论台风云墙区气流高速螺旋上升运动的动力-预印本预印本.doc

PAGE 4 驱动台风云墙内部气流高速螺旋上升运动的动力 ——广义的水汽运动驱动低层大气向上运动的直接证据? 图1为台风结构与大气垂直环流的示意图，A点位于台风外围边界的底部，B点位于台风云墙底部，C点位于台风云墙的顶部（高空），D点位于台风外围边界的顶部（高空），E点位于基本上不受台风环流影响的底部，F点位于基本上不受台风环流影响的顶部（高空）。在垂直方向上，E点和F点之间的大气既没有抬升运动，也没有下沉运动，处于相对静止的状况。A、B、C、D、E、F点的大气压分别用PA、PB、PC、PD、PE、PF表示。 E点与A点之间的大气压力差比较小，例如PE =1013hPa，PA =1012hPa，PE－PA =1hPa，受 水平气压梯度力、 地转偏向力和摩擦力的作用影响，E点与A点之间的大气向台风中心做缓慢的辐合运动。A点与B点之间的大气压力差比较大，例如PA =1012hPa，PB =920hPa（2018年第22号超强台风山竹的中心最低气压为910hPa），PA－PB =92hPa，受 水平气压梯度力、 地转偏向力和摩擦力的作用影响，A点与B点之间的大气向台风中心做辐合运动并且速度较大。总的来说，流入层大气向台风中心做辐合运动并且速度逐步增加。 C点的大气压PC大于D点的大气压PD，C点与D点之间的大气压力差相对较大，例如PC－PD=10hPa。D点与F点之间的大气压力差相对较小，例如PD－PF=1hPa。受 水平气压梯度力、 地转偏向力和摩擦力的作用影响，流出层大气从台风中心向外做辐散运动。 气压梯度力在垂直方向上的分量称为 垂直气压梯度力。实际大气中，水平气压梯度值很小，约为1hPa/100km。垂直气压梯度值则要大得多，约为水平气压梯度值的104倍。垂直气压梯度值虽然大，但由于有重力与它平衡，所以空气所受的总的垂直分力并不大。在水平方向上大气受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力的作用影响，在垂直方向上大气主要受重力和 垂直气压梯度力的作用影响，以上两力的作用方向相反，重力垂直向下，垂直气压梯度力垂直向上。 = 1 \* GB3 ①E点与F点之间的大气压力差为PE－PF，这时大气压力差致使垂直气压梯度力与重力平衡，它使得E点和F点之间的大气既没有抬升运动，也没有下沉运动，处于相对静止的状况； = 2 \* GB3 ②当底层与高空之间的大气压力差＞PE－PF时，这时大气压力差致使垂直气压梯度力大于重力，在垂直方向上大气做抬升运动； = 3 \* GB3 ③当底层与高空之间的大气压力差＜PE－PF时，这时大气压力差致使垂直气压梯度力小于重力，在垂直方向上大气做下沉运动。 = 4 \* GB3 ④因为PA＜PE，PD＞PF，所以，－PD＜－PF，所以，PA－PD＜PE－PF，在垂直方向上D点与A点之间的大气做下沉运动，详见图1中很大的黑色箭头和其它插图中下沉气流的箭头方向。 同理可分析得到PB－PC＜PE－PF，按大气压力差B点与C点之间的大气应该做下沉运动，但实际情况是这两点之间的气流是高速螺旋上升运动，为什么？在台风云墙内部，水汽除做机械运动以外，还做相变成雨的热力学运动，广义的水汽运动包括机械运动和热力学运动。因为低层大气（氮气和氧气等气体）驱动水汽向上运动的前提条件是低层与高层之间的压力差必须大于相对静止时低层与高层之间的压力差，即PB－PC＞PE－PF，但实际情况与此相反并且相距较远，(PB－PC)－(PE－PF)≈－100hPa，所以，台风云墙内部气流高速螺旋上升运动不是低层大气驱动水汽向上运动，而是广义的水汽运动驱动低层大气向上运动。 广义的水汽运动驱动低层大气向上运动，加上 地转偏向力的作用，导致台风云墙内部大气螺旋向上高速运动。台风云墙内大气螺旋向上高速运动证明广义的水汽运动能驱动低层大气向上运动。台风发展过程中，台风云墙内部大气（含有大量水汽）高速螺旋上升，克服地球引力的阻挡，水分的重力势能大幅增加，这说明广义的水汽运动致使水汽垂直向上运动的作用力和驱动低层大气向上运动的作用力都很大，这就是地球上台风运动的简单机理解释，详细的机理解释请参阅有关文献。台风是地球上平面尺寸最大、最明显的物质运动，台风云墙内部大气高速螺旋上升运动是广义的水汽运动驱动低层大气向上运动的直接证据。 图1 台风结构与大气垂直环流的示意图（1） 参考资料： 1、大气水平运动的受力分析 /view/245e6842f121dd36a22d827d.html /view/ada1b4f9fab069dc502201d7.html 2、大气的垂直运动 /view/c33b27c758f5f61fb73666d7.