北半球臺(tái)風(fēng)生消過程的力學(xué)分析

梁玉娟，隆寅，羅典，黃鵬，李嘉堯

(河池學(xué)院 物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣西 宜州 546300)

北半球臺(tái)風(fēng)生消過程的力學(xué)分析

梁玉娟，隆寅，羅典，黃鵬，李嘉堯

(河池學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣西宜州546300)

臺(tái)風(fēng)災(zāi)害是我國(guó)沿海地區(qū)重大自然災(zāi)害之一，它多發(fā)生于夏秋季節(jié)，具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大的特點(diǎn)。以2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”為例，運(yùn)用科里奧利力、角動(dòng)量守恒、伯努利方程等力學(xué)知識(shí)對(duì)其產(chǎn)生、移動(dòng)及消失進(jìn)行力學(xué)分析，闡明北半球臺(tái)風(fēng)生消過程的一般規(guī)律及其帶來的嚴(yán)重災(zāi)害。

熱帶氣旋；臺(tái)風(fēng)“天鴿”；氣壓梯度力；科里奧利力；角動(dòng)量守恒；伯努利方程

0 引言

每年8、9月份，我國(guó)東南沿海一帶經(jīng)常會(huì)刮起破壞性很強(qiáng)的大風(fēng)，并伴隨著強(qiáng)降雨，大樹攔腰折斷，刮倒房屋，公路塌方導(dǎo)致交通中斷，大面積停水停電，這種災(zāi)害性天氣稱之為臺(tái)風(fēng)。它是發(fā)生在熱帶或副熱帶海洋面上急速旋轉(zhuǎn)的低壓氣旋，由于存在氣壓差，在氣壓梯度力的作用下不斷加強(qiáng)并移動(dòng)，然后登上陸地，臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)遭到破壞，氣壓梯度力減弱，臺(tái)風(fēng)減弱，最后消失。由于臺(tái)風(fēng)在形成過程中就開始積蓄和孕育著巨大的能量，所以登陸后釋放內(nèi)部聚積的巨大能量，對(duì)陸地造成毀滅性的破壞，破壞力主要由強(qiáng)風(fēng)、暴雨和風(fēng)暴潮三個(gè)因素引起。具體體現(xiàn)如下[1-2]：

(1)臺(tái)風(fēng)是一個(gè)巨大的能量庫，其風(fēng)速一般都在17 m/s(61.2 km/h)以上，甚至在60 m/s(216 km/h)以上，臺(tái)風(fēng)快速移動(dòng)，風(fēng)速越大風(fēng)力就越大。據(jù)測(cè)，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到12級(jí)時(shí)(平均風(fēng)速大于32.7 m/s，即117.72 km/h，而我國(guó)高速公路最高時(shí)速為120 km/h)，垂直于風(fēng)向平面上每平方米風(fēng)壓可達(dá)230 kgf。這里風(fēng)壓是指當(dāng)風(fēng)以一定的速度向前運(yùn)動(dòng)遇到阻塞時(shí)將對(duì)阻塞物產(chǎn)生的壓力，那么，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)掀翻萬噸巨輪成為可能。

(2)臺(tái)風(fēng)登陸以后，由于臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)風(fēng)和低氣壓的作用，使海水向海岸方向強(qiáng)力堆積，潮位猛漲，水浪排山倒海般向海岸壓去。強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的風(fēng)暴潮能使沿海水位上升5～6 m，導(dǎo)致潮水漫溢，海堤潰決，沖毀陸地建筑物及重要設(shè)施，淹沒城鎮(zhèn)和農(nóng)田，造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。風(fēng)暴潮還會(huì)造成海岸侵蝕，海水倒灌造成土地鹽漬化等災(zāi)害。

