二. 外力 External Force:
身處於複雜天氣系統中的熱帶氣旋,受外力影響是在所難免的,因此外力是預測熱帶氣旋路徑的重要課題。
空氣由高氣壓流向低氣壓,形成氣流。當這些氣流成為熱帶氣旋移動的推動力時,這就是熱帶氣旋外力的主要來源----引導氣流。
引導氣流通常作用在熱帶氣旋垂直的中間部份,即3000到6000米左右;這是因為該層是熱帶氣旋中上升氣流最強盛的地方,相反,水平氣流流動較弱;因此,引導氣流可更有效地推動熱帶氣旋的軸心移動了。
引導氣流通常為一些大尺度氣流,氣流方向的變化,和反氣旋(高氣壓)的發展有密切關係,所以我們說大陸性反氣旋和副熱帶高氣壓都是影響大部份熱帶氣旋移動的主要因素。同時,引導氣流亦決定了熱帶氣旋移動的速度,氣流越強,則熱帶氣旋移動越快速。
在介紹天氣系統之前,以下先介紹的就是引導氣流的兩大主軸---西風帶和東風帶:
西風帶
在5000米至10000米左右的高空,空氣從副熱帶高壓脊流向極地低氣壓(極渦),受科氏力的影響,在北半球風會向右偏轉,南半球則相反。同時,在高空因空氣移動不受磨擦力影響,結果,風是平衡極地低氣壓的等壓線移動(地轉風),就這樣形成勢力強勁的西風帶。這些西風,在10000米以上的高空最為強勁,風速可達每小時300公里,稱為噴射氣流。亦因為西風帶的風力地面跟本不能比較,因此形西風帶有強烈垂直風切變的情況,最高可達100KTS以上!
顧名思義,西風帶是由西向東移動的氣流,西風帶中的長波槽會使熱帶氣旋向偏東方向移動。所謂西風槽,就是西風帶所還繞的副極地低氣壓向南伸展的槽線,該處氣壓梯緊密,使得西風亦進一步加強,形成噴射氣流。這些噴射氣流足以推動熱帶氣旋作大幅度的轉向。例如1998的寶絲,西風帶南下後,長波槽經過推動寶絲由西北轉東北作大約90度的轉向!
在夏天時,西風帶南緣通常在北緯30~60度間。當進入冬天,寒帶的寒流漸漸擴張,使西風槽亦漸漸南下至北緯20度左右,這時的西風帶則成為熱帶氣旋的引導氣流。一方面使熱帶氣旋向東北移動,二來強垂直風切變也會阻礙熱帶氣旋在冬季的發展。另一方面,當熱帶氣旋進入西風帶時,移動速度可增加至50公里以上。1999年的姬羅利亞,進入西風帶後就曾經已時速100公里向東北轉東北東推進!
我們所留意的長波槽,是西風波動波谷之位。長波波長達7000公里以上,而震幅達數百公里以上的波動。長波移動較慢並維持很久,出現在高空(5000米以上)。而長波於秋冬西風帶特別強盛時亦最為普遍。
東風帶
在3000米以上高空,空氣由副熱帶高氣壓流向赤道附近之低氣壓,因為地轉風效應,於是形成偏東風。赤道東風帶乃地球三支行星風系中的其中一支,有引導熱帶氣旋移動的作用。熱帶氣旋在東風帶生成後受東風推動,就會由東向西移動了。因為熱帶水平氣壓梯度大不,所以東風帶風速較細,一般在東風帶推動下的熱帶氣旋以每小時20公里左右移動。
三. 引導氣流的天氣系統
接下來,我們談談形成及支配引導氣流的天氣系統,他們就是高低氣壓---反氣旋和氣旋
1.副熱帶高氣壓
赤道風和副極地低壓上升後下沉而形成的深厚高壓稱為副熱帶高氣壓,集結在太平洋上。對於大尺度風的支配,它於2000至6000米高空最為明顯,因此我們特別留意750及500hPa的高空天氣圖。在北半球,風從副熱帶高氣壓呈順時針方向流出,於是,北面形成西風帶,南面則是東風帶。因此,它可以說是對一個熱帶氣旋的路徑起了決定性影響,熱帶氣旋通常會繞過副熱帶高壓脊外圍移動。觀測上,我們最留意500hPa天氣圖中的副高活動,5880位勢米代表副高,在衛星雲圖中,特別無雲而晴朗的地區亦是副高的所在。
值得留意的是,副熱帶高壓脊和熱帶氣旋間也可能出現互相影響的關係。例如,當熱帶氣旋在副熱帶高壓脊南側,自東向西移動時,熱帶氣旋的高層流出場會成為一支下沉氣流加強副熱帶高壓脊,形成一正反饋(Positive Feebback)而使副熱帶高壓脊隨之西伸,因而熱帶氣旋得以繼續西移。不過,太平洋副熱帶高壓脊的西伸幅度也受一些因素所限,因此,熱帶氣旋也有移至其西南側的時候;而統計上,這時候副熱帶高壓脊也會隨之東退。這種互動現象在西風帶平直及沒有大幅波動時才會較為明顯。
2.大陸性反氣旋
多出現於秋冬兩季,強盛於地面至二三千米高空,大陸性反氣旋由中國大陸向東至東南移動並帶來東北風,往往比高空的引導氣流更有影響力。地面偏北風加上高空引導氣流東風帶或西風帶得出的合力 (Resultant Force)就使熱帶氣旋繞過大陸性反氣旋的南部向西南偏西移動。
大陸性反氣旋亦會使西風帶南下,如果長波槽掠過,就會使熱帶氣旋繞過反氣旋東側向東北移動。也有可能是低層中心跟隨低層東北風的引導而西移,高層中心跟隨高層氣流東移;這種現象叫高低層中心的分離,會引致熱帶氣旋的急速減弱,1987年的颱風蓮娜(NINA)就是一個經典的例子。
3.高空冷心低氣壓
高空冷心低氣壓在一般情況是活躍於10000米(~200hPa)或以上的高空的,因此其對熱帶氣旋的引導作用不大。但亦有情況,是高空冷心低氣壓發展強烈而延伸至較低高度,如500hPa較為常見。此情況下,高空冷心低氣壓亦會直接引導熱帶氣旋的移動。熱帶氣旋是會繞著冷心低壓外圍作逆時針方向移動的,但因高空冷心低氣壓本身也俱移動性,而且壽命較短,因此實際情況一般會較為複雜。
4.熱帶氣旋間的引導--籐原效應
藤原效應(Fujiwhara effects)是指當兩股熱帶氣旋互相靠近時對它們兩者本身移動之相互影響,而出現這影響的原因是因為它們是兩個旋渦,而他們所出現的輻合氣流直接成為對方的引導氣流。
一般來說,當兩股熱帶氣旋之相互距離在1000至1200公里、或經度10度以內時,藤原效應便會發生(但實際上還要視乎兩股熱帶氣旋的大小及質量而定),但在個別情況下亦可不發生。籐原效應另外一個較明顯的例子就是1986年的韋恩了。