地球/4j. 風暴追蹤
2005年8月23日，氣象學家注意到大西洋上空出現了一個低氣壓熱帶低壓，它正在向佛羅里達州東海岸移動，並加強成熱帶風暴。風暴在登陸佛羅里達州邁阿密北部前幾小時迅速增強為颶風。它越過佛羅里達州的頂端，並於8月26日進入墨西哥灣，並繼續加強為一場真正巨大的風暴——5級颶風。這巨大的風暴形成了一個眼，即其中心的一個低壓區，強風吹向其中心。從太空中看，風暴的渦流是廣闊的烏雲覆蓋中唯一的清晰點。這些厚厚的雲層和強降雨是由來自墨西哥灣水域的潮溼暖空氣迅速上升形成的，在上升氣流下方產生低氣壓。風暴襲擊了路易斯安那州東南部和密西西比州。這場颶風由世界氣象組織命名為卡特里娜，世界氣象組織從一個輪換列表中為大西洋颶風命名。卡特里娜在登陸時造成了相當大的破壞和人員傷亡。據估計，有1245-1836名美國人在颶風和隨後的洪水中喪生，這使得卡特里娜成為美國曆史上最致命的颶風之一。
科學家如何追蹤卡特里娜颶風等風暴的運動並預測其登陸地點？颶風是一種特殊的旋風風暴，其區域限制在北大西洋和墨西哥灣，以及西北太平洋海域。颶風一詞來自瑪雅神Hunraqan，最初在古代由瓜地馬拉的奇切人使用。該術語僅在美國使用。而在亞洲和印度，則使用颱風一詞。颱風一詞來自普通話、阿拉伯語、波斯語和印地語對大風風暴的稱呼。古希臘語 Τυφῶν (Tuphôn) 與蛇形神Typhon相關，他挑戰宙斯成為宇宙的主宰，並噴出煙霧、霧氣和風暴。
旋風的專業術語或科學術語是指任何以螺旋狀繞著渦流中心平靜區域吹風的廣闊風暴。颶風和颱風僅僅是大型旋風俗稱。旋風產生的風速超過每小時74英里（每小時119公里），並且僅在海洋上形成。當它們登陸時，它們會造成相當大的破壞，但通常會在大陸上較高的地形上分解，因此對海岸線尤其危險。熱帶旋風根據其風速分為5類。1級旋風的風速在74-95英里/小時之間，2級旋風的風速在96-110英里/小時之間，3級旋風的風速在111-129英里/小時之間，4級旋風的風速在130-156英里/小時之間，5級旋風的風速超過157英里/小時。所有這些高速風都會對建築物造成相當大的破壞。這些類別還對應著上升的海水和潛在的重大海岸線洪水，從而導致風暴潮越來越大。
大西洋、太平洋和印度洋旋風的形成是赤道附近低壓帶 ITCZ（赤道輻合帶）與高壓副熱帶帶之間複雜相互作用的結果。東風從高壓區吹向 ITCZ。在 8 月、9 月和 10 月的夏末，北半球的 ITCZ 向北移動，這是由於夏季後期太陽的熱量導致熱梯度增加。這些低壓區是由海洋上空溫暖的空氣上升造成的，導致來自北部高壓副熱帶區的空氣吹入這些低壓區。由於地球向東旋轉，導致低壓區形成，導致高壓波浪形成，並在波浪頂部的背面形成一個低壓區（這些波浪是羅斯貝波，由地球自轉和氣壓梯度引起）。這些低壓區是由季節性溫暖的海水上空的上升氣團造成的，因為它們位於高壓系統之後，大量空氣會湧入以填補這些低壓區，從而導致高速風。地球上所有的旋風都從東向西移動，它們從不越過赤道，並且僅位於 ITCZ 的最大季節緯度，通常位於高壓副熱帶區以南，很少延伸到北緯 40 度或南緯 40 度以北。
赤道以北形成的風暴逆時針旋轉，而赤道以南形成的風暴順時針旋轉。當空氣湧入風暴中心時，它會在北半球向右略微偏轉，超過風暴的低壓中心，然後向左螺旋返回，導致中心逆時針旋轉。在南半球，情況正好相反。然而，風暴的整體路徑將在北半球呈順時針曲線方向，而在南半球呈逆時針曲線方向，這是由於科里奧利效應。這將使旋風看起來以與其整體運動相反的方向旋轉。
地球旋風路徑的歷史表明，它們在一年中的時間和整體方向上都非常狹窄。北大西洋和墨西哥灣是 8 月、9 月和 10 月颶風活動的主要區域。在這些月份，ITCZ 將低壓暖空氣向北移動，導致風暴從大西洋東部近海地區穿過加勒比海和佛羅里達州，進入墨西哥灣或沿北美東南海岸向北移動。像在墨西哥灣形成的大型旋風很少在地中海形成。這是因為地中海位於北緯 30 到 46 度之間，位於高壓副熱帶區內，而形成大型風暴所需的低壓區從未延伸到這麼遠的北方。墨西哥灣和周圍的大西洋更靠南，緯度從北緯 21 度延伸到 30 度，並且更靠近與 ITCZ 低壓相關的形成大型旋風的地區，特別是在夏末。
東南亞國家也位於太平洋西側旋風的東部運動範圍內。在這裡，颱風從東部吹向中國東南部的海岸線，並向北吹向朝鮮和日本。一些旋風可能在印度洋形成，並襲擊印度和孟加拉國東部海岸線，導致風暴潮上升，造成嚴重洪水。
南大西洋的旋風很少見，儘管巴西海岸位於它們形成的理想緯度。最近一次登陸巴西的颶風是 2005 年的卡塔琳娜颶風。南大西洋颶風罕見的原因是開闊的大西洋水域較冷，以及巴西海岸附近的風切變更強。這些旋風大多出現在南半球的夏季 1 月、2 月和 3 月。南半球的旋風在印度洋更為常見且更危險，它們可能襲擊東非海岸線。2019 年，伊代颶風襲擊莫三比克，淹沒了東非海岸的貝拉市。在太平洋，南半球可能會出現影響澳大利亞北部和新幾內亞的旋風。2019 年 3 月，特雷弗旋風襲擊了澳大利亞北部地區。
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關於颶風的一個重大科學問題是，隨著地球大氣層因二氧化碳增加而變暖，颶風的頻率是否會增加。為了回答這個問題，科學家構建了地球大氣層的計算機模型，模擬了大氣層中熱量吸收的不同情況。從這些模型中，人們驚訝地發現，對於颶風頻率是否會隨著地球變暖而增加，並沒有足夠的把握。然而，普遍的共識是，赤道輻合帶會向極地移動，導致未來風暴路徑範圍越來越廣，30 度緯線以北和以南地區遭受未來風暴襲擊的可能性越來越大。另一個普遍的共識是，由於大氣熱量的增加，颶風產生的降水量（降雨量）會增加。大氣中溫度升高導致降雨量增加，將嚴重影響沿海地區，導致洪水氾濫，並可能使沿海地區更容易遭受未來的洪水。海平面上升也會加劇風暴潮期間的海岸線洪水。這裡有一張從 1855 年到 2015 年所有大西洋風暴的圖表，顯示出輕微的上升趨勢。
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