迷你世界Laplace 图版 04 — 天气

图版 04 · 天空

飓风的引擎

它靠暖海运转,地球的自转让它旋转起来。下面这片海洋的上空,一场风暴正在成形。

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01

暖海的热量是燃料

飓风只在温暖的海面上形成:海水至少要有 26.5°C,而且要暖到相当的深度。

暖海蒸发出大量水汽。潮湿的空气上升、冷却,水汽凝结成云和雨,同时放出热量;这些热量让空气更轻、升得更快,又从海面吸进更多潮湿的空气。这是一台热机,燃料是暖海的热量。

模型风暴 · 海面颜色表示水温 · 高度经过放大

02

地球的自转让它转起来

空气从四面八方涌向中心的低压。地球在自转,这些气流在北半球会被偏向右侧(南半球偏向左侧),于是不是直直地流进去,而是绕着中心打转:北半球逆时针,南半球顺时针。

靠近海面,空气旋转着流入;到了高空,又旋转着流出。

03

风眼

风暴越转越紧,中心反而空了出来。风眼里风力微弱,空气缓缓下沉,云也稀薄得多;风眼的直径大多在 30 到 60 公里。

紧挨着风眼的一圈是眼墙,那里有整个风暴最强的风,云墙高高耸起。

剖开的风暴 · 高度经过放大

04

赤道上没有飓风

在赤道附近,地球自转带来的偏转几乎为零。空气只会直直地流向低压,把它填平,风暴转不起来。所以飓风几乎从不在离赤道约 500 公里以内形成。

把风暴挪到南半球,它会反过来,顺时针旋转。

05

上岸以后

一旦登上陆地,或者驶进冰冷的海域,飓风就断了燃料,风速在一天之内迅速减弱。

但它带来的暴雨和洪水,仍可能在内陆造成严重的灾害。

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2003 年:伊莎贝尔

2003 年 9 月初,伊莎贝尔在佛得角群岛以西的大西洋上生成,一路向西,越过温暖的海面不断增强。9 月 11 日,它的最大持续风速达到每小时约 270 公里,是最高的 5 级。

此后它逐渐减弱,9 月 18 日以 2 级飓风的强度在美国北卡罗来纳州登陆。上岸后不到一天,它就降为热带风暴。

路径与风速:美国国家飓风中心 HURDAT2 最佳路径数据

07

你来试试

调高或调低海水的温度,把风暴推向赤道或另一个半球,再让它登上陆地,看它怎样变化。

试一试把纬度拖到赤道附近,风暴会怎样?

模型省略了什么

这是一个教学模型,不是天气预报。风暴的强弱只由海水温度、纬度和是否在陆地上决定;风场是一个理想化的旋涡,云的形状是示意。真实的飓风还受高空风切变、空气湿度、海洋上层的热量等许多因素影响。陆地上的衰减速度按伊莎贝尔登陆后的实测风速调整过。高度经过大幅放大。

一个常见的误解

风眼不是风暴最危险的地方,而是最平静的地方;最强的风在紧贴风眼的眼墙里。也正因为如此,风眼经过时风会突然停下,但风暴并没有过去:几分钟到一两个小时后,另一侧的眼墙就会到来,风从相反的方向重新刮起。

资料来源

  1. NOAA 大西洋海洋与气象实验室:热带气旋形成的条件
  2. NOAA 大西洋海洋与气象实验室:什么是风眼和眼墙
  3. NOAA 国家海洋局:飓风、台风和气旋的区别
  4. 美国国家飓风中心:萨菲尔-辛普森飓风风力等级
  5. 美国国家气象局:飓风安全
  6. NOAA:登陆后风速衰减的经验模型
  7. 美国国家飓风中心:HURDAT2 最佳路径数据

数据

Storm track: National Hurricane Center, HURDAT2 Atlantic best-track data. Elevation and seafloor: Terrain Tiles on AWS Open Data (Mapzen / Tilezen); global ETOPO1 terrain data U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration; GMTED2010 and SRTM courtesy of the U.S. Geological Survey.

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