Cấu trúc vật lý một cơn bão nhiệt đới

Cấu trúc vật lý
Xem thêm: Eye (cơn bão)

Bão Nabi khi nhìn từ Trạm vũ trụ quốc tế vào ngày 03 tháng 9 năm 2005.

Tất cả các cơn bão nhiệt đới là những vùng áp suất không khí thấp trong bầu khí quyển của Trái đất. Các áp lực được ghi nhận tại các trung tâm của bão nhiệt đới đang ở mức thấp nhất mà xảy ra trên bề mặt của trái đất ở mực nước biển. [1] cơn bão nhiệt đới được đặc trưng và định hướng phát hành một lượng lớn nhiệt tiềm ẩn ngưng tụ, mà xảy ra khi không khí ẩm được thực trở lên và hơi nước ngưng tụ của nó. Nhiệt này được phân phối theo chiều dọc xung quanh trung tâm của cơn bão. Như vậy, ở bất kỳ độ cao (ngoại trừ gần bề mặt, nhiệt độ nước ra lệnh nhiệt độ không khí), môi trường bên trong cơn lốc xoáy là ấm hơn so với môi trường xung quanh bên ngoài của nó [2].
[Sửa]
Mắt và trung tâm

Một cơn bão nhiệt đới mạnh sẽ nuôi dưỡng một khu vực không khí chìm tại trung tâm lưu thông. Nếu khu vực này là đủ mạnh, nó có thể phát triển thành một "con mắt" lớn. Thời tiết trong mắt là bình thường bình tĩnh và miễn phí của các đám mây, mặc dù nước biển có thể là cực kỳ bạo lực. [3] mắt là bình thường hình tròn, và thường là 30-65 km (19-40 dặm) đường kính, mặc dù mắt nhỏ là 3 km (1,9 mi) và như lớn là 370 km (230 mi) đã được quan sát thấy [4] [5]. Cường độ cao, cơn bão trưởng thành nhiệt đới đôi khi có thể biểu hiện một ra ngoài uốn cong đầu các của eyewall, làm cho nó giống như một bóng đá trường sân vận động, hiện tượng này là như vậy, đôi khi được gọi là hiệu ứng sân vận động [6] Nó thường là nóng nhất trong trung tâm.

Có những tính năng khác đó, hoặc xung quanh mắt, hoặc bao che cho nó. Các u ám dày đặc trung tâm là khu vực tập trung các hoạt động dông mạnh mẽ gần trung tâm của một cơn bão nhiệt đới, [7] trong yếu hơn bão nhiệt đới, CDO có thể bao gồm các trung tâm hoàn toàn [8] eyewall là một vòng tròn cơn dông mạnh bao quanh. mắt, ở đây là tốc độ gió lớn nhất được tìm thấy, mà mây đạt đến mức cao nhất, và lượng mưa là nặng nhất. Thiệt hại do gió nặng nhất xảy ra eyewall của bão nhiệt đới đi qua đất [3] Eyewall chu kỳ thay thế xảy ra. Tự nhiên trong các cơn bão nhiệt đới dữ dội. Khi cơn bão đạt cường độ đỉnh cao, họ thường có một eyewall và bán kính của sức gió tối đa hợp đồng đến một kích thước rất nhỏ, khoảng 10 đến 25 km (6.2 đến 16 dặm). Outer rainbands có thể tổ chức thành một vòng ngoài cơn dông mà từ từ di chuyển vào bên trong và cướp được eyewall bên trong của độ ẩm cần thiết và xung lượng góc. Khi eyewall bên trong làm suy yếu, cơn bão nhiệt đới suy yếu (nói cách khác, sức gió tối đa suy yếu và tăng áp lực trung tâm.) Eyewall bên ngoài thay thế một trong những bên trong hoàn toàn vào cuối của chu kỳ. Cơn bão có thể có cùng cường độ như nó đã được trước đó hoặc thậm chí mạnh mẽ hơn sau khi kết thúc chu kỳ thay thế eyewall. Cơn bão có thể tăng cường một lần nữa khi nó được xây dựng bên ngoài cho một vòng mới thay thế eyewall tiếp theo. [9] mô tả Kích thước của các cơn bão nhiệt đới
ROCI Loại
Ít hơn 2 vĩ độ rất nhỏ / lùn
2 đến 3 độ vĩ độ nhỏ
3 đến 6 độ vĩ độ trung bình / Average
6 đến 8 độ vĩ độ lớn
Hơn 8 vĩ độ rất lớn [10]

