台风理论悬疑－转贴

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张小平 科学论坛
200 台风和飓风一样，都是发生在热带洋面上的一种气旋，只是因为不同的国家对热带气旋有不同的称谓，所以就有了台风和飓风的不同叫法。关于热带气旋形成的原理，现代气象学已经有了比较一致的观点，认为：“在温暖的热带洋面上（表面50M水温超过26度），一些偶尔的天气变化会在热带大洋上生成一些空气扰动，被成为热带扰动，热带扰动在合适的条件和一些触发条件比如两支气流相遇的情况下有一定机会发生成一个热带低压，也叫做热带气旋。”有的教学资料中还这样写到：“热带气旋是在热带海洋上汲取暖湿空气的能量而形成的，它将这些能量浓缩、聚集到眼壁和螺旋云（雨）带中，这些能量在热带气旋逐渐向高纬度移动的过程中以大风、降水等逐步释放出来，直至热带气旋消散……。”但以上这些理论不论那种说法，让人听了以后还是不能理清热带气旋形成的机理，一头雾水仍没有消散。至于热带气旋为什么总是逆时针旋转？而在南半球又总是顺时针旋转？现代气象学理论却根本没有解释或者是根本无法解释！ 那么，大陆抛移说能够解释这一切问题吗？能够对热带气旋为什么总是逆时针旋转？而在南半球又总是顺时针旋转做出科学的解释吗？回答是肯定的：能！ 以台风为例，大家知道地球是在以“坐地日行八万里”的速度自转着，如果计算一下的话，热带的自转速度大约是每小时1667公里，比飞机的速度还要快。如果热带海洋水汽经蒸发后快速向上突破，势必在短时间内会造成水汽团距地心轴线半径的迅速增大。但轴线半径增大之后的水汽团，绕地球水平旋转的速度并没有高空大气层的快，所以水汽团会受到一个被大气层向东的推力。又因为这个推力，在靠近赤道一侧的轴线半径大、推力也就大，在极地一侧的轴线半径小、推力也就小；两侧的推力一比较就产生了推力差，赤道一侧大于极地一侧，所以水汽团就会从赤道一侧向极地一侧逆时针旋转；而且水汽团直径越大、上升速度越快，造成旋转的推力差就越大、转速也越快、能量也越大，这样就形成了热带气旋。 大家可以从下面的插图中更直观地分析热带气旋形成的原理。 插图（一）：火箭发射升空、西落图 插图（二）：热汽团上升后仍然垂直地面图 插图（一）是：发射的火箭穿过大气层向西落出了发射地点的照片，表明地球确实是在高速旋转着，但火箭的穿透力太强，没有受到大气层自转推力的影响，地球向东自转后火箭斜落在了西方。但插图（二）却是蒸发的水汽团经快速上升后仍然垂直地面的照片，与火箭西落照片对比证明热汽团在快速上升过程中是受到了大气层自转推力的作用才大体保持在了原来的位置，那么推力差也就肯定存在的了、汽团的旋转也就是必然的了。 从以上的论述和实例分析可知，热带气旋是地球以及大气层自转的推力造成的；其实在大陆产生的龙卷风也是这样形成的，其旋转方向也是逆时针方向；但在南半球形成的旋风，不论是热带气旋还是大陆龙卷风，都是顺时针旋转的。这一南、北两半球气旋旋转方向完全相反的对应关系恰恰完美地证明了大气层自转推力差形成气旋理论的正确性。 如果还有人不信，那么还可以通过一些简单的实验来证明。你可以把洗面盆的水放满，静置5～10分钟，然后在水面上放置一些碎纸屑，轻轻打开漏水口，你会发现水的快速下流也会产生漩涡，但这个漩涡旋转的方向总是顺时针的（在北半球），不论重复多少次实验都是这个结果。至于为什么，大家只要肯动脑筋就一定会明白；道理吗，和热带气旋形成原理是一样的。同样的实验还有抛落纸旋法、透明下水管道观察法等等。这些实验都在证明着一个物体起落旋转的物理学规律，即：在北半球，快速上升的物体会逆时针旋转，快速下落的物体会顺时针旋转；在南半球物体快速起落旋转的方向正好与北半球相反。应用这个物理学规律还可以很好地解释虹吸现象的产生原理，也可以促进羽毛球运动、跳伞运动水平的提高以及促进管道设计领域的节能降耗等等……。 二、热带气旋的监测预报和预防减灾 大家知道，台风是在亚洲大陆东南海域生成的、飓风是在北美大陆东南海域生成的，但为什么它们只在特定的海域生成呢？而在广阔的太平洋南部和大西洋南部为什么不能生成呢？这个事实及问题在现代气象学研究中也没有给予足够的重视，或许是因为无法解释而有意回避了呢？还是其它的问题，无法搞清楚。