【颱風3】從物理角度了解颱風的形成機制

你有否發現颱風在北半球總是逆時針旋轉，而南半球卻是順時針？這背後其實藏著一個看不見的力量——科氏力。這股力量源自地球的自轉，影響著大氣和海洋的流動，進而塑造出我們熟悉的颱風旋轉模式。讓我們一起用簡單的生活例子，來理解這個看似複雜的物理現象。

地球自轉與科氏力的方向

地球像一個巨大的旋轉球體，從西向東不停地轉動。如果你站在北極上空往下看，地球是逆時針旋轉；而從南極上空看，則是順時針旋轉。這種旋轉產生了科氏力，一種會讓移動中的物體路徑偏轉的力量。

在北半球，科氏力會使移動的氣流向右偏轉；在南半球，則向左偏轉。這就是為什麼北半球的颱風會逆時針旋轉，而南半球的氣旋則是順時針旋轉的原因。

颱風旋轉的形成過程

想像在菲律賓外海或南中國海上空，有一片溫暖的海水，促使大量水蒸氣蒸發，形成一個低氣壓區。周圍的冷空氣會被吸引向這個低壓中心流動，原本應該是直線朝中心移動。

但因為科氏力的作用，這些氣流在移動過程中會被偏轉，形成螺旋狀的流動。這種旋轉不僅讓氣流圍繞低壓區轉動，也帶來了颱風的角動量，讓颱風得以持續旋轉並增強。

只要海水保持溫暖，持續提供能量，低氣壓區就能維持，氣流不斷流入並加強旋轉，颱風便會逐漸形成，甚至發展成強颱風或超強颱風。

颱風為何在登陸後逐漸減弱？

當颱風登陸後，情況就大不相同了。陸地無法像海洋一樣提供充足的熱能，暖海水的能量供應中斷。此外，陸地表面的摩擦力較大，阻礙氣流的流動。這些因素使得颱風的結構逐漸瓦解，氣壓差減小，旋轉也慢慢減弱。

這也是為什麼颱風在橫掃菲律賓後會稍微減弱，但進入南中國海後，因為重新獲得暖海水的能量，旋轉又會再度增強。

小尺度現象與科氏力的誤解

坊間常聽說洗手盆或馬桶水流方向能判斷半球，甚至有人在赤道附近示範水流旋轉方向改變，認為這是科氏力的作用。但事實上，這些小尺度的水流旋轉主要受排水口形狀、水流初始動量和容器不對稱等因素影響，科氏力在這些情況下太微弱，幾乎無法觀察到。

Rosby數：判斷科氏力影響的關鍵

科學家用一個叫做Rosby數的無因次參數，來衡量科氏力在一個系統中的重要性。Rosby數的計算方式是將系統的特徵長度乘以地球自轉頻率，再除以氣流速度。

對於颱風這樣的大尺度系統，Rosby數約為0.2，遠小於1，表示科氏力是主導氣流行為的重要力量，必須納入分析。

反觀洗手盆的水流，因為速度和範圍都非常小，Rosby數遠大於1，科氏力的影響可以忽略不計。

這也解釋了為什麼飛機在長途飛行時，尤其是跨越極區航線時，必須考慮地球自轉帶來的科氏偏移，否則航線會偏離目標。

結語：認識科氏力，理解自然旋律

科氏力雖然看不見摸不著，卻在大自然中扮演著重要角色，尤其是在颱風和大氣環流的形成與演變中。了解這股力量，不僅讓我們更懂得天氣變化的原因，也能幫助我們更好地預測和應對極端氣候。

下次當你看到新聞報導颱風旋轉方向時，不妨想想這背後的地球自轉和科氏力，感受這個星球獨特的物理律動。