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台风形成机制之我见

作者:jkyxc 浏览数:

一、科学界对台风形成机制认识的现状

关于台风的形成机制,这是个迄今为止科学界仍未完全弄清楚的问题。日前科学界认为,台风发展主要依靠水汽的潜热能的释放。但是,在台风形成和发展过程中,热能究竟是怎样转变为机械能的呢?对这一重大问题,目前科学界仍未完全阐明。科学界总结出了形成台风必须同时具备的四个条件:

1)能量条件,台风只能形成在水温高于26.5℃的宽广洋面上,因为台风的巨大能量主要是由于水汽大量凝结时释放出来的潜热转化而来。而高温高湿的洋面最有利于巨大能量的贮积。

2)地转偏向力条件,假如赤道上空有一个低压存在,那么风将沿着垂直于等压线的方向,朝低压中心吹送,这个低压也就很快被四周流进来的空气灌入而“填塞”,也就是说,低压逐渐消失了,更不可能再发展成台风。所以,台风只能形成在赤道南北纬50°~20°的范围内。

3)必须由于某种偶然的原因,在热带洋面上首先产生一个“热带低压”。气流中存在某些扰动源,如热带辐合区中的扰动、东风带中的波动在一定条件下可能发展成“热带低压”。有了热带低压,才能在热带低压的基础上发展成台风。

4)台风开始形成的地方,高空风速一般要求较小,并且空气上下层风速相差不大。也就是说,要使热带低压中的上升气流维持垂直畅通。

目前科学界认为,只要同时具备上述四个条件,台风即可形成。但是,在台风形成和发展的过程中,水汽凝结所释放出来的热量是通过怎样的途径转变成台风中的机械能的?笔者本文的目的即是试图阐明这个问题。

二、台风形成机制的真相

笔者认为,台风的形成机制与“纽可门蒸汽机”的工作原理极其相似。在瓦特之前,英国就已经有了“纽可门蒸汽机”。这种蒸汽机将热量转化为机械能的过程是:首先要有一个锅炉来产生蒸汽,纽可门蒸汽机是靠蒸汽进入汽缸推动活塞上升的,然后再喷射冷水,汽缸的温度迅速降低,使蒸汽凝结,水蒸气凝结成水珠时,其体积缩小1000多倍,汽缸内部气压降低,大气压将活塞推回。重复上述过程,便可使纽可门蒸汽机的活塞上下移动。如果通过杠杆机构把纽可门蒸汽机的活塞与抽水机的活塞相连,就可以实现蒸汽提水。纽可门蒸汽机与瓦特蒸汽机的最大区别在于:瓦特蒸汽机不需要借助大气压,就可以把热能转变成机械能(转变的效率较高,达百分之十几以上);而纽可门蒸汽机,必须借助大气压,才能够把热能转变成机械能。

笔者认为,台风把热能转变成机械能的程序与纽可门蒸汽机的程序十分相似:①太阳的热能把热带洋面上的水变成蒸汽→②蒸汽占据空间使热带洋面上的空气体积膨胀,更由于水的分子量为18而空气的平均分子量为29,所以富含这些水汽的空气密度变小重量变轻容易上升→③这些容易上升的空气如果遇到热带低压的上升气流将加速上升,空气上升,体积膨胀,水汽凝结,释放潜热,加热空气,形成台风的暖心结构,暖心又使这部分的空气浮力增加,上升的速度进一步加快,从而使水汽凝结的速度加快。如果当地的高空水平风速较小,并且空气上下层风速相差不大,那么,上述空气上升,水汽凝结的过程将愈演愈烈。因为水汽凝结成水珠时,其体积缩小1000多倍,从而使得水汽凝结区域气压下降→④四周的空气在大气压的作用下,朝气压下降区域吹送,在地转偏向力的作用下形成窝旋→⑤重复上述过程,形成台风。

由此可见,台风,其实就是热带洋面上的一架巨大无比的“纽可门蒸汽机”。

三、回答几个关于台风的问题

1.为什么冬季(或夏天高纬度的海域)不能形成台风?这是因为其大洋表层海水的温度偏低,不能产生足够的水蒸气,所以,大自然中的这架“纽可门蒸汽机”就无法运转起来,因而不能形成台风。

2.为什么在赤道附近不能形成台风?赤道附近,地转偏向力小,空气不易旋转,也就是说,大自然中的折价巨大无比的纽可门蒸汽机只存在于纬度大于5°的洋面上。

3.为什么北半球的台风在数量和强度上都明显超过南半球?这是因为,北半球大洋表层海水的温度明显超过南半球大洋表层的海水温度。以大洋表层海水年平均温度为例:北纬10°是27.2℃而南纬10°是25.8℃,北纬20°是25.4℃而南纬20°是24.0℃,北纬30°是21.3°而南纬30。是19.5℃。正是由于北半球大洋表层海水的温度较高,所产生的水蒸汽较充足。所以,大门然中的这架巨大无比的纽可门蒸汽机就频繁地在北半球的洋面上运转起来。

4.为什么全世界超过1/3的台风都发生在北太平洋西部(特别是关岛、菲律宾以东洋面和南海)?这是因为,上述海域夏季大洋表层海水的温度高达28℃—29℃,这里所产生的水蒸汽最充沛,所以,大自然中的这架巨大无比的纽可门蒸汽机就最容易在这里运转起来。

5.为什么南太平洋东部二三十年都没有形成台风?这是因为,南太平洋东部受秘鲁寒流的影响,即使是夏季,大洋表层的海水温度也较低;再加上南太平洋东部常年受副热带高压控制,盛行下沉气流,空气较干燥、缺少水蒸汽,因此,“纽可门蒸汽机”就无法在南太平洋东部运转起来。

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