颱風的形成

[編輯] 生成

[編輯] 生成的動力


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在溫暖的海洋上，當水氣冷凝，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（英語：National Center for Atmospheric Research）的科學家估計一個熱帶氣旋每天釋放5×1013至2×1014焦耳的能量，[11]比所有人類的發電機加起來高二百倍，[11]或等於每二十分鐘引爆一顆一千萬噸的核彈。[12]
結構上來說，熱帶氣旋是一個由雲、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氣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[13]，另一方面，熱帶氣旋也可被看成一種特別的中尺度對流複合體（英語：Mesoscale Convective Complex），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。[14]高風速和其導致的低氣壓令蒸發增加，繼而使更多的水氣冷凝。大部分釋放出的能量驅動上升氣流，使風暴雲層的高度上升，進一步加快冷凝。[11]


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圖表顯示當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佈也會給予熱帶氣旋能量。地球的自轉使熱帶氣旋旋轉並影響其路徑，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，[15]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準溫度梯度。[15]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。[16]
當熱帶氣旋經過一片海洋，該處海域的表面溫度會下降，從而影響熱帶氣旋後來的發展。溫度的下降主要是因為熱帶氣旋帶來的大風使海水翻滾，海底較冷的海水湧上。較涼的雨水的下降、雲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。[17]


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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。

[編輯] 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。對於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。

海水錶面溫度不低於26.5°攝氏，且水深不少於五十米。[18]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。[19]
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。[18]
潮濕的空氣，尤其在對流層的中下層。大氣濕潤有利於天氣擾動的形成。[18]
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並圍繞其轉動，環流中心便不能形成。[18]
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。[18]
一個預先存在的且擁有環流及低壓中心的天氣擾動。[18]

[編輯] 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攝氏度以上。它們在海洋的東部產生，向西移動，並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並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年的颱風畫眉和2004年的熱帶氣旋Agni。

[編輯] 運動

[編輯] 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」。[21]
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。[21]在北大西洋和東北大平洋，熱帶波動會被信風從非洲西岸引導至加勒比海及北美洲，最終到達大平洋中部直至引導氣流減弱，[22]這些波動（稱為東風波）是這區域很多熱帶氣旋的前身。[23]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，相對於大西洋和東北太平洋，東風波形成熱帶氣旋的比例較小。[18]

[編輯] 科里奧利力


參見：科里奧利力


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熱帶氣旋莫妮卡接近巔峰強度時的色調強化紅外線雲圖。由於科氏力影響，風暴順時針方向旋轉。
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。科氏力並非真實存在，而是對於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
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係數：


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其中
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為角速度。因此地球上的科里奧利加速度為：


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其中v為地球自轉速度的水準分量。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，由於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。[24][25]
科氏力也使氣旋系統在沒有強引導氣流影響下移向兩極。[26]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。

[編輯] 角動量守恆
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，而是角動量守恆的結果：空氣從遠大於氣旋範圍的區域抽入低氣壓中心，由於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。[27]
熱帶氣旋雲系最明顯的運動是向著中心的，而角動量守恆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。當氣流到達中心之後會開始向上、向外流動，因此高層的雲系也會向外流出（輻散）。這是源於已經釋放濕氣的空氣在高空從熱帶氣旋的「煙囪」被排出。[13]輻散使薄的卷雲在高空形成，並在熱帶氣旋外部旋轉，這些卷雲可能就是熱帶氣旋來臨的第一個警號。[28]
除了熱帶氣旋本身的旋轉，角動量守恆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。

[編輯] 與中緯度西風帶的作用


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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於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颱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。颱風轉向東北，是因為當其位於副高北緣，引導氣流是從西往東。

[編輯] 藤原效應


主條目：藤原效應
藤原效應或稱雙颱效應，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，或到兩者合併為止。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。[29]

[編輯] 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。[30

颱風(亦稱颶風或旋風)是熱帶氣旋的一種，但颱風一詞在不同語境中有兩個意義。

在氣象學上，按世界氣象組織定義：熱帶氣旋中心持續風速達到級12級及以上（即每秒32.7米）稱為颶風或本地近義字（local synonym），其中北太平洋西部（赤道以北，國際日期線以西，東經100度以東）使用的近義字是颱風。據美國軍方聯合颱風警報中心統計1959年至2004年間西太平洋及中國南海海域的颱風發生的個數與月份，平均每年有17.7個颱風生成，出現最多颱風的月分是八月，其次是九月和十月。

