“最强卷王”诞生记，卷也要卷得明明白白
2022/10/25 7:00:00 科学大院

    

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     今年9月，接踵而至的台风多次“出圈”，每逢此时，热搜上总有台风的一席之地。大多数人对台风并不陌生，但似乎也不太熟悉。今天就带大家看一看气象人眼中关于台风的基本知识，做好笔记，下次要考哦!

    

     今年9月西北太平洋上生成的台风路径图

     (图片来源：中央气象台台风网)

     第一题：从气流到台风，气流是怎么转起来的？

     台风的学名为热带气旋，是生成于热带或副热带洋面上的大气涡旋，在北半球逆时针旋转，在南半球顺时针旋转。

     有不少人纳闷，大气中的气流是如何旋转起来的？

     简单来说，温度水平分布不均匀会导致气压的高低起伏，和“水往低处流”一样，气流也是从相对高压区流向相对低压区。在这个过程中，气流的运动方向会受到科氏力的作用发生偏转(北半球向原方向右侧偏转，南半球向左侧偏转)(想要了解科氏力，点这里看)。当大范围的空气流动不断地偏转，就有可能旋转起来。

    

     北半球围绕低压系统的气流运动示意图。LOW表示低压，黑色箭头为气压梯度力方向(高压指向低压)，红色箭头为受地转偏向力影响后的气流运动方向

     (图片来源：okiofuge)

     在海洋上要出现台风这样体态庞大的大气涡旋，需要具备以下这些条件：

     1.海面水温要足够高，要求达到 26～27℃以上。温暖的浅层海水蕴藏大量的水汽和能量，是热带气旋的主要能源。

     2.中低层大气运动中存在适宜的扰动，能够触发低层气流发生辐合上升，这是热带气旋生成的启动机制。

     3.地转偏向力要足够大，才能使辐合气流逐渐形成逆时针旋转的水平涡旋。因此大气扰动通常要位于远离赤道5个纬度以上的地区才能发展为热带气旋。

     4.对流层高、低层的水平风速差异不能太大。当水汽在中高层凝结后，会释放出大量的热量加热中高层大气。在高、低层风速差异较小的情况下，这样的热量能够稳定而高效地加热低层扰动上方的大气，由此形成的“暖心”结构能够保证低层气压的不断降低，最终形成热带气旋。

    

     台风生成过程示意图

     (图片来源：aristo，本文作者汉化)

     第二题：为啥台风总在某时某地出现？

     北半球的“台风季”为每年的6-11月，此时台风多生成于北纬5°-25°之间。台风的生成为什么具有这样的时空分布特征呢？

    

     台风最佳路径数据集1979-2020年全球热带气旋生成位置分布图

     (图片来源：作者提供)

     广阔的海洋需要太阳的加热才能成为孕育台风的温床。春分之后，太阳直射点从赤道向北移动，逐步加热赤道以外的热带和副热带洋面，这才使得表层海温能达到生成台风所需的温度要求。

     胖子不是一口吃成的，台风也是从一个个的“胚胎”发展而来，这些“胚胎”就是活动在大气低层具有旋转趋势的大气扰动。在热带和副热带地区，正好存在一条几乎环绕地球一周的大气辐合带——赤道辐合带。在辐合带中气流的辐合容易“卷”起气流的旋转，从而酝酿出一个又一个的大气扰动，大约85%的台风“胚胎”都诞生于赤道辐合带中。

    

     卫星云图下热带辐合带的特征为多云系分布，绿线所示为热带辐合带(ITCZ)，蓝色箭头为东北、东南信风(Trade Winds)

     (图片来源：NASA)

     赤道辐合带的位置会随着太阳直射点位置的变化发生南北移动，在夏季以及早秋位于北半球。由此，生成于赤道辐合带的“胚胎”也随之远离了赤道，在北半球温暖的洋面上，这些“胚胎”在较大的地转偏向力作用下，找准时机就能够发展为热带气旋。

    

     在科氏力作用下地球大气三圈环流示意图，赤道辐合带为三圈环流中南北半球的哈德莱环流在低层的东南信风和东北信风辐合而成。

     (图片来源：The Atmosphere，本文作者汉化)

