博文

台风缘何跟我们“躲猫猫”？——流体力学的魅力浅说（4）

已有 9328 次阅读 2010-9-1 16:14 |个人分类:科海随笔|系统分类:科研笔记| 热带风暴, 台风, 混沌, 热带气旋, 旋涡相互作用

这两天，我国东南沿海的人们给台风搞得人心惶惶的。今天本来是中小学生开开心心上学的日子，谁料想，昨晚市政府一声令下，开学典礼推迟一天，各部门要全力以赴，严阵以待，迎战今年的7号台风“圆规”。

到了今天，除了零零星星下了几场短促的阵雨，刮着不太强劲的风；有时还阳光明媚，气温中常；我写这篇博文之时，隐隐约约传来几声雷鸣，老天还是憋着，不肯降下大雨来。一句话，台风在跟我们“躲猫猫”！

这是为什么？

下面，我以流体力学工作者的身份，告诉大家：什么是台风？它是怎样生成的？为什么台风路径如此诡异？为什么台风“圆规”会跟我们“躲猫猫”？

•什么是台风？• 台风是热带气旋的一个类别。按世界气象组织定义：热带气旋中心持续风速达到12级（亦即，台风中心附近的最大平均风速达32.7~61.2米/秒）就是台风。“台风”的英语为typhoon，源于粤语“大风”（daifung）。

•台风是怎样生成的？• 从流体力学的角度看来，台风由海面大气的热对流产生。在海面温度超过26℃的热带或副热带海洋上，由于近海面处气温高，大量空气膨胀上升，使那里的气压降低，外围空气源源不断地流入，随之上升；受地球自转造成的科氏力的作用，上升的空气旋转起来，并膨胀变冷，其中的水汽冷却凝结形成水滴时，释放出热量，又促使下层空气不断上升。这样近洋面气压下降得更低，空气旋转得更加猛烈，这样的气体旋转通称为“热带气旋”（气象预报中常称为“热带风暴”）；如果热带气旋的强度达到上述标准，就称为“台风”。

菲律宾列岛以东的热带洋面（西太平洋）的气候条件特别适于热带气旋和台风的生成，因此成了侵袭我国的热带气旋和台风的发源地。

•台风是怎样移动的？•热带气旋（包括台风）的移动路径取决于其本身的强度和周围环境，如周围大气的压力、温度及其动态演变过程，可根据地球流体力学和大气动力学的方程来加以描述和确定，通常是热带气旋和台风研究中的关键性的困难问题。如果周边环境比较单纯，则能给出相当准确的预报；一旦环境因素复杂，台风路径就相当诡异，显示出扑朔迷离的特征，令人难以琢磨，预报也就难以准确，需要根据当时当地的数据，随时加以调整、分析。因此，有时台风明明已经扑面而来，却突然拐弯而去；有时台风悠哉游哉，却突然扑将过来。只有在科学足够发达时，人们才有可能准确地“抓住”台风。

•台风“圆规”缘何“躲猫猫”？• 这次台风“圆规”的路径预报特别不准，原因何在？因为在40个小时内在西太平洋热带洋面上同时生成了三个热带气旋！据报道，“今年第6号热带风暴‘狮子山’于30日15时加强为强热带风暴，可能在粤东到闽南沿海地区登陆；第7号热带风暴‘圆规’也于30日17时加强为台风；同时，原位于台湾东北部的热带低压已生成为今年第8号热带风暴‘南川’。6号、7号、8号三个热带气旋相互影响，‘狮子山’移动路径更趋复杂多变。”据气象学家陈述，三个热带气旋同时生成，在历史上并不多见；最近一次是在四年前。

据称，台风“圆规”与2006年第8号台风“桑美”相似，源地相同，也有多台风相互作用，行踪也同样诡异。

下面，笔者用流体力学知识对上述台风路径诡异现象做一些定性分析。我认为，台风路径异常主要源于复杂的气候、地理环境，特别是源于多台风的相互作用。

十多年前，我在纽约大学柯朗数学科学研究所分析过流体力学中旋涡的相互作用。根据旋涡动力学研究的老祖宗亥姆霍兹和海胡洛克的论述，建立了一个非常简单的旋涡相互作用模型，用涡线来近似地代表台风，研究了三条以上的涡线的动相互作用。发现所得到的解有点奇怪，有时涡线会做有序的周期运动，有时则会出现混沌，也就是说，带有一种杂乱无章的特征。

说得浅近一些。请大家观察一下旋涡附近的运动，很快会发现周边流体会跟着转起来；如果，旋涡边上再摆一个旋涡，它们彼此有协调的相互作用，和谐地“翩翩起舞”；要是再摆上第三个旋涡，就像生活中有了第三者，这时很可能局面就要大乱了，倘若有一个旋涡足够强大（如同三角恋爱中有一位特别强势），事情就可平息下来；倘若三个旋涡势均力敌，那就糟糕了，非乱成一团不可（就跟第三者介入时那样）。

这么一说，你就明白了，尽管三位气旋小姐/先生外表不同，偏偏“圆规”、“狮子山”、“南川”三者都是中等强度的热带气旋（后二者还没争到“台风资格”），再加上“圆规”边上还有一个“副高压”在作祟，三者彼此“你拉我扯”，局面要不大乱，才怪呢！

朋友们看看，我这篇博文快写完了，“圆规带来的暴风雨”还无影无踪呢！过两三个小时，也许电视新闻会告诉你：

台风“圆规”已然逃遁！

我不是台风专家，只是凭着兴趣，加上一点流体力学知识，对台风做了一番议论，告诉大家，学流体力学确实好玩，可以让我们明白好多事理。有说错之处，请气象专家和博友们指正。

本文依据的网上资料：

http://news.xinmin.cn/rollnews/2010/09/01/6589054.html

http://economy.southcn.com/e/2010-08/31/content_15391125.htm

http://www.cu-market.com.cn/hgjj/2010-8-31/10532158.html

http://news.163.com/special/santaifenglaixi/

写于2010年9月1日16：00