[Sửa]
Kích

Một trong những biện pháp kích thước của một cơn bão nhiệt đới được xác định bằng cách đo khoảng cách từ trung tâm lưu thông Isobar đóng ngoài cùng của nó, còn được gọi là ROCI của nó. Nếu bán kính ít hơn hai độ vĩ độ hoặc 222 km (138 dặm), sau đó cơn bão là "rất nhỏ" hay "lùn". Một bán kính từ 3 đến 6 vĩ độ 333 đến 670 km (207 đến 420 mi) được coi là "cỡ trung bình". "Rất lớn" cơn bão nhiệt đới có bán kính lớn hơn 8 độ hoặc 888 km (552 dặm) [10] Sử dụng biện pháp này đã khách quan xác định rằng các cơn bão nhiệt đới ở tây bắc Thái Bình Dương là lớn nhất trên trái đất trung bình, với Bắc Đại Tây Dương bão nhiệt đới bằng một nửa kích thước của họ [11] Các phương pháp xác định kích thước của một cơn bão nhiệt đới. bao gồm đo bán kính gió của cơn gió mạnh lực lượng và đo lường bán kính mà tại đó lĩnh vực xoáy tương đối của nó giảm xuống 1 × 10-5 s-1 từ trung tâm của nó [12] [13]
[Sửa]
Cơ khí

 Cơn bão nhiệt đới hình thành khi năng lượng được giải phóng bằng cách ngưng tụ hơi ẩm trong không khí tăng cao gây ra một vòng phản hồi tích cực qua các vùng nước biển ấm [14].

Nguồn năng lượng đầu tiên của một cơn bão nhiệt đới là phiên bản của nhiệt ngưng tụ từ hơi nước ngưng tụ, với hệ thống sưởi năng lượng mặt trời là nguồn ban đầu cho bốc hơi. Do đó, một cơn bão nhiệt đới có thể được hình dung như là một động cơ nhiệt khổng lồ dọc được hỗ trợ bằng cơ thúc đẩy bởi lực lượng vật lý như luân chuyển và lực hấp dẫn của Trái Đất [15] Trong một cách khác, cơn bão nhiệt đới có thể được xem như là một loại đặc biệt của mesoscale đối lưu phức tạp, tiếp tục phát triển trên một nguồn lớn của sự ấm áp và độ ẩm tương đối. Trong khi một hệ thống cốt lõi ban đầu ấm áp, chẳng hạn như là một tổ chức phức tạp dông, cần thiết cho sự hình thành của một cơn bão nhiệt đới, một thông lượng lớn năng lượng là cần thiết để giảm áp suất khí quyển nhiều hơn một vài milibar (0,10 inch của thủy ngân). Dòng chảy của sự ấm áp và độ ẩm từ bề mặt đại dương cơ bản là rất quan trọng tăng cường cơn bão nhiệt đới. [16] Một số lượng đáng kể của dòng trong cơn bão là 1 km thấp nhất (3.300 ft) của khí quyển [17].

Ngưng tụ dẫn đến tốc độ gió lớn hơn, như một phần nhỏ của năng lượng phát hành được chuyển đổi thành năng lượng cơ học [18] nhanh hơn gió và áp suất thấp hơn kết hợp với chúng trong nguyên nhân gây nên bề mặt tăng bốc hơi và ngưng tụ như vậy, thậm chí nhiều hơn. Phần lớn của ổ đĩa năng lượng phát hành updrafts làm tăng chiều cao của các đám mây bão, đẩy nhanh tiến độ ngưng tụ [19]. Vòng phản hồi tích cực này, được gọi là bề mặt trao đổi nhiệt do gió, tiếp tục cho miễn là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển cơn bão nhiệt đới. Các yếu tố như tiếp tục thiếu cân bằng trong phân phối của khối không khí cũng sẽ cung cấp hỗ trợ năng lượng cơn bão. Các vòng quay của Trái Đất gây ra hệ thống để quay, một hiệu ứng được gọi là các hiệu ứng Coriolis, cho nó một đặc tính xoáy và ảnh hưởng đến các quỹ đạo của các cơn bão. [20] [21] [22] Trong Bắc bán cầu, nơi các của cơn bão gió dòng chảy ngược chiều, gió nhanh nhất so với bề mặt trái đất xảy ra ở phía đông của một cơn bão di chuyển về phía bắc và phía bắc của một về phía tây di chuyển, điều ngược lại xảy ra ở Nam bán cầu, nơi lưu lượng gió theo chiều kim đồng hồ [23].

