飓风是如何工作的

由:马歇尔的大脑,克雷格•Freudenrich博士。罗伯特·兰姆|

由飓风丝毫的圣安德烈斯,哥伦比亚,二零二零年十一月十七日留下了损坏的道路无人机的画面。通过盖蒂图片MICHAEL AREVALO / AFP

飓风是一种强大的风暴,能激发人们的想象力。2017年8月,飓风哈维袭击了德克萨斯州,淹没了美国最大的都会区之一。不到两周后,人们想到了飓风艾玛,它是大西洋有史以来最强的飓风之一。2012年10月,当飓风“桑迪”(Sandy)向美国东海岸移动时,气象学家称这场风暴是史无前例的,因为它沿着人口稠密的城市海岸移动,造成的潜在破坏和死亡人数都是前所未有的。一些事件地球能与一个飓风.也被称为热带强热带风暴台风在美国,这些猛烈的风暴可以搅动海洋,形成50英尺(15米)高的山峰和山谷,重新定义海岸线,并将整个城市夷为平地毁灭。一些研究人员甚至推测恐龙是被史前的人类灭绝了吗hypercanes它是一种超级飓风,由一股炙热的小行星罢工。

每年,世界都会经历飓风季节.在此期间,数百个风暴系统从赤道周围的热带地区盘旋而出,其中40到50个风暴加强到飓风级别。在北半球,飓风季节从6月1日持续到11月30日,而南半球通常在1月至3月经历飓风活动。因此,一年中75%的时间里,可以有把握地说,某个地方的某人可能在担心即将到来的飓风。

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飓风构建能源,因为它移动到大洋彼岸,从表面吸干温暖,潮湿的热带空气和高空分配较冷的空气。这个作为进出风暴呼吸。飓风升级到这个“呼吸”被破坏了,当暴风雨使得登陆等。此时,风暴很快失去其势头和动力,但也不是没有肆行风速高达185英里每小时(300公里)的海岸地区。

在这篇文章中,我们将探索飓风的生命周期和剖析,以及我们用来分类和跟踪这些最终风暴系统的方法。

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定义一个飓风

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气压计是测量大气压的一种方法。
彼得Dazeley /盖蒂图片社

为了理解飓风工作中,你必须了解的基本原理大气压力.构成的气体地球的大气受地球大气的影响重力.事实上,气氛的重量在组合的5.5万亿吨(4.99千万亿公吨)。气体分子在底部,或那些最接近地球的表面,我们所有的活,由他们上面空气的重量压缩。

离我们最近的空气也是最热的,因为大气主要是由陆地和海洋加热的,而不是由海洋太阳.要理解这一原理,可以想象一个人在炎热的晴天在人行道上煎鸡蛋。实际上煎蛋的是被人行道吸收的热量,而不是来自太阳的热量。当空气升温时,它的分子会移动得更远,使其密度降低。然后这些空气上升到更高的海拔,那里的空气分子受到重力的压缩较小。当温暖的低压空气上升时,寒冷的高压空气就抓住机会从它下面进入。这个运动叫做压力梯度力。

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当低压中心在大气中形成时,这些就是起作用的基本力量。低压中心可能会变成北大西洋、北太平洋和加勒比地区的人们所说的飓风。还发生了什么?我们知道,来自海洋表面的温暖潮湿的空气开始迅速上升。当它上升时,它水蒸气凝结形成暴风云和雨点。冷凝释放的热量叫做凝结潜热.这种潜热使冷空气升温,使其上升。这些上升的空气被来自下面海洋的更温暖、更潮湿的空气所取代。这个循环还在继续,吸引更多温暖潮湿的空气进入正在形成的风暴,将热量从地表转移到大气中。这种热的交换创造了一种围绕中心循环的风的模式,就像水进入下水道一样。

但是那些标志性的狂风又是怎么回事呢?收敛的风在地表碰撞并推动温暖潮湿的空气向上。上升的空气加强了已经从表面上升的空气,因此风暴的环流和风速增加。与此同时,在更高的高度(高达30000英尺或9000米)以同样的速度吹来的强风有助于从风暴中心移走上升的热空气,保持暖空气从表面的持续运动,保持风暴的组织性。如果高空的风不是在所有高度以相同的速度吹——如果风剪——风暴变得混乱和减弱。

甚至在更高的大气中(30,000英尺或9000米以上),风暴中心上方的高压空气也会从上升的空气中带走热量,进一步推动空气循环和飓风的发展。随着高压空气被吸入风暴的低压中心,风速增加。那你就得应付飓风了。

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飓风是如何形成的

你从来没听说过飓风袭击阿拉斯加。这是因为飓风发生在温暖的热带地区至少80华氏度(27摄氏度)。风暴还需要潮湿的空气和汇聚的赤道风。大多数大西洋飓风开始于非洲西海岸,开始于雷暴移动到温暖的热带海洋水域。

