Тропический циклон

Ураган Изабель (2003) , как видно из орбиты во время экспедиции 7 на Международной космической станции . Глаз , eyewall, и окружающие rainbands , характеристики тропических циклонов в узком смысле, отчетливо видны в этой точке зрения из космоса.

Часть серии по
Погода
Умеренный и полярный сезон Зима Весна Летом Осень
Тропические сезоны Сухой сезон Харматтан Влажный сезон
Бури Облако Кучево-дождевое облако Аркус облако Downburst Микровзрыв Тепловой взрыв Деречо Молния Вулканическая молния Гроза Воздушно-массовая гроза Грозовой снег Сухая гроза Мезоциклон Supercell Торнадо Антициклонический смерч Смерч Водяной смерч Пыльный дьявол Огненный вихрь Антициклон Циклон Полярный низкий Внетропический циклон Европейский ураган Nor'easter Субтропический циклон Тропический циклон Атлантический ураган Тайфун Штормовая волна Песчаная буря Simoom Хабуб Муссон Амихан Гейл Сирокко Огненная буря Зимняя буря Снежная буря Снежная буря Наземная метель Snowsquall
Осадки Морось Замораживание Graupel Град Мегакриометеор Ледяная крупа Бриллиантовая пыль Дождь Замораживание Ливень Снег Дождь и снег смешанные Снежные зерна Снежный каток Слякоть
Темы Загрязнение воздуха Атмосфера Химия Конвекция Физика река Климат Облако Физика Туман Сезон тумана Холодная волна Тепловая волна Струйный поток Метеорология Суровая погода Список Экстремальный Терминология суровой погоды Канада Япония Соединенные Штаты Прогноз погоды Модификация погоды
Глоссарии Метеорология Изменение климата Условия торнадо Термины тропических циклонов
Портал погоды
v т е

Тропический циклон является быстро вращающейся штормовая система характеризуется низким давлением центра, закрытого низкого уровня атмосферной циркуляции , сильных ветров , и спиральным расположением гроз , которые производят сильный дождь и / или шквалы . В зависимости от его местоположения и силы, тропический циклон называют по - разному , в том числе урагана ( / ч ʌr ɪ к ən , - к eɪ п / ), ^{[1] [2] [3]} тайфуна ( / т aɪ х ¯u п / ), тропический шторм , циклонный шторм , тропическая депрессия , или просто циклон . ^[4] ураган тропический циклон , который происходит в Атлантическом океане и северо - восточной части Тихого океана , и тайфун происходит в северо - западной части Тихого океана; в южной части Тихого океана или Индийского океана аналогичные штормы называют просто «тропическими циклонами» или «сильными циклоническими штормами». ^[4]

«Тропический» относится к географическому происхождению этих систем, которые образуются почти исключительно над тропическими морями. «Циклон» относится к их ветрам, движущимся по кругу ^[5], вращающимся вокруг их центрального ясного глаза , причем их ветры дуют против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии . Противоположное направление циркуляции связано с эффектом Кориолиса . Тропические циклоны обычно образуются над большими водоемами с относительно теплой водой. Они получают свою энергию за счет испарения воды из океана.поверхность, которая в конечном итоге повторно конденсируется в облака и дождь, когда влажный воздух поднимается и охлаждается до насыщения . Этот источник энергии отличается от циклонических штормов на средних широтах , таких как нордистеры и европейские ураганы , которые подпитываются в основном горизонтальными температурными контрастами . Диаметр тропических циклонов обычно составляет от 100 до 2000 км (от 62 до 1243 миль).

Сильные вращающиеся ветры тропического циклона являются результатом сохранения углового момента, передаваемого вращением Земли, когда воздух течет внутрь к оси вращения. В результате они редко образуются в пределах 5 ° от экватора. ^[6] Тропические циклоны почти неизвестны в Южной Атлантике из-за постоянно сильного сдвига ветра и слабой зоны межтропической конвергенции . ^[7] И наоборот, африканская восточная струя и области атмосферной нестабильности вызывают циклоны в Атлантическом океане и Карибском море, в то время как циклоны около Австралии обязаны своим происхождением азиатскому муссону и теплому бассейну Западной части Тихого океана..

Основным источником энергии для этих штормов являются теплые океанские воды. Поэтому эти штормы обычно наиболее сильны над водой или около нее и довольно быстро ослабевают над сушей. Это делает прибрежные регионы особенно уязвимыми для тропических циклонов по сравнению с внутренними регионами. Ущерб прибрежным районам может быть вызван сильными ветрами и дождем, высокими волнами (из-за ветров), штормовыми нагонами (из-за ветра и резких перепадов давления) и возможностью нереста торнадо . Тропические циклоны втягивают воздух с большой территории и концентрируют содержащуюся в нем воду (из атмосферной влаги и влаги, испарившейся из воды) в осадки.на гораздо меньшей площади. Это пополнение влагосодержащего воздуха после дождя может вызвать многочасовой или многодневный чрезвычайно сильный дождь на расстоянии до 40 километров (25 миль) от береговой линии, что намного превышает количество воды, которое может удерживать местная атмосфера в любой момент времени. Это, в свою очередь, может привести к затоплению рек, наводнению над сушей и общему перегрузке местных водохозяйственных сооружений на большой территории. Хотя их воздействие на человеческое население может быть разрушительным, тропические циклоны могут облегчить условия засухи. Они также уносят тепло и энергию из тропиков и переносят их в умеренные широты, что может играть важную роль в регулировании глобального климата.