在非正式場合，泛指所有在北太平洋西部出現的熱帶氣旋，包括熱帶低氣壓、熱帶風暴、強烈熱帶風暴和颱風

負面影響
成熟的熱帶氣旋釋放的功率可達6x1014瓦，在海上的熱帶氣旋引起滔天巨浪，狂風暴雨。有時會令船隻沉沒，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築、橋樑、車輛等。特別是在建築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。

大雨：熱帶氣旋可以引起持續的傾盤大雨。在山區的雨勢更大，並且可能引起河水氾濫，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：熱帶氣旋過後所帶來的積水，以及下水道所受到的破壞，可能會引起流行病。[37]
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，引致糧食短缺。

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。

正面影響
熱帶氣旋所造成的人命損失是無法估量的，但是熱帶氣旋亦為乾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乾旱的墨西哥和美國西南帶來雨水；[39]日本甚至全年近半的雨量都是來自熱帶氣旋。

熱帶氣旋亦是維持全球熱量和動量平衡分佈的一個重要機制。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。

http://dns.hsps.tpc.edu.tw/~an115/join10~3.htm

熱帶性低氣壓是發展於熱帶海洋上的低壓系統，在地面天氣圖上是可繪出封閉等壓線的環流，至少有一圈。其英文名稱是Tropical Depression，取首位字母簡稱TD，在地面天氣圖上只要看到內寫TD的環流就是熱帶性低氣壓，經常有好幾個同時存在。
熱帶性低氣壓是由許多向上發展強盛的對流性積雨雲所組成，是由熱帶海洋上，空氣不穩定區內發展的雲雨，形成的所謂〝熱帶擾動〞開始。熱帶海洋上氣溫高、陽光強，陽光照射在海洋上，海水蒸發旺盛，大量蒸發的水汽進入空中，使熱帶海洋上空的空氣既熱又濕，常有白色朵朵如花椰菜般的對流雲形成，並能發展成非常巨大的積雨雲而有陣雨的降落，也就是在氣象衛星雲圖上經常在熱帶海洋上看到的許多白色雲團，稱為〝熱帶擾動〞。如熱帶擾動能繼續發展，雲雨範圍擴大，氣壓值降低，風力增強，並可畫出封閉等壓線時，就已增強為熱帶性低氣壓了。
熱帶性低氣壓如能繼續發展，衛星雲圖上可看到雲區擴大，同時氣壓降低風力增強，當風力增大到每秒18公尺時，就變成一個輕度颱風。如以風級表示，一定要達8級風或以上才能算是颱風，要達每秒15公尺或以上即7級風的範圍才是颱風的暴風範圍，所以颱風內一定有強勁風力，再加上由發展龐大可降豪雨的積雨雲組成，因此，颱風範圍內除強風外又有豪雨，都會造成災害。
熱帶性低氣壓是颱風形成過程中的一個階段，但有了熱帶性低氣壓，並不一定都會增強為颱風，就像不是所有的熱帶擾動都會形成熱帶性低氣壓一樣，只有約四分之一的機率可能成為熱帶性低氣壓，也只有約十分之一的機率可能變為輕度颱風。熱帶性低氣壓的風力通常在每秒15公尺左右，並不很強勁，但對流雲可發展到相當強大，而降下大量雨水，故災害以水災為主，並可造成極嚴重水災。此外，要使熱帶擾動能增強為颱風還要其他條件，首先是這片海域為弱的低壓區，周圍的氣流又有向內匯流的作用，才能使雲層容易發展及增強低壓漩渦。
另外，高空也要有適合空氣向外流的輻散區，使上升至高空的空氣順利向四周散開，並加強上升氣流的流動及強度，在垂直方面的風速，高低空間不能相差太大，尤其高空風速不可太強，否則增暖的空氣和伸展至高空的雲層會被強風吹走，不能形成溫暖的空氣層及大量的雲層，颱風亦難形成。還有，積雨雲所在的位置，不能太近赤道，一般要在南、北緯5度以上，才有夠大的科氏力〈科氏力大小隨緯度增高而增強〉使氣流形成低氣壓環流。所以颱風要誕生也不容易，必須許多條件配合。

颱風是一個氣壓很低的低氣壓，氣流以逆時鐘方向向中心旋入〈南半球為順時鐘方向〉，風力從外向內逐漸增強，到中心附近達最強，但中心卻是雲量稀少、風力微弱，就像浴盆放水一樣，水流以漩渦流向中心後從洞口流出，水流愈近中心流速愈快，在中心呈中空現象，颱風亦是如此，中心的中空地區稱為颱風眼。