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热带气旋简介热带气旋是一种气旋性天气系统,发生于热带、亚热带海面上,能量由海水供应的暖湿水汽带来,在大尺度天气系统和科氏力的作用下,渐渐向温带海面或大陆运动,渐渐失去暖和潮湿的空气^口水汽来源,最终消亡或转化为温带气旋热带气旋会同时带来大风、暴雨、雷电等天气,通常会对所到之处造成人员、财产损失一.热带气旋的分类依据热带气旋的产生地区和强度的不同,人们对热带气旋有不同的称呼在西北太平洋地区(中国东南沿海、台湾、日本、东南亚等地),热带气旋被称为台风;在大西洋和东北太平洋,则称热带气旋为飓风事实上,只有中心风力达到12级时,热带气旋才被称为台风或飓风,而强度较低的则被称为热带低气压、热带风暴依据热带气旋最大风速的不同,美国中太平洋飓风中心将东北太平洋及北大西洋的飓风分为风速小于54km/h称为热带低气压风速在56-102km/h的称为热带风暴,风速在104-113km/h的称为一级飓风,风速在135-157km/h的称为二级飓风风速159-184km/h的称为三级飓风风速185-220km/h的称为四级飓风风速大于220km/h的称为五级飓风,其中
三、
四、五级飓风称为剧烈飓风中国气象局依据最大风速对西北太平洋的台风的分级如下风速小于62km/h的称为热带低气压,风速在63-102km/h的称为热带风暴,风速在104-117km/h的称为热带强风暴,风速在118-149km/h的称为台风,风速在150-184km/h的称为强台风,风速在185km/h以上的称为超强台风
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[15]RogerA.PielkeJr.ArethereTrendsinHurricaneDestruction.Nature2005438E11二.热带气旋的构造热带气旋的顶部可延长到对流层顶,达十几公里,而水平方向上伸展出的高云则可消失在距离气旋中心300km~500km的地方下面以台风为例分析热带气旋的内部结构外围的降水系统由于从空中观看呈螺旋形云系,故称螺旋雨带,距中心300km以内的地区风速可到达15m/s并随着向中心靠近风速增加,同时气压降低;当观看者到达150km的位置时风速可超过20m/s同时气压快速下降;到达100km的位置时,观看者则可观看到较大的雨水降落,随着进一步深化至30km~50km的位置风速可增加至55m/s此处多伴随着暴雨,并且有厚度可到20km的云墙,称为台风眼墙,风速和降水强度在眼墙边缘可到达峰值,再向内部深化就是气旋的中心区域一台风眼,此处风平浪静,有时无云能见阳光,台风眼的半径一般在10~60km气压会在此处到达最低值,最低的纪录为1979的台风泰培的870百帕
[1]在垂直尺度上,可分为三层底层为气流流入层,约高3km在气压梯度力的作用下大量暖湿气流向气旋的低压中心,在科氏力的作用下,气流向中心辐合,同时气流向上抬升;随着高度进一步提升,气压梯度渐渐降低,风速渐渐减缓,此处为台风的中层,基本无气流流入和流出;提升至
7.5km时,气压梯度力小于科氏力和离心力的合力,气流向外辐散,而到达距中心125~160km的距离时则可能消失一个反气旋
[2]此外,台风的低压中心不肯定是台风的旋转中心
[3]=.热带气旋的形成条件依据热带气旋的动力学条件和能量及水汽条件,热带气旋的形成条件可分为以下几点.需要27度以上的海水供应暖湿气流,高温洋面一方面促进水蒸发,向热带气旋供应充分的水汽来源,另一方面热带气旋的能量来源就是通过表面海水产生的水蒸汽在高空凝聚放出的潜热,热带气旋得以维持暖心结构和持续的暴风雨及雷电,热带气旋将海水中的能量转移到强对流系统中但是,Chan等的讨论进一步表明TC增加的临界海表温度SST约为27,当SST在27和30℃之间时TC增加最快,当SST超过30℃增加率则减慢
