地球自轉是如何影響颱風旋轉的？

出品：科普

製作：陳星

監製：科學院計算機網路信息中心

前段時間，南方各省的颱風肆虐，從氣象台發布的颱風圖來看，我們發現颱風的旋轉方向都是逆時針的，那是不是所有的颱風都是逆時針的呢？

颱風「天鴿」（圖片來自網路）

其實颱風並非都是逆時針旋轉的。因為我們處於北半球，所以通常在天氣預報中看到的都是北半球的颱風情況。北半球的颱風都是逆時針旋轉的，與此相反，南半球的颱風都是順時針旋轉的。另外，值得一提的就是，赤道附近是不存在颱風的。

那麼為什麼颱風會出現不同的旋轉方向呢？這是由於地球自轉造成的。

地球自轉影響颱風旋轉方向

地球自轉是如何影響颱風的旋轉方向的呢？這就要從地球自轉產生的「科里奧利力」說起。

科里奧利力是對旋轉體系中進行直線運動的質點，由於慣性，相對於旋轉體系產生的直線運動的偏移的一種描述。這種現象是由法國數學家兼物理學家古斯塔夫・科里奧利發現，因此這種慣性力被命名為科里奧利力。

古斯塔夫・科里奧利（圖片來自網路）

因為地球本身是一個巨大的旋轉體系，在這個旋轉體系中進行直線運動的物體，由於慣性的作用，有沿著原有運動方向繼續運動的趨勢，以地球為參照系去觀察，就會發現物體的運動軌跡會發生一定程度的偏離，從地球上看，好像是一種額外的力造成了這種偏離，這種額外的力就是科里奧利力。

科里奧利力效應（圖片來自網路）

科里奧利力是一種假想的慣性力，其實並不存在，它只是為了在旋轉參考系（非慣性參考系）下，牛頓運動定律依然能夠使用而引入的。與此類似，我們平時常說的離心力也是一種假想的慣性力，實際上並不存在。

科里奧利力的大小

接下來我們主要對北半球的科里奧利力的情況予以說明，南半球的情況是類似的。

舉個形象的例子來說就是，假設在北半球，某物體的初始速度方向向著正北方向，由於該物體從接近赤道的地方開始運動，因此在向北的過程中，它的向東的速度分量會逐漸大於地球自轉的速度，因此從地球的角度觀察，經過一段時間后，由於科里奧利力的作用，該物體的運動方向將會變成東北方向。

如果該物體從北向南運動，由於越向南（不能越過赤道）地球的自轉速度越大，因此該物體的向東的運動分量會跟不上地球的自轉速度，以地球為參考系就會表現為，該物體在科里奧利力的作用下，運動方向逐漸變成西南方向。如下圖所示：

圖片來自網路

對於向東或者向西的運動，情況可以歸納為上面第二種情況，因為不管是朝向正東還是正西，由於地球是圓的，慣性物體最終都會偏離經線有一個向南的速度分量，因此和第二種情況就比較類似了。

科里奧利力的大小由下面的公式來確定：

其中m是運動物體的質量，v是速度，是地球自轉的速度。按照這個公式，有時我們會算出科里奧利力的方向會指向天空，這種情況下它的作用就會被重力所抵消，比如說赤道附近。

因此科里奧利力對地球各種自然現象的影響主要是由它的沿地表方向的分力所產生的，也即地轉偏向力，它的大小如下所示：

代表物體所處的緯度。由此我們可以來大概計算一下普通人的在走路時所受到地轉偏向力的大小。假設 m=70kg,v=2m/s,地球自轉的速度是15度每小時，換算成標準單位就是：

因此普通人走路時所感受到的最大的地轉偏向力大概是0.0016N，是非常小的。因此日常生活中的小尺度範圍內不太能感受到它的影響。但是在大尺度範圍內，它累計的影響是很明顯的。

科里奧利力的影響

以颱風為例。在北半球，當風由副熱帶高氣壓帶吹向赤道低氣壓帶的時候，由於地轉偏向力，風的方向會發生會向右偏轉，在海洋那麼大的尺度範圍內，最終會形成各種逆時針旋轉的熱帶氣旋，再加上其他各種因素的影響，有些熱帶氣旋會形成破壞力強大的颱風。

北半球的颱風逆時針旋轉（圖片來自網路）

因此，在各種氣象雲圖上，北半球的颱風無一例外，都是逆時針旋轉的，而與此相反，南半球的都是順時針旋轉的。由上面的公式還可以看出，赤道附近由於緯度為零，因此地轉偏向力的大小也為零，因此赤道附近是不會形成熱帶氣旋的，更不會形成颱風。

北半球熱帶氣旋示意圖（圖片來自網路）

當然，地轉偏向力只是颱風形成的一個必要條件之一。缺少了這種力，地球上不會有颱風，但是，即使存在這種力，颱風也不見得總是可以形成，還得有各種其他的因素的作用，例如說合適的溫度，合適的地點等等。

「科普」是科協攜同社會各方利用信息化手段開展科學傳播的科學權威品牌。

本文由科普融合創作出品，轉載請註明出處。