Физическая структура

Тропические циклоны - это районы с относительно низким давлением в тропосфере , при этом наибольшие возмущения давления происходят на малых высотах у поверхности. На Земле давления, зарегистрированные в центрах тропических циклонов, являются одними из самых низких когда-либо наблюдавшихся на уровне моря . ^[8] Окружающая среда вблизи центра тропических циклонов теплее, чем окружающая среда на всех высотах, поэтому они характеризуются как системы с «теплым ядром». ^[9]

Поле ветра

Поле приповерхностного ветра тропического циклона характеризуется быстрым вращением воздуха вокруг центра циркуляции, а также радиальным потоком внутрь. На внешней границе шторма воздух может быть почти спокойным; однако из-за вращения Земли воздух имеет ненулевой абсолютный угловой момент . Поскольку воздух движется радиально внутрь, он начинает вращаться циклонически (против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии), чтобы сохранить угловой момент . На внутреннем радиусе воздух начинает подниматься к вершине тропосферы . Этот радиус обычно совпадает с внутренним радиусом стенки глаза., и имеет самые сильные приповерхностные ветры шторма; следовательно, он известен как радиус максимальных ветров . ^[10] Поднимаясь, воздух уходит от центра шторма, создавая щит из перистых облаков . ^[11]

Вышеупомянутые процессы приводят к почти осесимметричному полю ветра: скорости ветра низкие в центре, быстро увеличиваются с движением наружу до радиуса максимальных ветров, а затем более постепенно затухают с радиусом до больших радиусов. Однако поле ветра часто демонстрирует дополнительную пространственную и временную изменчивость из-за эффектов локализованных процессов, таких как грозовая активность и нестабильность горизонтального потока . В вертикальном направлении ветры наиболее сильны у поверхности и затухают с высотой в тропосфере. ^[12]

Глаз и центр

В центре зрелого тропического циклона воздух скорее опускается, чем поднимается. При достаточно сильном шторме воздух может опускаться над слоем, достаточно глубоким, чтобы подавить образование облаков, тем самым создавая ясный « глаз ». Погода в глазу обычно спокойная и без конвективных облаков, хотя море может быть очень сильным. ^[13] Глаз обычно круглый и обычно составляет 30–65 км (19–40 миль) в диаметре, хотя наблюдались глаза размером от 3 км (1,9 мили) и размером до 370 км (230 миль). ^{[14] [15]}

Мутный внешний край глаза называется « стеной глаза ». Стена глаз обычно расширяется наружу с высотой, напоминая футбольный стадион; это явление иногда называют « эффектом стадиона ». ^[15] Стена глаз - это место, где наблюдается наибольшая скорость ветра, наиболее быстро поднимается воздух, облака достигают наибольшей высоты , а осадки являются наиболее сильными. Самый тяжелый ущерб от ветра возникает там, где тропический циклон проходит над землей. ^[13]

Во время более слабого шторма глаз может быть закрыт центральной плотной облачностью , которая представляет собой перистый щит верхнего уровня, связанный с концентрированной областью сильной грозовой активности около центра тропического циклона. ^[16]

Стена глаза может изменяться со временем в виде циклов замены стенки глаза , особенно во время интенсивных тропических циклонов. Внешние дождевые полосы могут образовывать внешнее кольцо грозы, которое медленно движется внутрь, что, как считается, лишает первичную стену глаза влаги и углового момента . Когда ослабевает основная стена глаза, тропический циклон временно ослабевает. Внешняя стена в конце концов заменяет основную в конце цикла, и тогда шторм может вернуться к своей исходной интенсивности. ^[17]

Быстрая интенсификация

Иногда тропические циклоны могут подвергаться процессу, известному как быстрая интенсификация, период, в течение которого максимально устойчивые ветры тропического циклона увеличиваются на 30 узлов или более в течение 24 часов. ^[18] Для быстрой интенсификации необходимо выполнение нескольких условий. Температура воды должна быть чрезвычайно высокой (около 30 ° C, 86 ° F) или выше, и вода с такой температурой должна быть достаточно глубокой, чтобы волны не поднимали более прохладную воду на поверхность. С другой стороны, тепловой потенциал тропического циклона является одним из таких нетрадиционных подземных океанографических параметров, влияющих на интенсивность циклона . Сдвиг ветра должен быть небольшим; при сильном сдвиге ветраконвекция и циркуляция в циклоне будут нарушены. Обычно антициклон в верхних слоях тропосферы над штормом также должен присутствовать - для развития чрезвычайно низкого приземного давления воздух должен подниматься очень быстро в области глаз шторма, и антициклон верхнего уровня помогает направить это эффективно удалять воздух из циклона. ^[19] Однако некоторые циклоны, такие как ураган Эпсилон , быстро усилились, несмотря на относительно неблагоприятные условия. ^{[20] [21]}

Размер

Существует множество показателей, обычно используемых для измерения размера шторма. Наиболее распространенные метрики включают радиус максимального ветра, радиус ветра 34 узла (т. Е. Штормовой силы ), радиус самой внешней замкнутой изобары ( ROCI ) и радиус исчезающего ветра. ^{[23] [24]} Дополнительной метрикой является радиус, на котором поле относительной завихренности циклона уменьшается до 1 × 10 ⁻⁵ с ⁻¹ . ^[15]

На Земле тропические циклоны охватывают широкий диапазон размеров: от 100 до 2000 километров (62–1 243 миль), если измерять по радиусу исчезающего ветра. Они самые большие в среднем в северо-западной части бассейна Тихого океана и самые маленькие в северо-восточной части бассейна Тихого океана . ^[25] Если радиус самой внешней замкнутой изобары меньше двух градусов широты (222 км (138 миль)), то циклон «очень мал» или «карлик». Радиус 3–6 градусов широты (333–670 км (207–416 миль)) считается «средним размером». «Очень большие» тропические циклоны имеют радиус более 8 градусов (888 км (552 мили)). ^[22]Наблюдения показывают, что размер лишь слабо коррелирует с такими переменными, как интенсивность шторма (т.е. максимальная скорость ветра), радиус максимального ветра, широта и максимальная потенциальная интенсивность. ^{[24] [25]}

