旋轉風——風向變化不定的風。多呈順時針或者逆時針風向旋轉。一般發生于海洋的熱帶氣旋中心附近。多伴有暴雨。
基本介紹
- 中文名：旋轉風
- 外文名：rotational wind
- 定義：風向變化不定的風
- 方向：多呈順時針或者逆時針風向旋轉
- 特徵：多伴有暴雨
概述,結構,生成動力,生成的條件,
概述
最典型的是颱風（熱帶氣旋）。颱風的風場呈逆時針旋轉。由於颱風不斷運動，對某地而言，隨著颱風的運動，該地處於颱風的不同位置，風向也隨著變化，因此當颱風來襲時，氣象台不會給你報一個確定的風向，而報成旋轉風，表明你遇到的風向會隨時間而旋轉變化。還有溫帶氣旋也有類似的旋轉風。
結構
風眼
風眼是由風眼牆內壁包圍的中心部分。旋轉風是一個自組織的旋轉系統，風眼牆及內壁是由科氏力、離心力及旋體旋轉的協同作用形成的。強度不大時，熱帶氣旋風眼的旋根部附近部分集聚著一些暖濕空氣，由於此時氣旋的抽吸力較小，由旋根部內傳的抽吸力分量也很小，無法將旋根部的暖濕空氣抽乾，強度不大的氣旋的風眼是很模糊的；強度較大時，氣旋的抽吸力也較大，由旋根部內傳的抽吸力分量也較大，把旋根部的暖濕空氣抽吸乾淨，置換為未來得及被加熱的由眼的上部下沉的較冷空氣。此時的風眼從頂部一貫到底，是一個非常清晰的眼。此時風眼中的空氣溫度較風眼牆稍低。
暖心
暖心是風眼牆中溫度最高的一片或幾片區域。暖心的高溫度是由同段旋體中旋轉氣體的速差導致摩擦增熱造成的，而速差由同段外緣的冷凝強度決定。從氣旋的整體結構來看，暖心被稱作暖環更合適些。通常，在強度不大時，暖環的位置較低，位於500hPa附近，即5.5km附近；在強度較大時，氣旋可能有幾個暖環，最高的位於200—300hPa附近，即8.5—9.5km附近。
風眼牆（或稱眼壁）
1997年的颱風艾碧正在進行眼壁置換
包圍風眼的是圓桶狀的風眼牆，是熱帶氣旋旋轉動力形成的部位，是水汽冷凝釋放潛熱進而轉化為旋轉動能的部位，是氣旋的心臟。風眼牆內空氣+水汽的螺旋上升運動是非常強烈的，這是氣旋眼牆中最主要的氣體運動形式，相對來說，眼牆中的對流運動卻不是很大。眼壁可分為三段。
輻合段 從水面0—4.5km段，主要起輸送水汽的作用。由中段形成的抽吸力沿眼壁下傳至旋根部並外傳，將外圍海面上的彌散水汽抽入旋體中，沿輻合段螺旋上升。當氣旋處於強勢狀，抽吸力是較大的，其少部分將由旋根部內傳，對眼內的空氣具有一定的抽吸作用。由於外部溫差條件不足，輻合段很少發生冷凝，所以，在該段水汽以螺旋上升運動為主。
冷凝段4.5—8km段， 該段的外緣是水汽冷凝釋放潛熱並轉化為旋轉動能的執行段，是氣旋的心臟。該段承擔著維持氣旋運轉的三個作用：1、水汽冷凝潛熱轉化為旋轉動能，對旋體旋轉運動的維持和增速起主要作用。2、由冷凝潛熱增溫的氣體分子的熱運動速度很大，大量地加入到旋體當中，對旋體形成巨觀上的擠壓和聚攏的作用，即聚攏力，是維持氣旋旋柱的柱狀的根本原因。該段冷凝強度增大，則聚攏力增強，旋柱外緣及內壁直徑收小；冷凝強度減小，則聚攏力減弱，旋柱外緣及內壁直徑增大。3、潛熱增溫的氣體分子位能+該段高速旋轉的空氣摩擦產生熱的位能，形成氣旋向下的抽吸力及向上的推升力。
輻散段 在強度較弱時，熱帶氣旋的7.5--8km以上是輻散部分；強度較強時，冷凝段將向上延伸到300-200hPa層，即8.5—9.5km高度。該段以上，水汽已很少，而冰晶逐步增多，冷凝幾乎不發生，聚攏作用減小，旋柱的柱狀結構逐步張開，形成傘狀的輻散蓋。
熱帶氣旋的爆發性增強及眼壁置換
