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        熱帶氣旋 熱帶氣旋(Tropical Cyclone)是發生在熱帶或副熱帶洋面上的低壓渦旋,是一種強大而深厚的熱帶天氣系統。

        一、定義

              熱帶氣旋(Tropical Cyclone)是發生在熱帶或副熱帶洋面上的低壓渦旋,是一種強大而深厚的熱帶天氣系統。

         

        二、形成原因

              熱帶氣旋通常在熱帶地區離赤道平均3-5個緯度外的海面(如西北太平洋,北大西洋,印度洋)上形成,其移動主要受到科氏力及其它大尺度天氣系統所影響,最終在海上消散、或者變性為溫帶氣旋,或在登陸陸地后消散。登陸陸地的熱帶氣旋會帶來嚴重的財產和人員傷亡,是自然災害的一種。不過熱帶氣旋亦是大氣循環其中一個組成部分,能夠將熱能及地球自轉的角動量由赤道地區帶往較高緯度;另外,也可為長時間干旱的沿海地區帶來豐沛的雨水。

         

        三、熱帶氣旋的結構

              一個成熟的熱帶氣旋有以下的部分:

              1、風眼

              強烈的熱帶氣旋的環流中心是下沉氣流,將形成一個風眼。眼內的天氣通常都是平靜無風,無云,甚至時有陽光(但海面仍可能波濤洶涌)。風眼通常都是呈圓形,直徑由2公里至370公里不等。較弱的熱帶氣旋的風眼可能被中心密集云層區遮蔽,甚至沒有風眼結構。

         

              2、眼墻(或稱眼壁)

              臺風中,包圍風眼的是圓桶狀的風眼墻,風眼墻內對流非常強烈,其云層的高度在熱帶氣旋內通常是最高的,降水的強度和風力的強度在熱帶氣旋內也是最大的。強烈的熱帶氣旋有眼壁置換周期,產生新的外眼壁替代內壁。其成因為熱帶氣旋眼壁外圍的螺旋雨帶重組,然后漸漸向內移動,竊取了眼壁的濕氣與能量。在這階段,熱帶氣旋進入了一個減弱的過程。在外圍新的眼壁完全取代舊眼壁,如果環境許可,熱帶氣旋會重新增強。透過多頻微波掃描和雷達可以清楚觀測到眼墻更新周期中的熱帶氣旋出現雙重眼壁;如果熱帶氣旋眼壁置換的過程較為明顯,更可從可見光和紅外線衛星云圖上觀測到。

         

              3、螺旋雨帶

              螺旋雨帶是繞著熱帶氣旋中心運動的強對流云和雷暴帶。在北半球,螺旋雨帶呈逆時針方向繞中心運動。螺旋雨帶,會帶來狂風暴雨,而在兩條雨帶之間則會較為平靜。在接近陸地的熱帶氣旋,螺旋雨帶中有時會形成龍卷風。擁有多條螺旋雨帶的熱帶氣旋一般較強及發展成熟;但也有一些“輪狀颶風”的主要特征是沒有螺旋雨帶。

         

              4、外圍大風區

              熱帶氣旋外部,包括外圍雨帶的所在區域可觀測到強風,其覆蓋范圍被通稱為“外圍大風區”,按診斷參量可由“強風半徑”。強風半徑是熱帶氣旋的直接天氣影響范圍,通常與熱帶氣旋本身一樣呈現對稱形態。在熱帶氣旋登陸時,由于下墊面的影響,強風半徑內的風速和其范圍會發生變化。

        四、熱帶氣旋產生的災害的特點

              1、熱帶氣旋災害的嚴重性

              我國遭受熱帶氣旋侵襲十分頻繁,災害相當嚴重。我國東部瀕臨太平洋西北部,而太平洋以其西北部熱帶氣旋災害多而馳名。據統計,全球熱帶海洋上熱帶氣旋四分之三發生在北半球的海洋上,而靠近我國的西北太平洋則占全球熱帶氣旋總數的38%,居全球6個熱帶氣旋發生區之首,對我國影響最為嚴重,受到影響的每年約有20個,登陸我國的平均每年約有9個,約為美國的4倍、日本的2倍。

         

              2、熱帶氣旋災害的季節性

              熱帶氣旋在海上的生成和活動具有明顯的季節性。熱帶氣旋的生成一般要滿足高海溫、低氣壓、較大的地轉偏向力和較小的風速垂直切變等條件。夏季,西北太平洋海溫比較高,會蒸發出大量水汽,使低層空氣變成高溫高濕,此時,如果其他三個條件同時出現,則就容易生成熱帶氣旋。所以,夏季是熱帶氣旋的多發季節由于西北太平洋生成的熱帶氣旋在夏季最多,因此,登陸我國的熱帶氣旋也在夏季最多,尤其是7~9月份,登陸數量占全年登陸總數的76%。所以人們把7~9月稱為“臺風季節”。