飓风的低气压相对平静的中心被称为眼睛.眼睛周围的区域被称为眼墙这里是风暴中最猛烈的地方。从风眼向外循环的雷暴带被称为雷暴带雨带.这些风暴在形成飓风的蒸发/冷凝循环中发挥着关键作用。

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飓风的旋转是科里奥利力这是一种自然现象,会导致流体和自由移动的物体在北半球向右移动,在南半球向左移动。想象一下驾驶一架小型飞机直接向南飞行。当你向南移动时,行星也在旋转。如果你在地图上画一段从北极到赤道的航程,路径看起来会是向右弯曲的。

所以在北半球,风偏右。在南半球,它们会向左偏转。这种风的偏转使风暴旋转。因此,北半球的飓风以逆时针方向旋转,南半球则以顺时针方向旋转。这种力量还会影响飓风的实际路径,在北半球,飓风会向右(顺时针方向)移动,而在赤道以南,飓风会向左(逆时针方向)移动。如果你不记得了,就在离赤道5度的范围内移动;科里奥利力太弱,无法形成飓风。

飓风通常以云团和雷暴的形式出现热带扰动.这些低压区具有较弱的压力梯度,很少或没有旋转。这些干扰大多会消失,但也有少数会持续到飓风状态。在这些情况下,雷暴中的扰动释放潜热,这变暖方面的干扰。这使扰动内的空气密度降低,下降的表面压力。较冷的空气吹进上升的暖空气的下方风速增加。由于这风是受科里奥利力,干扰开始旋转。传入的风带来更多的水分,这冷凝以形成的过程中更多的云活动并释放潜热。

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飓风的生命周期

这张照片是由安德鲁飓风从东向西缓慢移动时三天(1992年8月23日、24日和25日)的视图合成而成的。“width=
这张照片是由安德鲁飓风从东向西缓慢移动时三天(1992年8月23日、24日和25日)的视图合成而成的。

鉴于毁灭风暴解开,人们很容易想到飓风作为一种怪物的。它可能不是一个活的有机体,但它确实需要寄托在温暖,潮湿的空气的形式。如果一个热带扰动继续够本“食品”,并遭遇最佳风和压力条件下发现,它只会继续增长。

热带扰动发展成飓风可能需要数小时到数天的时间。但如果气旋活动周期持续,风速增加,热带扰动将经历三个阶段:

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  1. 热带低气压风速小于每小时38英里
  2. 热带风暴:39的风速73英里每小时
  3. 飓风风速大于每小时74英里

全世界每年有80到100次热带风暴。它们中的许多在变得过于强大之前就已经灭绝了,但其中大约一半最终达到了飓风级别。

飓风的物理尺寸有很大的不同。有些风暴是结构紧凑,风雨尾随在他们身后的只有几个频段。其他风暴宽松 - 风雨传播的乐队出过数百或数千英里。弗洛伊德飓风,袭击美国东部地区在1999年9月,是从加勒比群岛到新英格兰的感觉。

一旦飓风形成并增强,这种大气力量剩下的唯一路径就是消散。最终,风暴会遇到使它无法获得所需的温暖潮湿空气的条件。当飓风移动到高纬度较冷的水域时,梯度气压降低,风力减弱,整个风暴从热带气旋变为较弱的气旋温带气旋几天后就会消失。

当飓风登陆时,这种重要的温暖潮湿空气也消失了。凝结和潜热的释放减少,不均匀地形的摩擦降低了风速。这导致风更直接地移动到风暴眼,消除了巨大的压差,从而激发了风暴的可怕力量。

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飓风类别

飓风袭击时能造成难以置信的破坏。不过,如果有足够的预警,城市和沿海地区可以给居民所需的时间,加强该地区的防御,甚至疏散。为了更好地对每个飓风进行分类,并让那些受影响的人对风暴的强度做好准备,气象学家依赖于评级系统。

五类根据萨菲尔 - 辛普森规模:

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Saffir-Simpson飓风规模“width=
5级飓风应该会迅速向安全地带移动。
HowStuffWorks
  • 一级风暴的风速为每小时74到95英里(119到153公里)。这可能会破坏屋顶,折断树枝,并将一些树连根拔起。可能会出现停电。
  • 2级风暴的持续风速在96至110英里(154至177公里)之间。可能会出现停电、街道倒塌、结构良好的框架房屋的主要屋顶和墙板损坏。
  • 3级风暴的持续风速为每小时111至129英里(178至208公里)。房屋受损严重,甚至在风暴过去几周后电力和水也会中断。
  • 4级风暴的持续风速为每小时130至156英里(209至251公里)。财产损失可能是广泛的,树木可能被连根拔起。电力可能会中断几个月,被风暴摧毁的地区也可能会几个月无法居住。
  • 类别5个风暴具有每小时或更高157英里(252公里)持续风速。这些飓风会造成总天台及建筑物的失败,倒塌的墙壁,以及其他损害。这些家庭将无法居住了几个月。