Размер играет важную роль в модуляции ущерба, нанесенного штормом. При прочих равных, более сильный шторм будет воздействовать на большую территорию в течение более длительного периода времени. Кроме того, большая приповерхностный поле ветра может генерировать более высокую штормовую волну за счет сочетания более ветра выборки , более длительный срок, и расширенной настройки волны . ^[26]

Верхняя циркуляция сильных ураганов распространяется на тропопаузу атмосферы, которая на низких широтах составляет 15 000–18 000 метров (50 000–60 000 футов). ^[27]

Физика и энергетика

Трехмерный ветер в поле тропического циклона может быть разделено на две составляющие: а «первичную циркуляцию» и « вторичное обращение ». Первичная циркуляция - это вращательная часть потока; он чисто круговой. Вторичная циркуляция - это переворачивающаяся (в-вверх-наруж-вниз) часть потока; это в радиальном и вертикальном направлениях. Первичная циркуляция больше по величине, доминирует над полем приземного ветра и несет ответственность за большую часть ущерба, причиняемого штормом, в то время как вторичная циркуляция более медленная, но определяет энергетику шторма.

Вторичная циркуляция: тепловая машина Карно

Основным источником энергии тропического циклона является тепло от испарения воды с поверхности теплого океана , ранее нагретой солнечным светом. Энергетику системы можно идеализировать как атмосферную тепловую машину Карно . ^[29] Во-первых, втекающий у поверхности воздух приобретает тепло в основном за счет испарения воды (т. Е. Скрытого тепла ) при температуре теплой поверхности океана (во время испарения океан охлаждается, а воздух нагревается). Во-вторых, нагретый воздух поднимается вверх и охлаждается внутри глаз, сохраняя при этом общее количество тепла (скрытое тепло просто преобразуется в явное тепло во время конденсации.). В-третьих, воздух истекает и теряет тепло через инфракрасное излучение в космос при температуре холодной тропопаузы . Наконец, на внешнем краю шторма воздух оседает и нагревается, сохраняя при этом общее содержание тепла. Первая и третья ветви почти изотермичны , а вторая и четвертая ветви почти изоэнтропичны . Этот переворачивающийся поток «вверх-вниз» известен как вторичная циркуляция . Перспектива Карно дает верхнюю границу максимальной скорости ветра, которую может достичь шторм.

По оценкам ученых, тропический циклон выделяет тепловую энергию со скоростью от 50 до 200  экзаджоулей (10 ¹⁸  Дж) в день ^{[30], что} эквивалентно примерно 1 ПВт (10 ¹⁵  Вт). Эта скорость высвобождения энергии эквивалентна в 70 раз превышающему мировое потребление энергии людьми и в 200 раз превышающему мировую электрическую генерирующую мощность, или взрыву ядерной бомбы мощностью 10 мегатонн каждые 20 минут. ^{[30] [31]}

Первичная циркуляция: вращающиеся ветры

Первичный вращающийся поток в тропическом циклоне является результатом сохранения углового момента вторичной циркуляцией. Абсолютный угловой момент вращающейся планеты определяется выражением${\ displaystyle M}$

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

где - параметр Кориолиса , - азимутальная (т. е. вращающаяся) скорость ветра и - радиус до оси вращения. Первый член в правой части - это составляющая планетарного момента количества движения, которая проецируется на местную вертикаль (т.е. ось вращения). Второй член в правой части - это относительный угловой момент самой циркуляции по отношению к оси вращения. Поскольку член планетарного углового момента исчезает на экваторе (где ), тропические циклоны редко образуются в пределах 5 ° от экватора. ^{[6] [32]}${\ displaystyle f}$${\ displaystyle v}$${\ displaystyle r}$${\ displaystyle f = 0}$

Поскольку воздух движется радиально внутрь на низких уровнях, он начинает циклонически вращаться, чтобы сохранить угловой момент. Точно так же, когда быстро вращающийся воздух течет радиально наружу около тропопаузы, его циклоническое вращение уменьшается и в конечном итоге меняет знак на достаточно большом радиусе, что приводит к образованию антициклона на верхнем уровне . В результате получается вертикальная структура, характеризующаяся сильным циклоном на низких уровнях и сильным антициклоном около тропопаузы; исходя из теплового баланса ветра , это соответствует системе, в центре которой теплее, чем в окружающей среде на всех высотах (т. е. «теплое ядро»). Из гидростатического баланса, теплое ядро ​​переводится в более низкое давление в центре на всех высотах, с максимальным падением давления на поверхности. ^[12]

Максимальная потенциальная интенсивность

Предлагалось разделить этот раздел на другую статью. ( Обсудить ) (февраль 2021 г.)

Из-за поверхностного трения приток лишь частично сохраняет угловой момент. Таким образом, нижняя граница морской поверхности действует как источник (испарение) и сток (трение) энергии для системы. Этот факт приводит к существованию теоретической верхней границы максимальной скорости ветра, которую может достичь тропический циклон. Поскольку испарение увеличивается линейно со скоростью ветра (точно так же, как при выходе из бассейна в ветреный день кажется намного холоднее), существует положительная обратная связь о поступлении энергии в систему, известная как обратная связь по вызванному ветром поверхностному теплообмену (WISHE). ^[29] Эта обратная связь компенсируется, когда диссипация трения, которая увеличивается пропорционально кубу скорости ветра, становится достаточно большой. Эта верхняя граница называется «максимальной потенциальной интенсивностью» , и определяется выражением${\ displaystyle v_ {p}}$