         

              3、熱帶氣旋災害的地域性

              熱帶氣旋侵襲我國具有明顯的地域性。我國東南部南北海岸線長達數千公里,每年都遭熱帶氣旋侵襲,但南北省份受熱帶氣旋影響的差異很大,盡管都是沿海地區,南部地區的熱帶氣旋災害要比北部地區嚴重得多,最嚴重的地區是廣東,其次是海南,第三是臺灣,第四是福建省,上述4省登陸的熱帶氣旋占全國11個省市登陸熱帶氣旋的84%。

         

              4、熱帶氣旋災害的年際變化

              熱帶氣旋災害有年際變化的特點,有的年份熱帶氣旋災害比較嚴重,有的年份災害程度要輕一些。據西北太平洋上的熱帶氣旋統計,年平均為35.2個,但年際變化較大,多的年份要超過50個,少的年份不足25個,一般來說,西北太平洋上的熱帶氣旋多,對我國的影響就會比較嚴重,西北太平洋上的熱帶氣旋少,對我國的影響也就輕一些,如1982年和1997年,西北太平洋上的熱帶氣旋均是29個,比年均數35.2個少,因而登陸我國的熱帶氣旋也少,兩年都只有5個熱帶氣旋登陸我國,比年均數9個要少。太平洋上熱帶氣旋的多少,其中一個重要原因是與太平洋上發生的厄爾尼諾(ElNino)和拉尼娜(LaNina)有很大關系。厄爾尼諾是西班牙語,原意為“圣嬰”,現指發生在太平洋東部、厄瓜多爾南部和秘魯北部沿岸海面溫度升高的現象,如果那兒的海水溫度偏低,則稱反厄爾尼諾,又稱為拉尼娜。厄爾尼諾發生時,由于東太平洋海溫高,西太平洋海溫低,不利于西太平洋熱帶氣旋生成,所以西北太平洋的熱帶氣旋也就少,如1982年、1997年都是發生厄爾尼諾的年份,因此西北太平洋上的熱帶氣旋比正常年份少;而發生拉尼娜時,由于東太平洋海溫低,西太平洋海溫高,有利于西太平洋熱帶氣旋生成、發展,因此,西北太平洋熱帶氣旋就多。如1967年、1970年是發生拉尼娜的年份,所以,西北太平洋上的熱帶氣旋分別多達53個和48個,遠遠超過35.2個的年平均數。

         

        五、生成情況

              在溫暖的海洋上,當水汽冷凝,能量的釋放啟動正反饋迥圈,熱帶氣旋得以形成。美國國家大氣研究中心的科學家估計一個熱帶氣旋每天釋放5×10^13至2×10^14焦耳的能量,比所有人類的發電機加起來高二百倍,或等于每20分鐘引爆一顆1000萬噸的核彈。

              結構上來說,熱帶氣旋是一個由云、風和雷暴組成的巨型的旋轉系統,它的基本能量來源是在高空水汽冷凝時汽化熱的釋放。所以,熱帶氣旋可以被視為由地球的自轉和引力支持的一個巨型的熱力發動機,另一方面,熱帶氣旋也可被看成一種特別的中尺度對流復合體,不斷在廣闊的暖濕氣流來源上發展。因為當水冷凝時有一小部分釋放出來的能量被轉化為動能,水的冷凝是熱帶氣旋附近高風速的原因。高風速和其導致的低氣壓令蒸發增加,繼而使更多的水汽冷凝。大部分釋放出的能量驅動上升氣流,使風暴云層的高度上升,進一步加快冷凝。

              颶風卡特里娜和颶風麗塔經過墨西哥灣,該區的水溫下降。熱帶氣旋因此能夠取得足夠的能量自給自足,這是一個正反饋的迥圈,使得只要暖濕氣流和較高的水溫可以維持,越來越多的能量便會被熱帶氣旋吸收。其他因素例如空氣持續地不均衡分布也會給予熱帶氣旋能量。地球的自轉使熱帶氣旋旋轉并影響其路徑,這就是科里奧利力的作用。綜合以上敘述,使熱帶氣旋形成的因素包括一個預先存在的天氣擾動、高水溫、濕潤的空氣和在高空中相對較低的風速。如果適合的環境持續,使熱帶氣旋正反饋的機制藉著大量的能量吸收被啟動,熱帶氣旋就可能形成。

