臺風總能量收支是什么 臺風的能量可以利用嗎

導(dǎo)語：臺風總能量收支是什么?臺風主要通過從海洋吸收熱能、水汽凝結(jié)釋放潛熱以及環(huán)境風場中的動能輸入等方式，不斷積聚能量,，其中，海洋是臺風能量的主要來源,，臺風通過其強大的風場和旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，不斷從海洋表面吸收熱量和水分,，這些能量隨后被轉(zhuǎn)化為臺風的動能和內(nèi)部潛熱,，此外，水汽凝結(jié)過程中釋放的潛熱也是臺風能量增強的關(guān)鍵因素,，它進一步促進了臺風的發(fā)展和增強,，那么臺風的能量可以利用嗎?下面就去了解了解吧!

臺風總能量收支是什么

臺風

在臺風的能量平衡中，總能量一般是指內(nèi)能,，位能和動能的總和,。熱源由兩部分組成，一部分是內(nèi)部熱源,，包括從下墊面來的潛熱和感熱流入及輻射冷卻;另一部分是水汽的徑向流入,。在臺風能量問題的研究中，最直接的方法就是研究距氣旋中心任意半徑處能量的流入或流出情況,。

某一體積內(nèi)總能量的局地變化方程為式中K,P,I分別是動能,、位能和內(nèi)能。dA是面積元,，向外為正,。A為該體積的表面積。vn是風的法向分量,，向外為正,。

是加熱項，F(xiàn)是納維耶-斯托克斯粘性應(yīng)力張量,。如果考慮軸對稱的穩(wěn)態(tài)渦旋,，并忽略邊界應(yīng)力，則在半徑r,。內(nèi),，氣壓PosPH間圓柱體中的能量收支v,是徑向風，上式還假定通過頂面沒有能量通量,。上式可改寫為上式左邊最后一項代表通過r,。處的水汽能量通量，這項加上蒸發(fā)項(LE)應(yīng)等于凝結(jié)和降水釋放的能量，故整個左邊可由πr3(Q,+Lp+R)表示,，p是ro內(nèi)的平均降水率,，Q,是由海面到大氣的感熱輸送。E是蒸發(fā)率,，R,。是大氣的輻射差額。Palmén,Riehl對一個平均熱帶氣旋中2°緯距半徑內(nèi)能量的凈流出和潛熱的凈流入作了計算,。根據(jù)式(5.14)可見，這兩項差為左邊頭三項之和,。計算結(jié)果見下表,。上面計算表明，潛熱的徑向流入在能量平衡中起著很重要的作用,。在其它熱源一欄中,，輻射項是熱匯，量值是1℃/天左右,。為了達到能量平衡,，另兩項即從下墊面來的潛熱和感熱通量應(yīng)大于1010千焦耳/秒，這比起潛熱流入項要小得多,。Riehl,Malkus及Miller分別計算Daisy和Helene颶風的能量平衡,，也得到了類似結(jié)果。

在這些計算中,，Q,+LE不是作為余數(shù)估計出來,。結(jié)果如表5.8所示。計算結(jié)果表明：在整個能量收支中,，動能并不重要,，而來自海面的潛熱和感熱通量只占總熱能的9—16%,因而總能量的基本來源是由徑向流入得到，這個結(jié)果與上述平均風暴的結(jié)果是一致的,。根據(jù)水汽流入和海面蒸發(fā)可以計算熱帶氣旋內(nèi)部降水的強度,。就颶風Daisy和Helene來說，在1°緯距半徑內(nèi),，總潛熱源約為37×1010千焦耳/秒,。如果所有凝結(jié)的水汽全部作為降水落下，則相當于14.4×10?千克/秒的降雨量,。這相當于平均降水率為13.4毫米/時,。Ooyama曾經(jīng)計算一個模式熱帶氣旋中能量的收支。他分三個階段即迅速加深階段(t=81小時),成熟階段早期(t=134小時),成熟階段晚期(t=194小時)進行計算,。

