臺風呼嘯，為何中心獨“靜”

在浩瀚的海洋上空，臺風如同一場震撼天地的交響樂，裹挾著狂風暴雨席卷而來。然而，這場看似混亂的“演奏”中心，卻隱藏著一個奇妙的寧靜區域——臺風眼。當周圍眼墻的風速突破50米/秒時，臺風眼內卻近乎無風，仿佛突然被某種神秘力量按下了暫停鍵。這種奇特的現象究竟是如何形成的？讓我們從科學的角度揭開謎底。

臺風的結構

臺風是一個龐大的低壓氣旋系統，其能量源自溫暖海洋釋放的潛熱（物質在物態變化時釋放或吸收的熱量）和水汽。它的結構可分為3個部分：

外圍螺旋雨帶

外圍螺旋雨帶是臺風的顯著特征之一，它們從臺風中心向外延伸，如同臺風的“觸手”，覆蓋范圍廣泛。這些雨帶由一系列的雷暴云組成，會帶來持續的強風和暴雨，是臺風外圍的主要降水區域。

眼墻

眼墻是圍繞在臺風眼周圍的環狀區域，是臺風能量最集中的地方。眼墻的直徑一般在20～50千米之間。在這個區域內，風速極高，常常能達到臺風的峰值，是臺風中天氣最為惡劣的部分。

臺風眼

臺風眼位于臺風的中心，直徑通常在10～50千米之間。在臺風眼內，氣壓極低，但風速卻相對較小，甚至可能出現近乎靜風的狀態。

這種“內靜外狂”的對比，源于臺風內部復雜的動力平衡。臺風的運動由兩種相互作用的環流系統驅動：主環流和次級環流。如圖所示，主環流維持臺風的旋轉動能，而次級環流則負責將海洋的熱量向上輸送，為臺風“充電”。眼墻的上升氣流如同一個熱力泵，不斷將能量從海面輸送到大氣高層。

臺風眼的形成

臺風眼的形成是臺風成熟階段的標志。當熱帶氣旋（發生在熱帶或副熱帶洋面上的低壓渦旋，是一種強大而深厚的熱帶天氣系統）逐漸加強時，主環流的風速加快。外圍空氣以螺旋形式向低壓中心匯聚，在眼墻處抬升，釋放大量潛熱。這股熱量驅動次級環流的上升運動，并在高層形成輻散外流。與此同時，下沉氣流在臺風眼中心被“抽吸”，最終形成穩定的無風區。

當臺風眼遇上數學“不動點”

在氣象科學領域，研究人員為了精準地預測臺風的發展和路徑，會運用復雜的數值模擬技術。這些數值模擬都是基于嚴謹的物理定律和大氣動力學方程組搭建起來的。在構建這些氣象模型的過程中，“不動點”這一數學原理就像一把神奇的鑰匙，幫助人們分析臺風系統的穩定狀態。

不動點在數學中意味著一個在函數或映射下保持不變的點，即輸入和輸出相同。換句話說，不動點就是某個“變換”或“操作”下，保持不變的點。例如，如果你把一張紙揉成一團，紙上的某個點可能還在原來的位置，這個點就是不動點；或者你把一個橡皮筋拉長，橡皮筋上的某個點可能沒有移動，這個點也是不動點。

在臺風這個復雜的氣象系統里，臺風眼就如同一個特殊的不動點。臺風外圍的空氣在強大的氣壓梯度力和地轉偏向力作用下，圍繞著中心做高速旋轉運動，而臺風眼區域卻相對穩定，氣流的運動狀態在一定程度上仿佛被“定格”，保持著相對的靜止與穩定，這便是不動點原理在臺風系統中的奇妙體現。

將風速“強制”歸零的公式

在臺風眼外的區域，空氣運動遵循梯度風平衡方程：

當空氣接近臺風眼時，方程左邊的氣壓梯度趨近于零。此時，若半徑極小（接近臺風眼中心），數學上唯一合理的解是切向風速 趨近于0，大自然通過公式“強制”將臺風眼中心的風速歸零。

當臺風眼遇上物理學下沉增溫

臺風眼的下沉氣流受到周圍空氣的擠壓而升溫，每下沉1千米，溫度升高9.8攝氏度。升溫后的氣流如同蓋子一樣，“蓋”住了下面的空氣，即阻斷了空氣上下對流。

這一過程就如同我們用氣筒打氣，氣筒內的空氣會變熱一樣

能量被“吹散”

臺風眼的下沉氣流到達低空后，會像沙子灑在地上一樣，朝四面八方散開，臺風旋轉的能量被削弱了。

能量供應“斷了”

在臺風的其他地方，有上升氣流給臺風不斷“加油”，讓它能一直快速旋轉。但臺風眼沒有上升氣流來提供能量，再加上前面說的氣流向四周擴散，把能量都帶走了。

對臺風眼的研究不僅提升了氣象預報的準確性，更啟示人類：在狂暴的自然之力中，秩序與平衡始終如影隨形。正如古人觀臺風而知天象，今日的科學家們正透過這片“靜風之眼”，解碼地球大氣最深邃的奧秘。

（責任編輯 / 王佳璇" 高琳" 美術編輯 / 周游）