很多的資料顯示，強度較大的熱帶氣旋的眼牆最高溫度在25℃以上，個彆強度很大的達30℃。這個溫度比海面水汽的溫度高，其維持高溫的熱量來源是冷凝潛熱的內傳。在整個眼牆上，冷凝強度最劇烈的部位就是眼牆內側溫度最高的部位。冷凝強度增大，聚攏力增大，外緣收縮程度較內壁收縮更大些，眼牆會變薄，即縮頸。由於氣旋是一個動態系統，暖心的增溫使眼牆中空氣旋速增大的同時，上升速度也增大，引起冷凝段向上延伸，冷凝最強段也上移。此時的氣旋表象則是，眼牆的冷凝段直徑收得很小，旋速增大，喇叭內口也收得很小。但縮頸的影響使該段的水汽通量將減少，限制縮頸段上部的冷凝，也就限制冷凝段向上延伸的尺度。短時間內，增溫和縮頸作用達到一個新的平衡。這個平衡階段，就是TC處於巔峰的階段，及爆發性增強階段。
處於爆發性增強階段的熱帶氣旋，需要較大的水汽通量來支撐。此時，氣旋的總高度明顯增高，可達11--12km，原因是相對較大的抽吸力將大量水汽抽吸進入眼牆，進而促使中段冷凝增強的同時，剩餘水汽繼續上行使冷凝段上移；由於抽吸力增大，氣旋中心低壓值也處於最低值；由於總冷凝強度增大，聚攏力也隨之增大，風眼牆的內眼及外壁均收得很小。處於這個階段時，相對應海面的水汽蒸發的速率小於氣旋的水汽通量。當該階段的氣旋維持一段時間後，造成海面上水汽的透支，部分乾空氣作為補充被吸入眼牆。這部分空氣上升至中段時，由於水汽的不足，使冷凝段的中上部冷凝強度急劇降低，引發以上部分局部崩散，原強勢狀風眼失去支撐的動力，游離在原來的位置，形成所謂的“內眼”。此時，氣旋的強度已大幅減弱，實際輻散段將較爆發性增強階段的高度降低，回歸到8km左右，甚至更低。處於低強度的氣旋將重新構築起眼牆結構，由於聚攏力較小，眼牆直徑較爆發性階段大出很多。這就是所謂的眼壁置換。較低強度氣旋的水汽通量較小，通過較小強度的維持後，與海面水汽蒸發量逐步達到平衡，環境條件合適的情況下，氣旋將重新轉強。眼壁置換是由於水汽通量的急劇降低引發的。
外散環流
從動力形成機制看，所有熱帶氣旋的輻散部分均是耗能部分，該部分的上升動力由中段冷凝段提供，不可能反過來對提供動力的部位有抽吸作用。這個特點和熱帶氣旋眼牆中的暖心結構有關，即輻散部分的最大推升力來自暖心。
生成動力
美國國家大氣影響中心（National Center for Atmospheric Research）的科學家估計一個旋轉風每天釋放5×10至2×10焦耳的能量，比所有人類的發電機加起來高200倍，或等於每20分鐘引爆一顆1000萬噸的核彈。
結構上來說，旋轉風是一個由雲、風和雷暴組成的巨型的旋轉系統，它的基本能量來源是在高空水汽冷凝時汽化熱的釋放。所以，旋轉風可以被視為由地球的自轉和引力支持的一個巨型的熱力發動機，另一方面，旋轉風也可被看成一種特別的中尺度對流複合體（英語：Mesoscale Convective Complex），不斷在廣闊的暖濕氣流來源上發展。因為當水冷凝時有一小部分釋放出來的能量被轉化為動能，水的冷凝是熱帶氣旋附近高風速的原因。高風速和其導致的低氣壓令蒸發增加，繼而使更多的水汽冷凝。大部分釋放出的能量驅動上升氣流，使風暴雲層的高度上升，進一步加快冷凝。
旋轉風因此能夠取得足夠的能量自給自足，這是一個正回授的循環，使得只要暖濕氣流和較高的水溫可以維持，越來越多的能量便會被熱帶氣旋吸收。其他因素例如空氣持續地不均衡分布也會給予熱帶氣旋能量。地球的自轉使旋轉風旋轉並影響其路徑，這就是科里奧利力的作用。綜合以上敘述，使旋轉風形成的因素包括一個預先存在的天氣擾動、高水溫、濕潤的空氣和在高空中相對較低的風速。如果適合的環境持續，使旋轉風正反饋的機制借著大量的能量吸收被啟動，旋轉風就可能形成。
生成的條件
旋轉風的生成和發展需要海溫、大氣環流和大氣層三方面的因素結合。旋轉風的能量來自水蒸氣凝結時放出的潛熱。一般認為旋轉風的生成須具備6個條件，但旋轉風也可能在這6個條件不完全具備的情況下生成。