臺風中的能量輸入[Q,P]幾乎完全出現(xiàn)在0—100公里的內(nèi)區(qū),，但在該區(qū)內(nèi)用于制造動能的位能很小。就整個風暴而言，在最內(nèi)區(qū)[P,K]轉(zhuǎn)換仍是最大,。在內(nèi)區(qū),，動能的總消耗率實際上大于產(chǎn)生率，這時必須從向外輸出的一部分位能中,，在外區(qū)產(chǎn)生過多的動能,，再把這些多余的動能重新輸入內(nèi)區(qū)用來維持內(nèi)部的環(huán)流。所以對內(nèi)區(qū)來說,，平流輸送項很重要,。前面已經(jīng)指出，在低層由于氣壓梯度力做功[P,K?]都是正值,，能制造動能,。在高層，[P,K?]只在外區(qū)反氣旋環(huán)流中為正,。在內(nèi)部氣旋性環(huán)流區(qū)中,，流出的空氣必須抵抗氣壓梯度力做功，[P,K?]為負值,，這時上部氣旋性環(huán)流主要靠從下層向上層的動能輸送[K,K?]來維持,。由圖5.3可見，在200公里內(nèi),，[K?,P]的動能消耗要比[K?,D,1(地面摩擦項)大,。動能的輸送項是很大的。

表中K=K?+K?,[P,K]=[P,K?]+[P,K?],是上升的,。并且在渦度大的地方上升運動強,。濕對流的增暖作用超過上升運動區(qū)中的絕熱冷卻作用，因此有力管場生成,，它使運動場加速,，有利于濕對流的增強。在臺風加深前階段,，力管場是否能建立,，這是決定于臺風內(nèi)區(qū)的熱量收支，而熱量的收支又決定于自由大氣的靜力穩(wěn)定度和邊界層中的水分含量,，在這方面,，海溫是一個重要因素。在加深階段(與加深有關(guān)的過程由粗箭頭連接),有暖濕中心建立最是重要,，這種暖濕中心的建立能加速徑向-垂直環(huán)流,，并又加強濕對流過程。這時動能的制造在增加,，并發(fā)生由中心區(qū)向外的質(zhì)量凈流出,，地面氣壓明顯下降,。由于相對角動量的凈輸入內(nèi)區(qū)，整層相對角動量大為增加,。

通過平流,、水平輻合、扭轉(zhuǎn)項作用使臺風中的渦度增加,，這使得臺風加強和范圍縮小,。當臺風中心區(qū)的條件不穩(wěn)定層結(jié)變成中性層結(jié)時，臺風的加深階段便結(jié)束了,。由于在自由大氣中斜壓向量與科里奧利力和離心力相平衡,，這使得徑向-垂直環(huán)流的加速停止。到這時,，相對角動量和渦度集中在中心附近,，垂直和水平擴散作用非常重要。臺風中達到中性層結(jié)時,，徑向-垂直環(huán)流和內(nèi)區(qū)的相對渦度都保持不變。在對流層中,，除開在上部和邊界層外,，切向氣流和氣壓場滿足梯度風關(guān)系。在邊界層,，?？寺鼩饬魇艿綉T性加速度的影響。由于暖心發(fā)展和在風暴外面渦度減少,，這使得在外區(qū)高層出現(xiàn)沿等熵面的慣性不穩(wěn)定,。這在有限地區(qū)引起了次生的徑向-垂直環(huán)流，但這種環(huán)流并不會改變熱帶氣旋的主要特征,。