[4].大气温度随高度提升快速降低,使水蒸气的潜热得以释放.一个初始的热带扰动要使处于不稳定中大气的不稳定能量得以释放并转变为台风的动能,必需有一个启动机制,即有适当的低层扰动来抬升暖湿空气扰动可以使低层辐合,使气块提升至自由对流高度以上,以释放不稳定能量
[5].发生地的纬度需在五度之外,在热带气旋的进展过程中,科氏力对气流的辐合、辐散有重要影响,对环流中心的形成有重要意义.风的垂直切变不能过强,否则不利于对流系统的形成当风的垂直切变过强时,积云对流所产生的凝聚潜热会快速地被带到四周而集中开,只能使大范围内略有增温和降压而不能只在几百公里的小范围内集中足够的能量并形成台风只有风的垂直切变较小,对流层上下空气相对运动小时,能使凝聚潜热主要集中于同一气柱内,以便很快形成暖的中心,使气压不断降低这时初始扰动中较为分散的积云、积雨云才会渐渐组织起来⑹Rieh和ShaferU为低层东风带和上层西风带间的强垂直切变将阻挡TC的进展加强环境风垂直切变与TC强度变化之间存在着肯定的负相关性Gray也认为垂直切变使上层释放潜热能量从TC中平流出去,因而导致TC强度减弱DeMariaE则认为环境风垂直切变与TC强度变化间的负相关,并不是由于TC核心部分的“通风作用”引起的,而是由于对流层中层加热的对流作用、阻碍作用及垂直切变引起的TC涡旋的斜压作用所造成的.但有讨论表明,低层适中的风切变比没有风切变的环境更利于TC的形砌口进展
[4].热带气旋的形成过程热带气旋的形成机理没有探明,有说法认为低纬信风中的环形气流运动与其有关,已形成的东风波可能进展成台风有观看表明在气旋进展初期气旋的主导风向仍以东风为主
[7]已有证据表明在热带气旋进展初期,具有一个明显的低压中心的气旋以后会进展较好•热带洋面上气流提升形成低压中心,四周水汽在气压梯度力和科氏力的作用下水平辐合,在接近低压中心的位置气流将抬升,带走水面的暖湿气流,会将海水的内能转化为气团中水蒸气的潜热,随着气团提升,热带气旋为暖低压浅薄系统,随高度提升,气压梯度渐渐减小,气流辐合减小,到海拔到达肯定高度时气压梯度力小于科氏力和离心力之和,气流在水平方向将向外辐散,在高空形成一个高压中心;同时气团在提升过程中会有水汽凝聚形成较密集的云层,放出潜热,形成雨带.热带气旋的物理学条件.科氏力的作用科氏力在台风的形成阶段起着重要作用由于科氏力的存在,本应垂直于等压线的的风向会发生偏转,气流以辐合的形式汇聚,使气旋系统具有了角动量,在高空气流为科氏力的作用将向外辐散.角动量守恒,假如将汇入气旋系统的气流连同气旋系统看成一个整体,那么依据角动量守恒,随着气流接近气旋中心,系统的转动惯量减小,则整体角速度将增大,促进了气旋的旋转
[1].热带气旋的热学原理从热带洋面来的暖湿空气在提升过程中水汽凝聚带来的热能会部分转化为气旋的动能,促使气旋向上抬升,增加了气块的势能和同时造出一个低压场,促使下方气块抬升,而抬升的气流连续重复上述过程,形成一个正反馈循环,从而使整个系统不断增长
[1]因此热带气旋想要维持强度就必需有足够的暖和的海水作为其能量和水汽来源.热带气旋的消亡热带气旋的消亡一般是指其暖心结构的消逝热带气旋登陆后,会受到地表的摩擦力其速度会大幅下降,动能损失较大,移动到山区的热带气旋会较快消亡,离开暖和的洋面,热带气旋失去能量和水汽来源,也会较快消亡;当热带气旋移动到温度较低的海疆时,会使强度降低,失去暖心结构,渐渐变为低压区假如气旋系统遇到较强的垂直切变,其进展较好的对流系统会遭到破坏当热带气旋移动到温带,会由于其形成环境,会退化为温带气旋还有一种状况当强冷空气入侵气旋中心时,会破坏其暖心结构
[8]但有解释称热带气旋登陆后,会有两种效应登陆后的粗糙地表会减弱台风的速度,另一方面,登陆后涡流的增多会导致风的强度增加但在台风登陆几小时后,由缺少湿热的水汽来源,台风的雷暴强度将明显下降,而不是由于地面的摩擦导致的而即使台风经过一个较湿的下垫面,如沼泽,仍会由于缺少热源而强度下降,如安德鲁飓风在经过佛罗里达西南的湿地时风速下降了33%台风眼的气压提升了
1.9千帕;1960年多娜飓风从佛罗里达西南登陆经西北运动到那不勒斯和梅尔兹堡时,则风速下降28%台风眼气压提升了
