พายุหมุนเขตร้อน

สำหรับความหมายอื่น ดูที่ ไซโคลน (แก้ความกำกวม)

พายุเฮอร์ริเคนอิสซาเบล (พ.ศ. 2546) สังเกตจากสถานีอวกาศนานาชาติ แสดงให้เห็นถึงตาพายุ, กำแพงตา, และเรนแบนด์โดยรอบ, และลักษณะของพายุหมุนเขตร้อน ที่สามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจนจากจากอวกาศ

พายุหมุนเขตร้อน คือ ระบบพายุที่พัฒนามาจากศูนย์กลางของหย่อมความกดอากาศต่ำ, ลมแรง และการจัดเกลียวของพายุฝนฟ้าคะนอง ทั้งนี้ขึ้นกับสถานที่และความรุนแรง ซึ่งเกิดขึ้นบริเวณเขตร้อนของโลก ซึ่งมีชื่อเรียกต่างๆ กัน เช่น พายุเฮอร์ริเคน, พายุโซนร้อน, พายุไซโคลน, พายุดีเปรสชันเขตร้อน และพายุไซโคลนอย่างง่าย

โดยทั่วไปรูปแบบพายุหมุนเขตร้อนจะมีขนาดใหญ่ขึ้นกับความสัมพันธ์กับน้ำอุ่น โดยพายุจะได้รับพลังงานผ่านการระเหยของน้ำบริเวณพื้นผิวมหาสมุทร ซึ่งในที่สุดน้ำเหล่านั้นจะควบแน่นอีกครั้งและเข้าไปอยู่ในกลุ่มเมฆและฝน เมื่ออากาศชื้นและความเย็นอิ่มตัว ซึ่งแหล่งพลังงานนี้จะแตกต่างกับพายุหมุนละติจูดกลาง ตัวอย่างเช่น นอร์อิสเทิร์น และพายุลมยุโรป ซึ่งได้รับพลังพลักดันหลักจากความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวนอน โดยลมหมุนวนรอบอย่างรุนแรงของพายุหมุนเขตร้อนนั้นเป็นผลมาจากการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งเกิดจากสภาวะการหมุนรอบตัวเองของโลก ขณะที่อากาศไหลเข้ามาสู่แกนกลางของการหมุน ผลที่ตามมา คือ พายุมักไม่ค่อยเกิดขึ้นภายใน 5° จากศูนย์สูตร พายุหมุนเขตร้อนโดยทั่วไปเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 100 - 4,000 กิโลเมตร

คำว่า พายุหมุน (หรือไซโคลน) หมายถึง พายุหมุนตามธรรมชาติ ซึ่งลมจะพัดหมุนทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ และจะพัดหมุนตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้ ซึ่งทิศทางตรงข้ามการของการไหลเวียนลม เป็นผลมาจากคอริโอลิส ส่วนคำว่า เขตร้อน หมายถึง แหล่งกำเนิดของพายุทางภูมิศาสตร์ ซึ่งเป็นรูปแบบพิเศษของทะเลในเขตร้อน

นอกจากลมแรงและฝนตก พายุหมุนเขตร้อนมีความสามารถในการสร้างคลื่นสูง และก่อให้เกิดความเสียหายจากน้ำขึ้นจากพายุ และทอร์นาโด ซึ่งมักจะลดลงอย่างรวดเร็วในช่วงที่พายุอยู่บนแผ่นดิน เนื่องจากถูกตัดขาดจากแหล่งพลังงานหลักของมัน จากเหตุผลนี้ ทำให้บริเวณชายฝั่งทะเล มักมีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายจากพายุหมุนเขตร้อนมากกว่า เมื่อเทียบกับในแผ่นดิน อย่างไรก็ตามในแผ่นดินเองก็เกิดความเสียหายได้จากน้ำท่วมบนแผ่นดิน จากฝนตกหนัก และน้ำขึ้นจากพายุสามารถก่อให้เกิดน้ำท่วมบนแผ่นดินได้กว้างถึง 40 กิโลเมตร จากชายฝั่งทะเล แม้ว่าพายุหมุนเขตร้อนจะส่งผลกระทบต่อประชากรมนุษย์มหาศาล แต่พายุยังสามารถช่วยบรรเทาภาวะภัยแล้งได้ พวกมันยังพาพลังงานความร้อนออกไปจากเขตร้อน ข้ามผ่านไปยังละติจูดในเขตอบอุ่น ซึ่งอาจมีบทบาทสำคัญในการปรับเปลี่ยนสภาวะภูมิอากาศในระดับภูมิภาคและระดับโลก

โครงสร้างทางกายภาพ

บทความหลัก: ตา (พายุหมุน)

พายุไต้ฝุ่นนาบี สังเกตจากสถานีอวกาศนานาชาติ เมื่อวันที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2548

