每到夏天，几乎大半个中国都会被同一种极端天气所影响，当我们打开电视、掏出手机，它们那些奇奇怪怪的名字便会映入我们的眼帘：“烟花”、“查帕卡”、“彩云”、“小熊”……虽然这些名字温柔绚丽，但却是可以造成巨大危害的台风。今年“烟花”台风就给我国带来了创纪录的降雨量，也加剧了河南洪涝灾害的发生，造成严重的人员伤亡。除此之外，大洋彼岸的“Ida”飓风也正在席卷美国，影响着数百万人的正常生活。
台风烟花登陆中国
Ida飓风的威力
PART.1
乱“风”渐欲迷人眼
台风（Typhoon）、飓风（Hurricane）和旋风（Cyclone）听起来像是不同类型的自然灾害，但它们其实是完全相同的现象。它们都指发生在热带地区急速旋转的低压大气涡旋，统称为热带气旋。
其实类似于马铃薯和土豆的关系，台风、飓风和旋风本质是相同的，只是由于出生地不同而拥有了不同名字。发生在西北太平洋及我国南海上的热带气旋发展到一定强度，就成为了我们熟知的台风；而发生在大西洋包括墨西哥湾、加勒比海以及北太平洋东部的称之为飓风；它们的小老弟旋风则发生在南太平洋和印度洋上。
台风、飓风和旋风在全球的分布
尽管台风频繁出现，但成因至今无法十分确定。不过科学家们基本统一的认识是：台风的形成需要两个条件——水汽和热量。
台风和其他热带气旋的形成过程大致相同。在夏季海洋上，太阳直射海面会使海水温度升高，海水剧烈蒸发成水汽散布在空中，导致热带海洋上的空气温度高、湿度大，这种空气因温度高而膨胀，致使密度减小，质量减轻，而赤道附近风力微弱，很容易形成上升流。在水汽上升的过程中，环境温度逐渐下降，水蒸气就会液化，形成云和雨。同时，高空处温度较低的空气会下降，形成对流。
台风形成条件｜图源新华社
当阳光的照射十分强烈时，海平面附近的空气会急剧上升，形成一个低气压区。然而空气的流动是自高气压流向低气压，就好像是水从高处流向低处一样，四周气压较高处的空气必向气压较低处流动，而形成风。当这个风速达到或超过17.2m/s时就称为台风或飓风。由于科里奥利力的不同，我们在北半球从高空看到的台风会形成逆时针涡流；南半球则是顺时针；赤道上的科里奥利力是垂直于地面向上的，所以不会形成台风。
不同方向的热带气旋
不过台风眼（台风中心）是平静的，这是因为台风内逆时针方向吹动的风会使中心空气发生旋转，而旋转时所造成之离心力与向中心旋转吹入之风力互相平衡抵消，使强风不能再向中心聚合，因此形成台风中心数十公里范围内的无风现象，而且因为有空气下沉增温现象，导致云消雨散而成为台风眼。此外，台风眼越清晰，意味着台风中心风力越大，台风的强度也就越强。
台风眼
PART.2
“极光”风暴觅人看
台风（或飓风）的出现往往伴随着狂风暴雨，给人类带来巨大生命或财产损失，甚至是灾难。地球飓风一般发生在地球大气中最接近地面的对流层中，科学家们也一直在寻觅地球或其他行星的高层大气中类似台风或飓风的现象。就在今年我国科学家首次发现了发生在地球极区电离层与磁层的类似台风或飓风的现象。
太空台风艺术图｜图源山东大学，张清和教授团队
太空台风与地球台风有一些共同点，但也有许多不同之处。太空台风的形状就像一个漏斗，它有着和地球台风相似的“眼睛”、“逆时针旋转的手臂”，还都有“降水”环节。但不同于地球台风是向地面降水降雨，太空“降雨”是向地球高层大气传输高能粒子——极光。
绚丽多彩的极光
不过太空台风与地球台风形成的原因却是完全不同的。低层大气的台风现象源于下方的驱动（热带海洋上方潮湿空气上升造成的潜热通量），“太空台风”则源于极端平静的行星际条件下太阳风与磁层的相互作用，它可能是宇宙中有等离子体和固有磁场的星体的普遍现象。
地球北极地区太空台风原理图｜改自参考文献[3]
研究人员还通过进一步观测与模拟对比分析，揭示了“太空台风”的形成机制。在长时间极端平静期内，发生在地球高纬度的磁层与太阳风相互作用及演化，促使在北极磁极点上方的电离层与磁层形成了一个巨大的顺时针旋转的漏斗形磁螺旋结构。这个结构形成了太阳风带电粒子直接进入地球中高层大气、地球带电粒子逃逸至磁层的通道，极大提升了太阳风-磁层能量的耦合效率。
太空台风虽然不会像地球台风那样直接作用于地面，但却会影响现有的空间天气条件。比如会损坏任何穿越其路径的卫星和火箭，因为太空台风出现时往往伴随着高能电子的沉降，这些电子会对大气层起到加热作用，造成大气层局部膨胀、密度升高。卫星、火箭在途经相应区域时，其运行轨道也会随之“变形”。
空间碎片环境变化 | 图源NASA
更为危险的是，太空中悬浮着一些空间碎片，这对于人造卫星来说是一个潜在的隐患。国际上通过编号来监测其运行，但如果碰上太空台风，轨道发生变化，监测也会失灵，还会给相关航线的飞机乘客带来较大辐射剂量。
图源相关网络
参考文献
1.维基百科，飓风
2.http://www.xinhuanet.com/tech/2021-03/04/c_1127169434.htm，新华网，太空台风是如何被我国科学家首次发现的
3. Zhang, QH., Zhang, YL., Wang, C. et al. A space hurricane over the Earth’s polar ionosphere. Nat Commun 12, 1207 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21459-y
编辑：杨翔棹
美编：ZYN
校对：覃华清、江淑敏
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