但事实始终是存在着，如果不给予科学的解释则下一步的监测预报、预防减灾工作就很难做到对症下药、有效开展。另外，更为奇怪的是热带气旋为什么在产生以后的，5～6月份总是自菲律宾以东一直向西移动，经过南海最后在中国海南岛或越南北部地区登陆后消失或在海上转向北后登陆消失，在7～9月份总是先向西北方向移动，穿过台湾海峡，在中国广东、福建、浙江沿海登陆后消失，或者是当接近中国东部沿海地区时，不登陆而转向东北，向日本附近转去，路径呈抛物线形状，在10～11月份总是先向北行进，到日本南部洋面后不登陆而转向东北方向移动？而在北纬30～60度之间大陆形成的龙卷风却总是在向东南或向东方向移动？这些现象和问题，在现代气象学当中却根本没有解释，有的只是在有些教科书中把热带气旋产生的原理归结为天气扰动形成，而且这个天气扰动最终形成热带气旋最少还要具备三个条件，即：温暖的水域、潮湿的大气和洋面上的风要能够使空气向内旋转流动。但洋面上的风怎么会无故向内旋转流动呢？没有说清楚，天气扰动从那里来？也没有说清楚。最重要的是在这些教科书中把热带气旋形成之后为什么会向西、向西北、向北移动，并在接近中国东部沿海地区时，不登陆而转向东北，向日本附近转去的问题归结为热带气旋的引导气流作用。那么引导气流又是从那里来的？怎么产生的？没有说清楚。在北纬30～60度之间形成的大陆龙卷风，为什么又总是向东南或东方向移动呢？也根本不予解释。下面我们就看一下大陆抛移说是怎么解释的吧！ 大陆抛移说认为：地球表面和大气热量的变化主要受太阳辐射的影响而变化。在赤道附近太阳辐射较强，热量聚集的就较多；而在两极地区，太阳辐射较弱，热量聚集的就少。因而，极地与赤道之间存在巨大的热量差，这个热量差就是地球大气环流和大洋环流的动力。随着地球公转和自转的变化，太阳照射地球的强弱和位置都会发生改变，因此这个动力也会在一年四季中呈现出冬夏和白昼的强弱、位置变化。另外，由于陆地与海洋有着不同的吸热系数，陆地较海洋升温较快，空气密度变小就会上升，形成了大陆低压槽。这个低压槽往往又处在极地与赤道之间、呈南北走向，所以就正好形成了极地冷空气向赤道移动的通道或走廊。冷空气在赤道附近混合交换或吸收热量之后，又会升高并返回极地，这个过程循环不止就称为大气环流。但奇怪的是，我们在看中央电视台天气预报节目的气象卫星云图的时候却发现，大气环流并不是直线式的、从极地到赤道方向的移动，而是从西北到东南的斜线式的移动，这是为什么？而且，如果你再到日本观看的话，这个斜线又变成了从西南向东北的弧线，这又是为什么？其实，原因很简单，因为快速南下的冷空气也会像气旋产生原理一样受到高速自转的大气层的推力，使其偏向东南，在低纬度地区进行了交换混合或吸收热量之后，又呈弧线向东北弯曲，最后返回了极地。大气环流的这个弧线弯曲向南探入的深度是受地球公转位置控制的，当夏季的时候极地的高压较弱，探入的位置较浅，一般在北纬30度左右；当在冬季时极地的高压相对较强，探入的位置较深，一般可到达北纬20度左右。如果你在北美大陆观看卫星气象云图，大气环流的方向和形式也是基本一样的。但问题是这些大气环流与热带气旋生成的位置有什么关系呢？我们下面就接着谈热带的气候变化规律。在近赤道热带地区靠近大气环流的一侧，由于大量的热量被环流的冷空气带走以及大量的交换过来的冷空气的存在，就产生了空气的下沉，并向热带的中心线（即太阳高度角为90度直线）的附近移动，加热后又向上升腾，这样就形成了热带的大气对流。但这个热带大气对流并不是在所有的热带中心线附近都是一样的，它是在大陆东南部的大气环流的前凸部位较强，并呈扇形的圆弧形状向热带中心线附近扩散、增大，而在其它的热带中心线段位上较弱。所以，大陆东南部热带对流较强的扇形范围的边缘就与热带中心线产生了一个交汇点，在这个交汇点下方水面上的蒸发力最强、而大气压力却最低，所以就最容易产生热汽团的快速向上突破，从而形成气旋，并且这个新产生气旋的上层热气也一定会受热带大气对流的牵引，向大陆方向飘去，直到大气环流与大气对流交换面的附近，又再次受到大气环流旋转的带动而转向东北，沿着大气环流的轨迹飘去，到北纬40度附近消失。所以，在北半球只有在大气环流强劲的亚洲大陆东南部和北美大陆东南部才会产生热带气旋；而在缺少大气环流的北非地带，由于大气环流弱、对流也弱、蒸发却很强烈，因此就产生了大面积的地带性的沙漠。