台风总能量收支是什么，台风的能量可以利用吗

导语：台风总能量收支是什么?台风主要通过从海洋吸收热能、水汽凝结释放潜热以及环境风场中的动能输入等方式 ， 不断积聚能量，其中，海洋是台风能量的主要来源，台风通过其强大的风场和旋转结构，不断从海洋表面吸收热量和水分，这些能量随后被转化为台风的动能和内部潜热，此外，水汽凝结过程中释放的潜热也是台风能量增强的关键因素 ， 它进一步促进了台风的发展和增强 ， 那么台风的能量可以利用吗?下面就去了解了解吧!
台风总能量收支是什么
在台风的能量平衡中，总能量一般是指内能，位能和动能的总和 。热源由两部分组成，一部分是内部热源，包括从下垫面来的潜热和感热流入及辐射冷却;另一部分是水汽的径向流入 。在台风能量问题的研究中，最直接的方法就是研究距气旋中心任意半径处能量的流入或流出情况 。
某一体积内总能量的局地变化方程为式中K,P,I分别是动能、位能和内能 。dA是面积元，向外为正 。A为该体积的表面积 。vn是风的法向分量，向外为正 。
是加热项，F是纳维耶-斯托克斯粘性应力张量 。如果考虑轴对称的稳态涡旋，并忽略边界应力，则在半径r 。内，气压PosPH间圆柱体中的能量收支v,是径向风，上式还假定通过顶面没有能量通量 。上式可改写为上式左边最后一项代表通过r 。处的水汽能量通量，这项加上蒸发项(LE)应等于凝结和降水释放的能量，故整个左边可由πr3(Q,+Lp+R)表示，p是ro内的平均降水率，Q,是由海面到大气的感热输送 。E是蒸发率 ， R 。是大气的辐射差额 。Palmén,Riehl对一个平均热带气旋中2°纬距半径内能量的净流出和潜热的净流入作了计算 。根据式(5.14)可见，这两项差为左边头三项之和 。计算结果见下表 。上面计算表明 ， 潜热的径向流入在能量平衡中起着很重要的作用 。在其它热源一栏中，辐射项是热汇 ， 量值是1℃/天左右 。为了达到能量平衡，另两项即从下垫面来的潜热和感热通量应大于1010千焦耳/秒 ， 这比起潜热流入项要小得多 。Riehl,Malkus及Miller分别计算Daisy和Helene飓风的能量平衡，也得到了类似结果 。
在这些计算中，Q,+LE不是作为余数估计出来 。结果如表5.8所示 。计算结果表明：在整个能量收支中，动能并不重要，而来自海面的潜热和感热通量只占总热能的9—16%,因而总能量的基本来源是由径向流入得到 ， 这个结果与上述平均风暴的结果是一致的 。根据水汽流入和海面蒸发可以计算热带气旋内部降水的强度 。就飓风Daisy和Helene来说 ， 在1°纬距半径内，总潜热源约为37×1010千焦耳/秒 。如果所有凝结的水汽全部作为降水落下，则相当于14.4×10?千克/秒的降雨量 。这相当于平均降水率为13.4毫米/时 。Ooyama曾经计算一个模式热带气旋中能量的收支 。他分三个阶段即迅速加深阶段(t=81小时),成熟阶段早期(t=134小时),成熟阶段晚期(t=194小时)进行计算 。
台风中的能量输入[Q,P]几乎完全出现在0—100公里的内区，但在该区内用于制造动能的位能很小 。就整个风暴而言，在最内区[P,K]转换仍是最大 。在内区，动能的总消耗率实际上大于产生率，这时必须从向外输出的一部分位能中，在外区产生过多的动能，再把这些多余的动能重新输入内区用来维持内部的环流 。所以对内区来说，平流输送项很重要 。前面已经指出，在低层由于气压梯度力做功[P,K?]都是正值 ， 能制造动能 。在高层，[P,K?]只在外区反气旋环流中为正 。在内部气旋性环流区中，流出的空气必须抵抗气压梯度力做功 ， [P,K?]为负值，这时上部气旋性环流主要靠从下层向上层的动能输送[K,K?]来维持 。由图5.3可见，在200公里内，[K?,P]的动能消耗要比[K?,D,1(地面摩擦项)大 。动能的输送项是很大的 。
表中K=K?+K?,[P,K]=[P,K?]+[P,K?],是上升的 。并且在涡度大的地方上升运动强 。湿对流的增暖作用超过上升运动区中的绝热冷却作用，因此有力管场生成，它使运动场加速，有利于湿对流的增强 。在台风加深前阶段，力管场是否能建立，这是决定于台风内区的热量收支，而热量的收支又决定于自由大气的静力稳定度和边界层中的水分含量，在这方面，海温是一个重要因素 。在加深阶段(与加深有关的过程由粗箭头连接),有暖湿中心建立最是重要，这种暖湿中心的建立能加速径向-垂直环流，并又加强湿对流过程 。这时动能的制造在增加，并发生由中心区向外的质量净流出 ， 地面气压明显下降 。由于相对角动量的净输入内区，整层相对角动量大为增加 。