พายุหมุนเขตร้อนเป็นพื้นที่ของหย่อมความกดอากาศต่ำในบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ ด้วยความกดอากาศขนาดใหญ่ที่สุดที่เกิดขึ้นในละติจูดต่ำใกล้พื้นผิว บนโลก ความกดอากาศจะถูกบันทึกไว้ที่ศูนย์กลางของพายุหมุนเขตร้อน โดยให้ที่ต่ำที่สุดที่สังเกตได้บริเวณเหนือระดับน้ำทะเล สภาพแวดล้อมใกล้กับศูนย์กลางของพายุหมุนเขตร้อนจะอุ่นกว่าโดยรอบในทุกละติจูด ทำให้พวกมันมีลักษณะเป็น ระบบ"แกนอบอุ่น"

สนามของลม

ที่บริเวณใกล้พื้นผิว สนามของลมของพายุหมุนเขตร้อน มีลักษณะเป็นลมที่หมุนวนรอบศูนย์กลางหมุนเวียน ในขณะที่ไหลเข้ามาตามแนวรัศมี ที่ขอบด้านนอกของพายุ อากาศอาจจะค่อนข้างสงบ อย่างไรก็ตาม เนื่องมาจากการหมุนของโลก อากาศจึงจะไม่เป็นศูนย์จากโมเมนตัมเชิงมุมสัมบูรณ์

ที่กระแสอากาศขาเข้า เริ่มจากการหมุน (ทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ และตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้) ตามหลักโมเมนตัมเชิงมุม ที่รัศมีด้านใน อากาศจะไหลขึ้นไปด้านบนของชั้นโทรโพสเฟียร์ ซึ่งรัศมีนี้มักจะไปประจวบกันที่ภายในตาพายุ และมีลมที่รุนแรงที่ใกล้พื้นผิวของพายุ จึงรู้จักกันในชื่อ รัศมีของความเร็วลมสูงสุด (อังกฤษ: radius of maximum winds) เมื่ออากาศที่เบื้องบนไหลออกจากศูนย์กลางของพายุ จะกลายเป็นเมฆซีร์รัส

กระบวนการดังกล่าวก่อนหน้าก่อนหน้าส่งผลลมในสนามลม เป็นลักษณะเกือบสมมาตรตามแนวแกน ความเร็วลมจะอยู่ในระดับต่ำที่ศูนย์กลางพายุ และจะเพื่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อออกไปถึงรัศมีของความเร็วลมสูงสุด และค่อยๆ สลายตัวออกไปตามรัศมีที่มีขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม สนามของลมมักจะแสดงความแปรปรวนเชิงพื้นที่และเวลาที่เพิ่มขึ้น อันเนื่องมาจากผลกระทบของกระบวนการโลเคไลซ์ อย่างเช่น กิจกรรมพายุฝนฟ้าคะนอง และความไม่เสถียรการไหลในแนวนอน ส่วนในแนวตั้งความรุนแรงของลมจะอยู่พื้นผิว และค่อยๆ สลายไปตามความสูงของโทรโพสเฟียร์

ตาและศูนย์กลาง

แผนภาพแสดงโครงสร้างของพายุเฮอร์ริเคนในซีกโลกเหนือ

ภาพแอนิเมชัน NASA ของพายุเฮอร์ริเคนอูร์เทอร์เมื่อปี พ.ศ. 2557 แสดงถึงอัตราของฝนและโครงสร้างภายในจากข้อมูลทางดาวเทียมGPM

ที่ศูนย์กลางของพายุหมุนเขตร้อนที่โตเต็มที่ อ่างของอากาศจะเพิ่มขึ้นมากกว่า สำหรับพายุที่มีความแข็งแกร่งเพียงพอ อากาศอาจจะจมลงในชั้นที่ลึกพอที่จะระงับการก่อตัวของเมฆ ดังนั้นจึงเกิด "ตา" ที่ชัดเจนขึ้น สภาพอากาศในตาพายุจะสงบเป็นปกติ และปราศจากเมฆ แม้ว่าน้ำทะเลที่อยู่ข้างล่างอาจจะมีความรุนแรงมาก ลักษณะของตาปกติจะเป็นรูปทรงกลม และส่วนมากจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 – 65 กิโลเมตร ถึงกระนั้น ตาขนาดเล็กเพียง 3 กิโลเมตร และขนาดใหญ่ถึง 370 กิโลเมตรก็เคยปรากฏให้เห็นมาแล้ว

ที่ขอบด้านนอกของตามีเมฆที่เรียกว่า "กำแพงตา" ซึ่งกำแพงตามักจะขยายออกไปด้านนอกด้วยความสูง คล้ายกับอัฒจรรย์ของสนามฟุตบอล ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนี้บางครั้งเรียกว่าปรากฏการณ์อัฒจรรย์ กำแพงตา คือ พื้นที่ที่ความเร็วลมแรงที่สุดที่สามารถพบได้ อากาศที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เมฆขึ้นไปถึงระดับสูงสุดของมัน และฝนตกจะตกหนัก และถ้าบริเวณกำแพงตาพายุพัดผ่านแผ่นดินจะก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมาก

ในพายุที่มีความรุนแรงน้อย ตาของพายุอาจถูกบดบังด้วยเมฆที่หนาแน่น ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับเมฆระดับบน กับพื้นที่ที่มีกิจกรรมของพายุฝนฟ้าคะนองที่รุนแรงอยู่ใกล้กับศูนย์กลางของพายุหมุนเขตร้อน

กำแพงตาอาจจะแตกต่างกันไปตามรูปแบบของวัฎจักรการทดแทนกำแพงตาพายุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพายุหมุนเขตร้อนที่รุนแรง ในเรนแบนด์ชั้นนอก สามารถจัดเป็นวงแหวนรอบนอกของพายุที่เคลื่อนตัวเข้ามาอย่างช้าๆ ซึ่งเชื่อว่าได้แย่งความชื้นและโมเมนตัมเชิงมุมของกำแพงตาหลัก เมื่อกำแพงตาหลักอ่อนกำลังลง พายุหมุนเขตร้อนก็อ่อนกำลังอย่างชั่วคราว และกำแพงตารอบนอกที่สุดจะเข้ามาแทนที่กำแพงหลักในขั้นท้ายของวัฎจักร และเป็นเวลาที่พายุกลับมามีความรุนแรงดังเดิม

ความรุนแรง

"ความรุนแรง"ของพายุ หมายถึง ความเร็วลมสูงสุดของพายุ ซึ่งจะตรวจวัดเฉลี่ยใน 1 นาที หรือ 10 นาทีเป็นมาตรฐาน โดยอ้างอิงที่ความสูง 10 เมตร ตัวเลือกของการวัดลมโดยเฉลี่ย รู้จักกันดีในชื่อ การจัดระดับพายุ, การจัดระดับพายุหมุนเขตร้อนตามศูนย์พยากรณ์และแอ่งมหาสมุทร

ในบางโอกาส พายุหมุนเขตร้อนอาจประสบกับเงื่อนไขทางอุตุนิยมวิทยา ที่เรียกว่า การทวีกำลังแรงขึ้นอย่างกะทันหัน หรือ ช่วงเวลาที่ความเร็วลมเฉลี่ยของพายุเพิ่มขึ้นอย่างมากและเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยศูนย์เฮอร์ริเคนแห่งชาติสหรัฐอเมริกา ได้ให้คำนิยามเกี่ยวกับการทวีกำลังแรงขึ้นอย่างกะทันหัน ว่า การที่ความเร็วลมเฉลี่ยใน 1 นาทีของพายุหมุนเขตร้อน เพิ่มขึ้นอย่างน้อย 30 นอต (35 ไมล์/ชม.; 55 กม./ชม.) ภายในระยะเวลา 24 ชั่วโมง การที่การทวีกำลังแรงขึ้นอย่างกะทันหัน จะเกิดขึ้นได้นั้น จะต้องประกอบขึ้นจากหลายเงื่อนไขในพื้นที่นั้น คือ อุณหภูมิของน้ำจะต้องอุ่นอย่างมาก (ใกล้เคียงหรือมากกว่า 30 °ซ, 86 °ฟ), และอุณหภูมิของน้ำนี้ จะต้องมีช่วงที่ลึกมากพอที่คลื่นของน้ำที่เย็นกว่าจะไม่เข้ามาอยู่บนผิวน้ำ, ลมเฉือนจะต้องมีกำลังน้อย; เมื่อลมเฉือนมีกำลังมาก การพาความร้อน และการหมุนเวียนในพายุหมุนจะถูกทำให้กระจาย โดยปกติ แอนไทไซโคลน ในชั้นที่สูงกว่าของโทรโพสเฟียร์ เหนือพายุจะช่วยพายุให้ดีขึ้น —สำหรับหย่อมความกดอากาศที่ต่ำมากพอจะพัฒนา อากาศจะต้องเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในกำแพงตาของพายุ และแอนไทโซโคลนที่อยู่เหนือขึ้นไปจะช่วยให้ช่องของอากาศนี้ออกห่างไปจากการพัฒนาของพายุ ทำให้พายุหมุนมีประสิทธิภาพ

ขนาด

ขนาดของพายุหมุนเขตร้อน
ROCI	ประเภท
น้อยกว่า 2 องศาละติจูด	เล็กมาก/แคระ
2 ถึง 3 องศาละติจูด	เล็ก
3 ถึง 6 องศาละติจูด	ปานกลาง/โดยเฉลี่ย
6 ถึง 8 องศาละติจูด	ใหญ่
มากกว่า 8 องศาละติจูด	ใหญ่มาก