(3)臺(tái)風(fēng)是非常強(qiáng)的降雨系統(tǒng)，一次臺(tái)風(fēng)登陸，降雨中心一天之中可降下100～300 mm的大暴雨，甚至可達(dá)500～800 mm。臺(tái)風(fēng)暴雨強(qiáng)度大，洪水出現(xiàn)頻率高，波及范圍廣，來勢(shì)兇猛，破壞性極大，暴雨造成的洪澇災(zāi)害，是最具危險(xiǎn)性的災(zāi)害。

臺(tái)風(fēng)發(fā)生最頻繁最強(qiáng)烈的區(qū)域是西北太平洋，而我國(guó)則是西太平洋沿岸受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一。關(guān)于熱帶氣旋的研究多數(shù)是從氣象學(xué)角度、數(shù)值試驗(yàn)角度展開研究[3-6]，以下以2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”為例，對(duì)北半球臺(tái)風(fēng)的生消過程及其帶來嚴(yán)重災(zāi)害進(jìn)行力學(xué)分析。

1 臺(tái)風(fēng)生消過程的物理圖像

1.1 臺(tái)風(fēng)的產(chǎn)生

圖1 熱帶氣旋的形成示意圖

圖2 熱帶氣旋疊加南北季風(fēng)氣流示意圖

圖3 2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”風(fēng)眼

夏秋季節(jié)，熱帶或副熱帶海洋面上，由于太陽的直射，海水溫度升高，海水蒸發(fā)加強(qiáng)，混合了大量水蒸汽的濕熱空氣密度降低，于是，這一海域表面的濕熱空氣開始膨脹向上飄升，在海平面空氣上升的過程中，上升氣流底部的氣壓進(jìn)一步降低，外圍冷空氣流入補(bǔ)充，再預(yù)熱，然后再上升。而上升空氣膨脹變冷，其中的水汽冷卻凝結(jié)形成水滴時(shí)，要放出熱量，又促使低層空氣不斷上升，這樣循環(huán)往復(fù)，使得靠近海面的空氣越來越稀薄，空氣壓力不斷減少，形成所謂熱帶低壓區(qū)域，四周氣壓較高處的空氣源源不斷地涌向氣壓較低處從而形成風(fēng)。由于地球自轉(zhuǎn)作用，地球表面為一個(gè)非慣性參考系，設(shè)流動(dòng)的氣體微團(tuán)的質(zhì)量為m，速度為v，地球自轉(zhuǎn)的角速度為ω，向低氣壓中心流動(dòng)的氣體微團(tuán)受到一個(gè)科里奧利力F=2mv×ω作用[7-8]229-233，使得流動(dòng)的風(fēng)受到向右的作用力，周圍氣體不是直接進(jìn)入低壓中心，而是向右偏轉(zhuǎn)，以漩渦方式進(jìn)來，形成所謂的熱帶氣旋，如圖1所示。繞著低氣壓中心旋轉(zhuǎn)的氣體微團(tuán)，受到的向心力為有心力，故角動(dòng)量守恒L=常量。設(shè)氣體微團(tuán)圍繞低氣壓中心旋轉(zhuǎn)的角速度為ω′、半徑為r，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I(I=mr2)，則有L=Iω′=常量。由于氣體微團(tuán)向低壓中心旋轉(zhuǎn)流入過程中，半徑不斷減小，因而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不斷變大，由角動(dòng)量守恒定律可得，越靠近低壓中心的氣體微團(tuán)旋轉(zhuǎn)的角速度ω′越大，氣體微團(tuán)的線速度v也就越大。將圖1中的箭頭流線當(dāng)作是氣體流線，設(shè)氣體的密度為ρ，氣體壓強(qiáng)為p，氣體微團(tuán)距離海平面的高度為h，根據(jù)伯努利方程p+ρv2/2+ρgh=常量[7-8]391-400，顯然，氣流在往低壓中心流動(dòng)的過程中，由于線速度的增大，將會(huì)引起低壓區(qū)域的壓力進(jìn)一步減小，促進(jìn)海面低層空氣加強(qiáng)，上升氣流加強(qiáng)，氣旋不斷發(fā)展壯大。夏秋季節(jié)，北半球南北季風(fēng)相遇時(shí)經(jīng)常產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的氣流，一旦這樣的力量影響到逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的熱帶氣旋，那將形成巨大的空氣漩渦，直徑可達(dá)幾百公里，甚至上千公里，看上去好像一個(gè)活動(dòng)在海面上巨大的蘑菇，當(dāng)它中心附近的風(fēng)速達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，臺(tái)風(fēng)就產(chǎn)生了，如圖2所示，氣壓最低的部分稱為風(fēng)眼，圖3是2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”的風(fēng)眼[9]。