Chủ yếu phân biệt các cơn bão nhiệt đới từ các hiện tượng khí tượng khác là đối lưu sâu là động lực [24]. Bởi vì đối lưu là mạnh nhất trong vùng khí hậu nhiệt đới, nó định nghĩa tên miền ban đầu của cơn bão nhiệt đới. Ngược lại, giữa vĩ độ cơn bão lấy năng lượng chủ yếu là từ trước khi có gradient nhiệt độ ngang trong bầu khí quyển. [24] tiếp tục lái xe động cơ nhiệt của nó, một cơn bão nhiệt đới vẫn phải qua nước ấm, cung cấp độ ẩm không khí cần thiết để giữ cho vòng lặp phản hồi tích cực. Khi một cơn bão nhiệt đới đi qua đất, nó được cắt từ nguồn nhiệt của nó và sức mạnh của nó sẽ giảm đi nhanh chóng [25].

 Biểu đồ hiển thị sự sụt giảm nhiệt độ bề mặt ở Vịnh Mexico như cơn bão Katrina và Rita đi qua

Việc thông qua một cơn bão nhiệt đới trên đại dương gây ra các tầng trên của đại dương để làm mát đáng kể, có thể ảnh hưởng đến phát triển cơn bão tiếp theo. Làm mát này chủ yếu được gây ra bởi gió điều khiển pha trộn nước lạnh từ sâu trong đại dương và các vùng nước bề mặt ấm áp. Kết quả này có hiệu lực trong một quá trình thông tin phản hồi tiêu cực có thể ức chế sự phát triển hơn nữa hoặc có thể dẫn đến suy yếu. Thêm làm mát có thể đến trong các hình thức nước lạnh từ các giọt mưa rơi xuống (điều này là bởi vì không khí mát ở độ cao cao hơn). Mây che phủ cũng có thể đóng một vai trò trong việc làm mát đại dương, bằng cách che chắn bề mặt đại dương từ ánh sáng mặt trời trực tiếp trước và hơi sau khi cơn bão đi qua. Tất cả những hiệu ứng này có thể kết hợp để sản xuất một giảm đáng kể nhiệt độ bề mặt nước biển trên một khu vực rộng lớn chỉ trong một vài ngày [26].

Các nhà khoa học ước tính rằng một cơn bão nhiệt đới phát hành năng lượng nhiệt ở mức 50 đến 200 exajoules (1018 J) mỗi ngày, [19] tương đương với khoảng 1 PW (1015 watt). Tỷ lệ giải phóng năng lượng này tương đương với 70 lần năng lượng thế giới tiêu thụ của con người và 200 lần so với năng lực trên toàn thế giới tạo ra điện, hoặc bùng nổ một quả bom hạt nhân 10-megaton mỗi 20 phút. [19] [27]

Trong tầng đối lưu thấp, chuyển động rõ ràng nhất của đám mây là hướng trung tâm. Tuy nhiên, cơn bão nhiệt đới cũng phát triển một dòng chảy trên cấp cao (độ cao) ra nước ngoài của các đám mây. Những nguồn gốc từ không khí đã phát hành độ ẩm của nó và bị trục xuất ở độ cao thông qua các "ống khói" của động cơ bão [15]. Dòng chảy này tạo cao, mây ti đám mây xoắn ốc đi từ trung tâm. Những đám mây mỏng khi chúng di chuyển ra phía ngoài từ trung tâm của hệ thống và tan biến. Họ có thể là đủ mỏng để cho mặt trời để được nhìn thấy thông qua họ. Những đám mây ti cao có thể là dấu hiệu đầu tiên của một cơn bão nhiệt đới gần [28]. Phẩm, bưu kiện không khí được nâng lên trong mắt của cơn bão xoáy này giảm xuống, gây ra các dòng chảy ra từ một cơn bão nhiệt đới có gió xoáy chuyển động chống.