臺風(fēng)動能平衡是什么意思 臺風(fēng)能量來源是太陽能嗎

導(dǎo)語：臺風(fēng)動能平衡是什么意思?臺風(fēng)動能平衡的狀態(tài)并非一成不變,，它受到多種因素的影響，如環(huán)境條件的變化,、臺風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整等,。當(dāng)這種平衡被打破時,，臺風(fēng)的強(qiáng)度,、路徑和速度等都會發(fā)生相應(yīng)的變化，因此,，對于臺風(fēng)動能平衡的研究,，不僅有助于我們更深入地理解臺風(fēng)的本質(zhì)和特性，還有助于我們更準(zhǔn)確地預(yù)測和防范臺風(fēng)災(zāi)害,，接下來就一起去看看臺風(fēng)能量來源是太陽能嗎?

臺風(fēng)動能平衡是什么意思

臺風(fēng)

在總能量的平衡中,，動能雖然只是較小的量，但它對臺風(fēng)的維持和發(fā)展有重要意義,。在臺風(fēng)中動能是總能量中用于臺風(fēng)加強(qiáng)或維持的一部分能量,，關(guān)于臺風(fēng)內(nèi)動能的收支，Palmén和Jordan(13.Riehl和Malkus,Vincent等1作過計算,。

在軸對稱圓柱坐標(biāo)系中,，如果在臺風(fēng)中經(jīng)向速度和氣壓分布已知，在半徑r,。的區(qū)域內(nèi)動能的變化可由下式表示上式忽略了通過上邊界pn的垂直輸送,。右邊第一項是通過半徑r。圓柱面的動能凈流入量,。當(dāng)積分區(qū)取得很大時(如ro>1000公里),此項可忽略,。Palmén和Jordan指出，通過666公里半徑的凈流入很小,，但在臺風(fēng)內(nèi)部此項不能忽略,。第二項是徑向氣壓梯度力所做的功,，即動能的制造項。對于開系,，它包括氣壓力在邊界做功項和有效位能轉(zhuǎn)換成動能的項,。對于閉合系統(tǒng)此項只表示有效位能轉(zhuǎn)換成動能項。D是摩擦消耗率,。上式表明,，在一定體積內(nèi)，動能的變化率由通過邊界的動能通量,、該體積內(nèi)動能的制造和由摩擦造成的動能消耗等項決定,。

在穩(wěn)態(tài)情況下，摩擦消耗等于動能制造加上動能的流出(或流入),。在臺風(fēng)中動能的制造和消耗與徑向速度和氣壓場有密切關(guān)系,。首先由中心區(qū)凝結(jié)加熱產(chǎn)生斜壓場，造成垂直環(huán)流,。徑向流入的空氣主要位于低層,，它們成氣旋式流入低壓中心區(qū)和高溫區(qū)，這時氣壓梯度力做功,，制造動能(v,與是負(fù)相關(guān)),。氣壓梯度在中心區(qū)最強(qiáng)，所以大部分動能是在風(fēng)暴中心區(qū)制造的,。在高層,，臺風(fēng)上空常常是反氣旋環(huán)流，但在中心上空常有小范圍的氣旋性環(huán)流出現(xiàn),。由于高層的氣流是向外流出的(但流出不一定對稱),所以在高空臺風(fēng)內(nèi)部氣旋性環(huán)流區(qū)中的流出是消耗動能的,，在反氣旋環(huán)流區(qū)制造動能，但此處制造的動能與低層相比是很小的,。動能的消耗主要由地面和內(nèi)摩擦造成,。

另外，強(qiáng)的高空流出也可以把一部分動能輸送給四周的大氣,。有時候,，高空反氣旋并不明顯，流出很弱,，因而高層輸出的動能很少,。這時在對流層中部可出現(xiàn)流出，在低層制造的動能大部分消耗在氣流作氣旋性流出時抵抗氣壓梯度力所作的功,。積分,，可以得到不同環(huán)狀區(qū)域中動能的收支。Riehl和Malkus就是利用上式計算了Daisy颶風(fēng)內(nèi)部的動能收支，為了說明整個臺風(fēng)區(qū)動能的收支情況,，總消耗包括地面摩擦作用和大氣內(nèi)摩擦作用,。根據(jù)Riehl,Malkus的估計，內(nèi)摩擦作用更大一些,。在表中最后一欄中,，在內(nèi)區(qū)有相當(dāng)一部分動能是通過徑向流入得到的，在外區(qū)臺風(fēng)是損失動能的,，通過徑向環(huán)流從外向內(nèi)輸送很多動能,，但就整個系統(tǒng)來說內(nèi)外輸送平衡，與外界沒有動能交換,。

這種過程只反映了動能的再分布,。最近Vincent和Chang151采用隨風(fēng)暴一起移動的坐標(biāo)系對Celia颶風(fēng)作了動能收支的計算，也得到類似結(jié)果：通過邊界的水平和垂直動能通量與動能制造項和消耗項相比是比較小的,，實際上可以忽略,。因而在颶風(fēng)成熟期和緩慢減弱期動能制造(動能源)與消耗項(動能匯)之間近于達(dá)到平衡。在其間的迅速減弱時期,，兩者存在著明顯的不平衡,，使動能迅速減小。對Celia颶風(fēng)大部分時間來說,，它的動能收支的演變可近于看作一閉合系統(tǒng),，僅由內(nèi)部能源和能匯就可說明動能的變化，這是Celia颶風(fēng)比較顯著的一個特點,。因為在有些熱帶氣旋能量收支中,，邊界通量是比較重要的。在整個臺風(fēng)區(qū),，動能制造都為正。