在氣象學(xué)中，科里奧利力即是地轉(zhuǎn)偏向力F=2mv×ω，其大小為F=2mvωsinφ，其中φ為地球的緯度。在赤道處φ=0，因而科里奧利力為零，即使氣流擾動(dòng)后產(chǎn)生低壓中心，向中心輻合的氣流則會(huì)直達(dá)低壓中心，使之填塞而不能形成氣旋性渦旋，臺(tái)風(fēng)無法形成。只有φ大于5°以上的緯度，科里奧利力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，才能形成氣旋性渦旋。因此，臺(tái)風(fēng)大多發(fā)生在南、北緯5°～20°之間的海洋面上，北半球的熱帶氣旋是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而在南半球的熱帶氣旋是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的。根據(jù)中國(guó)氣象局“關(guān)于實(shí)施熱帶氣旋等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”GBT 19201-2006的通知，熱帶氣旋按中心附近地面最大平均風(fēng)速劃分為6個(gè)等級(jí)[1，10]，如表1所示。只有12級(jí)以上風(fēng)力的氣旋才能稱為臺(tái)風(fēng)。強(qiáng)熱帶氣旋在中國(guó)、菲律賓、日本一帶形成的稱為臺(tái)風(fēng)，而在美國(guó)一帶形成的則稱為颶風(fēng)，兩者的微觀機(jī)理是一樣的，只是叫法不同。

表1 熱帶氣旋等級(jí)劃分

平均風(fēng)速/(m·s-1)風(fēng)力等級(jí)類型108～1716～7級(jí)熱帶低壓172～2448～9級(jí)熱帶風(fēng)暴245～32610～11級(jí)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴327～41412～13級(jí)臺(tái)風(fēng)415～50914～15級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)≥51016級(jí)及以上超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)

1.2 臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)變化過程及現(xiàn)象

臺(tái)風(fēng)在熱帶或副熱帶海洋面上形成以后，在周圍大氣引導(dǎo)流的作用下按照一定的路徑移動(dòng)。以2017年第13號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”為例，著重分析說明北半球臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)規(guī)律。臺(tái)風(fēng)“天鴿”是2017年太平洋臺(tái)風(fēng)季第13個(gè)被命名的熱帶風(fēng)暴，于8月20日14時(shí)左右在臺(tái)灣省鵝鑾鼻東偏南方向約760 km的太平洋海面上生成，8月23日7時(shí)左右加強(qiáng)為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，途經(jīng)臺(tái)灣省和菲律賓海峽，8月23日12時(shí)50分前后，在廣東省珠海市南部沿海地區(qū)金灣區(qū)登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力45 m/s(即162 km/h，14級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng))，中心最低氣壓為950kpa。若取相同的高度計(jì)算，則伯努利方程變?yōu)閜+ρv2/2=常量，風(fēng)壓主要取決于大氣壓力差、風(fēng)速及空氣密度。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下(1 013 hpa)，空氣密度約為1.293 kg/m3。一般情況下，空氣的密度與氣溫、空氣中的水汽含量呈負(fù)相關(guān)，現(xiàn)假設(shè)大氣溫度為20℃，取空氣密度為1.205 kg/m3，則風(fēng)壓為：F=(1 013-950)×100Pa+1.205×452/2Pa=7 520.0625Pa≈767.35 kgf/m3，即臺(tái)風(fēng)“天鴿”登陸時(shí)，垂直于風(fēng)向平面上每平方米風(fēng)壓可達(dá)767.35 kgf，可見，臺(tái)風(fēng)“天鴿”破壞力非同尋常，給沿海地區(qū)造成了極大的破壞。據(jù)民政部8月24日發(fā)布消息稱，截至24日15時(shí)，臺(tái)風(fēng)“天鴿”造成廣東、廣西、福建三省區(qū)16.6萬人受災(zāi)，其中廣東9人死亡[11-12]。圖4是2017年8月23日10時(shí)中央氣象臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)布臺(tái)風(fēng)“天鴿”路徑概率預(yù)報(bào)圖[13]，橫線為緯度，豎線為經(jīng)度，字母E代表東經(jīng)，N代表北緯。表2是臺(tái)風(fēng)“天鴿”登錄前后中央氣象臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)布其路徑概率預(yù)報(bào)圖中關(guān)于其中心附近最大風(fēng)速及所屬級(jí)別的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