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

где - температура поверхности моря, - температура истока ([K]), - разность энтальпий между поверхностью и вышележащим воздухом ([Дж / кг]), и - коэффициенты поверхностного обмена ( безразмерные ) энтальпии и количества движения соответственно. ^[33] Разница энтальпии приземного воздуха принимается как , где - энтальпия насыщения воздуха при температуре поверхности моря и давлении на уровне моря, а - энтальпия пограничного слоя воздуха над поверхностью.${\displaystyle T_{s}}$${\displaystyle T_{o}}$${\displaystyle \Delta k}$${\displaystyle C_{k}}$${\displaystyle C_{d}}$${\displaystyle \Delta k=k_{s}^{*}-k}$${\displaystyle k_{s}^{*}}$${\displaystyle k}$

Максимальная потенциальная интенсивность является преимущественно функцией только фоновой среды (т.е. без тропического циклона), и, таким образом, это количество может использоваться для определения того, какие регионы на Земле могут поддерживать тропические циклоны данной интенсивности и как эти регионы могут развиваться в время. ^{[34] [35] В} частности, максимальная потенциальная интенсивность имеет три компонента, но ее изменчивость в пространстве и времени в основном связана с изменчивостью компонента разности энтальпии поверхности и воздуха .${\displaystyle \Delta k}$

Вывод

Тропический циклон можно рассматривать как тепловой двигатель, который преобразует тепловую энергию, поступающую с поверхности, в механическую энергию, которую можно использовать для выполнения механической работы против трения поверхности. В состоянии равновесия скорость производства чистой энергии в системе должна равняться скорости потери энергии из-за диссипации трения на поверхности, т. Е.

${\displaystyle W_{in}=W_{out}}$

Скорость потери энергии на единицу площади поверхности из-за поверхностного трения определяется выражением${\displaystyle W_{out}}$

${\displaystyle W_{out}=C_{d}\rho |\mathbf {u} |^{3}}$

где - плотность приземного воздуха ([кг / м ³ ]), а - скорость приземного ветра ([м / с]).${\displaystyle \rho }$${\displaystyle |\mathbf {u} |}$

Скорость производства энергии на единицу площади поверхности определяется выражением${\displaystyle W_{in}}$

${\displaystyle W_{in}=\epsilon Q_{in}}$

где - коэффициент полезного действия теплового двигателя, а - общий расход тепла в систему на единицу площади поверхности. Учитывая, что тропический циклон можно идеализировать как тепловой двигатель Карно, эффективность теплового двигателя Карно определяется выражением${\displaystyle \epsilon }$${\displaystyle Q_{in}}$

${\displaystyle \epsilon ={\frac {T_{s}-T_{o}}{T_{s}}}}$

Теплота (энтальпия) на единицу массы определяется выражением

${\displaystyle k=C_{p}T+L_{v}q}$

где - теплоемкость воздуха, - температура воздуха, - скрытая теплота парообразования, - концентрация водяного пара. Первый компонент соответствует явному теплу, а второй - скрытому теплу .${\displaystyle C_{p}}$${\displaystyle T}$${\displaystyle L_{v}}$${\displaystyle q}$

Есть два источника поступления тепла. Преобладающим источником является поступление тепла на поверхность, в основном за счет испарения. Объемная аэродинамическая формула для расхода тепла на единицу площади на поверхности определяется выражением${\displaystyle Q_{in:k}}$

${\displaystyle Q_{in:k}=C_{k}\rho |\mathbf {u} |\Delta k}$

где представляет собой разность энтальпий между поверхностью океана и вышележащим воздухом. Второй источник - это внутреннее явное тепло, генерируемое в результате рассеяния трения (равное ), которое возникает у поверхности в тропическом циклоне и возвращается в систему.${\displaystyle \Delta k=k_{s}^{*}-k}$${\displaystyle W_{out}}$

${\displaystyle Q_{in:friction}=C_{d}\rho |\mathbf {u} |^{3}}$

Таким образом, общий уровень чистого производства энергии на единицу площади поверхности определяется выражением

${\displaystyle W_{in}={\frac {T_{s}-T_{o}}{T_{s}}}\left(C_{k}\rho |\mathbf {u} |\Delta k+C_{d}\rho |\mathbf {u} |^{3}\right)}$

Установка и взятие (т.е. скорость вращения ветра является доминирующей) приводит к решению для данного выше. Этот вывод предполагает, что общие затраты энергии и потери в системе могут быть аппроксимированы их значениями в радиусе максимального ветра. Включение действий по умножению общего количества подводимого тепла на коэффициент . Математически это имеет эффект замены с в знаменателе эффективности Карно.${\displaystyle W_{in}=W_{out}}$${\displaystyle |\mathbf {u} |\approx v}$${\displaystyle v_{p}}$${\displaystyle Q_{in:friction}}$${\displaystyle {\frac {T_{s}}{T_{o}}}}$${\displaystyle T_{s}}$${\displaystyle T_{o}}$

Альтернативное определение максимальной потенциальной интенсивности, математически эквивалентное приведенной выше формулировке:

${\displaystyle v_{p}={\sqrt {{\frac {T_{s}}{T_{o}}}{\frac {C_{k}}{C_{d}}}(CAPE_{s}^{*}-CAPE_{b})|_{m}}}}$

где CAPE означает конвективную доступную потенциальную энергию , это CAPE воздушной посылки, поднятой от насыщения на уровне моря, по отношению к зондированию окружающей среды , это CAPE пограничного слоя воздуха, и обе величины рассчитываются в радиусе максимального ветра. . ^[36]${\displaystyle CAPE_{s}^{*}}$${\displaystyle CAPE_{b}}$

