從一片溫暖的海開始,一步步看空氣怎麼被加熱、怎麼轉起來、怎麼長成颱風,又怎麼移動、怎麼消散。最後再看看雷雨雲底下的龍捲風是怎麼來的。每一章的動畫都可以動手調整。
小提醒:颱風、颶風、氣旋是同一種東西(熱帶氣旋),只是出現在不同海域的名字;龍捲風則是另一種完全不同的現象。
颱風的能量來源是海水。海面溫度超過大約 26.5°C,而且這層暖水夠深(大約 50 公尺),海水就會大量蒸發,貼著海面的空氣變得又暖又濕。
暖濕空氣比較輕,會往上爬。爬到高空變冷,水氣凝結成雲,同時把蒸發時吸走的熱還回來,這叫「潛熱」。就像流汗的反過程:汗水蒸發會帶走熱,水氣凝結就會放出熱。這些熱讓上升的空氣更暖、更輕,於是爬得更快。
空氣一直往上走,海面附近的空氣就變少,氣壓下降,四周的空氣只好往中間補。補進來的空氣又被暖海加熱加濕,再往上衝。一個會自己幫自己加油的循環,就這樣開始了。
你可以把它想成生火:要有柴(暖海水氣)、要有火種(擾動)、還不能有強風把火吹散(風切)。
海水不到約 26.5°C,對流起不來;越暖,這個自我加油的循環轉得越猛。
地球一直在自轉。我們站在地面上感覺不到,但空氣只要長距離移動,路線就會被「偏」掉:北半球往右偏,南半球往左偏。這股看不見的效應叫科氏力。
想像你站在旋轉木馬中間,把球丟給外圈的朋友。在你看來,球不是直直飛過去,而是彎了一道弧。沒有人推那顆球,是你腳下的地板在轉。
回到颱風:四周的空氣往低壓中心衝,北半球每一團空氣都往自己的右邊偏,結果大家都撞不進中心,只能繞著它轉,形成逆時針的漩渦。南半球剛好相反,是順時針。下面動畫裡,橘色那團空氣會顯示它受到的兩個力。
注意切到「赤道」時:科氏力等於零,空氣直接衝進中心把低壓填平,轉不起來。這就是颱風幾乎不會在緯度 5 度以內形成的原因。
沒有關係。馬桶和洗手台太小了,水流幾秒鐘就結束,科氏力的影響小到可以忽略,真正決定方向的是水管形狀和注水角度。科氏力要在幾百公里、好幾個小時以上的尺度才看得出效果。這個觀念到第 6 章講龍捲風時還會用到。
空氣想衝進低壓中心,卻一路被地球自轉「偏」開,只好繞著轉:北半球逆時針,南半球順時針。
把前兩章合起來:暖海提供能量,科氏力提供旋轉。接下來就看這個漩渦怎麼一路長大,再怎麼走向結束。按播放可以看完整過程,也可以拖動時間軸停在任何一個階段。
風速分級依中央氣象署:近中心最大風速每秒 17.2 公尺以上稱輕度颱風、32.7 公尺以上中度、51.0 公尺以上強烈。國際上(例如美國)要每秒約 33 公尺才叫颱風或颶風,所以台灣的「颱風」範圍比較寬。時程與氣壓是典型示意值,實際每個颱風差很多。
颱風夠強之後,從眼牆衝到高空的空氣有一部分會在中心往下沉。空氣往下沉會被壓縮、變暖、變乾,雲就消失了。所以颱風眼通常風小、雲少,但四周的眼牆卻是整個颱風最兇的地方。颱風眼經過時突然風平浪靜,千萬別以為颱風走了,另一半的眼牆馬上就到。
暖海越久、環境越穩,颱風越強;一旦登陸或碰到冷海水,油箱被切斷,它就開始崩解。
颱風自己不太會決定方向。它比較像漂在河裡的葉子,被周圍更大的氣流帶著走,氣象上叫「駛流」。