圖4 2017年8月23日10時(shí)發(fā)布2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”路徑概率預(yù)報(bào)圖

表2 2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”登錄前后路徑預(yù)告實(shí)時(shí)發(fā)布中的最大風(fēng)速及所屬級(jí)別

8月21日18時(shí)發(fā)布8月22日14時(shí)發(fā)布8月23日06時(shí)發(fā)布8月23日10時(shí)發(fā)布21日17時(shí) 20m/s8級(jí)熱帶風(fēng)暴級(jí)22日14時(shí) 30m/s11級(jí)熱帶風(fēng)暴級(jí)23日05時(shí) 40m/s13級(jí)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日10時(shí) 48m/s15級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)22日05時(shí) 25m/s10級(jí)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)22日20時(shí) 35m/s12級(jí)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日11時(shí) 45m/s14級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日13時(shí)前后登錄42～50m/s14～15級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)22日17時(shí) 28m/s10強(qiáng)級(jí)熱帶風(fēng)暴級(jí)23日02時(shí) 40m/s13級(jí)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日中午前后登錄40～48m/s13～15級(jí)臺(tái)風(fēng)級(jí)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日16時(shí) 45m/s14級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日05時(shí) 33m/s12級(jí)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日08時(shí) 45m/s14級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日17時(shí) 40m/s13級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日22時(shí) 33m/s12級(jí)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日白天登錄25～33m/s10～12級(jí)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴或臺(tái)風(fēng)級(jí)23日白天登錄 35～42m/s12～14級(jí)臺(tái)風(fēng)級(jí)或強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)23日23時(shí) 30m/s11級(jí)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)24日04時(shí) 25m/s10級(jí)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)23日17時(shí) 18m/s8級(jí)熱帶風(fēng)暴級(jí)24日02時(shí) 23m/s9級(jí)熱帶風(fēng)暴級(jí)24日05時(shí) 25m/s10級(jí)強(qiáng)熱帶風(fēng)暴級(jí)24日10時(shí) 20m/s8級(jí)熱帶風(fēng)暴級(jí)24日05時(shí) 12m/s6級(jí)熱帶低壓24日14時(shí) 16m/s7級(jí)熱帶低壓24日17時(shí) 10m/s7級(jí)熱帶低壓24日22時(shí) 15m/s7級(jí)熱帶低壓

注：臺(tái)風(fēng)“天鴿”于8月23日12時(shí)50分前后在廣東省珠海市南部登錄，其中心附近最大風(fēng)力45 m/s(14級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng))。