Характерные значения и изменчивость на Земле

На Земле характерная температура составляет 300 К и 200 К, что соответствует эффективности Карно . Отношение коэффициентов поверхностного обмена обычно принимается равным 1. Однако наблюдения показывают, что коэффициент сопротивления изменяется в зависимости от скорости ветра и может уменьшаться при высоких скоростях ветра в пограничном слое зрелого урагана. ^[37] Кроме того, может изменяться при высоких скоростях ветра из-за влияния морских брызг на испарение в пограничном слое. ^[38]${\displaystyle T_{s}}$${\displaystyle T_{o}}$${\displaystyle \epsilon =1/3}$${\displaystyle C_{k}/C_{d}}$${\displaystyle C_{d}}$${\displaystyle C_{k}}$

Характерное значение максимальной потенциальной интенсивности составляет 80 метров в секунду (180 миль / ч; 290 км / ч). Однако это количество значительно варьируется в пространстве и времени, особенно в пределах сезонного цикла , охватывая диапазон от 0 до 100 метров в секунду (от 0 до 224 миль в час; от 0 до 360 км / ч). ^[36] Эта изменчивость в первую очередь обусловлена ​​изменчивостью неравновесия поверхностной энтальпии ( ), а также термодинамической структурой тропосферы, которые контролируются крупномасштабной динамикой тропического климата. Эти процессы модулируются такими факторами, как температура поверхности моря (и динамика подстилающего океана), фоновая скорость приповерхностного ветра и вертикальная структура радиационного нагрева атмосферы. ^[39]${\displaystyle v_{p}}$${\displaystyle \Delta k}$Природа этой модуляции сложна, особенно в климатических временных масштабах (десятилетия и более). В более коротких временных масштабах изменчивость максимальной потенциальной интенсивности обычно связана с отклонениями температуры поверхности моря от среднего тропического, поскольку регионы с относительно теплой водой имеют термодинамические состояния, гораздо более способные выдержать тропический циклон, чем регионы с относительно холодной водой. ^[40] Однако эта взаимосвязь косвенная, через крупномасштабную динамику тропиков; прямое влияние абсолютной температуры поверхности моря по сравнению с этим слабо.${\displaystyle v_{p}}$

Взаимодействие с верхним океаном

Прохождение тропического циклона над океаном вызывает значительное охлаждение верхних слоев океана, что может повлиять на последующее развитие циклона. Это похолодание в первую очередь вызвано ветровым смешением холодной воды из глубин океана с теплыми поверхностными водами. Этот эффект приводит к процессу отрицательной обратной связи, который может тормозить дальнейшее развитие или вести к ослаблению. Дополнительное охлаждение может происходить в виде холодной воды от падающих капель дождя (это связано с тем, что на больших высотах атмосфера более прохладная). Облачный покров может также играть роль в охлаждении океана, защищая поверхность океана от прямых солнечных лучей до и немного после штормового прохода. Все эти эффекты могут в совокупности вызвать резкое падение температуры поверхности моря на большой площади всего за несколько дней. ^[41]И наоборот, перемешивание моря может привести к попаданию тепла в более глубокие воды с потенциальным воздействием на глобальный климат . ^[42]

Основные бассейны и соответствующие центры предупреждения

Большинство тропических циклонов ежегодно формируются в одном из семи бассейнов тропических циклонов, за которыми наблюдают различные метеорологические службы и центры предупреждения. ^[48] Десять из этих центров предупреждения во всем мире определены в качестве Регионального специализированного метеорологического центра или Центра предупреждения о тропических циклонах программой Всемирной метеорологической организации по тропическим циклонам. ^[48] Эти центры предупреждения выпускают рекомендации, которые предоставляют основную информацию и охватывают существующие системы, прогнозируют положение, движение и интенсивность в обозначенных ими областях ответственности. ^[48]Метеорологические службы по всему миру, как правило, несут ответственность за выпуск предупреждений для своей страны, однако есть исключения, поскольку Национальный центр США по ураганам и Метеорологическая служба Фиджи выдают предупреждения, часы и предупреждения для различных островных государств в их зонах ответственности. ^{[48] [47]} Объединенный центр предупреждения о тайфунах США (JTWC) и Центр погоды флота (FWC) также публично выпускают предупреждения о тропических циклонах от имени правительства Соединенных Штатов . ^[48] В Бразильский ВМФ имена Гидрографическая центр Южной Атлантике тропические циклоны, однако Южная Атлантика не является крупным бассейном и не является официальным бассейном по данным ВМО. ^[49]

Формирование

Пик активности тропических циклонов во всем мире приходится на конец лета, когда разница между температурой наверху и температурой поверхности моря является наибольшей. Однако в каждом конкретном бассейне есть свои сезонные закономерности. В мировом масштабе май - наименее активный месяц, а сентябрь - самый активный месяц. Ноябрь - единственный месяц, когда все бассейны тропических циклонов являются сезонными. ^[50]

Раз

В северной части Атлантического океана отчетливый сезон циклонов приходится на период с 1 июня по 30 ноября, резко достигая максимума с конца августа по сентябрь. ^[50] Статистический пик сезона ураганов в Атлантике приходится на 10 сентября. Северо-восточная часть Тихого океана имеет более широкий период активности, но в таких же временных рамках, как и в Атлантике. ^[51] В северо-западной части Тихого океана тропические циклоны наблюдаются круглый год с минимумом в феврале и марте и пиком в начале сентября. ^[50] В бассейне Северной Индии штормы чаще всего бывают с апреля по декабрь, с пиками в мае и ноябре. ^[50]В Южном полушарии год тропических циклонов начинается 1 июля и длится круглый год, включая сезоны тропических циклонов, которые продолжаются с 1 ноября до конца апреля, с пиками с середины февраля до начала марта. ^{[50] [47]}