ตัวชี้วัดที่ใช้วัดขนาดของพายุนั้นมีความหลากหลาย แต่ที่นิยมใช้กันมากที่สุด คือ รัศมีของความเร็วลม 34 นอต (กล่าวคือ ลมพายุ), รัศมีของเส้นอากาศเท่านอกสุดที่ใกล้กัน (อังกฤษ: Radius of outermost closed isobar (ROCI)) และรัศมีของลมที่หายไป ตัวชี้วัดเพิ่มเติมคือ รัศมีของสนามวอร์ทิซิตี้สัมพัทธ์ของพายุหมุนที่ลดลงตาม 1×10⁻⁵ s⁻¹

บนโลก พายุหมุนเขตร้อนจะมีขนาดใหญ่ตั้งแต่ 100 - 2000 กม. โดยวัดจากรัศมีของลมที่หายไป โดยพายุขนาดใหญ่ที่สุดเฉลี่ย จะอยู่ในแอ่งมกาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกด้านเหนือ และที่เล็กที่สุดจะอยู่ในแอ่งมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันออกด้านเหนือ ถ้ารัศมีของเส้นอากาศเท่านอกสุดที่ใกล้กัน น้อยกว่า 2 องศาละติจูด (222 กม.) จะถือว่าเป็นพายุหมุนขนาด "เล็กมาก" หรือ "แคระ", ถ้ารัศมีอยู่ระหว่าง 3-6 องศาละติจูด (333-670 กม.) จะถือว่าเป็น "ขนาดโดยเฉลี่ย" และถ้ามีรัศมีมากกว่า 8 องศาละติจูด จะถือว่าเป็นพายุหมุนที่มีขนาด "ใหญ่มาก" (888 กม.) มีการตั้งข้อสังเกตว่า ขนาดเป็นตัวแปรอย่างอ่อนกับความรุนแรงของพายุ (กล่าวคือ ความเร็วลมสูงสุด), รัศมีของความเร็วลมสูงสุด, ละติจูด และความรุนแรงสูงสุดที่อาจจะเกิดขึ้น

ขนาดของพายุมีบทบาทสำคัญในการปรับความเสียหายที่เกิดจากพายุ บางครั้ง พายุขนาดใหญ่จะส่งผลกระทบกับพื้นที่ขนาดใหญ่เป็นระยะเวลานาน นอกจากนี้ สนามของลมขนาดใหญ่ใกล้พื้นผิว สามารถสร้างน้ำขึ้นจากพายุขนาดใหญ่ได้ เนื่องจากการรวมตัวกันของลม, มีระยะเวลานาน และมีการตั้งคลื่นที่มากขึ้น

การไหลเวียนของอากาศด้านบนของพายุเฮอร์ริเคนที่รุนแรง สามารถยื่นออกไปสู่บรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ได้ ด้วยความสูงขั้นต่ำที่ 15,000-18,000 เมตร (50,000–60,000 ฟุต)

ฟิสิกส์และการพลังงาน

ภาพแสดงการไหลเวียนลมของพายุหมุนเขตร้อนที่มีการไหลเข้าจากกระแสอากาศระดับต่ำใกล้พื้นผิว ขึ้นไปยังเมฆพายุฝนฟ้าคะนอง และไหลออกในระดับสูงใกล้กับโทรโพพอส

ลักษณะปริภูมิสามมิติในสนามของลม สามารถแยกได้ออกเป็นสองส่วน คือ การไหลเวียนปฐมภูมิ และ การไหลเวียนทุติยภูมิ โดยการไหลเวียนปฐมภูมิเป็นส่วนที่การไหลเวียนที่มีการหมุนวนเป็นวงกลมอย่างหมดจด ส่วนการไหลเวียนทุติยภูมิเป็นส่วนที่การไหลเวียนที่มีการหมุนมากกว่า (เข้า-ขึ้น-ออก-ลง) ที่อยู่ในรัศมีและทิศทางในแนวตั้ง

การไหลเวียนปฐมภูมิมักมีลมที่พัดแรง และมักเป็นตัวหลักที่ก่อให้พายุสร้างความเสียหาย ในขณะที่การไหลเวียนทุติยภูมิ ลมจะพัดช้า แต่เป็นตัวควบคุมการพลังงานของพายุ