              深層對流作為一種驅動力是熱帶氣旋與其他氣旋系統的主要分別,因為深層對流在熱帶氣候地區中最強,所以熱帶氣旋大多在熱帶地區生成。相對地,中緯度氣旋的主要能量來源是大氣中的已存在的水平溫度梯度。如果熱帶氣旋要維持強度,就必須留在溫暖的海面上,使正反饋機制得以持續。因此,當熱帶氣旋移入內陸,強度便會迅速減弱。

              當熱帶氣旋經過一片海洋,該處海域的表面溫度會下降,從而影響熱帶氣旋后來的發展。溫度的下降主要是因為熱帶氣旋帶來的大風使海水翻滾,海底較冷的海水涌上。較涼的雨水的下降、云層的遮蔽使海洋減少吸收太陽的輻射,也是表面海水溫度下降的原因。以上因素相輔相成,會使一大片海洋的表面溫度在幾天內戲劇性地下降。大西洋信風帶的波動——在盛行風路徑上移動的輻合氣流使大氣變得不穩定,熱帶氣旋因而有機會形成。

         

              生成的條件

              熱帶氣旋的能量來自水蒸氣凝固時放出的潛熱。對于熱帶氣旋的形成條件,至今尚在研究之中,未被完全了解。一般認為熱帶氣旋的生成須具備六個條件,但熱帶氣旋也可能在這六個條件不完全具備的情況下生成。

              海水表面溫度不低于26.5℃,且水深不少于五十米。這個溫度的海水造成上層大氣足夠的不穩定,因而能維持對流和雷暴。

              大氣溫度隨高度迅速降低。這容許潛熱被釋放,而這些潛熱是熱帶氣旋的能量來源。

              潮濕的空氣,尤其在對流層的中下層。大氣濕潤有利于天氣擾動的形成。

              需在離赤道超過五個緯度的地區生成,否則科里奧利力的強度不足以使吹向低壓中心的風偏轉并圍繞其轉動,環流中心便不能形成。

              不強的垂直風切變,如果垂直風切變過強,熱帶氣旋對流的發展會被阻礙,使其正反饋機制未能啟動。

              一個預先存在的且擁有環流及低壓中心的天氣擾動。

         

              生成的地點

              大多數熱帶氣旋在熱帶輻合帶形成,熱帶輻合帶是在全球熱帶地區出現的雷暴活動區。

              熱帶氣旋在海水溫度高的地區生成,通常在27℃以上。它們在海洋的東部產生,向西移動,并在移動的過程中增強。這些系統大部分在南北緯10至30度之間形成,而有87%在20度以內形成。因為科里奧利力給予并維持熱帶氣旋的旋轉,熱帶氣旋鮮有在科里奧利力最弱的南北緯五度之內生成。[20]但熱帶氣旋也有可能在這個地區形成,例如2001年的臺風畫眉和2004年的熱帶氣旋Agni。

         

              運動引導氣流

              熱帶氣旋的路徑主要受大尺度的引導氣流影響,熱帶氣旋的運動被前美國國家颶風中心主管尼爾·法蘭克博士(Dr. Neil Frank)形容為“葉子被水流帶動”。

              在南北緯大約20度左右的熱帶氣旋主要被副熱帶高壓(一個長年在海洋上維持的高壓區)的引導氣流引導而向西移,這樣由東向西的氣流稱為信風。在北大西洋和東北太平洋,熱帶波動會被信風從非洲西岸引導至加勒比海及北美洲,最終到達太平洋中部直至引導氣流減弱,這些波動(稱為東風波)是這區域很多熱帶氣旋的前身。而在印度洋和西太平洋,風暴的形成主要被熱帶輻合帶和季風槽的季度變化影響,相對于大西洋和東北太平洋,東風波形成熱帶氣旋的比例較小。

         

              科里奧利力(地轉偏向力)