由圖4可知：(1)“天鴿”的起點(diǎn)位置符合臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的條件：北緯5°～20°之間海洋面上。由于某種擾動(dòng)產(chǎn)生的低氣壓中心，存在壓力差，在氣壓梯度力的作用下，氣流微團(tuán)向低壓中心流動(dòng)，根據(jù)伯努利方程p+ρgh+ρv2/2=常量，則氣流速度不斷增大，又根據(jù)科里奧利力大小的公式F=2mvωsinφ，力的大小與氣流速度大小成正比，顯然科里奧利力不為零。再根據(jù)科里奧利力的矢量性F=2mv×ω，其方向由右手螺旋定則來確定，力F的方向總是垂直于氣流速度v的方向和地球自轉(zhuǎn)角速度矢量ω的方向(沿地球自轉(zhuǎn)軸向上)所組成的平面，沿氣流速度方向看，其方向垂直于氣流速度方向，并且指向氣流前進(jìn)的右方，當(dāng)氣流受到的科里奧利力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，便形成逆時(shí)針的氣旋性渦旋。(2)臺(tái)風(fēng)“天鴿”登錄前往西偏北方向移動(dòng)，登陸后繼續(xù)向偏西北方向移動(dòng)。首先，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的氣旋，受到地球自東往西方向自轉(zhuǎn)(逆時(shí)針)的影響有一個(gè)助推力；其次，外圍環(huán)境流場(chǎng)對(duì)氣旋的作用力，即北半球副熱帶高壓南側(cè)基本氣流東風(fēng)帶的引導(dǎo)力，因此，圖4中臺(tái)風(fēng)“天鴿”從右往左偏上移動(dòng)，即往西偏北方向移動(dòng)。從定量角度看：

由表1知道，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)最大風(fēng)速v=50.9 m/s。

地球的半徑很大，取半徑R≈6 370 km，自轉(zhuǎn)一周為一天，周期T=24 h。

地球自轉(zhuǎn)角速度：ω=360°/24 h=15°/h=0.004 2°/s=7.272×10-5rad/s。

在赤道線上，物體隨地球自轉(zhuǎn)的最大線速度：V=2πR/T=2×3.14×6 370 km/24h≈1 666.82 km/h≈463 m/s。

臺(tái)風(fēng)往往產(chǎn)生于低緯度處的海洋面上，低緯度處半徑稍小赤道處，線速度也稍小。顯然，臺(tái)風(fēng)的速度遠(yuǎn)小于地球自轉(zhuǎn)的線速度。由于氣流與地球表面發(fā)生摩擦，氣流的速度趕不上地球運(yùn)轉(zhuǎn)速度，而形成感覺上的西行，再疊加上科里奧利力的作用，臺(tái)風(fēng)就往西偏北方向移動(dòng)了。

由表2數(shù)據(jù)可知，(a)從熱帶氣旋演變成臺(tái)風(fēng)直到登錄以前，其風(fēng)力越來越大，登錄后又逐漸減弱，演變過程為：熱帶低壓→熱帶風(fēng)暴→強(qiáng)熱帶風(fēng)暴→臺(tái)風(fēng)(甚至是強(qiáng)臺(tái)風(fēng))→強(qiáng)熱帶風(fēng)暴→熱帶風(fēng)暴→熱帶低壓。首先，海面相對(duì)陸地平坦，氣旋底部與海面的摩擦作用力??；其次，夏秋季節(jié)，在太陽照射作用下，寬闊的海面上大量水汽蒸發(fā)，導(dǎo)致海面附近的氣壓降低，加快周圍更多的水汽源源不斷地補(bǔ)充到低壓區(qū)域，在科里奧利力的作用下，水汽邊旋轉(zhuǎn)，邊上升，到了高空，水汽遇冷要液化成小水滴，放出潛熱，濕潤(rùn)空氣密度降低，擴(kuò)散加速，使低壓中心上升氣流不斷加強(qiáng)，海面附近氣壓持續(xù)降低，氣旋也就不斷增強(qiáng)，面積也越來越大，最終加強(qiáng)形成了臺(tái)風(fēng)。中央氣象臺(tái)“臺(tái)風(fēng)路徑實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)”數(shù)據(jù)顯示：2017年第13號(hào)臺(tái)風(fēng)“天鴿”8月23日上午10時(shí)，其中心位于廣東省珠海市東南方向大約75 km的近海海面上，中心附近最大風(fēng)力有15級(jí)(48 m/s)，中心最低氣壓為94.5 kpa，七級(jí)風(fēng)圈半徑220～280 km，十級(jí)風(fēng)圈半徑70～80 km，十二級(jí)風(fēng)圈半徑50 km[14]，這組數(shù)據(jù)足以說明臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)大；再次，臺(tái)風(fēng)登錄以后，陸地空氣中水蒸氣含量比海面上少得多，氣旋底部與陸地的摩擦力比海面上大得多，其結(jié)構(gòu)又被山脈、建筑物等破壞，支持臺(tái)風(fēng)發(fā)展的條件不足了，因此臺(tái)風(fēng)登錄后會(huì)迅速減弱，最終消失。(b)不同時(shí)間發(fā)布的路徑概率預(yù)報(bào)圖中的數(shù)據(jù)表明，時(shí)間越早，登錄的時(shí)間地點(diǎn)越不能確定，預(yù)報(bào)風(fēng)速也有較大出入，這是因?yàn)槭芨备邿釒У男螤?、位置、?qiáng)度變化等復(fù)雜大氣環(huán)境因素的影響，臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的路徑并非規(guī)律一致，也可以是多種多樣的。