การไหลเวียนทุติยภูมิ: เครื่องจักรความร้อนการ์โนต์

แหล่งพลังงานหลักของพายุหมุนเขตร้อน คือ การระเหยของน้ำจากพื้นผิวมหาสมุทร ซึ่งในที่สุดการควบแน่นอีกครั้ง จะก่อให้เกิดเมฆและฝนตก เมื่ออากาศชื้นอบอุ่นขึ้นและเย็นตัวลงจะนำไปสู่การอิ่มตัว การพลังงานของระบบอาจจะเงียบสงบในฐานะที่เป็นเครื่องจักรความร้อนการ์โนต์ในชั้นบรรยากาศ ขั้นแรก อากาศที่ไหลอยู่ใกล้พื้นผิวจะได้รับความร้อนส่วนใหญ่จากการระเหยของน้ำ (กล่าวคือ ความร้อนแฝงจำเพาะ) ที่อุณหภูมิพื้นผิวมหาสมุทรที่อบอุ่น (ในระหว่างการระเหย มหาสมุทรจะเย็นส่วนอากาศจะอบอุ่น) ขั้นสอง อากาศที่อุ่นขึ้นและที่เย็นอยู่ในกำแพงตา ขณะที่การอนุรักษ์ความร้อน (ความร้อนแฝงจำเพาะจะถูกแปลงอย่างง่ายให้เป็นความร้อนที่เหมาะสมระหว่างการควบแน่น) ขั้นสาม อากาศขาไหลออกจะสูญเสียความร้อนไป ด้วยการแผ่รังสีความร้อนสู่อวกาศ ที่อากาศหนาวของโทรโพพอส ขั้นสุดท้าย การทรุดตัวของอากาศและความอบอุ่นด้านรอบนอกของพายุขณะที่มีการอนุรักษ์เนื้อหาความร้อน โดยขั้นแรกและขั้นสามจะอยู่ใกล้ไอโซเทอร์มัล ขณะที่ขั้นสองและขั้นสี่จะอยู่ใกล้กระบวนการไอเซนโทรปิก ส่วนเข้า-ขึ้น-ออก-ลง เป็นที่รู้จักกันดีในการไหลเวียนทุติยภูมิ ในมุมมองของการ์โนต์แสดงให้เห็นถึงขอบบนสุดของความเร็วลมสูงสุดที่พายุสามารถบรรลุได้

นักวิทยาศาสตร์คาดว่าพายุหมุนเขตร้อน แพร่พลังงานความร้อนออกในอัตรา 50 ถึง 200 เอ็กซ์ซาจูล (10¹⁸ จูล) ต่อวัน เทียบเท่ากับประมาณ 1 เพตะวัตต์ (10¹⁵ วัตต์) ซึ่งอัตราการปล่อยพลังงานนี้ 70 ครั้ง จะเทียบเท่ากับการใช้พลังงานของโลกของมนุษย์ 200 ครั้งของความสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าทั่วโลก หรือเทียบได้กับการระเบิดของระเบิดนิวเคลียร์ขนาด 10 เมกะตัน ในทุกๆ 20 นาที

การไหลเวียนปฐมภูมิ: การไหลเวียนของลม

กระแสการไหลเวียนปฐมภูมิในพายุหมุนเขตร้อนเป็นผลมาจากการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมโดยการไหลเวียนทุติยภูมิ โมเมนตัมเชิงมุมสัมบูรณ์ของการหมุนของโลกคือ $M$ โดย

$M={\frac {1}{2}}fr^{2}+vr$

เมื่อ $f$ คือค่าความถี่คอริโอลิส, $v$ คือค่ามุมทิศ (กล่าวคือ การหมุน) ความเร็วลม และ $r$ คือค่ารัศมีถึงแกนของการหมุน ในระยะแรกเริ่มที่ด้านขวามือเป็นส่วนประกอบของโมเมนตัมเชิงมุมของดาวเคราะห์ที่โครงการไปยังแนวตั้งท้องถิ่น (กล่าวคือ แกนของการหมุน) ระยะที่สองบนด้านขวามือเป็นโมเมนตัมเชิงมุมสัมพันธ์ของการไหลเวียนของมันเอง ที่เกี่ยวข้องกับแกนของการหมุนเวียน เพราะว่า ระยะโมเมนตัมเชิงมุมของดางเคราะห์จะหายไปที่บริเวณเส้นศูนย์สูตร (เมื่อ $f=0$ ) พายุหมุนเขตร้อนจึงไม่ค่อยก่อตัวภายในระยะ 5° จากศูนย์สูตร

ที่อากาศ ณ กระแสไหลเวียนขาเข้าระดับต่ำ มันจะเริ่มหมุนในลักษณะแบบพายุหมุน ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ในทำนองเดียวกันนี้ ขณะที่กระแสอากาศที่หมุนอย่างเร็วในกระแสขาออกจะไหลออกไปใกล้กับโทรโพพอส มันจะมีการหมุนในลักษณะพายุหมุนที่ลดลง และในที่สุดจะมีการเปลี่ยนแปลงเข้าสู่รัศมีที่มีขนาดใหญ่พอ ส่งผลกับแอนไทไซโคลนในระดับบน ผลที่ได้คือ โครงสร้างแนวตั้งที่โดดเด่นของพายุหมุนที่แข็งแกร่ง ณ ระดับต่ำ และแอนไทไซโคลนที่แข็งแกร่งในระดับบนใกล้กับโทรโพพอส จากสมดุลลมร้อน นี้สอดคล้องกับระบบอบอุ่นในศูนย์กลางพายุในสภาพแวดล้อมที่ระดับความสูงทั้งหมด (กล่าวคือ "แกนอบอุ่น") จากสมดุลอุทกสถิต แกนอบอุ่นจะแปลตัวเป็นความกดอากาศที่ต่ำกว่า ณ ศูนย์กลางที่ทุกระดับความสูง ด้วยความกดอากาศสูงสุดที่อยู่ ณ พื้นผิว

