探讨热带低压气旋的形成原因
前 言：低压气旋（台风、飓风、龙卷风等）的成因至今仍是未解之迷，如能破解它的形成原因，将对准确预报灾害性天气和对飞行安全都有着重要意义。
摘 要： 空气有热胀冷缩的特性，通过进一步对干洁空气（近似）、未饱和空气、饱和空气（近似）的冷缩实验，发现空气的冷缩量与温度和湿度有关，温度越高、湿度越大、冷缩量也越大。并由此得知：水汽的蒸发在空气中会挤占一定量的空间；换言之：空气中水汽的冷凝，会使空气的体积发生收缩。根据这一原理，推导出热带低压气旋的形成是海面上大量蒸发的水汽形成的暖湿空气在副热带无风带中不断的积累而形成庞大的暖湿气团，高空遇冷空气后，在形成云系的同时其体积会大量的收缩而形成低压区，并吸引高空的冷空气补充下沉和中低层空间的暖湿空气在低压区不断汇合，促使暖湿空气在低压区持续的冷却收缩，继而使低压区的气压越来越低而形成威力巨大的台风等灾害性天气。
2 台风的形成原因
大家知道, 每年夏初开始，在中低纬度的海面上，受太阳强烈阳光的照射，海水不断的被加热升温并蒸发出大量的水汽，蒸发的水汽在空气中膨胀而挤占大量的空间，并携带着热量上升使空气升温而形成上升的热气流即暖湿气流，热空气的上升是因其受热后体积膨胀，密度降低，比重下降所获得的浮力。上升的暖湿气流不断的在副热带无风带中积累而形成庞大的暖湿气团,当暖湿气团达到一定高度后,其在高空冷却时会生成大量的云系,同时, 根据前面的《空气的冷缩实验》结果得知，冷却的暖湿空气因气温的降低和水汽的冷凝，其体积会大量的收缩而形成低气压，低气压的形成又吸引高空的冷空气补充下沉[图二（1）]，补充下沉的冷空气又加剧暖湿空气的冷却收缩，同时，冷却后的暖湿空气因密度增加而逐渐下沉，使更多的中低层暖湿空气被冷却而收缩，促使冷空气进一步的快速下沉。
在低气压形成时，向低压区补充流动的气流是全方位的，除了自上而下的冷空气以外，同时还有水平方向的暖湿气流，水平补充气流的产生也就生成了风。两股气流不断在低压区汇合，在成云致雨的同时，冷空气还促使暖湿空气不断的冷却收缩而形成低气压，低气压又能加速冷暖气流的补充流入，风力也就越来越大。随着冷空气的逐渐深入，云层也越来越低，低压区的中间区域因得到的补充气流量最少而逐渐形成一个气压最低的低压中心，周围的空气便向低压中心汇集，因地转偏向力和气流惯性的共同影响而形成一个以固定方向（北半球反时针，南半球顺时针）绕低压中心旋转的大型低压气旋，这就是我们以往常说的台风。
在低压气旋的风场当中，暖湿气流主要从水平方向向低压中心汇集[图二（2）]，冷空气是自上而下，在气旋中心处气流最强[图二（1）（3）（5）]。低压中心虽然气压最低，但不是冷暖气流的目的地，冷暖气流的目的地是低压中心周围的云系当中暖湿空气遇冷后体积收缩所形成的“空穴”，低压中心的形成，主要是其得不到足够的冷暖气流的补充而又受周围暖湿空气冷却时产生的收缩力不断的抽吸所致。
在气旋形成的初始阶段，气旋底部云层还较高，其中心区域有着较大的上升暖湿气流，随着冷空气的逐渐深入，云层也越来越低，气旋底部的上升气流因受海面或地面的阻隔，只能从云层底部至海面或地面间狭小的通道由外围向中心区域流动来获得，因气旋内所有的云系当中都有暖湿空气在收缩而需要大量的补充气流，从云层底部向中心区域流动的气流大部分会被途中的云系吸引所截流[图二（4）]，故越靠近中心区域所得到的补充气流就越少；气旋云层顶部下沉的冷空气在低压区形成后，其中心区域因同等气压高度（层）的由外围向中心区域流动的补充气流都被周围云系吸引所截流[图二（3）]，中心区域高空的冷空气又因气压太低而无法下沉，致使气旋中心区域得不到足够的补充气流，气压也就越来越低，当气旋中心气压低于其高空的气压后便会吸引高空的冷空气向下流动，进入低压中心[图二（5）]，并受周围暖湿空气冷却时产生的收缩力的吸引而逐渐的向周围云层中辐散，与水平方向进入云团的暖湿空气汇合而形成气旋中雨量最大的区域，同时，还促使暖湿空气持续的收缩。
低压气旋的持续是靠冷暖空气的不断补充汇合，使暖湿空气不断的冷却收缩所产生的能量，气旋风力的大小与冷暖空气的温差和暖湿空气的湿度有关，温差越大（主要是暖空气的温度越高）、湿度越大，暖湿空气的收缩量就越大，所产生的低气压也越低，形成的补充气流量也就越大，风力也就越强；气旋风力的大小还与冷空气的下沉速度有关，冷空气的下沉速度越快，同时被冷却的暖湿空气就越多，其单位时间内的收缩量也就越大，气压也就越低；同时，气压的降低还会使本以饱和而生成云雾的暖湿空气继续的绝热冷却，使之达到过饱和状态而加剧水汽的凝结，进而形成厚重的乌云和雨滴而带来充沛的降水；而空气中大量水汽的冷凝，又会使空气进一步的收缩，气压也就越来越低。