而在北纬20～30度之间，不论是在太平洋中西部还是在北大西洋中西部都是热带气旋活动的一个界面区域，大多数气旋在这里转向北或东北后加速移动，有些在这里停滞、打转、诡异转向或风力减弱后又突然加大等等，这主要受大气环流或对流强度的影响和变化所致，其转向拐点的变化轨迹呈弧形线与大气环流弧线高度拟合，并随季节产生纬度变化，这些都是肯定的。而现代气象学理论把热带气旋的西进、西北进和北进归结为引导气流的作用，但引导气流又是怎样产生的？为什么会发生转向？转向拐点的变化为什么又呈弧线走向？等等，没有说清楚。 另外，热带气旋还有一个显著的特点就是：越是在高纬度地区产生的气旋，其寿命越长、行进距离越远、危害也越大；反之，寿命越短、行进距离越近、危害也越小；进入北纬5度以南地区，就不能产生气旋了（一般产生热带气旋较多的纬度带在北纬10～15度之间，产生最高纬度热带气旋的时间在8月下旬及其左右）。造成这样有规律变化的原因是：气旋的旋转面与赤道面平行，当北纬小于5度时气旋的旋转方向正好切断了热汽团的上升路径，因而形不成气旋；在北纬5～10度之间，因旋转面与地球表面的夹角接近90度垂直，气旋在北移过程中很快就会撞到地球的表面，所以行进距离近、寿命短、危害小；而当气旋生成于北纬10度以上地区时，旋转面与地球表面的夹角接近45度或平行，不易撞回到地球表面，所以行进距离远、寿命长、危害也大。 除此之外，大陆龙卷风也是这样形成的，但大陆龙卷风的形成因素还与地形和地面植被覆盖度有关。盖度大，形成的速度就慢、能量小、破坏性也小；盖度小，形成的速度就快、次数多、能量大、破坏性也大；特别是夹杂沙尘以后，其能量和破坏性成倍增长。其次，在北纬30～60度的大陆地区形成的龙卷风总是向东或者东北方向移动的原因主要是受大气环流控制所致。龙卷风或者热带气旋移动的方向实际上是代表着大气环流运行的方向和规律！而在北纬60度以上地区则很难形成龙卷风，因为，首先是热量低、形成热汽团数量少、上升速度也慢，再就是热气团升起以后沿赤道平面方向延伸的距离短、自转速度提高幅度小，所以受大气层的推力就小、产生气旋的数量也少、规模也小。 以上是热带气旋和龙卷风在北半球形成原理和规律的介绍；其实它们在南半球的形成原理和规律也是一样的，只不过在具体的大气环流、大气对流以及热带气旋与大陆的方位关系、形成时期、旋转方向、行走路线和拐点位置的变化上另有一些区别，……等等。有兴趣的人士或者涉及国家的有关部门可以根据本文所述的气旋形成原理并结合历年的观测资料建立数学预报模型、用电脑演示行进方向和危害程度等，开展科学的精确的监测预警预报工作。机会总是眷顾那些有准备的人。只要我们认真思考，努力探索，不断积累数据和经验，就一定能够做到令人满意的监测预报结果。 最后，关于热带气旋的预防减灾问题，现在也已经有很多人提出了很多的方法和建议，例如投放碘化银法、投放泥土湿润剂法、在大海表面布设液体法、排放碳灰法、原子核反应爆炸法等等，特别是在美国2005年8月遭受“卡特里娜”飓风袭击后，仅新奥尔良市就死亡数千人，全美经济损失达250亿至1000亿美元之间，形成了美国历史上自然灾害最高的记录，因而在2006年就实际应用了高空施撒碘化银的做法。但由于以上方法在技术水平、生产能力以及环保等方面存在问题较多，所以大多数被搁置或者只有少量在做试验，甚至有些技术方法由于不切合热带气旋产生原理而根本不能适用等等被否定。本文根据热带气旋产生原理提出两方面的建议：一是阻止全球变暖可以降低热带气旋的危害；二是拓宽白令海峡可以增强大洋环流，有效降低热带海洋温度、降低大气环流或大气对流强度，减少热带气旋产生的次数和强度。以上建议并不是空穴来凤，因为据有关部门统计，1981年至2004年24年间袭击美国东南沿岸的三级以上飓风仅有13个，其中5级飓风只有一个，而2005年一年当中就有6个三级以上的飓风，其中5级飓风竟然有3个，这可以说是给我们的一种警示。随着全球气候的变暖，主导气候的大气环流与大气对流也会发生变化，使得热带气旋的生成时间、地点、移动路线和强度、拐点的变化更加难以准确地预测，危害性在增大这是无疑的。因此，要预防热带气旋、并降低危害，首先应该考虑阻止全球变暖；其次是拓宽白令海峡；当然，随着科学技术的发展和相关领域研究工作的进展，其它方面的技术也可能随后跟上。 完稿时间：2007年5月13