ความรุนแรงสูงสุดที่อาจจะเกิดขึ้น

เนื่องจากแรงเสียดทานที่พื้นผิว กระแสอากาศจึงไหลเข้ามาเพียงบางส่วนด้วยการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ดังนั้น พื้นผิวน้ำทะเลจะมีการกระทำที่ขอบล่าง จึงเป็นทั้งแหล่ง (การระเหยของน้ำ) และอ่าง (แรงเสียดทาน) ของพลังงานของระบบ ความจริงสิ่งนี้จะนำไปสู่การดำรงอยู่ได้ของพายุโดยโยงไว้กับทฤษฎีเรื่องความเร็วลมอย่างรุนแรงที่พายุหมุนเขตร้อนสามารถบรรลุได้ เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของการระเหยเป็นเส้นตรงกับความเร็วลม (เช่นเดียวกับการขึ้นจากสระว่ายน้ำในวันที่อากาศหนาวมากและมีลมพัดแรง) มีการเสนอข้อเสนอแนะในเชิงบวกต่อการป้อนพลังงานกับระบบของพายุ ที่เรียกว่า ข้อเสนอแนะการแลกเปลี่ยนความร้อนที่พื้นผิวชักนำให้เกิดลม (อังกฤษ: Wind-Induced Surface Heat Exchange (WISHE)) ข้อเสนอนี้บอกว่าจะมีการชดเชยเมื่อมีการกระจายแรงเสียดทาน ซึ่งเพิ่มขึ้นกับลูกบาศก์ของความเร็วลมซึ่งจะมีขนาดใหญ่พอสมควร ขีดด้านบนจะเรียกว่า "ความรุนแรงสูงสุดที่อาจจะเกิดขึ้น" คือ $v_{p}$ ตามสมการ

$v_{p}^{2}={\frac {C_{k}}{C_{d}}}{\frac {T_{s}-T_{o}}{T_{o}}}\Delta k$

เมื่อ $T_{s}$ คือ อุณหภูมิของพื้นผิวทะเล, $T_{o}$ คือ อุณหภูมิของกระแสอากาศขาออก (เคลวิน), $\Delta k$ คือ ความแตกต่างระหว่างเอนทัลปีพื้นผิวและอากาศที่อยูู่เหนือผิวน้ำ (จูล/กิโลกรัม), และ $C_{k}$ และ $C_{d}$ คือ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเท ของเอนทัลปีและโมเมนตัม ตามลำดับ ค่าความแตกต่างของเอนทัลปีของอากาศที่พื้นผิวหาได้จาก $\Delta k=k_{s}^{*}-k$ เมื่อ $k_{s}^{*}$ คือ เอนทัลปีของอากาศที่อิ่มตัวที่อุณหภูมิพื้นผิวน้ำทะเลและระดับความกอากาศที่ระดับน้ำทะเล และ $k$ คือ เอนทัลปีของอากาศบริเวณชั้นที่อยูู่เหนือผิวน้ำ

ความรุนแรงสูงสุดที่อาจจะเกิดขึ้น ส่วนใหญ่จะเป็นฟังก์ชันของสภาพแวดล้อมพื้นหลังเพียงอย่างเดียว (กล่าวคือ ไม่รวมตัวพายุหมุนเขตร้อนเองด้วย) ทำให้ปริมาณนี้สามารถใช้ในการตรวจสอบว่าภูมิภาคบนโลก สามารถนำไปสู่การพัฒนาของพายุหมุนเขตร้อนและไปถึงความรุนแรงที่กำหนดหรือไม่ และวิธีการที่ภูมิภาคเหล่านี้อาจนำไปสู่การพัฒนาในเวลาที่กำหนด โดยเฉพาะ ความรุนแรงสูงสุดที่อาจจะเกิดขึ้น มีทั้งหมดสามองค์ประกอบ แต่มันแปรปรวนในพื้นที่และเวลา คือ ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากความแปรปรวนของอากาศพื้นผิวตามองประกอบที่ต่างกันของเอนปิทัล ($\Delta k$)