澳大利亚气象学家使用略有不同的规模进行分类的飓风。虽然这一点澳大利亚气旋强度等级也居通过风速和从1到5的等级的损坏风暴,它涵盖了飓风和热带风暴。它的1类率开始与高峰阵风每小时(39-55英里),并打算一路63-88公里了5类(超过200公里或124英里)。

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飓风所造成的破坏

2008年5月3日,飓风过后,人们走在缅甸最大城市仰光被洪水淹没的街道上。“width=
2008年5月3日,飓风过后,人们走在缅甸最大城市仰光被洪水淹没的街道上。
法新社/盖蒂图片社

几千年来,飓风已经巩固了它们作为破坏者的声誉。许多人甚至把它们描述为自然力量的化身或神怒的行为。“飓风”这个词其实来源于“Hurakan”,一个破坏性的玛雅神。无论你选择如何总结或拟人化这些强大的自然行为,它们造成的破坏源于风暴的几个不同方面。

飓风带来大量的暴雨.一场特别大的风暴可以在一两天内带来几十英寸的降雨,其中大部分是在内陆。那么多的雨水可以产生洪水在飓风肆虐的中心路径上,可能会造成大面积的破坏。

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此外,高风速风暴会对人造和自然建筑造成广泛的结构破坏。这些风可以掀翻车辆,推倒墙壁,吹倒树木。飓风的盛行风推动一堵墙,称为风暴潮在它前面。如果风暴潮与高在美国,它造成海滩侵蚀和严重的内陆洪水。

龙卷风:飓风的奖金效果之一。“width=
龙卷风:飓风的奖金效果之一。
Paul & Lindamarie Ambrose/盖蒂图片社

飓风本身往往只是个开始。风暴的风经常产生龙卷风这是一种更小、更强烈的气旋风暴,会造成额外的破坏。你可以在龙卷风是如何工作的

飓风的破坏程度并不仅仅取决于风暴的强度,而且它与土地接触的方式。在许多情况下,仅仅风暴擦过海岸线,爱惜海岸它的全部力量。飓风的破坏也大大取决于飓风的左侧或右侧是否击中一个给定的区域。飓风包的右侧更冲,因为风的速度和运动有相互补充的飓风的速度。在左侧,飓风的速度从风速运动减去的。

这种风、雨和洪水的组合可以夷平一个沿海城镇,并对远离海岸的城市造成重大破坏。1996年,飓风“弗兰”(Fran)向内陆席卷了150英里(241公里),袭击了北卡罗来纳州的罗利。数万座房屋受损或被摧毁,数百万棵树倒下,一些地区停电数周,总损失达到数十亿美元美元

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跟踪飓风

2008年3月,一架WC-130J飓风猎手在危地马拉城的空军基地展出。“width=
2008年3月,一架WC-130J飓风猎手在危地马拉城的空军基地展出。
法新社/盖蒂图片社

为了监测和跟踪飓风的发展和运动,气象学家依靠遥感卫星,以及由专门装备的飞机收集的数据。在地上,区域专业气象中心由世界气象组织(World Meteorological Organization)指定的全球中心网络负责跟踪和通知公众有关极端天气的信息天气

气象卫星使用不同的传感器来收集不同类型的有关飓风的信息。他们追踪可见以及空气循环模式雷达测量降雨、风速和降水。红外传感器还能探测到风暴内部的关键温差,以及云的高度。

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飓风的猎人他们是第53气象侦察中队/第403联队的成员,基地位于密西西比州比洛克西的基斯勒空军基地。自1965年以来,飓风猎人队使用C-130大力神运输机,一种非常坚固的涡轮螺旋桨飞机飞向热带风暴和飓风。这架飞机和货机的唯一区别是WC-130上安装了专门的、高度敏感的气象设备。从大西洋中部到夏威夷,该团队每天可以完成五次风暴任务。

“飓风猎人”收集风暴中风速、降雨量和气压的信息。然后他们将这些信息传回佛罗里达州迈阿密的国家飓风中心。如果你对这些鲁莽的飞行员感到好奇,请阅读为什么有人会在飓风中驾驶飞机?

