大型海洋漩渦 地球也有「黑洞」
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靜靜的夜裡看這則新聞有一種神秘的感覺...
天文學家研究宇宙中神祕的黑洞,但就在地球上也有「黑洞」,你會相信嗎?瑞士蘇黎世聯邦理工學院和美國邁阿密大學的科學家研究表明,從數學意義上說,大型海洋漩渦的行為很像黑洞。漩渦像黑洞一樣有自己的「連貫」界限。此外,像黑洞,它們吞下一切太靠近的東西,無物可逃。
北歐的冬季溫和,原因在於墨西哥灣暖流,這是塑造氣候的全球洋流的一部分。此外,我們的氣候也受到直徑超過150公里的巨大海洋漩渦影響。根據研究報告,南大洋這種漩渦中的數量有所增加,導致增加了向北方運輸的溫暖鹹水。科學家認為這種現象可以抵消融化的極地冰的負面影響。
然而,到目前為止,科學家們不能夠準確測量漩渦的這種效果,因為他們無法確定漩渦的邊界。在動盪的海洋中很難找到這樣的漩渦。漩渦內外的同時旋轉和整體漂移運動看上去很混亂。瑞士蘇黎世聯邦理工學院非線性動力學教授哈勒(George Haller)和邁阿密大學的海洋學研究教授貝隆維拉(Francisco Beron-Vera),現在找到了解決這個問題的方法。在流體力學雜誌上,他們提出了一種新的數學方法來識別具有明確邊界的輸送水的海水漩渦。兩人開發了一個模型來識別漩渦的邊界,使用與揭示黑洞光子球邊界相同的數學原理。經過3個月以上的衛星觀測後,他們利用該模型找到7個直徑200~300公里的「黑洞」漩渦。
無物可逃離漩渦
哈勒說,「黑洞周圍光子球區有將任何東西(除了光)吸入黑洞的屬性。同樣,我們發現漩渦邊界有將任何漂浮在海洋表面(水除外)吸入到其漩渦內的屬性。漩渦可以持續1年或2年,大多數持續幾個月。」
黑洞是太空中的天體,質量極大,它產生的引力場是如此之強,以致於任何物質和輻射都無法逃逸,就連傳播速度最快的光(電磁波)也逃逸不出來。但是,當光線接近黑洞一定距離時,受引力作用如此強烈的彎曲,使得光子進入到一個球形軌道圍著黑洞旋轉。愛因斯坦的相對論稱其為光子球,光子球是個零厚度的封閉光環組成的球狀邊界。
兩位科學家發現了海洋漩渦具有類似的封閉邊界。在這些邊界上,流體粒子運動沿封閉的軌道運動,類似光子球中光子的運動,既不落入黑洞內,也不逃逸。沒什麼可以逃離海洋漩渦的封閉邊界,水也不可能。正是這些邊界幫助從大量衛星數據中識別出海洋漩渦。
漩渦是水中運輸車
因為漩渦穩定抱在一起,可以充當運載工具,如浮游生物這樣的微有機體,或異物如塑料廢棄物或油,也為水提供了與周圍有所不同的溫度和鹽度。兩人在所謂的漩渦阿古拉斯(Agulhas)環已經驗證了這一點,阿古拉斯環經常出現在南大洋,在非洲南端向北輸送溫暖的鹹水。研究人員跟蹤7個黑洞型阿古拉斯環,它們攜帶的水幾乎1年之久不與周圍的水混合。
哈勒說,這種海洋漩渦連貫性也表現在海洋以外的其他複雜流動中。在這個意義上說,許多颶風也可能類似黑洞。最壯觀的黑洞型漩渦例子是木星的大紅斑。
完整捕捉海洋漩渦的連貫影響對全球氣候模擬有很大幫助,漩渦可以輸送熱量、鹹水和養分到遙遠的北方,它的大規模混合行為可緩和氣候變化:幫助抵消海冰融化後打亂全球大氣環流、含鹽量低的冷水注入海洋的影響。識別漩渦也可能幫助科學家預測如漏油汙染的水的運動。
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天氣小觀:北極渦旋超越南極渦旋
與去年11月底相比,北極渦旋這兩天已經超越南極渦旋,成為全球高空最強的氣旋。
顯然今年超越的時間比去年提早些。但並非北極渦旋增強迅速,
反而是因為南極渦旋減弱太快。事實上,除了北極海冰面積慘不忍睹外,
南極海冰也不遑多讓的"慘",破碎支離的冰層從南極大陸岩岸與外海同時開始,
裡外夾攻下,南極海冰的面積也創下數十年來的新低紀錄,
可以說是詳細自1979年統計以來的最低紀錄,
再次印證了暖化效應下,對南極的衝擊。
模式預報,
目前北極渦旋百帕高度場15400米,(想像940百帕的氣旋)
目前南極渦旋百帕高度場15500米,(想像950百帕的氣旋)
兩者強度已經交叉互換。
未來ㄧ週,北極渦旋爆發增強至15100米,(想像910百帕的氣旋)
南極渦旋墜弱至15700米,(想像970百帕的氣旋)
然而,回顧今年南半球冬季時的南極渦旋,確是非常強大。