     第三题：为什么秋台风普遍更为强大？

     一般把生成于6-8月的台风称为夏台风，生成于9-11月的台风称为秋台风。从历史数据来看，在西北太平洋地区，虽然9月生成的台风数量不是最多的，但9月却是全年出现超强台风最多的月份。如2013年23号台风“菲特”、2016年14号台风“莫兰迪”和2018年22号台风“山竹”等，这些都是造成了重大经济损失的而被除名的超强台风。

    

    

     (图片来源：中国天气)

     秋台风之所以如此强大，主要是因为秋季的海洋温度更高。夏至后，太阳直射点从北回归线向南回落，副热带洋面历经第二次被加热，海面温度达到一年中的最高。在温暖的海洋提供的充足养料下，此时生成的台风一般成长地又强又壮，庞大的体型在卫星云图上尤为醒目。

    

     全球2005-2015年海表面温度随时间的变化

     (图片来源：wikimedia)

     在进入9月后，南海夏季风减弱向南撤退，此时在西北太平洋上生成的秋台风受南海季风的影响较小，台风结构的对称度更高，更有利于台风自身旋转增强。

     附加题：全球变暖对台风活动有什么影响？

     台风的出现总是和夏秋的炎热联系在一起，不少人认为全球变暖意味着台风活动将更加频繁。然而事实却与此相悖。

     统计研究表明，自二十世纪以来，全球年均台风数量呈现出显著的下降趋势。

    

     进入二十世纪以来，(a)全球、(b)南半球和(c)北半球的年均台风生成数目显著减少。

     (图片来源：Chand等人，2022)

     一方面，温暖的海洋拉高了大气扰动发展为台风的“门槛”，因为温度的升高使得空气能容纳的水汽更多，也就是说需要有更多的水汽空气才能达到饱和，从而凝结释放能量。

     另一方面，在全球变暖下，北极地区升温幅度大于全球平均温度(这一现象被称为“北极放大效应”)，由此导致北极和赤道的温差减小、由热力差异驱动的哈德莱环流强度减弱，这意味着赤道辐合带的辐合上升运动减弱、对水汽的抬升能力变弱。

    

     赤道辐合带

     (图片来源：NASA，本文作者汉化)

     和秋台风的活动特点一样，虽然海温升高后台风生成的频率降低，但海温的整体升高意味着一旦有台风生成，其发展为强台风甚至超强台风的可能性将会越来越高，空气中容纳更多的水汽也意味着未来台风带来的降雨更具倾泻之势。

     台风年年有，下一次聊起台风时，大家可不要忘了这些考点呀～

     参考文献：

     [1] Chand, S., and Coauthors, 2022: Declining tropical cyclone frequency under global warming. Nat. Clim. Chang., 1–7, https://doi.org/10.1038/s41558-022-01388-4.

     [2] Kossin, J. P., 2018: A global slowdown of tropical-cyclone translation speed. Nature, 558, 104–107, https://doi.org/10.1038/s41586-018-0158-3.

     [3] Lai, Y., and Coauthors, 2020: Greater flood risks in response to slowdown of tropical cyclones over the coast of China. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 117, 14751–14755, https://doi.org/10.1073/pnas.1918987117.

     [4 ]Liu, J., Z. Chen, and J. Li, 2020: The Comparison of the Tropical Cyclone Number Over the Western North Pacific Between Summer and Autumn. Front. Earth Sci., 8, 1–8, https://doi.org/10.3389/feart.2020.597912.

     [5] Sugi, M., H. Murakami, and J. Yoshimura, 2012: On the mechanism of tropical cyclone frequency changes due to global warming. J. Meteorol. Soc. Japan, 90, 397–408, https://doi.org/10.2151/jmsj.2012-A24.

     [6] Tory, K. J., H. Ye, and R. A. Dare, 2018: Understanding the geographic distribution of tropical cyclone formation for applications in climate models. Clim. Dyn., 50, 2489–2512, https://doi.org/10.1007/s00382-017-3752-4.

     [7] Xu, C., Y. Yang, F. Zhang, R. Li, Z. Li, Y. Ping, and J. Jia, 2022: Spatial-temporal distribution of tropical cyclone activity on the eastern sea area of China since the late 1940s. Estuar. Coast. Shelf Sci., 277, 108067, https://doi.org/10.1016/j.ecss.2022.108067.

     作者单位：中国科学院大气物理研究所

    

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