1.9千帕
[3].热带气旋的影响.热带气旋使经过的海水表面降温依据NASA供应的数据,2005年夏季,飓风Katrina和Rita分别使经过的墨西哥湾的海水降低了1度左右这也说明白热带气旋会将海水中的能量汲取作为自己的能量来源」由此推出热带气旋对热带地区的降温是有贡献的.给中高纬地区带来降水热带气旋富含水汽,一旦登陆,会给地面带来大量降水,如日本、台湾、美国西南等地区.作为热量和物质传输器热带气旋会将热带海水太阳辐射带来能量转移到大陆和中高纬地区加快了地球不同纬度之间的能量交换速率,同时也将热带的海水带到中高纬地区而且随着全球温度提升这种效应可能因随着台风强度的增加而变得更强.对所经过的地区进行破坏,热带气旋引起的大风可能会对大路、建筑物、桥梁、车辆等气表物体进行破坏;热带气旋带来的低气压可能会引起所经过水域的涨潮;热带气旋带来的暴雨可能会引起洪水、泥石流等灾难这些都会对人类活动有较大影响,同时也可能引起人员损失.当大陆寒潮与热带气旋相遇时,会使气压梯度增加,寒潮可能会汲取热带气旋的能量,会使寒潮增加
[1]八.影响中国的热带气旋我们我国是世界上受热带气旋影响最为严峻的我国之一,热带气旋登陆非常频繁,平均每年我们我国登陆台风7~8个,是世界上台风登陆最多、灾难最重的我国登陆台风除带来洪涝灾难外,还带来严峻的风灾和暴潮灾难20世纪90年月有四个闻名台风均对我们我国造成了重灾9417号强台风Fred引发了特大风暴潮,潮位打破历史最高纪录强台风Herb9608号台风在大陆上维持不消,竞攻击了福建、浙江、江西湖南、河南、河北、山西、北京、天津等很多地区9615号强台风Sally主要是风灾,它于1996年9月9日在广东吴州一湛江登陆时的极大风速竟超过60m/s327m/s为12级大风近10年内另一个对中国造成重灾的是9711号台风Winnie这个台风于1997年8月18日夜间在浙江温岭登陆,登陆时风力40m/狂风暴雨又与天文大潮重台,引发了特大海潮,其暴雨灾难也非常严峻该台风攻击了福建、浙江、上海、江苏、安徽、山东、河南、河北天津、辽宁、吉林等从南到北的宽阔地带
[10]近几年的台风讨论主要集中在演化规律、登陆、移动路径、强度变化经过数值统计,影响我们我国的台风1956-2004有以下规律1影响西太平洋热带气旋数目较高时,影响我们我国的热带气旋数较小2时间分布上以夏秋为主,占到90%以上3登陆地区以东南沿海为主4台风移动路径以西行、西北行和登陆转向为主,分别占总数的
29.0%、217%、
31.9%5在厄尔尼诺年,影响我们我国的台风数目削减,但强度增加,这可能是由于西太平洋地区海温与赤道东太平洋变化相反,也与西太平洋副热带高压的变化有关
[11]上图为中国热带气旋警报区域
[12]九.全球变暖与热带气旋气象学家Emanuel于2005年的论文Increasingdestructivenessoftropicalcyclonesoverthepast30years[13]中通过对飓风潜在破坏力PDI的计算说明近年来飓风的强度在增加,他认为主要是由于全球变暖使得海表温度提升,增加了飓风的强度和数目的增多,同时海面下的温度的提升,他还认为热带气旋强度的增大会促进上层海水的混合间接促进了海盐循环而全球变暖也会导致海盐循环的加剧,最终增加了热带通过海洋热传输到达高纬的热而之后LANDSEA发表文章持反对意见,认为Emanuel选取的1960年前的数据与之后的数据相比由于缺少通过静止卫星得来的数据,其年平均强度可能被低估了,此夕M也们认为Emanuel所选取的数据只是北大西洋和西北太平洋的,缺少均一性,而他们把全球的数据全都考虑在内之后,发觉全球的台风强的和数量变化仍处于周期性震荡中口4]科学家们认为将全球变温和热带气旋的影响联系在一起还是不成熟的[15]海表温度提升与热带气旋强度频相关性很大是为科学家们所认同的,但是海表温度提升是由于全球变暖还是由于海温的周期性波动导致的却是大家在争议的除此之外Emanuel认为飓风强度的增加和沿海人口的增加,飓风在21世纪带来的损失将变大[13]参考文献
[1]。