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為什麼颶風有眼睛?科學家們還不是真的知道

2017年8月7日, 國際空間站上的歐洲航天局宇航員薩曼莎·克里斯多夫雷蒂(Samantha Cristoforetti)拍攝的一張照片中, 超級颱風梅薩山克(Maysak)

旋風的眼睛是一個安全的地方,

是危險的標誌。 在眼睛裡面, 風很平靜, 沒有下雨。 藍天通常在頭頂上可見。 但是, 在暴風雨的眼前結束是一個壞消息 - 眼睛被風暴最強大的風吹動的眼壁環繞著。 而當一個眼睛形成, 這是一個標誌, 一個旋風已經變得更有組織, 更強大。 這是成為一場完全颶風的道路上邁出的關鍵一步。

所以, 氣象學家仔細觀察氣旋的眼睛。 那些奇怪的, 仍然點傳達關於風暴會發生什麼破壞的無價的資訊。 然而, 儘管研究人員對這些現象十分關注, 旋風眼卻幾乎沒有人知道。 2006年發表的一篇論文發現了數以百計的旋風眼形成的解釋, 其中許多是明確相互矛盾的。

但物理學家, 應用數學家和工程師的一篇新論文(1月12日)發表在“物理評論流體”雜誌上,

可能有助於縮小該領域的範圍。

作者寫道, 模擬和研究眼睛的問題在於, 颶風(和其他旋風)的內部結構是由許多相互競爭的力量和現象(例如湍流和幾個不同的行為層)來控制的, 非常複雜或不甚瞭解。 當幾個複雜的系統相互作用, 特別是那些還沒有洩露任何資訊的系統時, 結果就複雜得多了。

研究人員寫道, 這是流體力學以及氣象學的基本問題。

科學家們寫道:“儘管(眼睛)有共同的外觀, 但是在不同類型的大氣渦流中, 相同的基本機制是不同的。 ” “在沒有這種基本認識的情況下, 人們無法可靠地預測眼睛應該或不應該形成的時間。 ”

研究人員構建了他們稱之為大氣旋風的最複雜模型, 並將其擴展到了他們在2017年1月發表在“流體力學雜誌”上的一篇論文中描述的早期模型。

他們在2018年的論文中寫道:“在這樣的嘗試中, 我們必須小心翼翼地模擬一個旋風式的眼睛”, 重要的是強調大氣渦旋的某些基本特徵已經在現有模型中下降了, 包括垂直分層[前面提到的那些層), 空間變化和各向異性的渦流粘度(控制空氣如何碰撞和晃動的奇怪的內部力)以及由於水蒸氣凝結而產生的潛熱釋放。

不過, 他們寫道, 他們的模型對於在現實世界中出現的熱帶風暴來說是一個合理的, 簡單的模擬。

對於眼睛在他們的模型中形成, 研究人員發現, 旋風必須適應四條邊界條件。 瞭解這些對於獲得本文的基本觀點來說並不是非常重要,

所以請隨意滾動查看列表。 但是這裡是好奇的:

埃克曼數 - 與地球旋轉引起的寇里奧利力相比, 是當地大氣粘度的一個量度 - 不能太高。 換句話說, 這個系統不能被氣流之間的摩擦力所支配, 而不是地球從腳下滑落的力量。

測量慣性(運動)力與大氣粘度之比 的雷諾數不能太低。 這是一個複雜的說法, 風暴的運動至少是一個相當重要的驅動因素, 而不是相互纏繞。

Rossby號碼不能太大

...或者太小 羅斯貝數測量系統的運動力量和寇里奧利力量之間的關係。 所以, 為了形成一個旋風的眼睛, 這兩者至少有一定的意義。

這裡重要的一點是, 至少在這個簡化的模型中, 當風暴的內部摩擦力, 速度和旋轉的地球對風暴的作用力都達到微妙的平衡時,

形成了一個旋風的眼睛。

研究人員說, 重要的是要注意, 這些結果並沒有完全回答為什麼眼睛在颶風中形成的問題 - 太多的因素被排除在外, 而且完全可能的是, 他們的模型沒有像預期的那樣模擬颶風。 (他們的模型也絕對不包括龍捲風等其他形式的大氣旋風。 )

他們寫道, 這項研究所做的是為回答關於颶風的一些基本問題指明方向。 即:他們為什麼要這樣做, 氣象學家如何更好地預測風暴的行為?

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