Факторы

Образование тропических циклонов является предметом обширных текущих исследований и до сих пор полностью не изучено. ^[56] Хотя в целом необходимы шесть факторов, тропические циклоны могут иногда образовываться без соблюдения всех следующих условий. В большинстве случаев требуется температура воды не менее 26,5 ° C (79,7 ° F) на глубине не менее 50 м (160 футов); ^[57] вода с такой температурой делает вышележащую атмосферу достаточно нестабильной, чтобы выдерживать конвекцию и грозы. ^[58] Для тропических циклонов с переходной экономикой (например, урагана Офелия (2017) ) была предложена температура воды не менее 22,5 ° C (72,5 ° F). ^[59]

Другой фактор - быстрое охлаждение по высоте, что позволяет выделять тепло конденсации , приводящее в действие тропический циклон. ^[57] Необходима высокая влажность, особенно в нижней и средней тропосфере; когда в атмосфере много влаги, условия более благоприятны для развития нарушений. ^[57] Необходим небольшой сдвиг ветра , так как высокий сдвиг нарушает циркуляцию шторма. ^[57] Тропические циклоны обычно должны формироваться на расстоянии более 555 км (345 миль) или пяти градусов широты от экватора , что позволяет эффекту Кориолиса отклонять ветры, дующие к центру низкого давления, и создавать циркуляцию.^[57] Наконец, формирующийся тропический циклон нуждается в уже существующей системе нарушенной погоды. Тропические циклоны не образуются спонтанно. ^[57] Низкоширотные и низкоуровневые западные ветры, связанные с колебаниями Мэддена-Джулиана, могут создавать благоприятные условия для тропического циклогенеза, инициируя тропические возмущения. ^[60]

Локации

Большинство тропических циклонов образуются во всемирной полосе грозовой активности около экватора, называемой Интертропическим фронтом (ITF), зоной межтропической конвергенции (ITCZ) или муссонной впадиной . ^{[61] [62] [63]} Другой важный источник атмосферной нестабильности - тропические волны , которые способствуют развитию около 85% интенсивных тропических циклонов в Атлантическом океане и становятся большей частью тропических циклонов в восточной части Тихого океана. ^{[64] [65] [66]} Большинство из них образует между 10 и 30 градусами широты от экватора, ^[67] и 87% не дальше 20 градусов северной или южной широты. ^[68][69] Поскольку эффект Кориолиса инициирует и поддерживает их вращение, тропические циклоны редко образуются или перемещаются в пределах 5 градусов от экватора, где эффект наиболее слабый. ^[68] Тем не менее, тропические системы все еще могут формироваться в пределах этой границы, как этосделали Тропический шторм Вамей и циклон Агни в 2001 и 2004 годах, соответственно. ^{[70] [71]}

Движение

Движение тропического циклона (то есть его «след») обычно аппроксимируется как сумма двух терминов: «управление» фоновым ветром окружающей среды и «бета-дрейф». ^[72]

Экологическое рулевое управление

Экологическое управление - это доминирующий термин. Концептуально он представляет движение шторма из-за преобладающих ветров и других более широких условий окружающей среды, подобно «листьям, унесенным ручьем». ^[73] Физически ветер или поле потока вблизи тропического циклона можно рассматривать как состоящее из двух частей: поток, связанный с самим штормом, и крупномасштабный фоновый поток окружающей среды, в котором шторм принимает место. Таким образом, движение тропических циклонов может быть представлено в первом порядке просто как перенос шторма локальным потоком окружающей среды. Этот поток окружающей среды называется «потоком рулевого управления».

Климатологически тропические циклоны направляются преимущественно на запад пассатами с востока на запад на экваториальной стороне субтропического хребта - области постоянного высокого давления над субтропическими океанами мира. ^[73] В тропических районах Северной Атлантики и Северо-восточной части Тихого океана пассаты направляют тропические восточные волны на запад от африканского побережья к Карибскому морю, Северной Америке и, в конечном итоге, в центральную часть Тихого океана, прежде чем волны затухнут. ^[65] Эти волны являются предшественниками многих тропических циклонов в этом регионе. ^[64] Напротив, в Индийском океанеи западная часть Тихого океана в обоих полушариях, тропический циклогенез меньше подвержен влиянию тропических восточных волн и больше - сезонным движением зоны межтропической конвергенции и муссонного желоба. ^[74] Кроме того, на движение тропических циклонов могут влиять переходные погодные системы, такие как внетропические циклоны.

Бета-дрейф

Помимо управления окружающей средой, тропический циклон будет иметь тенденцию медленно дрейфовать к полюсу и на запад, движение, известное как «бета-дрейф». Это движение происходит из-за наложения вихря, такого как тропический циклон, на среду, в которой сила Кориолиса изменяется в зависимости от широты, например на сфере или бета-плоскости . Это косвенно вызвано самим штормом, результатом обратной связи между циклоническим потоком шторма и окружающей средой.

Физически циклоническая циркуляция шторма адвентирует окружающий воздух к полюсу к востоку от центра и к экваториальному западу от центра. Поскольку воздух должен сохранять свой угловой момент , эта конфигурация потока вызывает циклонический круговорот к экватору и западу от центра шторма и антициклонический круговорот к полюсу и востоку от центра шторма. Комбинированный поток этих круговоротов медленно переносит шторм к полюсу и западу. Этот эффект возникает даже при нулевом потоке окружающей среды.