在成熟階段,，臺風內(nèi)區(qū)達準穩(wěn)態(tài)。這時為了維持臺風中的動能,，輸送過程和制造項同樣重要,。另一方面外區(qū)狀態(tài)仍在緩慢變化，即濕中性穩(wěn)定區(qū)擴大,，低層相對角動量增加,，而高層減少。臺風能量收支的計算不但對于了解臺風的演變和維持有重要意義,，而且對于研究臺風與中緯度環(huán)流的作用也有重要意義,。臺風發(fā)生在熱帶海洋上，并在中高緯度地區(qū)消失,。臺風中包含有大量的熱量和水汽,，當臺風進入中緯度地區(qū)后,，它把這些熱量和水汽輸送到中緯度。當西風帶長波槽伸向低緯時,，即使在20°N以南的臺風也可以在槽前西南氣流把熱量和水汽向中緯度地區(qū)輸送,。這在衛(wèi)星云圖上表現(xiàn)為從熱帶風暴向東北方向伸展到中緯度西風帶的寬廣長云帶。

Palmén,Riehl以及Fujita等人曾指出,，從熱帶風暴輸出的能量可能對中緯度西風環(huán)流的維持起著重要作用,。最近Erickson,Winston[241對1967—1969年秋季14次衛(wèi)星云圖上臺風中長云帶的個例作了能量計算，發(fā)現(xiàn)在云帶內(nèi)或緊靠云帶南側(cè)對流層上層增暖,，北側(cè)變冷,，但降冷的程度比南部增暖的程度弱，結(jié)果在云帶發(fā)生時或發(fā)生不久,，在云帶所在區(qū)或在20°—60°N的北太平洋地區(qū),，300毫巴西風趨于增強。在20°N以北850—200毫巴的能量變化也與云帶有關(guān),。在一次云帶發(fā)生期間或之后不久,，渦旋動能就出現(xiàn)一次比平均增長大的陡增現(xiàn)象。

而這種渦旋動能的增加與有效位能的減少或轉(zhuǎn)化有關(guān),。因而Erickson,Winston認為,，在衛(wèi)星云圖上長云帶形象地表示由熱帶風暴向中緯度能量的輸送，這種能量輸送有助于秋季半球范圍環(huán)流的建立和加強,。云帶實際上表示熱量和水汽的大量輸送,，也表示轉(zhuǎn)換為渦旋有效位能和渦旋有效動能。這種過程的尺度很大,，不僅影響了北太平洋對流層環(huán)流,，而且影響了整個北半球的對流層環(huán)流。

臺風

臺風的能量可以利用嗎

臺風的能量可以利用,。?

臺風作為一種強大的自然現(xiàn)象,，?蘊含著巨大的能量。?盡管臺風帶來的強風和暴雨可能造成嚴重的災(zāi)害,，?但其巨大的能量也提供了潛在的利用價值,。?一些創(chuàng)新性的想法和嘗試旨在利用臺風中的能量，?例如：?

利用臺風的風力發(fā)電：?有提議在臺風中心部署遙控船隊,，?收集和儲存來自風力和海底漩渦的能量,。?一項估計表明，?一場巨大臺風產(chǎn)生的能源可以滿足全球一個月的能源需求,。?盡管這被認為是極具挑戰(zhàn)性的,，?但一些科學(xué)家和工程師認為這是可以實現(xiàn)的，?尤其是在能源資源有限且擔心全球變暖的背景下.?

開發(fā)臺風渦輪機：?日本一家初創(chuàng)公司Challenergy設(shè)計了一種臺風渦輪機,，?能夠在狂風暴雨中工作,，?從臺風中捕獲動能并將其轉(zhuǎn)化為電力,。?這種垂直風力渦輪機利用三個垂直旋轉(zhuǎn)的圓柱體來捕捉不同方向的風，?這種設(shè)計有助于防止渦輪機在強風中過度旋轉(zhuǎn)而損壞發(fā)電機.?

收集臺風數(shù)據(jù)：?有機構(gòu)計劃部署研究飛機來收集臺風的數(shù)據(jù),，?并最終開始進行“真實世界”的實驗,，?以探索利用臺風能量的可能性.?

盡管這些嘗試看起來充滿挑戰(zhàn)，?但它們展示了人類對于利用自然能源的探索和創(chuàng)新精神,。?同時,，?這也提醒我們，?在嘗試利用自然力量時,，?需要謹慎考慮其對環(huán)境和人類安全的影響,。?

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