夏秋兩季,西北太平洋上空坐著一個巨大的高氣壓,叫太平洋副熱帶高壓。北半球的高壓是順時針轉的,所以颱風會沿著它的南邊往西走,繞到西邊時往北,再碰到更北邊的西風帶,就被往東北甩出去,這叫「轉向」。
所以高壓的位置幾乎決定了颱風的命運。試著拖動下面的滑桿:高壓強、往西伸得遠,颱風會一路往西撲向菲律賓、台灣或華南;高壓弱、往東退,颱風比較早轉向,往日本或海上去。路徑點的顏色代表強度,越橘越強。
颱風還有一點點「自己走」的傾向:在北半球會慢慢往西北偏,這叫 β 效應,原因是科氏力會隨緯度變大,颱風南北兩側受力不平衡。動畫裡已經把這個小偏移算進去了。
看颱風會不會來,先看太平洋高壓:高壓往西伸,颱風往西走;高壓往東退,颱風就轉向北上。
1921 年,日本氣象學家藤原咲平用水槽實驗發現:兩個漩渦靠得夠近時,會繞著兩者之間的某一點互相旋轉。後來這個現象就以他的名字命名,叫藤原效應。
原理其實不難想。每個颱風都是一大團逆時針轉的空氣,兩個靠近時,各自的環流會推著對方走。結果兩個颱風一起逆時針繞圈,像兩個手牽手轉圈的舞者。
一大一小時,大的幾乎不動,小的被甩著繞大的轉,最後常被吞併;兩個差不多大時,就繞著中間點對轉。距離大約在 1,000~1,500 公里以內才會明顯互動,太遠就各走各的。
這也是預報員最頭痛的狀況之一:颱風路徑可能突然打轉、加速、甚至掉頭,跟只看太平洋高壓推算出來的路線完全不同。
兩個颱風靠近時會互繞(北半球逆時針),強的當軸心、弱的被甩著轉,最後常被吞併。
龍捲風的生成方式跟颱風完全不同。颱風靠暖海加油、靠科氏力轉起來;龍捲風則是在強烈的雷雨底下,把「風切」造成的旋轉抓起來、扶正、再拉細。整個過程只要幾十分鐘,範圍也小得多。
海面上的龍捲風叫水龍捲。大多數水龍捲屬於「晴天型」,在發展中的積雲底下、從海面往上長,不一定需要超大胞,強度通常比陸上龍捲風弱、壽命也短,台灣沿海偶爾就拍得到。但也有由超大胞產生、強度跟陸上龍捲風一樣的「龍捲型水龍捲」,上岸後會造成災害。
只能說「大多數是」。龍捲風太小、壽命太短,科氏力根本來不及影響它,就跟馬桶沖水一樣。它的旋轉方向主要是從母雲的中尺度氣旋繼承來的,而北半球超大胞的旋轉多半是逆時針,所以大部分龍捲風也是逆時針,但順時針的龍捲風確實存在。颱風就不一樣了,它大到科氏力說了算,北半球一定是逆時針。
龍捲風的旋轉來自風切,被雷雨雲的上升氣流扶正、拉細;跟颱風靠暖海與科氏力是兩條不同的路。
| 颱風(颶風、氣旋) | 龍捲風 | |
|---|---|---|
| 能量來源 | 暖海水蒸發,水氣凝結放出潛熱 | 雷雨雲裡不穩定的空氣加上風切 |
| 旋轉從哪來 | 地球自轉造成的科氏力 | 風切形成的水平渦管被上升氣流扶正 |
| 直徑 | 數百到上千公里 | 數十公尺到約 2 公里 |
| 壽命 | 好幾天到兩週 | 幾分鐘到一小時左右 |
| 最大風速 | 強烈颱風每秒 51 公尺以上 | 最強的可達每秒 90 公尺以上 |
| 旋轉方向 | 北半球一定逆時針,南半球順時針 | 多數逆時針,少數順時針 |
| 怎麼分級 | 近中心風速、中心氣壓 | 改良藤田級數 EF0~EF5,依破壞程度推估 |
| 預警時間 | 好幾天前就能追蹤路徑 | 通常只有十幾分鐘 |