              科里奧利力(簡稱科氏力),是慣性系統(空氣流動為直線運動)在非慣性系統(地球自轉為旋轉運動)上移動而產生的一種現象。科氏力并非真實存在,而是對于一個位在非慣性系統上觀察者而言,會認為慣性系統的行進路徑發生偏移,因而假想出一個加速度,此加速度乘上物體質量便成為一個假想力。雖然科氏力只需要地球自轉就可以產生,不過考慮地球的球體形狀,需要加入一個與緯度有關的系數。因此地球上的科里奧利加速度為:其中v為地球自轉速度的水平分量。由此公氏可知緯度愈高,科里奧利加速度愈大,在赤道則為零(因此赤道上通常不會生成熱帶氣旋)。科氏力在地球上的特例稱做地轉偏向力,對氣旋運動的影響主要有兩個,一方面決定了氣旋系統的旋轉方式;另一方面則是決定氣旋的前進方向。當空氣沿氣壓梯度進入低壓中心,由于大氣流動與地球自轉方式的差異,會使大氣流動發生一定程度的偏離。在北半球,當低壓中心以北的空氣南移,會向與地球自轉相反的方向(西方)偏離;其以南的空氣北移時則會向地球自轉的方向(東方)偏離,而南半球空氣偏離的方向相反。因為科氏力與空氣向低壓中心的速度相垂直,這便創造了氣旋系統旋轉的原動力:北半球的氣旋逆時針方向轉動,南半球的氣旋則順時針方向轉動。科氏力也使氣旋系統在沒有強引導氣流影響下移向兩極。熱帶氣旋向兩極旋轉的部分會受科氏力影響輕微增加向兩極的份量,而其向赤道旋轉的部分則會被輕微增加向赤道的份量。在地球上越接近赤道科氏力會越弱,所以科氏力影響熱帶氣旋向兩極的份量會較向赤道的份量為多。因此,在沒有其他引導氣流抵消科氏力的情況下,北半球的熱帶氣旋一般會向北移動,而南半球的熱帶氣旋則會向南移動。

         

              角動量守恒

              科氏力雖然決定了氣旋旋轉的方向,但其高速旋轉的主要動力卻非科氏力,而是角動量守恒的結果:空氣從遠大于氣旋范圍的區域抽入低氣壓中心,由于質量增加而角動量不變,因此導致氣旋旋轉時的角速度大大地增加。

              熱帶氣旋云系最明顯的運動是向著中心的,而角動量守恒原理也使外部流入的氣流,在接近低氣壓中心的時候會逐漸加速。當氣流到達中心之后會開始向上、向外流動,因此高層的云系也會向外流出(輻散)。這是源于已經釋放濕氣的空氣在高空從熱帶氣旋的“煙囪”被排出。輻散使薄的卷云在高空形成,并在熱帶氣旋外部旋轉,這些卷云可能就是熱帶氣旋來臨的第一個警號。

              除了熱帶氣旋本身的旋轉,角動量守恒也影響了氣旋的移動路徑。低緯度地區的地球自轉半徑較大,因此氣體流動的偏移較小;高緯度地區的地球自轉半徑較小,所以氣體流動的偏移較大。這樣的力量也是熱帶氣旋在北半球往北移動,南半球往南移動的原因之一。

         

              與中緯度西風帶的作用

              1973年時,颶風Ione(左)及颶風Kirsten(右)之間發生了藤原效應當熱帶氣旋移到較高緯度,其圍繞副高活動的路徑會被位于高緯度的低壓區所改變。當熱帶氣旋向兩極移近低壓區,會逐漸出現偏東向量,這是熱帶氣旋轉向的過程。例如一個正向西往亞洲大陸移動的臺風可能會因為中國或西伯利亞上空出現低壓區而逐漸轉向北方,繼而加速轉向東北,擦過日本的海岸。臺風轉向東北,是因為當其位于副高北緣,引導氣流是從西往東。

         

              藤原效應

              藤原效應或稱雙臺效應,是指兩個或多個距離不遠的氣旋互相影響的狀態,往往會造成熱帶氣旋移動方向或速度的改變。藤原效應常見的影響依照熱帶氣旋之間的強弱程度而不同而大致分為兩種:若兩個熱帶氣旋有強弱差距,則較弱者會繞著較強者的外圍環流作旋轉移動(在北半球為逆時針旋轉,南半球則是順時針旋轉),直到兩者距離大到藤原效應消失,或到兩者合并為止。如果兩個熱帶氣旋的強弱差不多,則會以兩者連線的中心為圓心,共同繞著這個圓心旋轉,直到有其他的天氣系統影響,或其中之一減弱為止。

         

              登陸

             “登陸”的官方定義是風暴的中心(環流的中心,而非邊緣)越過海岸線,但在熱帶氣登陸前數小時,沿岸和內陸地區已會有風暴的狀況。因為熱帶氣旋風力最強的位置不在中心,即使熱帶氣旋沒有登陸,陸地上也可能感受到其最強的風力。

         

        六、熱帶氣旋帶來的影響

              1、正面影響:

              雨水

              熱帶氣旋所造成的人命損失是無法估量的,但是熱帶氣旋亦為干旱地區帶來重要的雨水。不少地區的每年雨量中的重要部分都是來自熱帶氣旋。例如東北太平洋的熱帶氣旋為干旱的墨西哥和美國西南帶來雨水;日本甚至全年近半的雨量都是來自熱帶氣旋。