南極渦旋於今年北半球盛夏期,曾經強度爆炸性達到14100米左右。(想像810百帕的氣旋)
可說是超級渦旋中的超級渦旋。
而,北極渦旋於前次冬季時的巔峰,僅14700米左右。(想像870百帕的氣旋)
印證了,南級的冬天實再難以想像。
但南極的冬天,即便可怕,也僅限於南極內陸,
而北極的冬天,不但可怕,還大方的將最可怕的分享給南方。
這也造就了年初的霸王寒流。
原因當然是南北半球海陸比差異大。
不過,對亞熱帶的台灣來說,氣溫的降低不直接與北極渦旋有關,
因為,進入11月下旬後,太陽對北半球的日照非常短,對中緯度而言,
北緯30度以北都有冷氣團的影子,因此只要東北風持續吹送,
台灣溫度就很難升太高,持續下去,亞熱帶地區的溫度也開始下降。
事實上,西風噴流已經壓過北緯30度,介於25~30度之間,
這表示,台灣接近冷氣團的季節。冬季系統再稍為施加壓力下,
西風噴流就會壓到台灣上空。冷氣團的到來,甚至寒流來襲都不足為奇。
西風噴流代表這北方系統勢力往南影響的程度,
這裡要稍微說明一下正式定義:
高空噴流可分為:
1.極鋒噴流 2. 副熱帶噴流 3. 極夜噴流 4. 熱帶東風噴流
第1、2皆屬西風噴流,冬季較強,夏季依然存在。
第3為冬季特產,夏季消失。
第4為夏季活躍,冬季不顯著。
由此可知,1~3偏向冬季系統相關;4偏向夏季系統相關
1. 極鋒 極鋒噴流
2. 副熱帶鋒 副熱帶噴流
1.
極鋒是北極氣團與極地氣團之間的界面(也就是鋒區)
依據南北溫度梯度造成南北方向壓力梯度而產生的熱力風。
鋒面區上空會對應出現最大強風區,到了一定的風速以上便形成噴流。
這就是西風噴流。
因此,極鋒上空經常對應出現極鋒噴流。
熱成風原理之後另外再解釋
但可以想像:
北半球南方因地面暖空氣上升,而北方高空冷空氣下降,
因此南方高空的壓力會比北方高空的壓力大,(高空場:南方高壓,北方低壓)
也就造成在高空,南方的風往北方吹,
而赤道炎熱,因此,在高空場,風從赤道往兩極吹。
受到科氏力作用逐漸向右偏,最後再中緯度形成穩定的西風帶。
2.
副熱帶鋒是極地變性氣團與熱帶氣團之間的界面(也就是鋒區),
副熱帶鋒上空經常出現副熱帶噴流,
冷季經常跨到台灣上空的就是此類副熱帶噴流。由於方便,常常只稱西風噴流。
3.
極夜噴流僅限於冬季的永夜,由於輻射冷卻,
在平流層的高空冷性渦旋(也就是南/北極渦旋)與邊緣的水平溫度相差太大,
相對應出現的極夜噴流。
極夜噴流的風速是所有高空噴流中最強的,最大可達每秒100公尺。
由於副熱帶噴流與極鋒噴流共同的活動經常影響天氣,因此
想像:
北極渦旋,中心爆發=>極夜噴流
北極渦旋暴風圈=>極鋒噴流
北極渦旋外圍環流圈=>副熱帶噴流
副熱帶噴流的南移,就象徵著冬季氣團可影響之處。
而冬季系統大概就是看這些東西。
(對比夏季系統看的:颱風、南亞高壓、季風槽等,完全是不同的東西)
最後回到模式預報,蝎虎(其實,一時間沒想那麼多,就當作是蠍虎)颱風
目前移動速度緩緩北移,也逐漸被東北季風摧殘。
外圍環流與東北季風,加上副熱帶高壓的偏南風加持,
共伴影響區主要落在台灣東南部,東部、南部也有些降雨。
北部鋒面通過,會慢慢緩和;中部天氣率先穩定。
看來大雨區還是台東要留意。
這次的弱共伴除了非標準型(東高壓,南颱風,北槽線)的共伴外,
蝎虎本身弱小也是原因。
標準型的共伴,在秋颱進入南海後,會引來偏南風,直接把赤道氣團帶上來,
這次蝎虎颱風環流小,風向為副熱帶高壓的東南風,非赤道偏南風與東北季風共伴。
因此,雖然免不了大雨,雨量不至於破表,加上颱風小快死掉,所以持續不會很久。
預報蝎虎颱風消散後,
由於大陸高壓持續存在,後期又一波,
強度不強,但東北季風吹不停,溫度無法回升,東北部多雨。
北部持續陰天也會有ㄧ些降雨:簡單說,沒 有 晴 天 。
中南部天氣較穩定,但蝎虎颱風消散後的雲系也可能北上。可能有一兩天較陰,下點雨。
後期,菲律賓東方可能又有熱帶擾動出現,屆時可以觀察看看。
(以上供參囉)
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有空再來多講講
※ 編輯: daron (123.192.194.253), 11/29/2016 22:00:57
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