颱風與龍捲風的誕生
互動氣象教室

颱風與龍捲風的誕生

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。

第 1 章 · 能量從哪來

暖海是颱風的油箱

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。

24°C 偏冷26.5°C 門檻31°C 很暖
對流強度
旺盛
地面氣壓(示意)
997 hPa
雲塔高度(示意)
13 km
門檻已過,循環開始自己加強。

颱風要生得出來,通常要同時滿足

  • 海溫約 26.5°C 以上,而且暖水層夠深。
  • 離赤道夠遠(大約緯度 5 度以上),才有足夠的科氏力讓它轉起來,下一章會說明。
  • 上下層的風速、風向差不多(垂直風切小),雲塔才不會被吹歪、吹散。
  • 中低層空氣夠潮濕,而且要有一顆「種子」:一團本來就在的雷雨擾動。

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)。

一句話記住

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。

第 2 章 · 旋轉從哪來

為什麼會轉:科氏力

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。

科氏參數 f = 2Ω·sinφ
5.0 × 10⁻⁵ s⁻¹
旋轉方向
逆時針 ↺

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。

馬桶沖水的方向跟南北半球有關嗎?

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。

一句話記住

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。

第 3 章 · 從無到強再變弱

颱風的一生

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。

階段
熱帶擾動
近中心最大風速
—
中心氣壓(示意)
1008 hPa
示意時程
第 0 天

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。

颱風眼為什麼是晴天?

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。

一句話記住

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。

第 4 章 · 移動路徑

颱風會往哪裡走

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。

東退(弱)西伸(強)
目前強度
—
位置
—
狀態
—

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。

一句話記住

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。

第 5 章 · 兩個颱風的互動

藤原效應:兩個颱風跳雙人舞

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。

兩者距離
—
互繞方向
逆時針 ↺
狀態
—

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。

一句話記住

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。

第 6 章 · 另一種漩渦

龍捲風:雷雨雲底下的小怪獸

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。

從海上來的:水龍捲

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。

龍捲風也是北半球逆時針嗎?

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。

一句話記住

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。

第 7 章 · 總整理

颱風和龍捲風,差在哪裡

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

延伸玩法