通过平流、水平辐合、扭转项作用使台风中的涡度增加，这使得台风加强和范围缩小 。当台风中心区的条件不稳定层结变成中性层结时，台风的加深阶段便结束了 。由于在自由大气中斜压向量与科里奥利力和离心力相平衡，这使得径向-垂直环流的加速停止 。到这时，相对角动量和涡度集中在中心附近，垂直和水平扩散作用非常重要 。台风中达到中性层结时，径向-垂直环流和内区的相对涡度都保持不变 。在对流层中，除开在上部和边界层外，切向气流和气压场满足梯度风关系 。在边界层，埃克曼气流受到惯性加速度的影响 。由于暖心发展和在风暴外面涡度减少，这使得在外区高层出现沿等熵面的惯性不稳定 。这在有限地区引起了次生的径向-垂直环流，但这种环流并不会改变热带气旋的主要特征 。
在成熟阶段 ， 台风内区达准稳态 。这时为了维持台风中的动能 ， 输送过程和制造项同样重要 。另一方面外区状态仍在缓慢变化，即湿中性稳定区扩大，低层相对角动量增加，而高层减少 。台风能量收支的计算不但对于了解台风的演变和维持有重要意义，而且对于研究台风与中纬度环流的作用也有重要意义 。台风发生在热带海洋上，并在中高纬度地区消失 。台风中包含有大量的热量和水汽，当台风进入中纬度地区后，它把这些热量和水汽输送到中纬度 。当西风带长波槽伸向低纬时，即使在20°N以南的台风也可以在槽前西南气流把热量和水汽向中纬度地区输送 。这在卫星云图上表现为从热带风暴向东北方向伸展到中纬度西风带的宽广长云带 。
Palmén,Riehl以及Fujita等人曾指出，从热带风暴输出的能量可能对中纬度西风环流的维持起着重要作用 。最近Erickson,Winston[241对1967—1969年秋季14次卫星云图上台风中长云带的个例作了能量计算，发现在云带内或紧靠云带南侧对流层上层增暖，北侧变冷，但降冷的程度比南部增暖的程度弱 ， 结果在云带发生时或发生不久，在云带所在区或在20°—60°N的北太平洋地区，300毫巴西风趋于增强 。在20°N以北850—200毫巴的能量变化也与云带有关 。在一次云带发生期间或之后不久，涡旋动能就出现一次比平均增长大的陡增现象 。
而这种涡旋动能的增加与有效位能的减少或转化有关 。因而Erickson,Winston认为 ， 在卫星云图上长云带形象地表示由热带风暴向中纬度能量的输送，这种能量输送有助于秋季半球范围环流的建立和加强 。云带实际上表示热量和水汽的大量输送，也表示转换为涡旋有效位能和涡旋有效动能 。这种过程的尺度很大，不仅影响了北太平洋对流层环流 ， 而且影响了整个北半球的对流层环流 。
台风
台风的能量可以利用吗
台风的能量可以利用 。?
台风作为一种强大的自然现象，?蕴含着巨大的能量 。?尽管台风带来的强风和暴雨可能造成严重的灾害，?但其巨大的能量也提供了潜在的利用价值 。?一些创新性的想法和尝试旨在利用台风中的能量 ， ?例如：?
利用台风的风力发电：?有提议在台风中心部署遥控船队，?收集和储存来自风力和海底漩涡的能量 。?一项估计表明，?一场巨大台风产生的能源可以满足全球一个月的能源需求 。?尽管这被认为是极具挑战性的，?但一些科学家和工程师认为这是可以实现的，?尤其是在能源资源有限且担心全球变暖的背景下.?
开发台风涡轮机：?日本一家初创公司Challenergy设计了一种台风涡轮机，?能够在狂风暴雨中工作，?从台风中捕获动能并将其转化为电力 。?这种垂直风力涡轮机利用三个垂直旋转的圆柱体来捕捉不同方向的风，?这种设计有助于防止涡轮机在强风中过度旋转而损坏发电机.?
收集台风数据：?有机构计划部署研究飞机来收集台风的数据，?并最终开始进行“真实世界”的实验，?以探索利用台风能量的可能性.?
【台风总能量收支是什么，台风的能量可以利用吗】尽管这些尝试看起来充满挑战，?但它们展示了人类对于利用自然能源的探索和创新精神 。?同时，?这也提醒我们，?在尝试利用自然力量时，?需要谨慎考虑其对环境和人类安全的影响 。?