結構
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熱帶氣旋的結構
一個成熟的熱帶氣旋有以下的部分:
地面低壓
熱帶氣旋的中心接近地面或海面部分是一個低壓區。地球海平面上所錄得最低的氣壓(870hPa)是在有紀錄以來最強的熱帶氣旋颱風泰培中心所錄得的[1]。
暖心
熱帶氣旋的暖濕空氣環繞著中心旋轉上升,過程中水氣凝結釋放大量潛熱,熱能在中心附近垂直分佈。熱帶氣旋內各高度(接近海面例外)的氣溫都比氣旋外為高。[2]。
中心密集雲層區
圍繞熱帶氣旋中心旋轉的密集雲層區,通常是由雷暴產生的卷雲。[3]
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,無雲,甚至時有陽光(但海面仍可能波濤洶湧)。[4]。風眼通常都是呈圓形,直徑由2公里至370公里不等。[5][6]較弱的熱帶氣旋的風眼可能被中心密集雲層區遮蔽,甚至沒有風眼結構。
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1997年的颱風安珀正在進行眼壁置換
風眼牆(或稱眼壁)
包圍風眼的是圓桶狀的風眼牆,風眼牆內對流非常強烈,其雲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週期,產生新的外眼壁替代內壁。[7]其成因為熱帶氣旋眼壁外圍的螺旋雨帶重組,然後漸漸向內移動,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。[8]透過多頻微波掃描和雷達可以清楚觀測到眼牆更新週期中的熱帶氣旋出現雙重眼壁;[7]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雲圖上觀測到。
螺旋雨帶
螺旋雨帶是繞著熱帶氣旋中心運動的雨雲和雷暴。在北半球,螺旋雨帶向逆時針方向繞中心運動。螺旋雨帶會為地面帶來大風雨,而在每條雨帶之間則會較為平靜。在接近陸地的熱帶氣旋,螺旋雨帶中會形成龍捲風。[4]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」的主要特徵是沒有螺旋雨帶。[9]
外散環流
所有低壓系統均需要高空輻散以持續增強,熱帶氣旋的輻散從所有方向流出。因為科里奧利力的作用,熱帶氣旋的高空呈反氣旋式外散環流。地面或海面的風強力向內旋轉,隨著高度上昇減弱,最終改變方向。這個特點和熱帶氣旋中心的暖心結構有關,所以熱帶氣旋需要垂直風切變微弱的環境維持暖心結構,才能延續輻散。[10]
[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]
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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,[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]