天气学研究领域中,气旋活动是天气分析的重要对象之一,摸清它发生发展以至消亡的规律,对提高天气预报的准确率有重要意义。
中国境内的气旋,从发生的源地来分有三类:西来气旋、本土气旋和东来气旋。其中对我国经济建设、国防建设、农业生产和人民生命财产的安全有严重影响的,莫过于东来气旋,即所谓热带气旋,人们都称之为热带风暴或台风。
台风是一种涡旋形低压环流系统,伴随着狂风暴雨,是世界上能量最大、危害最甚的一种气旋,成为主要的灾害性天气系统之一。研究台风发生发展的机制和移动路径的规律,做出准确预报,以有计划地制订防台抗灾措施,化害为益,是天气学研究和气象台站预报的重要任务之一。
迷惑而微妙的台风机制
台风机制的研究,得益于近年来探测仪器的不断发展,尤其是气象卫星的出现,对台风的起源、结构、发展、移行路径等,都有了进一步的了解,加深了认识,客观定量的分析方法得到了发展。
对流层底层流场切变所产生的相对正涡度在热带涡旋形成中的作用,对流层垂直风切变对气旋发展的影响,对流层上层流型及其涡度变化对大尺度对流稳定度的影响,海面温度对积云潜在浮力的影响以及赤道槽气候等等条件已为人们所公认,但是、许许多多数值模式至今未能做出很成功的预报,一些计算表明应该发展起来的台风没有发展起来,看来势力强大的台风却在暖洋面上消亡,而移行的疑难路径,更难预报准确。以致它只能是研究人员的“诊断”工具,对实际预报“无所助益”。因此,认为“引起台风中心移动的气压变化机制,如同发展问题一样,迷惑而微妙。”
另求能源
当前在台风研究中,偏重于天气系统本身的能量转化,而辩证法指出:一切事物的变化,内因是根据,外因通过内因起作用,一切受时间、地点、条件的制约。当代的研究人员已开始有所了解,纷纷指出上节所述的条件“是必要条件,但不是充分条件”,提出“热带扰动依靠各种能源”,“天气系统的发生发展,与特征空间范围和一定特征时间密切关联着”等等。我们不妨探讨一下这个问题。
—、月球的引力作用:例如热带洋面低层大气中的臭氧浓度周期,低层大气中辐合场变化的周期,月潮周期与台风和热带风暴发生的关系,以及独特的S,波的重合等等,被视为“附加因子”列入考虑中。
被列为地震的“触发因子”之一),使海面发生以米计的“海潮”,对质量更轻的空气,单指对流层顶的“大气潮”不是应该以千米计吗?可是,直至今天还没有看到实测数据。如果对流层顶波周期与新潮力有对应关系,那么,对流层各等面不同程度的波动、对流层上层流型及其涡度、对流层垂直风切变、低层辐合场,以及动力稳定度等等,也必然发生变化,天气系统的发展受到潮力的作用而壮大,就可成为台风发育过程中关键阶段的时间因子和外力能源之一。
譬如,1970年11月12日正值孟加拉湾天文大潮潮峰上,发生的孟加拉台风,中心气压低至950 li Pa,最大风速50 m/s,风暴潮高24呎,登陆后孟加拉国居民仅死亡人数就达30余万。而另一次在1960年10月发生的相似的台风,正值天文低潮,损失就小得多,死亡人数不足5,000人。
二、地质断裂带的综合地球物理效应,我国气象学界已有所注意,编写了诸如《地震与天气》之类的实测资料,国外的资料中也有一些反映,例如卫星照片中曾发现某台风发生前,该区海面有海水色变现象。还有测得发生台风时的“飓风微地震”,以及赤道槽与断裂带的关系等等,已引起人们的关注。
打开世界热带风暴发展区域分布图(图1)不难看出它和环球大地震带的地质断裂带(大地板块界面)特定部位有密切关系(图2):
西太平洋台风区(Ⅱ),位于日本-台湾-菲律宾和日本关岛间∧形断裂带下部的赤道辐合带向极侧。西大西洋-加勒比海(Ⅷ)-东太平洋(Ⅰ)台风(该地称为飓风)区,位于纵贯大西洋中部断裂带与环太平洋大断裂带之间、南北美板块界面∞形断层连线的向极侧。南太平洋台风区(Ⅶ),位于新几内亚-西萨摩亚断裂带赤道辐合带向极侧,澳大利亚北方海岸台风区(Ⅵ),位于喜马拉雅-新几内亚断裂带与菲律宾断裂带倒T形交叉点赤道辐合带向极侧。北印度洋台风区(Ⅲ、Ⅳ),位于喜马拉雅π型断裂带下部赤道辐合带向极侧。与印度洋台风区(Ⅴ),位于南印度洋断裂带交叉口(非洲、澳洲、南极板块界面交汇处)赤道辐合带向极侧。
从台风的移行路径和寿命来看:南太平洋、南印度洋、西大西洋-加勒比海-东太平洋台风区的台风寿命短,影响范围小。西太平洋台风区的台风势力强,路径长、影响范围大。北印度洋台风区的台风危害大。难道与远离地质大断裂带(第一类),沿断裂带移行(第二类),和在π型断裂带喇叭口中回旋(第三类)无关?
