龍捲風和颱風之謎
颱風是發生在西北太平洋和南海海域的強熱帶氣旋(風速超過32.6米/秒)。颱風是一種破壞力很強的災害性天氣系統。大多數會發生在夏秋季節,絕大多數影響我國的颱風也出現在這兩個季節。
龍捲風是一種伴隨著高速旋轉的漏鬥狀雲柱的強風渦旋。龍捲風中心附近風速最大可達300米/秒,比颱風近中心最大風速大好幾倍。龍捲風範圍小,但很集中,破壞力特別強,幾乎很難提前監測到。
龍捲風的旋轉是逆時針還是順時針?
當你把一大桶水一下子倒入洗手池的時候,你注意過水是怎樣從排水孔流入下水道的嗎?絕大部分情況下,它們會旋轉著流入下水道。那麼,你注意到它是順時針還是逆時針旋轉著流下去的呢?
龍捲風是一個像陀螺一樣髙速旋轉、頭大腳小的怪物,它的速度非常快,中心附近的最大風速可以達到每秒二三百米。龍捲風出現時往往伴隨著雷雨閃電以及雞蛋般大小的冰雹,再加上巨大的風力,危險且驚人。
那麼,龍捲風是順時針旋轉還是逆時針旋轉的呢?在北半球,人們記錄到的大部分龍捲風是逆時針旋轉的,但也有順時針旋轉的。地球自轉產生的偏向力在南北半球的方向不一樣:如果運動的物體處在北半球,地轉偏向力的作用會讓它右偏,而在南半球則左偏。可是,這個地轉偏向力有一個「毛病」,對小範圍的物體運動起到的作用不大,而對大範圍的物體運動作用非常明顯。所以,對於像流入下水道的水這種非常小範圍的運動,由於最初給它的微小擾動不同,旋轉方向是不一定的,順時針和逆時針旋轉次數都差不多;而每年都影響東亞、東南亞沿岸的颱風,因為體量巨大,受地轉偏向力作用就總是逆時針旋轉。然而,龍捲風卻處在一個範圍上,屬於小尺度天氣系統:受到地轉偏向力的作用又不是很強。在北半球,大部分「聽話」的龍捲風逆時針旋轉;而少數體形較小又比較「叛逆」的龍捲風,就可能會是順時針旋轉。
有意思的是,有時候龍捲風還會成對出現,並且一個逆時針轉、一個順時針轉,就像倆親兄弟一樣。
田野上的龍捲風
美國為什麼經常遭遇龍捲風?
素有「龍捲風之鄉」稱號的美國,每年平均會發生近1200場龍捲風。大多數年份的5月前後是美國遭遇龍捲風襲擊的高峰,一天出現好幾次龍捲風的情況時有發生。大部分都發生在美國中東部大草原上,所以這些地區又有「龍捲風通道」的稱謂。
我們知道,當冷氣團和暖氣團相遇,較輕的暖氣團被較重的冷氣團抬到高空,在寒冷的高空中,暖氣團中的水汽凝結,於是就產生了雲和雨。這種冷暖氣團「交戰」的場景會發生在世界上任何一個地方,但是,龍捲風季節在美國大草原上「作戰」的氣團,不是兩軍交鋒,而是三方混戰!最猛烈的風暴,也就在這混亂的交戰中醞釀著。
隨著「戰鬥」進行,高空處於「三明治」最頂部的乾熱空氣越來越冷,也越來越重。終於,中層的暖溼空氣託不住了,只好與它翻一個跟頭。暖溼空氣迅速上升,其中的能量被突然釋放,形成非常高聳的雲,隨後便是強烈的風暴。此時的美國大草原電閃雷鳴、暴雨傾盆,還夾雜著冰雹。而高聳的風暴雲頂部被很強的西風掃過,這些西風就像抽打陀螺的鞭子一樣,會使得這些風暴雲旋轉起來,而風暴底部是一望無際毫無障礙的大草原。這個時候,如果小範圍內有適宜孕育龍捲胚胎的條件,龍捲風就非常容易形成,但也並非所有強風暴雲下都會發生龍捲風。
龍捲風奇觀
中國沿海地區夏天為什麼經常有颱風?
人們觀測發現,西北太平洋每年從1月到12月都可能有颱風生成。氣象記錄顯示,1955年1號颱風生成於1月2日。但是由於夏季西北太平洋的天氣條件最容易滿足颱風的生成條件,颱風主要集中在7月到10月。這些熱帶氣旋被副熱帶高壓南緣的東風引導著向西移動,其中一些到達中國沿海地區。過去幾十年裡,登陸中國大陸的颱風每年平均7個以上。
特別是每年夏天,中國沿海地區都要防範颱風的襲擊。隨著颱風研究的進一步深入,人們已經不滿足於了解颱風生成的基本條件。大家越來越希望能夠更為準確地預測颱風的發展和演變趨勢。
本作品為「科普中國-科學原理一點通」原創 轉載時務請註明出處