中央氣象臺(tái)降水預(yù)報(bào)：8月23日14時(shí)至8月24日14時(shí)，廣東西部和沿海地區(qū)、廣西西部、海南島北部、臺(tái)灣中西部等地有大到暴雨，其中，廣東西南部、廣西南部等地部分地區(qū)有大暴雨，局地特大暴雨(250～300 mm)[14]；8月24日14時(shí)至25日14時(shí)，云南南部和東部、廣西西部和沿海地區(qū)、廣東西南部沿海以及四川盆地東南部、貴州中西部等地有大雨或暴雨，云南東南部等地的部分地區(qū)有大暴雨(100～160 mm)，上述大部分地區(qū)伴有短時(shí)強(qiáng)降水，每小時(shí)最大降水量40～60 mm[15]。由此可見，臺(tái)風(fēng)從海面上轉(zhuǎn)移到陸地上帶來了許多能下雨的云團(tuán)，這是因?yàn)樵诤Ｑ竺嫔细咚傩D(zhuǎn)的上升氣流把大量水汽帶到高空凝結(jié)成水滴的緣故。登錄后，當(dāng)氣流經(jīng)過高山時(shí)，高山也加強(qiáng)空氣的上升運(yùn)動(dòng)，上升運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)，同樣也會(huì)把大量的水汽帶到高空，凝結(jié)成水滴。因此，臺(tái)風(fēng)會(huì)帶來強(qiáng)降雨，若強(qiáng)降雨云團(tuán)停留在某個(gè)地方不動(dòng)，那兒下雨就會(huì)持續(xù)幾天幾夜，造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

2 結(jié)論

臺(tái)風(fēng)是熱帶或副熱帶海洋上發(fā)生的大范圍氣旋性渦旋活動(dòng)，發(fā)生的時(shí)間多為夏秋季節(jié)，起源的地理位置通常是赤道附近緯度為5°～20°之間的熱帶海洋面上。最初的氣旋是由于某種擾動(dòng)產(chǎn)生低壓中心，流入低壓中心的氣流受到科里奧利力的作用而旋轉(zhuǎn)起來，旋轉(zhuǎn)的氣流遵循角動(dòng)量守恒、伯努利方程，在氣壓梯度力、大氣環(huán)流引導(dǎo)力等作用下不斷發(fā)展壯大，再疊加上地球自轉(zhuǎn)作用，北半球海洋產(chǎn)生的臺(tái)風(fēng)往西偏北方向移動(dòng)，登錄后其結(jié)構(gòu)遭到破壞，強(qiáng)度不斷減弱，最后消失。臺(tái)風(fēng)災(zāi)害主要包括風(fēng)災(zāi)和水災(zāi)，風(fēng)災(zāi)是因其風(fēng)壓大，對(duì)車輛、船舶、基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)作物等造成嚴(yán)重的破壞；水災(zāi)則是由于臺(tái)風(fēng)帶來的強(qiáng)降雨，造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。

[1]殷潔，戴爾阜，吳紹洪，等.中國(guó)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度等級(jí)與可能災(zāi)害損失標(biāo)準(zhǔn)研究[J].地理研究，2013，32(2)：266-274.