ชนิดและการกำหนดชื่อพายุเขตร้อน

บทความหลัก: การตั้งชื่อพายุหมุนเขตร้อน

พายุหมุนเขตร้อนเริ่มต้นการก่อตัวจากหย่อมความกดอากาศต่ำกำลังแรงซึ่งอยู่เหนือผิวน้ำทะเล ในบริเวณเขตร้อนและเป็นบริเวณที่กลุ่มเมฆจำนวนมากรวมตัวกันอยู่โดยไม่ปรากฏการหมุนเวียนของลม หย่อมความกดอากาศต่ำกำลังแรงนี้ เมื่ออยู่ในสภาวะที่เอื้ออำนวยก็จะพัฒนาตัวเองต่อไป จนปรากฏระบบหมุนเวียนของลมอย่างชัดเจน ในซีกโลกเหนือทิศของลมเวียนเป็นวนทวนเข็มนาฬิกาเข้าสู่ศูนย์กลางของพายุ พายุหมุนในแต่ละช่วงของความรุนแรงจะมีคุณสมบัติเฉพาะตัวและเปลี่ยนแปลงไปตามสภาวะแวดล้อม ความเร็วลมในระบบหมุนเวียนทวีกำลังแรงขึ้นเป็นลำดับ กล่าวคือ ในขณะเป็นพายุดีเปรสชันความเร็วลมสูงสุดใกล้ศูนย์กลางมีค่าไม่เกิน 34 นอต ในขณะที่เป็นพายุโซนร้อนความเร็วลมสูงสุดใกล้ศูนย์กลางมีค่าอยู่ระหว่าง 34 – 64 นอต และในขณะเป็นพายุหมุนเขตร้อนหรือไต้ฝุ่น ความเร็วลมสูงสุดใกล้ศูนย์กลางจะมีค่าตั้งแต่ 64 นอตขึ้นไป ดังนั้นสามารถแบ่งชนิดของพายุเขตร้อนได้ดังนี้

1. พายุดีเปรสชัน (Depression) ความเร็วลมใกล้ศูนย์กลางสูงสุด 34 นอต (17 เมตร/วินาที) (63 กิโลเมตร/ชั่วโมง) เป็นพายุหมุนเขตร้อนในระยะเริ่มก่อตัวหรือกำลังอ่อนกำลังลง
2. พายุโซนร้อน (Tropical Storm) ความเร็วลมใกล้ศูนย์กลางสูงสุด 34-64 นอต (17-32 เมตร/วินาที) (63-117 กิโลเมตร/ชั่วโมง) เป็นพายุหมุนเขตร้อนที่มีกำลังแรงกว่าดีเปรสชัน
3. พายุหมุนเขตร้อน ความเร็วลมใกล้ศูนย์กลางสูงสุด 64-129 นอต (17 เมตร/วินาที) (118-239 กิโลเมตร/ชั่วโมง) เป็นพายุหมุนที่มีกำลังสูงสุด

การกระจายตัวของพายุหมุนเขตร้อนของโลกระหว่าง พ.ศ. 2528 - พ.ศ. 2548

พายุหมุนเขตร้อนซึ่งก่อตัวในมหาสมุทรแปซิฟิกและมีความแรงของลมสูงสุดใกล้ศูนย์กลางพายุมากกว่า 33 นอต จะเริ่มมีการกำหนดชื่อเรียก โดยองค์การอุตุนิยมวิทยาโลกได้จัดรายชื่อเพื่อเรียกพายุหมุนเขตร้อนซึ่งก่อตัวในมหาสมุทรแปซิฟิกไว้เป็นสากล เพื่อทุกประเทศในบริเวณนี้ใช้เพื่อเรียกพายุหมุนเขตร้อนซึ่งก่อตัวขึ้น โดยเรียงตามลำดับให้เหมือนกัน

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2543 เป็นต้นมา ได้เกิดระบบการตั้งชื่อพายุเป็นภาษาพื้นเมืองของแต่ละประเทศสมาชิกในแถบมหาสมุทรแปซิฟิกตอนบนและแถบทะเลจีนใต้ 14 ประเทศ ได้แก่ กัมพูชา จีน เกาหลีใต้ ฮ่องกง ญี่ปุ่น มาเลเซีย ไมโครนีเซีย ฟิลิปปินส์ สหรัฐอเมริกา เวียดนาม และไทย โดยนำชื่อมาเรียงเป็น 5 สดมภ์ เริ่มจากกัมพูชาจนถึงเวียดนามในสดมภ์ที่ 1 เมื่อหมดแล้วให้เริ่มขึ้นสดมภ์ที่ 2 ถึง 5 แล้วจึงเวียนมาเริ่มที่สดมภ์ 1 อีกครั้ง จนกว่าจะมีการกำหนดชื่อพายุครั้งใหม่อีก

