飓风季节目前在墨西哥湾沿岸和东海岸全面展开。在 6 月份令人不安的平静开始之后, 气象学家仍然预计,在 11 月底(希望)大风天气结束之前,将会有一段比往常更繁忙的时期。像马修·卡普奇这样的气象学家,在他的新书《 仰望:一个追逐风暴的天气书呆子的真实冒险》中,讲述了他作为风暴追逐者的职业生涯——从童年的痴迷到成年期的痴迷,以此作为有酬就业的手段。在下面的摘录中,卡布奇解释了热带风暴的内部运作。
摘自抬头:马修·卡普奇(Matthew Cappucci )的追逐风暴天气书呆子的真实冒险。由飞马图书出版。版权所有 © 2022 马修·卡普奇。版权所有。
飓风是热机。它们的愤怒来自热带地区温暖的海水,那里的海面温度通常在 7 月至 10 月之间徘徊在 80 年代中期至 80 年代中期。飓风和热带风暴属于热带气旋的范畴。它们可能是灾难性的,但它们是有目的的——一些学者估计它们负责地球每年赤道到极地热传输的 10%。
飓风不同于中纬度系统。所谓的温带或非热带风暴取决于气温和密度的变化,并以不断变化的风为食。飓风需要平静的环境、温和的上层风和几乎均匀的温度场。听起来很讽刺,这个星球上最严重的暴风雨是在充足的宁静中诞生的。
第一个成分是东风波或雷暴团。在飓风季节的早期,热带海浪可能会在东海岸涌出的冷锋的尾端旋转。在 8 月和 9 月飓风季节的中心,它们通常在大西洋主要发展区的非洲海岸出现。到 10 月和 11 月,偷偷摸摸的本土威胁可能会在墨西哥湾或加勒比海地区悄悄凝聚。
东风波中的每个雷暴单元都有上升气流和下降气流。冷空气从一个牢房中倾泻而下,可以使相邻的牢房窒息,从而导致其死亡。为了让雷暴近距离共存,它们必须组织起来。最有效的方法是将自己定位在一个共同的中心周围,单个细胞的上升气流和下降气流协同工作。
当一个中心形成时,一条破碎的雷暴带开始在它周围形成。温暖潮湿的空气在这些风暴中上升,当一个接近更广泛系统的低层中心时最快。这会导致大气压力下降,因为正在抽空空气并去除质量。从那里,系统开始呼吸。
空气从高压流向低压。这会将空气向内吸向中心。由于科里奥利力(地球自转的产物),空气团会沿着弯曲的路径进入刚刚起步的气旋中心。这就是导致系统旋转的原因。
飓风在北半球逆时针旋转,在赤道以南顺时针旋转。尽管在赤道发现了世界上最热的海水,但那里永远不会形成飓风。那是因为赤道上的科里奥利力为零。没有什么可以让风暴扭转。
当来自新生热带气旋外部的空气团螺旋进入涡旋时,它们会随着气压的降低而膨胀。这会将热量释放到大气中,造成云和雨。通常这会导致空气包裹的温度下降,但由于它与烘烤的海水接触,它会保持恒定的温度;它的加热速度与它向周围环境失去温度的速度相同。只要风暴在开阔水域上空并且海面温度足够温和,它就可以继续提取海洋热量。
由于降水效率高,热带气旋内的降雨率可以超过每小时 4 英寸。因为整个大气柱已经饱和,所以在下降的过程中几乎没有蒸发可以被雨滴侵蚀掉。因此,内陆淡水洪水是热带气旋造成的第一大死亡来源。
最强的风出现在热带风暴或风眼墙的飓风中部。最大的压力梯度或气压随距离的变化位于那里。坡度越陡,风越强。那是因为空气正沿着梯度冲下。想想滑雪——如果有一个更陡峭的斜坡,你会滑雪得更快。
当最大持续风速超过 39 英里/小时时,该系统被指定为热带风暴。只有当风速超过 74 英里/小时时,它才会被指定为飓风。主要飓风的风速为 111 英里/小时或更高,相当于 3 级强度。 5 类包含超过 157 英里/小时的极端风速。
由于风是由冲入空气以填补空隙或空气不足而产生的,因此最猛烈的飓风通常是气压最低的飓风。最严重的飓风和台风可能具有最低中心气压,约为风暴外环境气压的 90%。这意味着大气质量的 10% 丢失了。
想象用茶匙搅拌你的咖啡。你知道漩涡中间的那个倾角吗?下降越深,或流体不足,流体必须旋转得越快。飓风也是一样。但是是什么阻止了这种下降?飓风眼墙处于旋回平衡。
这意味着力量的完美静止使得在稳定状态下“填补”风暴几乎是不可能的。由于它们的曲率半径很窄,围绕眼睛旋转的空气团会经历一种令人难以置信的向外离心力,该离心力正好等于压力梯度力的向内牵引力。这使他们能够追踪连续的圆圈。
如果您曾经经历过海拔高度的变化,例如在飞机上飞行,或者甚至是到摩天大楼的顶部旅行,您可能会注意到您的耳朵会嗡嗡作响。那是因为他们正在适应气压随高度的下降。现在想象一下,低于那个高度的所有空气都消失了。这相当于一场大飓风眼中的气压。用小精灵巴迪的话来说,气压的差异就是飓风“糟糕透顶”的原因。很烂。”
有时飓风会经历眼壁更换周期,这需要眼壁萎缩并碎裂到眼睛中,而新的眼壁会在其周围形成并收缩,取代其前身。这通常会导致风暴中心附近出现双重最大风速,以及短暂的强化平台。
除了在眼墙内发现的冲刷风外,龙卷风、龙卷风规模的漩涡、迷你漩涡和其他知之甚少的小规模风现象可能会在眼墙周围鞭打并导致严重的破坏。一个迷你漩涡可能只有几码宽,但在 100 英里/小时的背景风中移动的 70 英里/小时的旋风可能会导致 170 英里/小时的狭窄路径被拆除。在 1992 年 5 级飓风安德鲁穿过佛罗里达州南部之后,首次假设它们的存在,而现代使用移动多普勒雷达装置研究飓风眼墙的努力揭示了它们的存在。在飓风眼中,空气下沉并变暖,干燥并造成云层不足。看到晴朗的天空甚至阳光的情况并不少见。空气闷热而寂静,一片被地狱笼罩的宁静绿洲。
眼墙的喧嚣与眼睛死一般的静止之间存在着如此不连续的情况,以至于大气难以过渡。飓风的眼睛通常充满了中涡或几英里宽的较小涡旋,它们有助于将角动量通量和消散到眼睛中。有时,四五个中涡会挤入眼睛,将眼壁扭曲成三叶草状。这使得眼壁的内边缘出现了一段非同寻常的鞭打,因为灾难性的风和平静的交替裂隙打断了眼睛的到来。