气象学家利用他们收到的所有风暴数据来创建计算机预测模型,称为意大利面模型.根据大量当前和过去的统计数据,这些虚拟风暴使科学家能够在飓风登陆之前预测飓风的路径和强度变化。有了这些数据,政府和新闻机构理想地可以向沿海地区的居民发出警报,并大大减少飓风期间的生命损失。

长期预测现在允许气象学家预测有多少飓风将在即将到来的赛季,并研究全球气候趋势和模式。

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飓风的名字

给飓风命名并不是那么困难,但给飓风后的死者命名显然是困难的。图中是1464面白旗中的一面,上面有路易斯安那州因卡特里娜飓风而死亡的人的名字。“width=
给飓风命名并不是那么困难,但给飓风后的死者命名显然是困难的。图中是1464面白旗中的一面,上面有路易斯安那州因卡特里娜飓风而死亡的人的名字。
盖蒂图片社

虽然肯定化身一个巨大的,破坏性的力量使一个jazzier标题,命名飓风的做法起源于气象学家,而不是媒体。往往不止一个热带风暴是活跃在同一时间,所以有什么更好的方式来命名他们除了告诉他们比?

几百年来,西印度群岛的居民经常以飓风登陆的天主教圣徒日来命名飓风。如果一场风暴在前一场风暴的周年纪念日到来,就会有一个数字。例如,飓风圣费利佩在1876年9月13日袭击了波多黎各。1928年的同一天,另一场风暴袭击了波多黎各,因此这场风暴被命名为圣费利佩二世飓风。

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第二次世界大战期间,天气官员们只给飓风起了男性化的名字。这些名字紧跟着无线电代号的字母。这个系统,就像西印度圣人系统一样,从有限的命名池中抽取。在20世纪50年代早期,气象部门开始按字母顺序为风暴命名,并且只使用女性名字。到了20世纪70年代末,这种做法被男女交替命名的平等机会制度所取代。世界气象组织(WMO)一直沿用这一做法。

这个季节的第一个飓风的名字以字母a开头,第二个以字母B开头,以此类推。由于风暴影响全球不同地区,名单上的人来自不同的文化和民族。

太平洋的飓风与大西洋风暴的名字不同。例如,2001年飓风季节的第一个飓风是墨西哥阿卡普尔科附近的太平洋风暴,名为阿道夫。2001年的第一场大西洋风暴被命名为艾利森。一个预定名单可以从国家飓风中心获得未来可能发生的风暴。

如果飓风造成重大损失,受飓风影响的国家可以要求世界气象组织“取消”该飓风的名称。一个退休的名字至少在10年内不能被重新授予热带风暴。这有助于避免公众的困惑,并简化历史和法律记录的保存。

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飓风的历史

像伊万这样的飓风,摄于2004年9月的墨西哥湾沿岸,在我们到达之前就已经在这里了。“width=
像伊万这样的飓风,摄于2004年9月的墨西哥湾沿岸,在我们到达之前就已经在这里了。

我们对飓风的现代理解很大程度上依赖于仅仅一个世纪的科学研究和记录,但风暴已经主宰了人类历史数千年的进程。毕竟,它们是比人类早数十亿年出现的大气系统的一部分。

虽然科学家大都按照推测中生代风暴的强度,地质学家们发现地面沉积物层铁器时代飓风的证据。当风暴潮洗土地和色淀,他们离开沙滩后面的球迷。科学家们可以碳的日期用沙子上面和下面的有机物质来确定大约的风暴日期。

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路易斯安那州立大学的一个研究小组研究了数千年的湖床证据,发现在过去3400年里,有12个4级或更高级别的飓风袭击了该地区,但其中大多数发生在1000年或更早以前[来源:年轻的].诸如此类的发现使科学家们能够更好地进行长期研究天气模式,并且可能使目前的气候趋势更好的感觉。

据人类记载,南美洲的古玛雅人最早在他们的象形文字中提到了飓风。在接下来的几个世纪里,关于飓风影响战争结果、殖民努力和无数个人生活的报道比比皆是。

仅举几个例子,飓风活动通过摧毁和分散海洋舰队挫败了以下海上冒险:

  • 1274年蒙古入侵日本
  • 1559年西班牙人试图重新夺回佛罗里达
  • 法国人保卫佛罗里达要塞,后来在1565年败给西班牙人
  • 1588年,西班牙无敌舰队进攻英格兰
  • 1640年荷兰人进攻古巴
  • 英国对法国和美国的统治1780年在加勒比群岛

今天,现代气象学阻止了大多数飓风在未通知的情况下到来,大大降低了前几个世纪大规模飓风的致死率。但是,即使提前发出预警,政府和沿海地区的居民仍然必须为即将到来的风暴做好适当的准备。

与此同时,一些专家对未来表示担忧。一些人指出,强烈的飓风活动期间地球的人们担心这样的趋势可能会卷土重来。另一些人则认为,温室气体增加导致的全球变暖将导致更大的飓风区和更强大的风暴。毕竟,飓风生长在温暖潮湿的水域,而温暖的地球可以为热带风暴提供更多的养分。

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最初出版:2000年8月25日

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