加勒比海-墨西哥湾台风路径往往预报的比实际的偏东,难道与其西的圣安得列斯大断裂带无关?
1975年大别山区一个衰亡阶段的台风停留了3天,就地打转,造成特大暴雨危害,难道与该地区处于秦岭-大别山构造带东端L形喇叭口无关?
从另一个方面来看,北美“干燥大陆性气团”伸展月数图(图3),所表现的型式,难道与圣安得列斯大断裂带无关?
我国本土气旋往往发展不完整,发展比较好的,大体只有江淮气旋和东海气旋等。如1972年6月28~7月3日,由青藏高原逗点云系开始,经由秦岭-大别山断裂带,行至江淮地区,才发展成完整的气旋(见图4)的过程降水量分布与断裂带的关系),是典型的个例。难道与沿途的断裂带和横断去向的沈阳-郯城-庐江构造带无关?
如果认为以上这些现象是偶然现象,难以服人。现代的调查研究表明:地质断裂带曲折最大的部位,多个以上断裂带的交叉点以及断裂带的南端,是地应力集中地区,也是重力场负重力区所在地,同时也是大地电场、电位场、磁场等等的相对异常地区,积蓄着大量的能量。这些能量(譬如热辐射能)对其上的海洋和大气必然有重大影响,成为从气旋和台风的发生发展直到大气环流演变的温床,这种温床效应,可称之为“综合地球物理效应”,成为台风发育过程中的地点因子和外力能源之一。
言归正传
月球的引力和地质断裂带的综合地球物理效应,存在着良好的对应关系,只是在不同部位的稳定性不同(集中和转移、强弱和进退),反应程度有所不同而已。那么、日相月相与断裂带综合地球物理效应的关系也必然如此。为了全面了解它们的关系,我们从多年的观测资料、地球近日近月点大气环流年均图,或统计规律中,可以看出一些眉目。
手头没有历史资料可供统计借鉴,仅就选出的图分析一下。冬季北半球大气环流平均图上,长波糟脊的位相与大地板块划分图上的欧亚板块和北美板块与其他板块的界面连线位相,波型有很好的相似处(图5)。
冬至时期世界主要锋分布图上,锋几乎完全叠合在大地板块界面断裂带上。这就很可以说明笔者的观点。
冬至是地球轨道近日点,冬至的平均图应能反映日月地相对影响最大值(当然,最好是冬至前后最近的朔望日资料,可惜手头无法觅得),上述图例大致反映这种作用的统计规律。
有人说这种作用很微小(譬如说重力异常,顶多不过是几十毫伽),对大气不会产生什么影响。这是我们到目前为止对大气物理机制了解得不够深透的结果,有待于我们进一步了解断裂带上积蓄的能量屋以什么形式,通过怎样的途径集中和转移,并影响大气某种物理要素场的,才能增进和加深对大气热力学与动力学的认识,促进数值预报的发展。
唯物主义的基本观点指出:一切事物的发生发展,都遵循一定客观规律,而不是随机的不确定的,而是可认识的,在人们未认识之前,它总是客观存在的,在历史上(或时间上)重复出现的。这就为人们准备好了整理历史资料、利用统计数学总结客观规律、寻找合理的新的影响因子的条件。
由于气象学的不断发展,现代化气象仪器仪表的创造,历史资料的不断丰富,人们已认识到目前在对大气热力学、动力学规律了解不够深透情况下,确实存在着统计规律,从历史资料中概括出天气演变的统计物理性质,从中侧重找出现象间的联系,多次偶然现象间的重复,找出必然的东西,科学才能发展。
上述图例既然是气候图,就不能认为是偶然现象,而说明它们之间的必然联系和它们的物理性质。因而大量的统计工作、探测工作和大气环流分型法的原则,就在现有的水平上向前推进了一步,有了新的方向。
本文所提的天相和地震地质方面的问题,在气象要素进一步充实,探测和研究方面新领域的展开,在实践中得到确认,人们将会进一步解释和解决现代气象学中的许多问题,前景是极为乐观的。
由于笔者水平所限,看到的资料和文献很少,仅以一孔之见,提供参考,以共同提高天气学的理论和技术水平。