ประเทศไทยได้รับผลกระทบจาก พายุหมุนเขตร้อน ที่ก่อตัวในบริเวณมหาสมุทรแปซิฟิก และพายุหมุนเขตร้อนที่ก่อตัวในบริเวณมหาสมุทรอินเดีย ซึ่งเราเรียกว่า ไซโคลน แม้พายุหมุนเขตร้อนที่ก่อตัวในบริเวณมหาสมุทรอินเดียจะไม่เข้าสู่ประเทศไทยโดยตรง แต่ก็สามารถก่อความเสียหายต่อประเทศไทยได้เช่นกัน เมื่อทิศการเคลื่อนที่เข้าสู่บริเวณใกล้ประเทศไทยทางด้านตะวันตก ในกรณีของพายุหมุนเขตร้อนซึ่งก่อตัวในมหาสมุทรแปซิฟิกและทะเลจีนใต้นั้นจะเคลื่อนที่เข้าสู่ประเทศไทยในบริเวณต่างๆ ของประเทศแตกต่างกันตามฤดูกาล

ลักษณะเฉพาะ

พายุไซโคลนหรือพายุหมุนเขตร้อนซึ่งจะต้องมีความเร็วลมมากกว่า 64 นอต (32 เมตร/วินาที , 74 ไมล์/ชั่วโมง หรือ 118 กิโลเมตร/ชั่วโมง) ขึ้นไป และมักจะมี “ตา” ซึ่งเป็นบริเวณที่ลมค่อนข้างสงบและมีความกดอากาศค่อนข้างต่ำอยู่กลางวงหมุน ตาพายุนี้จะเห็นได้ชัดเจนจากภาพถ่ายดาวเทียมเป็นวงกลมเล็กที่ไม่มีเมฆ รอบตาจะมีกำแพงล้อมที่มีขนาดกว้างประมาณ 16-80 กิโลเมตร เป็นบริเวณที่มีพายุฝนและลมหมุนที่รุนแรงมากหมุนวนรอบๆ ตา

โครงสร้างของพายุหมุนเขตร้อน

การเคลื่อนตัวของเมฆรอบศูนย์กลางพายุก่อตัวเป็นรูปขดวงก้นหอยที่เด่นชัด แถบหรือวงแขนที่อาจยื่นโค้งเป็นระยะที่ยาวออกไปได้มากในขณะที่เมฆถูกดึงเข้าสู่วงหมุน ทิศทางวงหมุนเข้าสู่ศูนย์กลางของพายุขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่เกิดว่าอยู่ ณ ส่วนใดของซีกโลกดังกล่าวแล้ว หากอยู่ซีกโลกเหนือ พายุจะหมุนทวนเข็มนาฬิกา ด้านซีกโลกใต้จะหมุนตามเข็มนาฬิกา ความเร็วสูงสุดของพายุหมุนเขตร้อนที่เคยวัดได้มีความเร็วมากกว่า 85 เมตร/วินาที (165 นอต, 190 ไมล์/ชั่วโมง, 305 กิโลเมตร/ชั่วโมง) พายุที่รุนแรงมากและอยู่ในระยะก่อตัวช่วงสูงสุดบางครั้งอาจมีรูปร่างของโค้งด้านในแลดูเหมือนอัฒจรรย์สนามแข่งขันฟุตปอลได้ ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบางครั้งในลักษณะเช่นนี้เรียกว่า “ปรากฏการณ์อัฒจรรย์” (stadium effect)

วงหมุนที่เกิดผนังตาพายุจะเกิดตามปกติเมื่อพายุมีความรุนแรงมาก เมื่อพายุแรงถึงขีดสุดก็มักจะเกิดการหดตัว ของรัศมีกำแพงตาพายุเล็กลงถึงประมาณ 8-24 กิโลเมตร (5-15 ไมล์)ซึ่งบางครั้งอาจไม่เกิด ถึงจุดนี้เมฆฝนอาจก่อตัวเป็นแถบอยู่ด้านนอกแล้วค่อยๆ เคลื่อนตัวเข้าวงในแย่งเอาความชื้นและแรงผลักดันหรือโมเมนตัมจากผนังตาพายุ ทำให้ความรุนแรงลดลงบ้าง (ความเร็วสูงสุดที่ผนังลดลงเล็กน้อยและความกดอากาศสูงขึ้น) ในที่สุดผนังตาพายุด้านนอกก็จะเข้ามาแทนผนังในจนหมด ทำให้พายุกลับมามีความเร็วเท่าเดิม แต่ในบางกรณีอาจกลับเร็วขึ้นได้ แม้พายุหมุนจะอ่อนตัวลงที่ปลายผนังตาที่ถูกแทนที่ แต่ที่จริงแล้วการเพิ่งผ่านปรากฏการณ์ลักษณะนี้ในรอบแรกและชะลอการเกิดในรอบต่อไป เป็นการเปิดโอกาสให้ความรุนแรงสะสมตัวเพิ่มขึ้นอีกได้ถ้ามีสภาวะที่เหมาะสม

ดูเพิ่ม

• รายชื่อพายุ