              熱量平衡

              熱帶氣旋亦是維持全球熱量和動量平衡分布的一個重要機制。熱帶氣旋把太陽投射到熱帶,轉化成海水熱量的能量,帶到中緯度及接近極地的地區。熱帶氣旋亦作為一強烈渦旋擾動,把赤道所積存的東風角動量輸送往中緯度地區的西風帶內。

              減低污染

              熱帶氣旋強勁的風力,可以吹散高污染地區的污染物,減輕高污染地區的污染程度。

         

              2、負面影響:

              成熟的熱帶氣旋釋放的功率可達6x10瓦,在海上的熱帶氣旋引起滔天巨浪,狂風暴雨。有時會令船只沉沒,國際航運受影響。但是熱帶氣旋以登陸陸地時所造成的破壞最大,主要的直接破壞包括以下三點:

              大風:颶風級的風力足以損壞以至摧毀陸地上的建筑、橋梁、車輛等。特別是在建筑物沒有被加固的地區,造成破壞更大。大風亦可以把雜物吹到半空,使戶外環境變成非常危險。

              風暴潮:因為熱帶氣旋的風及氣壓造成的水面上升,可以淹沒沿海地區,倘若適逄天文高潮,危害更大。風暴潮往往是熱帶氣旋各種破壞之中奪去生命最多的。(注意:風暴潮有別于海嘯,風暴潮(Storm surge)是風暴的低氣壓及狂風所引發的持續性巨浪,海嘯(Tsunami)是海底地震所產生的短暫漸進式巨浪,并向陸地沿岸沖過去。)

              大雨:熱帶氣旋可以引起持續的傾盆大雨。在山區的雨勢更大,并且可能引起河水泛濫,土石流及山泥傾瀉。

              熱帶氣旋也為登陸地造成若干間接破壞,包括:

              疾病:熱帶氣旋過后所帶來的積水,以及下水道所受到的破壞,可能會引起流行病。

              破壞基建系統:熱帶氣旋可能破壞道路,輸電設施等等,阻礙救援的工作。

              農業:風、雨可能破壞魚、農產物,導致糧食短缺。

              鹽風:海水的鹽分隨著熱帶氣旋引起的巨浪被帶到陸上,附在農作物的葉面可導致農作物枯萎,附在電纜上則可能引起漏電。

              加強季風寒流或大陸反氣旋強度:當熱帶氣旋遇上相當強烈的大陸寒流時,兩者之間的氣壓梯度增加,后者會吸收熱帶氣旋的能量,使寒流增強。

         

        七、如何觀測熱帶氣旋

              各海域及世界氣象組織監測機構

              海域區域專責氣象中心或熱帶氣旋警報中心

              北大西洋美國國家颶風中心

              東北太平洋美國國家颶風中心

              北太平洋中部中太平洋颶風中心

              西北太平洋 日本氣象廳

              北印度洋印度氣象部

              西南印度洋法國氣象局(留尼汪島)

              南及西南太平洋斐濟氣象部

              新西蘭氣象部

              巴布亞新幾內亞氣象部

              澳洲氣象局

              東南印度洋澳洲氣象局

              代表熱帶氣旋警報中心

              熱帶氣旋的移動受外力影響,所以要準確地預測其路徑,便要知道鄰近的高壓和低壓系統的位置和強度,以及它們將會如何改變并影響熱帶氣旋。由超級電腦和精密的情景模擬軟件組成的電腦數值模式,就能夠透過電腦模擬做到這一點,從而預測熱帶氣旋的路徑。結合這些數值模式與人類對影響熱帶氣旋外力的認識,以及氣象衛星和其他感應器,近數十年來科學家對熱帶氣旋路徑預測的準確率正逐漸提高;但科學家表示,因為氣象學界對影響熱帶氣旋發展的因素了解仍未全面,所以他們對于預測熱帶氣旋的強度較沒有把握。

         

              預報中心

            現時世界上共有六個區域專責氣象中心,這些組織負責追蹤所屬區域內的熱帶氣旋并發出熱帶氣旋公報和警告;另外還有五個熱帶氣旋警報中心為較小的地區提供資訊。但區域專責氣象中心和熱帶氣旋警報中心不是唯一向大眾發布熱帶氣旋消息的機構,例如美國的聯合臺風警報中心會為除北大西洋外全球的熱帶氣旋作出發布;中國氣象局也會為位于國際換日線以西的北太平洋的熱帶氣旋作出發布;加拿大颶風中心會為影響加拿大的熱帶氣旋或熱帶氣旋的殘余發出公報。

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