[2]百度.臺(tái)風(fēng)會(huì)帶來什么危害[EB/OL].(2011-04-26)[2017-09-04].https：//zhidao.baidu.com/question/258027843.html.

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[7]張漢壯，王全文．力學(xué):第三版[M]．北京：高等教育出版社，2015．

[8]漆安慎，杜嬋英．力學(xué):第三版[M]．北京：高等教育出版社，2012．

[9]今日爆點(diǎn).臺(tái)風(fēng)天鴿已有風(fēng)眼將直襲廣東，臺(tái)風(fēng)未到珠三角40度高溫破紀(jì)錄[EB/OL].(2017-08-22)[2017-09-04].http：//sh.qihoo.com/pc/detail check=0e061c90c9ad998eamp;sign=360_e39369d1amp;url.

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[11]就愛閱讀.天鴿已飛走，臺(tái)風(fēng)到底是怎么形成的，臺(tái)風(fēng)過后都有哪些影響[EB/OL].(2017-08-22)[2017-09-04].http：//www.92to.com/wenhua/2017/08-25/27551224.html.

[12]北京時(shí)間.臺(tái)風(fēng)“天鴿”如此大的殺傷力，臺(tái)風(fēng)形成的機(jī)制是什么？[EB/OL].(2017-08-22)[2017-09-04].http：//item.btime.com/40dovvliq1c9bnb8g59co0eb38n.

[13]南方財(cái)富網(wǎng).臺(tái)風(fēng)最新消息路線圖201713號(hào)臺(tái)風(fēng)天鴿臺(tái)風(fēng)路徑實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)[EB/OL].(2017-08-22)[2017-09-04].http：//news.jingyannet.com/a/20170823/123702.html.

[14]京燕網(wǎng).臺(tái)風(fēng)路徑實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)[EB/OL].(2017-08-22)[2017-09-04].http：//news.jingyannet.com/a/20170823/123702.html.

[15]中央氣象臺(tái).臺(tái)風(fēng)路徑實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)：2017臺(tái)風(fēng)天鴿路線、降雨量(圖)[EB/OL].(2017-08-22)[2017-09-04].http：//www.mnw.cn/news/china/1826379.html.

2017-09-04

[責(zé)任編輯姚勝勛]

MechanicalAnalysisoftheProcessofTropicalCyclogenesisandTropicalCycloysisintheNorthernHemisphere

LIANGYujuan，LONGYin，LUODian，HUANGPeng，LIJiayao

(SchoolofPhysicsamp;ElectronicsEngineering，HechiUniversity，Yizhou，Guangxi546300，China)

Typhoon hazard is one of the worst natural disasters in coastal regions.It often occurs in hot summer，having the characteristics of strong sudden and great damage.Taking no.13 in 2017 typhoon Hato as an example，the authors analyze the mechanics principle of its formation，movement and dissipation by using mechanics knowledge，such as Coriolis force，conservation of angular momentum，Bernoulli equation to expound the general rules of the process of tropical cyclogenesis and tropical cycloysis in the Northern Hemisphere and the serious disaster that it brings.

tropical cyclone；typhoon Hato；pressure gradient force；Coriolis force；conservation of angular momentum；Bernoulli equation

O314

A

1672-9021(2017)05-00044-06

梁玉娟(1968-)，女，廣西羅城人，河池學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院教授，主要研究方向：交通流理論，物理教學(xué)與研究。

廣西教育教學(xué)改革工程基金A類資助項(xiàng)目(2017JGA280)；廣西壯族自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練資助項(xiàng)目(201710605011，201710605031，201610605068)