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风暴已经出现,奥特曼能否平息?

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-11-03 12:31

正文


几天前,受潭美台风影响,海南遭遇了超级暴雨。紧接着,第21号台风“康妮”于10月30日早晨加强为超强台风,受“康妮”云系降雨影响,浙江、福建、江苏等地14条河流发生超警洪水。从9月开始到11月2日,包括摩羯、普拉桑、贝碧嘉、康妮在内有11个命名的台风出现在西太平洋[1]


台风实时路径|图源中国气象台台风网


作为人类的守卫者,奥特曼在这种极端天气下有可能平息台风吗?



奥特曼|图源网络


首先我们要了解台风是怎样形成的,再结合奥特曼的能力特点进行思考。




台风的形成



台风往往是指热带气旋。在热带洋面上,受到太阳强烈照射,海水表层温度较高,热带洋面空气蒸发抬升,导致地面空气减少,形成气压较低的区域。受气压梯度力影响,风从周围的高气压区流入低气压区,流入低压区的空气持续抬升,使得低压区气压持续降低,风力持续增强。抬升的湿热空气在高层温度较低的区域液化或凝华,形成云并释放出潜热。由于放热后空气变冷,不再上升,就在高空堆积,形成了一个高压区。随后高压区空气向外流出,拉动低层空气抬升,形成台风[2]



台风成因|图源文献[2]


总的来说,台风的形成可以分为以下几个阶段:



1

生成阶段




温暖的海洋:台风通常形成于热带海域,海水温度需要达到26.5°C以上,热量是它的“燃料”。

大气不稳定:海面上的湿热空气因上升而变冷,冷空气凝结成云,释放出热量,进一步推动空气上升。

科氏力:在赤道附近,地球自转的科氏力使得空气开始旋转,形成低压系统。

适宜的风切变:风切变要小,避免破坏台风的结构。

当这些条件共同作用时,一个热带扰动悄然诞生,为后续的台风发展埋下伏笔。




2

发展阶段




进入发展阶段后,台风的结构开始逐渐明确。主要特点包括:

组织化增强:随着上升气流和旋转的加强,台风的结构开始变得更为清晰,形成气旋性旋转。

降水带的形成:台风的外围形成多个降水带,伴随着强烈的雷暴活动。

风速增强:由于中心气压持续降低,风速不断增强,达到强热带风暴的标准。

热量释放:随着水蒸气凝结,释放的潜热增强了台风的上升气流,加速了台风的发展。

在这一阶段,台风的强度和组织结构日益增强,形成明显的旋转云系。



3

成熟阶段




发展成熟的台风通常呈扁平圆形旋涡状,如图为成熟台风结构示意图。发展成熟的台风在水平方向上主要分为三个部分:台风眼,台风发展成熟的重要标志,在台风眼内既无狂风也无暴雨,天上仅有薄云;风眼壁(云墙区),风力最强、降雨最剧烈的区域;螺旋雨带,紧接在台风眼壁之外,该区域有着较为猛烈的降雨和吹向中心的大风。


台风结构|图源中国气象局气象宣传与科普中心[3]




4

消亡阶段




台风移动到冷水区域或陆地后,逐渐进入消亡阶段,主要表现为:

能量耗竭:台风失去海洋提供的热量,能量逐渐耗尽。

风速减弱:随着能量的减少,风速开始降低,强度减弱,形成热带低压或热带扰动。

降水减小:降水量也随之减少,暴雨逐渐减弱。

结构解体:台风的结构开始解体,中心气压回升,最终消失。

消亡阶段的时间和过程会因环境条件而异,通常在进入陆地或冷水区后的24小时到几天内完成。





台风的消亡




根据对台风形成过程的理解,奥特曼或许可以从以下方面入手:


首先,掌握一手数据,信息时代奥特曼也不打无准备之杖。通过卫星、雷达和飞机观测数据,获取台风形成过程中的详细信息,包括气压、风速、温度和湿度等参数的变化,在台风形成初期及时采取措施。


奥特曼查看气象大数据预测|图源小编做的


接下来,就该敏锐判断何时出手。我们知道,台风在初期的必要条件之一是需要对流层风速垂直切变小。垂直风切变是指在垂直方向上风速的变化,既然如此,如果风速变化很大(即风切变大),那么气流的上升和下沉就将受到抑制,那对流过程不就受到干扰,无法形成台风了吗?这个想法可以一试!


除此之外,台风高层中心附近强烈增温会形成台风暖核结构。听科学家说,如果能破坏暖核结构,亦可直接抑制台风[2]。比如常见的台风消亡情况就是,当冷空气与热带气旋在低纬度地区相遇,热带气旋的暖心结构会被破坏,眼壁附近的最大风速环流也会随之突然消失。直接一击制胜!


那么奥特曼具体该如何操作呢?


奥特曼家族最大特点之一就是速度快!以杰克奥特曼为例,其速度可达到5马赫,即1.7km/s,超过超强台风速度51m/s,故只要顶住气压就可穿行台风到达中心区。高速的飞行必然会带来气压的变化,增大垂直切变。对于初期的台风,奥特曼也能实现搬送浮冰到暖洋面上,进行直接降温。


奥特曼在风暴中飞行|图源《杰克奥特曼》第28集


台风要是进入成熟期,可以将最大风速半径内的云体视为旋转的刚性云板,建立“云陀螺仪”模型,确定台风绕其轴旋转,而轴以固定的章动角绕角进动[4]


云陀螺仪绕轴 Z′ 旋转, Z′ 同时绕轴 Z 旋转|图源文献[4]


若对云陀螺仪计算模拟,当台风受到外力作用时,它的波浪运动会转变为相当明显的陀螺运动。当外力增大时,台风回旋轨迹将包括更多的转弯,回转频率更高,绕圈周期更短[4]。因此,奥特曼对台风施加外力就十分重要,怎么才能对大尺寸的台风造成影响呢?哎,上次对战台风怪兽的经验正好可以一用。《杰克奥特曼》28集中奥特曼高速旋转可形成巨大气旋,那么改变台风强度和路径,让其转向高纬度低温海域,促进消亡的可能性就大大增加了。


杰克奥特曼通过旋转形成气旋打败台风怪兽|图源网络


台风带来的台风大风、台风暴雨和风暴潮[5]等会给人类正常生活带来巨大影响,即便是高达40米的奥特曼,在面对上千公里覆盖范围的台风也显得如此渺小。


现实中完全阻止台风形成是非常困难的。面对这类极端天气灾害,气象工作人员不断完善预报、气候模型和数据监测。一些包括云播撒、气溶胶注入等气象干预技术,通过人工手段(如利用冷水泵或散布浮冰等)降低海洋表面的温度,海洋植被恢复等方法也有一定的前景。


最后,除了上文提到的方法,你还有什么好主意可以分享给奥特曼吗?欢迎评论区留言!


参考文献:
[1] http://typhoon.nmc.cn/web.html
[2]陈俊鹏,周自成,刘飞虹,等.台风和台风模型研究综述[J].上海节能,2024,(01):124-131.DOI:10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2024.01.014.
[3]https://v.qq.com/x/cover/xxnfgpzwothk0x1/w0541chnil8.html?ptag=bing.com
[4]HUANG X ,LI X ,CHENG X , et al.Mature typhoon “cloud gyro” model and numerical simulation study[J].Science China(Earth Sciences),2020,63(05):749-756.
[5]陈联寿,许映龙.中国台风特大暴雨综述[J].气象与环境科学,2017,40(01):3-10.DOI:10.16765/j.cnki.1673-7148.2017.01.001.


编辑:陈陈


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