Множественное взаимодействие шторма

Третий компонент движения, который происходит относительно редко, связан с взаимодействием нескольких тропических циклонов. Когда два циклона приближаются друг к другу, их центры начнут циклонически вращаться вокруг точки между двумя системами. В зависимости от их разделительного расстояния и силы, два вихря могут просто вращаться вокруг друг друга или же могут закручиваться по спирали в центральную точку и сливаться. Когда два вихря имеют неравный размер, больший вихрь будет иметь тенденцию доминировать во взаимодействии, а меньший вихрь будет вращаться вокруг него. Это явление называется эффектом Фудзивары в честь Сакухеи Фудзивхары . ^[75]

Взаимодействие с западными ветрами средних широт

Хотя тропический циклон обычно движется с востока на запад в тропиках, его траектория может сместиться к полюсу и востоку либо при движении к западу от оси субтропического хребта, либо при взаимодействии со среднеширотным потоком, таким как струйный поток или внетропический циклон . Это движение, называемое «рекурвизной», обычно происходит около западного края основных океанических бассейнов, где струйный поток обычно имеет полярный компонент и обычны внетропические циклоны. ^[76] Примером повторения тропических циклонов был Тайфун Иок в 2006 году. ^[77]

Выход на сушу

Выход на сушу тропического циклона происходит, когда центр поверхности шторма (обратите внимание на более сильный циклон) перемещается над береговой линией. ^[10] Штормовые условия могут наблюдаться на побережье и внутри страны за несколько часов до выхода на берег; Фактически, тропический циклон может вызывать сильнейшие ветры над землей, но не достигать берега. NOAA использует термин «прямое попадание», чтобы описать, когда место (слева от глаза) попадает в радиус максимальных ветров (или в два раза больше радиуса, если на правой стороне), вне зависимости от того, упал ли глаз урагана на сушу. ^[10]

Изменения, вызванные Эль-Ниньо – Южным колебанием

Большинство тропических циклонов формируются на стороне субтропического хребта ближе к экватору, затем перемещаются к полюсу, минуя ось хребта, прежде чем вернуться в главный пояс западных ветров . ^[78] Когда положение субтропического хребта смещается из-за Эль-Ниньо, то изменятся и предпочтительные траектории тропических циклонов. Районы к западу от Японии и Кореи, как правило, испытывают гораздо меньше воздействий тропических циклонов с сентября по ноябрь во время Эль-Ниньо и в нейтральные годы. В годы Эль-Ниньо разрыв субтропического хребта имеет тенденцию лежать около 130 ° в.д., что благоприятно сказывается на Японском архипелаге. ^[79] В годы Эль-Ниньо ГуамВероятность воздействия тропического циклона на треть выше, чем в среднем в долгосрочной перспективе. ^[80] В тропиках Атлантического океана наблюдается пониженная активность из-за увеличения вертикального сдвига ветра в регионе во время Эль-Ниньо. ^[81] В годы Ла-Нинья формирование тропических циклонов, наряду с положением субтропических хребтов, смещается на запад через западную часть Тихого океана, что увеличивает угрозу выхода на сушу для Китая и гораздо большую интенсивность на Филиппинах . ^[79]

Рассеивание

Факторы

Тропический циклон может перестать иметь тропические характеристики по нескольким причинам. Один из таких способов - если он движется по суше, тем самым лишая его теплой воды, необходимой для его питания, быстро теряя силу. ^[82] Большинство сильных штормов очень быстро теряют свою силу после выхода на берег и превращаются в дезорганизованные районы с низким давлением в течение дня или двух или превращаются во внетропические циклоны. Есть шанс, что тропический циклон может регенерировать, если ему удастся вернуться в открытую теплую воду, например, с ураганом Айвэн и ураганом Полетт . Если он останется над горами хотя бы на короткое время, ослабление ускорится. ^[83]Многие ураганы со смертельным исходом происходят в горной местности, когда уменьшающиеся циклоны высвобождают свою влагу в виде проливных дождей. ^[84] Эти дожди могут привести к смертельным наводнениям и оползням, как это было в случае с ураганом «Митч» вокруг Гондураса в октябре 1998 года. ^[85] Без теплой поверхностной воды шторм не сможет выжить. ^[86]

Тропический циклон может рассеяться, когда он движется над водой значительно ниже 26,5 ° C (79,7 ° F). Это приведет к тому, что шторм потеряет свои тропические характеристики, такие как теплое ядро ​​с грозами недалеко от центра, и превратится в остаточную область низкого давления . Эти остаточные системы могут сохраняться до нескольких дней, прежде чем потерять свою идентичность. Этот механизм рассеивания наиболее распространен в восточной части северной части Тихого океана. ^[87] Ослабление или рассеяние может произойти, если он испытывает вертикальный сдвиг ветра, вызывающий перемещение конвекционного и теплового двигателя от центра; обычно это прекращает развитие тропического циклона. ^[88]Кроме того, его взаимодействие с главным поясом Западных ветров путем слияния с близлежащей фронтальной зоной может вызвать превращение тропических циклонов во внетропические циклоны . Этот переход может занять 1–3 дня. ^[89] Даже после того, как тропический циклон считается внетропическим или рассеянным, он все еще может иметь ветры силы тропического шторма (или иногда урагана / тайфуна) и выпадать несколько дюймов осадков. В Тихом и Атлантическом океанах такие циклоны тропического происхождения в более высоких широтах могут быть сильными и иногда могут сохранять скорость ветра ураганной или тайфунной силы, когда достигают западного побережья Северной Америки. Эти явления могут также затронуть Европу, где они известны как европейские ураганы ; Ураган Ирисвнетропические остатки являются примером такой ураганной бури 1995 года. ^[90] Циклон может также сливаться с другой областью низкого давления, становясь большей областью низкого давления. Это может усилить образовавшуюся систему, хотя это уже не может быть тропический циклон. ^[88] Исследования 2000-х годов породили гипотезу о том, что большое количество пыли снижает силу тропических циклонов. ^[91]

