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熱帶氣旋(tropical cyclone)是發生在熱帶的氣旋性環流,是熱帶低壓、熱帶風暴、颱風(颶風)的統稱。於熱帶或亞熱帶地區海面上形成。熱帶氣旋是由水蒸氣冷卻凝固時放出潛熱發展而出的暖心結構。所以當熱帶氣旋登陸後,或者當熱帶氣旋移到溫度較低的洋面上,便會因為失去溫暖、潮濕的空氣供應能量,而減弱消散,或失去熱帶氣旋的特性,轉化為溫帶氣旋。
熱帶氣旋的移動主要受到大尺度氣候系統和科里奧利力所影響;此外,科里奧利力與角動量守恆原理也使熱帶氣旋的雲系圍繞著中心旋轉。在北半球,熱帶氣旋沿逆時針方向旋轉,在南半球則以順時針旋轉。
伴隨熱帶氣旋的大風、大雨、風暴潮等可以造成嚴重的財產損失或人命傷亡;不過熱帶氣旋亦是大氣循環其中一個組成部分,能夠將熱能由赤道地區帶往較高緯度。
慣用稱呼
不同的地區習慣上對熱帶氣旋有不同的稱呼。西北太平洋沿岸的中國、韓國、日本、越南與菲律賓等地,習慣上稱當地的熱帶氣旋為颱風(Typhoon)。而大西洋和東北太平洋沿岸地區則習慣按照強度稱當地的熱帶氣旋為熱帶低氣壓、熱帶風暴或颶風(Hurricane)。氣象學上,則只有風速達到某一程度的熱帶氣旋才會被冠以「颱風」或「颶風」等名字。
南半球在不引致誤會時間中會採用「氣旋」(英語:Cyclone)一詞作「熱帶氣旋」(Tropical Cyclone)的簡稱。北印度洋地區慣用「氣旋性風暴」(英語:Cyclonic Storm)及相關分級稱呼熱帶氣旋。澳洲曾稱當地的熱帶氣旋為「威利威利」(willy willy),但按現今澳洲氣象局的用詞規範,「willy willy」是指塵捲。
生成的動力
在溫暖的海洋上,當水氣冷凝,能量的釋放啟動正反饋迴圈,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]
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,這是一個正反饋的迴圈,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,[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。[
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。
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]
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。