台风为什么会向西北移动？- 台风北上的原因、β效应、β涡旋

台风在低纬度海面生成后，大体上会向西方或西北方移动。

但这里会产生一个疑问。

在信风带中吹的是东北风，为什么台风还会逆着信风向北移动呢？

解释这个问题时会出现的概念，就是β效应。

β效应其实并不容易理解。

先说台风北上的原因结论。

地球自转产生的效应（地转偏向力）随纬度不同而变化，这种差异会使台风北上。

1. 台风基本上会跟随周围的风移动

台风大体上会跟随周围的大尺度风，也就是引导气流移动。

在低纬度地区，信风或偏东风的影响较大。

但如果观察实际台风路径，会发现它并不只是沿着风向移动，也会向北移动。

向西移动 + 向北移动 = 向西北移动

向西移动在一定程度上可以用信风解释，但向北方向的移动就不太容易理解。

其中一个原因就是β效应。

2. 什么是β效应？

要理解β效应，首先需要了解行星涡度。

关于涡度的内容，可以参考之前的文章。

涡旋度（涡度）- 轻松理解流体力学 | 相对涡度、行星涡度、绝对涡度

将涡旋度（涡度，vorticity）分为相对涡度、行星涡度、绝对涡度来轻松理解的流体力学指南，气象学与海洋学必读

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如果再简单地说，行星涡度就是由于地球自转而产生的旋转效应。

地球在自转，受其影响，运动中的空气或海水在北半球看起来会向右偏转。

这通常称为地转偏向力。

不过，地转偏向力的大小会随纬度而不同。

也就是说，在北半球，越往北，地球自转的效应越强。

像这样行星涡度，也就是地球自转效应，会随纬度而变化，这就叫β效应。

3. 台风是巨大的涡旋

台风是一团进行巨大旋转运动的空气。

北半球的台风按逆时针方向旋转。

把这张图稍微简化来看，就是下面这样。

台风东侧：空气向北移动
台风西侧：空气向南移动

这时β效应就会发挥作用。

4. 台风西侧的行星涡度会减小

在台风西侧，空气向南移动（南下）。

此时越往南，地转偏向力越弱。

因此，在台风西侧会产生逆时针方向的涡度。

不过，上面的说明要说是科学解释，仍有些不足。

准确地说，应该用涡度来解释。

首先，绝对涡度是相对涡度与行星涡度之和，并且绝对涡度守恒。

绝对涡度 = 相对涡度 + 行星涡度

- 行星涡度：由于地球自转而产生的涡度（涡旋度）
- 相对涡度：空气本身的旋转涡度（涡旋度）
- 绝对涡度：二者相加后的总涡度（涡旋度）

在北半球，越往北行星涡度越大，越往南行星涡度越小。

如果台风西侧的空气向南移动，行星涡度会减小，因此相对涡度会增加。

因此，逆时针方向的旋转会增强。

行星涡度减小
→ 相对涡度增加
→ 逆时针方向（气旋性）旋转增强

也就是说，台风西侧会出现逆时针旋转进一步增强的效应。

5. 台风东侧会发生相反的现象

这一次，台风东侧会出现与上面相反的现象。

台风东侧的空气大体上向北移动，因此地转偏向力会逐渐增强。

因此，在台风东侧会产生顺时针方向的旋转。

再用涡度来解释一下。

空气北上时，行星涡度增加；为了保持绝对涡度守恒，相对涡度必须减小。

相对涡度减小，可以理解为：以北半球为 기준，逆时针旋转变弱，或者产生了反气旋性旋转成分。

行星涡度增加
→ 相对涡度减小
→ 顺时针方向（反气旋性）旋转增强

整理如下。

由于这种差异，台风周围的旋转就不再是左右完全对称的。

6. 这种不对称会使台风向西北移动

如果台风周围的行星涡度和相对涡度变化呈现不同特征，台风周围就会形成不对称的环流。

这称为β涡旋。

术语虽然困难，但只看结果，可以概括如下。

由于β效应，台风周围的风场结构会变得不对称，而这种不对称气流会产生使台风中心向西北移动的分量。

也就是说，信风主要把台风推向西方，而β效应则有助于使台风偏向西北方向。

- 信风：向西移动分量
- β效应：向北或向西北移动分量
- 结果：呈现向西北移动的倾向

因此，在解释低纬度地区台风大体上向西北移动的现象时，就会提到β效应。

7. 高中生水平下最容易理解的解释

对于高中生来说，与其一开始就讲涡度公式，不如按下面的顺序说明。

第一，地转偏向力会随纬度而变化

在北半球，越往北地转偏向力越强。

第二，台风是一个大涡旋

台风西侧的空气向南移动，东侧的空气向北移动。

第三，因此台风两侧受到的地球自转效应不同

西侧空气向南移动时，行星涡度减小，

东侧空气向北移动时，行星涡度增加。

第四，这种差异会使台风周围的旋转变得不对称

结果，台风整体不会只向西移动，而会偏向西北方向移动。

如果用一句话给学生总结，就是下面这样。

β效应是指地转偏向力的强度随纬度而变化的效应，正是因为这种差异，台风这个大涡旋会一点点向西北移动。

再说得更简单一些，也可以这样表达。

由于台风的北侧和南侧受到的地球自转效应不同，台风整体会形成一种被推向西北方的气流。

8. 不过，不能只用β效应来解释台风移动

需要注意的是，台风的实际移动路径并不是只由β效应决定的。

台风移动受到多种因素共同作用。

因此，准确地说应如下所示。

- 台风主要跟随周围的大尺度风，也就是引导气流移动。
- 在低纬度地区，由于信风，台风向西移动的倾向较强；由于β效应，会产生偏向西北的分量。

也就是说，β效应并不是台风移动的全部，而是解释台风具有向西北移动倾向的重要原理之一。

9. 最终整理

台风在信风带中向西北移动的原因，可以整理如下。

1. 在低纬度地区，由于信风，台风大体上向西移动。

2. 但是台风是一个巨大的逆时针涡旋。

3. 台风西侧的空气向南移动，行星涡度减小。

4. 由于绝对涡度必须守恒，相对涡度会增加。

5. 相反，台风东侧的空气向北移动，行星涡度增加，相对涡度减小。

6. 这种差异会形成台风周围的不对称气流，也就是β涡旋。

7. 结果，台风表现出并非单纯向西，而是向西北移动的倾向。

最后，总结β效应的核心如下。

地球自转效应会随纬度而变化。
像台风这样的大涡旋，大到足以受到这种差异的影响。
因此，台风周围的旋转会变得不对称，台风也就具有向西北移动的分量。