地球/4j. 风暴追踪
2005年8月23日，气象学家注意到大西洋上空出现了一个低气压热带低压，它正在向佛罗里达州东海岸移动，并加强成热带风暴。风暴在登陆佛罗里达州迈阿密北部前几小时迅速增强为飓风。它越过佛罗里达州的顶端，并于8月26日进入墨西哥湾，并继续加强为一场真正巨大的风暴——5级飓风。这巨大的风暴形成了一个眼，即其中心的一个低压区，强风吹向其中心。从太空中看，风暴的涡流是广阔的乌云覆盖中唯一的清晰点。这些厚厚的云层和强降雨是由来自墨西哥湾水域的潮湿暖空气迅速上升形成的，在上升气流下方产生低气压。风暴袭击了路易斯安那州东南部和密西西比州。这场飓风由世界气象组织命名为卡特里娜，世界气象组织从一个轮换列表中为大西洋飓风命名。卡特里娜在登陆时造成了相当大的破坏和人员伤亡。据估计，有1245-1836名美国人在飓风和随后的洪水中丧生，这使得卡特里娜成为美国历史上最致命的飓风之一。
科学家如何追踪卡特里娜飓风等风暴的运动并预测其登陆地点？飓风是一种特殊的旋风风暴，其区域限制在北大西洋和墨西哥湾，以及西北太平洋海域。飓风一词来自玛雅神Hunraqan，最初在古代由危地马拉的奇切人使用。该术语仅在美国使用。而在亚洲和印度，则使用台风一词。台风一词来自普通话、阿拉伯语、波斯语和印地语对大风风暴的称呼。古希腊语 Τυφῶν (Tuphôn) 与蛇形神Typhon相关，他挑战宙斯成为宇宙的主宰，并喷出烟雾、雾气和风暴。
旋风的专业术语或科学术语是指任何以螺旋状绕着涡流中心平静区域吹风的广阔风暴。飓风和台风仅仅是大型旋风俗称。旋风产生的风速超过每小时74英里（每小时119公里），并且仅在海洋上形成。当它们登陆时，它们会造成相当大的破坏，但通常会在大陆上较高的地形上分解，因此对海岸线尤其危险。热带旋风根据其风速分为5类。1级旋风的风速在74-95英里/小时之间，2级旋风的风速在96-110英里/小时之间，3级旋风的风速在111-129英里/小时之间，4级旋风的风速在130-156英里/小时之间，5级旋风的风速超过157英里/小时。所有这些高速风都会对建筑物造成相当大的破坏。这些类别还对应着上升的海水和潜在的重大海岸线洪水，从而导致风暴潮越来越大。
大西洋、太平洋和印度洋旋风的形成是赤道附近低压带 ITCZ（赤道辐合带）与高压副热带带之间复杂相互作用的结果。东风从高压区吹向 ITCZ。在 8 月、9 月和 10 月的夏末，北半球的 ITCZ 向北移动，这是由于夏季后期太阳的热量导致热梯度增加。这些低压区是由海洋上空温暖的空气上升造成的，导致来自北部高压副热带区的空气吹入这些低压区。由于地球向东旋转，导致低压区形成，导致高压波浪形成，并在波浪顶部的背面形成一个低压区（这些波浪是罗斯贝波，由地球自转和气压梯度引起）。这些低压区是由季节性温暖的海水上空的上升气团造成的，因为它们位于高压系统之后，大量空气会涌入以填补这些低压区，从而导致高速风。地球上所有的旋风都从东向西移动，它们从不越过赤道，并且仅位于 ITCZ 的最大季节纬度，通常位于高压副热带区以南，很少延伸到北纬 40 度或南纬 40 度以北。
赤道以北形成的风暴逆时针旋转，而赤道以南形成的风暴顺时针旋转。当空气涌入风暴中心时，它会在北半球向右略微偏转，超过风暴的低压中心，然后向左螺旋返回，导致中心逆时针旋转。在南半球，情况正好相反。然而，风暴的整体路径将在北半球呈顺时针曲线方向，而在南半球呈逆时针曲线方向，这是由于科里奥利效应。这将使旋风看起来以与其整体运动相反的方向旋转。
地球旋风路径的历史表明，它们在一年中的时间和整体方向上都非常狭窄。北大西洋和墨西哥湾是 8 月、9 月和 10 月飓风活动的主要区域。在这些月份，ITCZ 将低压暖空气向北移动，导致风暴从大西洋东部近海地区穿过加勒比海和佛罗里达州，进入墨西哥湾或沿北美东南海岸向北移动。像在墨西哥湾形成的大型旋风很少在地中海形成。这是因为地中海位于北纬 30 到 46 度之间，位于高压副热带区内，而形成大型风暴所需的低压区从未延伸到这么远的北方。墨西哥湾和周围的大西洋更靠南，纬度从北纬 21 度延伸到 30 度，并且更靠近与 ITCZ 低压相关的形成大型旋风的地区，特别是在夏末。
东南亚国家也位于太平洋西侧旋风的东部运动范围内。在这里，台风从东部吹向中国东南部的海岸线，并向北吹向朝鲜和日本。一些旋风可能在印度洋形成，并袭击印度和孟加拉国东部海岸线，导致风暴潮上升，造成严重洪水。
南大西洋的旋风很少见，尽管巴西海岸位于它们形成的理想纬度。最近一次登陆巴西的飓风是 2005 年的卡塔琳娜飓风。南大西洋飓风罕见的原因是开阔的大西洋水域较冷，以及巴西海岸附近的风切变更强。这些旋风大多出现在南半球的夏季 1 月、2 月和 3 月。南半球的旋风在印度洋更为常见且更危险，它们可能袭击东非海岸线。2019 年，伊代飓风袭击莫桑比克，淹没了东非海岸的贝拉市。在太平洋，南半球可能会出现影响澳大利亚北部和新几内亚的旋风。2019 年 3 月，特雷弗旋风袭击了澳大利亚北部地区。
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关于飓风的一个重大科学问题是，随着地球大气层因二氧化碳增加而变暖，飓风的频率是否会增加。为了回答这个问题，科学家构建了地球大气层的计算机模型，模拟了大气层中热量吸收的不同情况。从这些模型中，人们惊讶地发现，对于飓风频率是否会随着地球变暖而增加，并没有足够的把握。然而，普遍的共识是，赤道辐合带会向极地移动，导致未来风暴路径范围越来越广，30 度纬线以北和以南地区遭受未来风暴袭击的可能性越来越大。另一个普遍的共识是，由于大气热量的增加，飓风产生的降水量（降雨量）会增加。大气中温度升高导致降雨量增加，将严重影响沿海地区，导致洪水泛滥，并可能使沿海地区更容易遭受未来的洪水。海平面上升也会加剧风暴潮期间的海岸线洪水。这里有一张从 1855 年到 2015 年所有大西洋风暴的图表，显示出轻微的上升趋势。
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