動能的制造是向內(nèi)增加的,，在1°半徑內(nèi)總動能制造率是0.52×1010千焦耳/秒,。這比平均颶風(fēng)的制造率要大。在整個臺風(fēng)區(qū),，平均總動能制造率是1.5×1010千焦耳/秒,。由于臺風(fēng)內(nèi)區(qū)的面積只占整個臺風(fēng)區(qū)面積的3%,所以內(nèi)區(qū)單位面積上動能的制造率比外區(qū)高得多。表5.5中給出了不同人計算的動能制造率,。相互之間有一定的差別,。

臺風(fēng)作為熱機(jī)，其效率是很低的,。與整個大氣的機(jī)械效率相當(dāng),。但是由表5.4.在外區(qū)也是產(chǎn)生動能的，而在外區(qū)的熱源量較小，故考慮了外區(qū)使整個臺風(fēng)中的效率數(shù)值會高一些,。在6個緯距半徑內(nèi)動能的制造率是1.5×1010千焦耳/秒或15.0×102瓦,，Hughes161指出，約 80%的總降水是出現(xiàn)在平均氣旋2個緯距半徑內(nèi),，因而整個氣旋的熱源應(yīng)為63×1010千焦耳/秒,，相應(yīng)的機(jī)械效率是2.4%,比整個大氣的值略大一些。應(yīng)該指出,，這個數(shù)值是隨氣旋強(qiáng)度不同而異,，例如在Daisy颶風(fēng)中，單位面積上無論是動能的制造或消耗都較大,，因為它比平均颶風(fēng)要強(qiáng)一些,。從動能的平衡看，臺風(fēng)不應(yīng)看作是一個閉合系統(tǒng),。在臺風(fēng)中,，熱能轉(zhuǎn)化為動能與上升空氣和周圍空氣之間的溫差有關(guān)。

臺風(fēng)

從臺風(fēng)中心區(qū)向外輸送出大量的能量僅限于對流層最上層,。如果把臺風(fēng)看作是一個沒有熱匯的閉合系統(tǒng),，則根據(jù)質(zhì)量連續(xù)原理其外部應(yīng)產(chǎn)生下沉運動，造成逐漸的絕熱加熱,，結(jié)果臺風(fēng)內(nèi)斜壓性減小,，動能制造也減少，臺風(fēng)逐漸減弱,。在1°緯距半徑區(qū)內(nèi),，取輻射熱匯為1010千焦耳/秒，則需要半徑為8緯距的輻射區(qū)才能抵消63×1010千焦耳/秒的熱源,。上述輻射值可能過大,，因為夏季1°緯距半徑內(nèi)平均輻射熱損失(在適當(dāng)緯度上)只有0.4×1010千焦耳/秒，因而需要更大的區(qū)域才能阻止動能制造的減少,，其尺度大為超過颶風(fēng)的尺度,。

這表明臺風(fēng)環(huán)流應(yīng)該被看作一個開系。另外從熱量輸出和角動量平衡上7.臺風(fēng)也應(yīng)看作一個開系,。但就某一時段或時刻動能的制造和或消耗而言,，可以把臺風(fēng)看作具有某一最小半徑的閉合區(qū)。從整個動能項看,，在成熟的臺風(fēng)中,，動能基本上是維持平衡的，動能的時間變化很小,這時動能的輸送項與制造項之和與消耗項近于相等,。很多研究者利用臺風(fēng)數(shù)值模式對臺風(fēng)的動能收支進(jìn)行了研究,得到的結(jié)果與實際計算比較一致,，例如根據(jù)Kurihara的計算,，在60公里內(nèi)，動能的消耗大于動能制造,，60公里以外正好相反,，這與Palmén和Riehl的結(jié)果一致，故為維持內(nèi)區(qū)動能的需要,，動能應(yīng)向內(nèi)輸送,。

臺風(fēng)能量來源是太陽能嗎

臺風(fēng)的能量主要來源于太陽能，但這一過程是通過水汽凝結(jié)釋放潛熱實現(xiàn)的,。?臺風(fēng)的形成和維持依賴于熱帶海洋的水汽上升和凝結(jié)過程,，這一過程釋放的潛熱為臺風(fēng)提供了巨大的能量。太陽能加熱了海洋,，使得海水溫度升高,，從而促進(jìn)了水汽的蒸發(fā)和上升運動。這些上升的水汽在臺風(fēng)內(nèi)部凝結(jié)時,，釋放出大量的潛熱,，這是維持臺風(fēng)環(huán)流和增強(qiáng)其強(qiáng)度的主要能量來源。

雖然太陽能不是直接作用于臺風(fēng)系統(tǒng),，而是通過加熱海洋來間接影響臺風(fēng)的形成和強(qiáng)度,，但這一過程是不可或缺的。太陽能的加熱作用使得海水溫度升高,，從而為臺風(fēng)的能量來源提供了基礎(chǔ)條件,。因此，可以說太陽能是臺風(fēng)能量的間接來源,。

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