2011年3月29日星期二

颱風、熱帶氣旋、全球暖化之關係

颱風與熱帶氣旋

颱風是熱帶氣旋的一個類別。在氣象學上,按世界氣象組織定義:熱帶氣旋中心持續風速達到12級(即每秒32.7米或以上)稱為颶風(hurricane)或本地近義字(local synonym),颶風的名稱使用在北大西洋及東太平洋;而北太平洋西部(赤道以北,國際日期線以西,東經100度以東)使用的近義字是颱風(typhoon)。

在台灣、日本等地,則將中心持續風速每秒17.2米以上的熱帶氣旋(包括世界氣象組織定義中的熱帶風暴、強烈熱帶風暴和颱風)皆稱為颱風。在非正式場合,「颱風」甚至泛指包括熱帶性低氣壓、熱帶風暴、強烈熱帶風暴和颱風等所有在北太平洋西部出現的熱帶氣旋。

據美國軍方聯合颱風警報中心統計1959年至2004年間西太平洋及南海海域的颱風發生的個數與月份,平均每年有17.7個颱風生成,出現最多颱風的月分是8月,其次是7月和9月。

科學家曾估算,一個中等強度的颱風所釋放的能量相當於上百個氫彈、或10億噸黃色炸藥所釋放能量的總和。

據統計,從1947年至1980年全球十種主要自然災害中,由颱風造成的死亡人數為49.9萬人,佔全球自然災害死亡總人數的41%,比地震造成的死亡人數(45萬人)還多。


熱帶氣旋的本質和結構

熱帶氣旋是大氣中的巨大旋渦,不停轉動的暖濕空氣在當中醞釀。驟看一般書本的插圖,很多人都會錯誤地以為熱帶氣旋像龍捲風一樣,有一個高聳的圖柱狀外貌。其實,熱帶氣旋更像一個扁平的圓盤,高度只有十數公里,而平面距離卻有數百公里呢!

從太空鳥瞰熱帶氣旋,可以欣賞到風暴的雄偉氣勢。仔細觀察,可見到風暴中心附近有一片較白的卷雲幔﹣那是從中心頂部向外擴散的高雲。離開這片盾狀卷雲層又可清楚地看到一些低層螺旋雲帶。大雨大部份在風暴中心附近及螺旋雨帶中發生。雨帶隨著風暴環流方向旋轉,一條接著一條地掃過某一區域,受影響的地方有間歇性的大雨。雨帶接近及經過的時候,風勢疾勁,甚至會有狂風。當風暴中心移近時,雨勢會變得較持續,而風力亦更趨猛烈。


熱帶氣旋類似一台會走動的熱能機器,它的能量來自濕空氣上升時水汽凝結而釋放的潛熱。它所產生的動力大概是二千萬兆瓦左右,在一天內所產生的能量,相當於香港大約20年的耗電量(以1990年的耗電量計算)。熱帶氣旋依賴水汽提供能量,說明了它只可在溫暖的海洋上生存及在陸上無可避免地減弱的原因。

但並不是所有熱帶海洋上空的雲團都能夠發展成為熱帶氣旋的。假如附近的氣流活動的配置不合適,未能容許這台大氣熱能機器有效地運作,那麼進一步的發展便不可能發生了。

熱帶氣旋的誕生及發展的基本條件是:在大氣低層必須有充份的氣旋式氣流輻合(在北半球,沿反時針方向螺旋形地流入),在大氣高層要提供足夠的氣流外溢通道,這樣才可以建立有效的通風機制。

下面是熱帶氣旋的垂直環流示意圖,圖中可看到低層的空氣輻合及高層的空氣輻散。地面的風速廓線顯示愈接近風暴中心,風力愈大。這現象可用角動量守恆定律來解釋:當旋轉半徑縮短時,旋轉速率就相應加快,以保持角動量不變。發展成熟的颱風,最大風區是貼著風眼附近的環狀地帶(眼壁)。典型的「風眼」直徑大約有數十公里,實質上是下降氣流構成的核心,該區雲層稀薄,風力微弱。 若要維持垂直結構不變,熱帶氣旋四周環境的氣流亦要保持勻稱,免使軸心受到過大的切變力所擾亂。

在前文已經提到,熱帶氣旋的形成必須要有一定的有利條件,假如缺少了這些條件的話,在一般情況下,熱帶氣旋便會減弱。在南太平洋東部及南大西洋,因長期受到不利的氣候環境支配,風暴的初始胚胎受先天限制,無從發展,熱帶氣旋亦因而絕跡。

一個成熟颱風的典型垂直剖面圖,中央部份就是風眼和眼壁。
1999年9月16日颱風約克(York)正面吹襲香港,橫瀾島的風速記錄顯示風力在風眼掠過時的急劇變化。

熱帶氣旋的壽命有些只有幾天,有些則長達數星期。不是所有風暴都會發展成為颱風的,實際上,在北太平洋西部及中國南海,只有約半數的風暴會發展至颱風強度。


全球暖化與熱帶氣旋

氣象學家認為,一個熱帶氣旋的強度,或一個風季的活躍程度,都不能歸咎於單一因素,如全球暖化或其他自然環境的變化。但熱帶氣旋的強度和出現頻率的長期趨勢,卻可能從統計數字中看到端倪。美國國家海洋及大氣管理局地球物理流體力學實驗室(Geophysical Fluid Dynamics Laboratory)曾作出一個模擬,得出這樣的結論:「大氣中持續增加的溫室氣體含量使全球氣候變暖,這可能使下一世紀熱帶氣旋的強度比現時最強的還要猛烈」。

在《自然》雜誌的一篇文章中,克里·伊曼紐爾(Kerry Emanuel)認為熱帶氣旋的潛在破壞力(包括熱帶氣旋的強度、維持時間和頻率),與熱帶地區海平面度和全球暖化有著莫大關係。他並預計在21世紀,熱帶氣旋所造成的損失會大幅增加。而P·J·韋伯斯特(P.J. Webster)等則在《科學》雜誌上發表了一篇文章,指出過去十年除北大西洋外,其他海域熱帶氣旋出現的次數均有所減少,但達到四級或五級颶風強度的熱帶氣旋數目則大量增加。

伊曼紐爾和韋伯斯特都認為海平面溫度對熱帶氣旋的發展十分重要,但什麼因素導致海平面溫度上升,卻仍為未知數。在大西洋,海平面溫度的上升可能是因為全球暖化,也可能只是由於該海域水溫的自然波幅(通常以50至70年為週期)。

2007年,倫敦大學學院班費德防災研究中心的兩位英國學者桑德茲和李亞當,透過觀察美利堅合眾國在1965年至2005年之間每年颶風的氣象數據,並將之與50年間的平均值比較。指出自1996年來,颶風數目每年增至八個。颶風登陸美國變得越來越頻繁,統計顯示,大約每3年會增加一個。

在排除颶風產生因素中風的角色後,研究人員計算出,每升高攝氏0.5度,颶風的活動增加40%。

【資料來源】:香港天文台網站、維基百科

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