气旋登陆后，除与地面磨擦产生一部分阻力外，造成其能量衰减的主要原因是：陆地上空的空气湿度远比海面上的要小，因水汽是空气中最重要的温室气体，空气中湿度的降低使得气温也随之降低，补充进入云团后，根据《空气的冷缩实验》结果得知，其冷却时的收缩量会明显变小，从而使冷暖空气的补充气流减弱，风力也就变小了。补充气流的减弱和补充暖湿气流收缩量的减少，就使风力越来越小。如果气旋登陆的区域上空的温湿度与海面上空的相近，其能量的衰减将会很缓慢，气旋的移动有可能在内陆徘徊或深入内陆腹地，持续的时间也会相应的延长。
低压气旋的形成，主要是需有一个自下而上的暖湿气团，在高空与冷空气相遇后能自上而下的连续收缩而吸引冷空气迅速下沉，同时还应有赤道以外地区的地转偏向力。而庞大的暖湿气团只有在副热带无风带中才有可能形成。
3 龙卷风
龙卷风的形成机理和台风是基本相似的，它是一种强烈的小型低压气旋，是由小股暖湿气团在高空与强冷空气相遇后，暖湿气团收缩时将冷空气吸引急速下沉所致，因冷暖空气有着巨大温差而造成暖湿空气的剧烈收缩，形成强烈的低压气旋，受气旋离心力与气旋内暖湿空气遇冷收缩时对中心产生的抽吸力的共同影响，在气旋中心会形成一个气压极低的中心眼，因云层的遮挡，中心眼人们无法看到，所能看见的只有云团底部的漏斗云。当气旋进一步加强，使气旋云团底部地面空气的旋转风速达到一定值形成足够大的离心力时，中心眼便会从漏斗云中心穿出云底伸向地面或海面，这就是我们看到的龙卷。
龙卷的形成机率除与冷暖空气的温差和湿度有关外，主要与冷空气的下沉速度有关，冷空气的下沉速度越快，同时被冷却收缩的暖湿空气就越多，瞬时的收缩量也就越大，气压也越低，风力也越强，龙卷的形成机率也就越大；云层越低，说明冷空气侵入得越深，地面空气旋转风场的风速与云团中风速的速差就会减小，龙卷形成的机率就会增大；气旋的移动速度也影响着龙卷的形成，如果移动速度太快，气旋云团底部地面空气与云团同步的旋转风场就难以建立，龙卷的形成机率就会降低；龙卷的形成机率还与气旋云团周围空气温湿度的均匀度有关。当气旋形成后，如果周围的暖湿空气的温湿度都均匀一致，其补充进入气旋云团后，冷却时所产生的收缩力也会均匀对称，气旋的旋转就会相对稳定，云团对中心的抽吸力就容易聚集到一个较小的范围内，龙卷的形成机率就会增大，如果周围空气的温湿度有差异，进入云团后所形成的收缩力就会失衡，气旋的旋转就摇摆不定，云团对中心的抽吸力就会发生偏移而难以聚集，龙卷的形成机率就会减小或无法形成。同理，周围空气温湿度的变化，还可能改变气旋的移动方向。
龙卷风形成的原动力是来自暖湿气团急冷时所产生的收缩力，如果暖湿气团中上下层空气的温湿度都均匀一致或相近，其在云团底部形成向下伸展、气流向上的龙卷的同时，或许在云团顶部中心处还有一小段伸向高空、气流向下、与底部对称的龙卷存在，只因高空空气干燥而又稀薄，其表象不明显而已。
4 冰雹
在强烈的小型低压气旋中，如果暖空气的湿度较大，冷空气的气温又很低且下降速度又很快，就会伴有冰雹形成的可能。小股暖湿气团在高空遇冷收缩时吸引强冷空气急速下沉，并产生强烈的旋转风场，因小型低压气旋的云团范围小，地面或海面对底部气流的阻隔影响也小，所以其底部特别在中心眼处存在着强大的上升暖湿气流，受云团中暖湿空气急冷时体积剧烈收缩的吸引，快速下沉和急速上升的冷暖气流在云团中发生强烈的对流冲击，冷暖气流在均匀混合以前，会相互冲击出许多相对独立的小区域即冷风区和暖风区，并相互渗透而形成冷暖气流并存的层段，当旋转上升的暖湿气流在底部云层中携带着雨滴上升的过程中，其经过冷风区时，雨滴被迅速冷冻成小冰粒，再经过暖风区时，暖风区内的云雨又会使小冰粒表面结露补水，补水后的小冰粒再进入冷风区冷冻结冰增大，然后再补水、再结冰，如此反复在冷暖气流中穿行，小雨滴变成小冰粒，小冰粒又不断补水结冰增大变成大冰雹，直至其偏离上升气流或上升气流无法托举而掉落地面。如果冰雹长时间滞留在有着强烈上升气流的中心眼附近旋转徘徊，不断被冷暖气流交替冲击托举，就会有生成特大冰雹的可能。
