這麼高的層面看到水力躍升，因為風暴雲相當於物理屏障。
"從平流層下降的乾燥空氣和從對流層上升的潮溼空氣在這個非常狹窄的、瘋狂的快速噴流中匯合。"奧尼爾說。"噴流變得不穩定，整體在湍流中混合和爆炸。風暴頂部的高速運動以前從未被觀察到或假設過。"
隨著美國宇航局的研究飛機配備了最新的裝置，他們能夠以高解析度的三維方式繪製雷暴頂部的風，下一步將是收集真實世界的資料，以幫助證實這些模型所顯示的情況。
出現砧上捲雲的雷暴大約75%會產生大冰雹或龍捲風，因此這項研究很可能改進氣象模型。
這項研究在氣候變化的大背景下也很重要，因為這些水力跳躍將大量的水推入通常非常乾燥的平流層。隨著時間的推移，這將會產生長期的影響。
威斯康星大學麥迪遜分校的大氣科學家Leigh Orf說："在一個產生更強和更激烈對流的變暖氣候中，氣候科學家對有多少水被雷暴注入平流層感興趣，因為這對平流層的臭氧有綜合影響。在我們表現出羽流的模擬中，水到達平流層深處，在那裡它可能會產生更多的長期氣候影響"。
這項研究已經發表在《科學》上。
