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 自然科学

解析台风形成机理及能量来源以寻求消灾方法

发布时间:2019-12-04 点击: 来源:未知
台风是人类遭受最严重的自然灾害之一,每年在全世界造成大量人员伤亡及经济财产损失,有时甚至比地震灾害造成的损失还大。据最新资料报导[1],至今“对此问题尚在研究之中,未被完全了解”;这可能就是美国政府在1947年至1970年,曾多次尝试以人工方法减弱热带气旋,但均以失败而告终的根本原因所在。故进一步解析其形成的机理及能量来源,是摆在我们面前亟待解决的重大课题。只有这一问题从理论上得以真正破解,才有可能为寻求消除其灾害的途径创造条件。
 
作者简介:赵菊初,男,职称为研究员级高级工程师,并为中国机械工程学会高级会员。曾设计百余种生产急需、10多种援外的专用机械设备。发表20多篇改进常用机械零件设计理论及方法的论文。针对地球物理学及太阳系演化方面的重大疑难问题撰写论文20余篇。
下面我们先从解析其形成机理入手,来寻找其活动能量的来源,然后再寻求人工消除台风灾害的措施及方法。
1. 台风形成的机理
为此需先了解现在对台风观测结果的概况,然后分析触发台风形成的因素,最后再分析台风逐渐增强及成长所借助的正反馈循环产生的机理。
1.1 关于台风活动最新观测结果的概况
根据参考文献[1]~[6]及其它有关资料的报导,其最新观测结果及有关见解的概况可整理归纳如下:
台风是一个由云、风和雷暴组成的巨型的旋转系统,所以也称作热带气旋。台风中央有一个台风眼,眼内的天气通常都是平静无风,无云,甚至有时能看到阳光和星星,但海面仍可能波涛汹涌。风眼通常都呈圆形,直径由2km至370km不等。包围风眼的是圆桶状的风眼墙,风眼墙内对流非常强烈,其云层的高度在台风活动区内通常是最高的,降水的强度和风力的强度也是最大的。风眼接近地面或海面部分是一个低压区,所测得最低的气压(870hPa)约为标准大气压的0.86倍;各高度(接近海面例外)的气温都比气旋外为高。风眼周围的平均风速为32.7m/s,最高达76m/s,在北半球其旋向为逆时针,南半球为顺时针;其影响半径平均为200~300km,最大达约500km 。台风在垂直方向上分为流入层、中间层和流出层三部分。从海面到3千米高度为流入层,3~8千米高度左右为中间层,从8千米高度左右到台风顶是流出层。在流入层,四周的空气作反时针(在北半球)方向向内流入,愈近中心风速愈大,把大量水汽自台风外输入台风内部;中间层气流主要是围绕中心运动,底层流入现象到达云墙区基本停止,尔后气流环绕眼壁作螺旋式上升运动;中间层上升气流到达流出层时便向外扩散,流出的空气一部分与四周空气混合后下沉到底层,一部分在眼区下沉,组成了台风的垂直环流区。台风气温愈到中心愈高,气压愈到中心愈低。形成台风最主要的条件是,海水从表面至60米深度范围内的水温都要不低于26℃~27℃;主要在5°~ 20°纬度带的海洋地区生成;台风生成前所在海区的大气温度都随高度增高而迅速降低。
1.2 探索台风形成的触发因素
当海面具备上述台风生成条件时,尚需一定触发因素台风才会开始形成与发展。分析表明,主要触发因素是海上空气密度倒转,即下层密度小于上层,至少应是局部区域出现这种情况。
以下来进行有关的理论分析与计算,以判断海面空气是否有形成密度倒转的条件。为此需先计算台风形成区域空气密度的变化规律。
空气的密度ρ可根据用密度表示的如下理想气体状态方程近似求出:
                                (1)
     式中ρ为气体密度;M为摩尔质量;R为气体常数;T为气体绝对温度。现以计算海平面及海拔高度为60m两处密度比值为例,说明产生空气密度倒转的可能性。设海平面处的有关参数附加下标“0”;60m高度处的有关参数附加下标“1”;故二者密度ρ的比值可按上式得出如下的计算公式:
                           (2)
     由于上式中各参数的比值大小与所采用的量纲无关,故可随意选取便于计算的量纲。已知在低海拔处高度每增加12m,大气压减小1mm水银柱,故可算出p1/p0=(760-5)÷760=0.9934。若设海平面附近空气温度为27℃,并设该处空气相对湿度为100%,则可查得每kg干空气含水量为23.007克;设60m高度处温度降低3℃,即为24℃,空气相对湿度为80%,则可查得每kg干空气含水量为15.3克;已知每摩尔干空气质量为29克,每摩尔水蒸汽质量为18克,从而可算出M1/M0=1.0035;还可算出T0/T1=1.01;最后可算得ρ1 /ρ0=1.0068。这说明ρ1ρ0大,即形成了密度倒转。前面所述台风生成条件之一是大气温度随高度迅速降低,由于昼夜温差及空气对流等因素的影响,应该说在局部区域出现假定的3℃温差是可能的