科學人剪影

颱風:氣流旋轉的怪物

颱風,是每年夏秋之間,讓許多人痛恨的天氣現象。為甚麼有颱風?為甚麼台灣所在的西北太平洋,颱風特別多?為甚麼颱風會帶來這強的風雨,對台灣地區造成嚴重破壞?

撰文/李名揚

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颱風:氣流旋轉的怪物

颱風,是每年夏秋之間,讓許多人痛恨的天氣現象。為甚麼有颱風?為甚麼台灣所在的西北太平洋,颱風特別多?為甚麼颱風會帶來這強的風雨,對台灣地區造成嚴重破壞?

撰文/李名揚

颱風是低氣壓的一種,中央氣象局氣象預報中心主任吳德榮指出,低氣壓顧名思義就是氣壓比周圍空氣低的天氣系統;氣壓低的原因,是地表(或海面)氣溫高,因為熱脹冷縮效應,使空氣膨脹(體積變大但質量不變),密度自然變小,壓力也降低。

低氣壓經常造成降雨,原因是低氣壓的熱空氣密度小而上升,空氣中的水蒸氣升到高處後,變冷凝結為水滴,落下成雨。高氣壓則正好相反,是空氣遇冷而體積縮小,密度變大,壓力升高;而密度大的冷空氣會向下沉降,越接近地表,溫度越高,液態水越容易蒸發為水蒸氣,所以不會下雨。在氣象學上也用「氣旋」稱呼低氣壓,「反氣旋」稱呼高氣壓。

颱風都生成在熱帶洋面,我們常聽說「熱帶性低氣壓發展成颱風」,原因是兩種作用使空氣上升,第一種就是低氣壓形成的作用,熱帶強烈日照使空氣受熱膨脹,密度變小,就會上升。

但更重要的是第二種因素,就是熱帶高溫使海水大量蒸發成水蒸氣,水蒸氣(H2O)的分子量是18,但空氣主成份是氮(N2,分子量28)和氧(O2,分子量32),所以水蒸氣比空氣輕,也會上浮。

一旦某一區域的空氣上升,周圍的空氣就會補進來,此時就要考慮「科氏力」的作用。在北半球,科氏力會使氣流「右轉」,所以向內輻合的氣流,會一邊前進一邊右轉,就會形成逆時針旋轉。

這種水氣很重的熱帶性低氣壓,氣流會一邊逆時針旋轉、一邊逐漸向內輻合、一邊上升,由於對流層越高越冷,所以熱空氣上升到高空後,水蒸氣會變冷凝結成液態水,成為雨水落下;在凝結過程中釋放潛熱,使氣旋變得更暖,空氣再膨脹,密度更低,氣壓再下降,結果氣旋內外壓力差變更大,吸引氣旋外的空氣往內輻合的力量也增強,使風變更強,帶動更多熱空氣上升,形成「正回饋」,最後就成為颱風。

氣壓越低,風力越強

颱風的風為什麼會那麼強?因為空氣的流動是從氣壓較高處吹向氣壓較低處,颱風是氣壓很低的低氣壓,中心氣壓越低,與颱風邊緣的氣壓相差越大,風也就越強。颱風中心的氣壓可以低到多低?低氣壓的「低」,不是和標準一大氣壓比較,而是和鄰近地區比較,只要比鄰近地區氣壓低,就叫做低氣壓;但每個地區氣壓不同,所以我們用標準一大氣壓做為比較的基準,氣象上常用的氣壓單位是百帕(hPa),「一大氣壓」定義為「氣溫0℃、緯度45度的海平面上的大氣壓力」,一大氣壓約為1013百帕。1979年的狄普颱風,中心曾有870百帕的紀錄,曾造成「400年一次大洪水」的納莉颱風,中心氣壓最低則曾降到960百帕。

颱風生成條件

颱風都在靠近赤道的熱帶洋面生成,基本條件是海溫一定要高於26.5℃。不論太平洋西部的「颱風」、大西洋和太平洋東部的「颶風」或印度洋的「旋風」,主要都生成在大洋西半部,因為在地球的赤道附近吹東風(北半球吹東北信風,南半球吹東南信風;「信風」就是很有信用、終年固定這麼吹的風),會把洋流由東往西吹,在流動過程中,洋流一直受到日照,越來越熱,所以大洋西半部都比較熱,適合形成颱風(或颶風、旋風)。

雖然越熱的環境,越適合生成颱風,但離赤道太近的地方,卻又沒辦法生成颱風,因為赤道上完全沒有科氏力,離赤道太近的地方,科氏力也很弱,無法使氣流轉彎,就無法生成颱風。所以西北太平洋的颱風,主要都生成在北緯5度到15度、東經135度到145度之間,大約是在加羅林群島、馬里亞納群島和帛琉群島附近,但也有少數會發生於南海。

颱風路徑

西北太平洋的颱風形成後,通常都是往西北方向前進,所以經常會威脅到台灣地區,另外菲律賓、中國大陸和日本也經常受害;會這樣走的原因,是因為這一帶產生的颱風,行進路徑主要是受太平洋副熱帶高壓影響。

吳德榮指出,夏天時由於太陽直射北半球,氣溫升高,因此亞洲大陸北方的冷高壓,會退到非常北邊的地方,而且威力也很弱,無法擋住太平洋高壓的擴張;所以太平洋高壓會向北擴充勢力,高壓中心的緯度,也會北移到跟台灣緯度接近

由於高氣壓是呈順時針旋轉,所以太平洋高壓的外圍,正好從颱風生成處,向西到菲律賓、轉向西北到台灣、轉向北到中國大陸、再轉向東北到日本,造成這幾處都是發生颱風災害最頻繁的地區。 當然若太平洋高壓威力太強,西部的外圍會向西擴展到中國大陸,這時颱風就比較可能從菲律賓、巴士海峽或台灣南部經過,然後直撲中南半島,上了陸地就會減弱,也沒有機會轉向了。



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