【颱風4】從物理角度了解颱風的結構
每當颱風季節來臨，香港的天氣總是變得陰晴不定，風向和風力也會劇烈改變。你是否曾好奇，為什麼颱風會旋轉？為什麼北半球的颱風總是逆時針轉？颱風中心的風速為何會忽快忽慢？這些現象背後其實都藏著物理學的奧秘。
颱風的基本結構與旋轉方向
颱風是一種巨大的氣旋系統，中心是低氣壓區，周圍空氣被吸引向中心流動。由於地球自轉產生的「科氏力」（Coriolis Force），北半球的颱風會呈現逆時針旋轉。這就像你在旋轉的轉盤上丟球，球的路徑會被偏轉一樣。
這種旋轉方向直接影響香港的風向。例如，當颱風從香港東邊經過時，香港會吹東北風；從西邊經過時，則吹東南風。幾乎不會出現西南風，這就是颱風旋轉方向的結果。
角動量守恆：颱風中心旋轉越來越快的秘密
颱風中心的氣流越靠近中心，旋轉速度越快，這是因為角動量守恆的原理。想像一位溜冰選手，當他雙手張開時旋轉較慢，收起雙手時旋轉速度會加快。這是因為當旋轉半徑縮小，為了保持角動量不變，旋轉速度必須增加。
同理，颱風中空氣向中心靠攏，半徑縮小，旋轉速度自然加快，形成強烈的旋風。
觀測颱風：風速與氣壓的變化
當颱風中心經過觀測站時，風速和氣壓會有明顯變化。風速可能從每小時70公里逐漸升至170公里，到了風眼區域則突然降至約57公里，然後再度升高。氣壓方面，正常氣壓約為1010百帕（hPa），但颱風中心氣壓可低至940甚至更低，形成巨大的氣壓差，推動空氣高速流動，產生強風。
颱風形成的必要條件
颱風不是隨便就能形成的，它需要多項條件配合：
- 暖海水：提供大量水氣和潛熱，是颱風能量的來源。
- 穩定的大氣環境：避免外來干擾破壞旋轉結構。
- 開闊的地形：沒有高山阻擋空氣流動。
- 持續的能量供應：颱風在海洋上移動時不斷吸收熱量。
- 地球自轉與科氏力：促成旋轉。
- 太陽輻射：是整個系統的根本能量來源。
缺少任何一項，颱風都難以形成或快速增強。
物理學如何參與颱風的形成？
颱風的形成涉及多種物理過程：
- 熱力學：海水蒸發產生水氣，水氣上升凝結時釋放潛熱，為颱風提供能量。
- 力學：角動量守恆使旋轉加速，科氏力讓氣流產生逆時針旋轉。
- 氣壓差：低氣壓中心吸引周圍空氣，形成強風。
- 太陽輻射：驅動整個熱力循環，是能量的根源。
地球颱風與木星大紅斑的比較
地球上的颱風是低壓系統，周圍的高壓空氣向中心流動；而木星上的大紅斑則是高壓系統，氣流方向與地球相反。雖然兩者都是巨大的旋渦，但成因和物理結構不同。這也是為什麼小學或初中科學題目會問木星的旋渦是高壓還是低壓系統，答案是高壓系統。
結語：颱風是地球獨特條件的奇妙產物
颱風的形成需要地球擁有液態海洋、適宜的氣壓分布、穩定的自轉以及太陽輻射等多重條件。這些條件像是精準調整的齒輪，讓颱風成為一種獨特且強大的氣象現象。如果太陽被遮蔽、海洋冷卻或地球氣候劇變，颱風將難以再現。了解這些物理原理，不僅讓我們更懂颱風，也提醒我們珍惜和保護這個適合生命的星球。