Искусственное рассеяние

В 1960 - х и 1970-х годах правительство США пыталось ослабить ураганы через проект Ярость Шторм путем высева выбранных штормов с йодистым серебром . Считалось, что посев приведет к замерзанию переохлажденной воды во внешних полосах дождя, что приведет к разрушению внутренней стенки глаза и, таким образом, уменьшению ветра. ^[92] Ветры урагана Дебби - урагана, засеянного в проекте «Ярость бури» - упали на 31%, но Дебби восстанавливала свою силу после каждого из двух набегов засева. ^[93] В более раннем эпизоде ​​1947 года произошла катастрофа, когда ураган к востоку от Джексонвилля, Флорида.быстро изменил курс после посева и врезался в Саванну, штат Джорджия . ^[94] Поскольку поведение этих штормов было очень неопределенным, федеральное правительство не одобрило бы посевные работы, если ураган не имел менее 10% вероятности выхода на сушу в течение 48 часов, что значительно снизило количество возможных тестовых штормов. Проект был закрыт после того, как было обнаружено, что циклы замены глазных стенок происходят естественным образом во время сильных ураганов, что поставило под сомнение результат предыдущих попыток. Сегодня известно, что посев йодида серебра вряд ли даст эффект, потому что количество переохлажденной воды в дождевых полосах тропического циклона слишком мало. ^[95]

Со временем были предложены другие подходы, в том числе охлаждение воды под тропическим циклоном путем буксировки айсбергов в тропические океаны. ^[96] Другие идеи варьируются от покрытия океана веществом, препятствующим испарению, ^[97] падения большого количества льда в глаз на очень ранних стадиях развития (так что скрытое тепло поглощается льдом, а не превращается кинетической энергии, которая питала бы петлю положительной обратной связи) ^[96], или разрушение циклона ядерным оружием. ^[98] Проект Cirrus даже включал бросание сухого льда в циклон. ^[99]Все эти подходы страдают одним недостатком по сравнению со многими другими: тропические циклоны просто слишком велики и долговечны для практического применения любого из методов ослабления. ^[100]

Последствия

Тропические циклоны в море вызывают большие волны, проливные дожди , наводнения и сильные ветры, нарушая международное судоходство и иногда вызывая кораблекрушения. ^[101] Тропические циклоны поднимают воду, оставляя за собой прохладный след, что делает этот регион менее благоприятным для последующих тропических циклонов. ^[41] На суше сильный ветер может повредить или разрушить транспортные средства, здания, мосты и другие внешние объекты, превращая обломки в смертоносные летающие снаряды. Штормовая волна , или увеличение уровня моря из - за циклон, как правило , является худшим эффектом от тропических циклонов на сушу, исторически в результате чего 90% тропических циклоны смертей. ^[102]Широкое вращение падающего на сушу тропического циклона и вертикальный сдвиг ветра на его периферии порождают торнадо . Торнадо также могут возникать в результате мезовихрей на стенках глаз , которые сохраняются до выхода на сушу. ^[103]

За последние два столетия тропические циклоны стали причиной гибели около 1,9 миллиона человек во всем мире. Большие площади стоячей воды, вызванные наводнением, приводят к инфекции, а также способствуют болезням, передаваемым комарами. Переполненные эвакуированные в убежищах повышают риск распространения болезней. ^[102] Тропические циклоны существенно нарушают работу инфраструктуры, что приводит к отключению электроэнергии, разрушению мостов и препятствует усилиям по восстановлению. ^{[102] [104]}В среднем, ущерб от циклонов в районе Персидского залива и восточного побережья США составляет приблизительно 5 миллиардов долларов США (1995 долларов США). Большая часть (83%) ущерба от тропических циклонов вызвана сильными ураганами категории 3 или выше. Однако на ураганы категории 3 и выше приходится только пятая часть циклонов, которые обрушиваются на сушу каждый год. ^[105]

Хотя циклоны уносят огромные человеческие жертвы и уносят личное имущество, они могут быть важными факторами в режимах выпадения осадков в местах, на которые они влияют, поскольку они могут принести столь необходимые осадки в засушливые регионы. ^[106] Тропические циклоны также помогают поддерживать глобальный тепловой баланс, перемещая теплый влажный тропический воздух в средние широты и полярные регионы, ^[107] и регулируя термохалинную циркуляцию посредством апвеллинга . ^[108] Штормовой нагон и ветры ураганов могут быть разрушительными для построек, созданных руками человека, но они также взбудораживают воды прибрежных устьев., которые обычно являются важными местами разведения рыбы. Уничтожение тропических циклонов стимулирует реконструкцию, что значительно увеличивает стоимость местной собственности. ^[109]

Когда ураганы обрушиваются на берег из океана, соль попадает во многие пресноводные районы и поднимает уровень солености до слишком высокого уровня, чтобы некоторые среды обитания могли выдержать это. Некоторые способны справиться с солью и переработать ее обратно в океан, но другие не могут достаточно быстро выпустить лишнюю поверхностную воду или не имеют достаточно большого источника пресной воды, чтобы заменить ее. Из-за этого некоторые виды растений и растительности погибают из-за избытка соли. ^[110] Кроме того, ураганы могут переносить токсины и кислоты.на берег, когда они выходят на берег. Паводковая вода может собирать токсины из разливов и загрязнять землю, по которой проходит. Токсины очень вредны для людей и животных в этом районе, а также для окружающей среды вокруг них. Поливная вода также может вызвать множество опасных разливов нефти. ^[111]

Готовность и ответ

Готовность к ураганам включает действия и планирование, предпринимаемые до удара тропического циклона для уменьшения ущерба и травм от урагана. Знания о воздействии тропических циклонов на территорию помогают планировать будущие возможности. Готовность может включать в себя подготовку, осуществляемую отдельными лицами, а также централизованные усилия правительств или других организаций. Отслеживание штормов во время сезона тропических циклонов помогает людям узнать о текущих угрозах. Региональные специализированные метеорологические центры и центры предупреждения о тропических циклонах предоставляют текущую информацию и прогнозы, чтобы помочь людям принять наилучшее возможное решение.

Реагирование на ураган - это реакция на стихийное бедствие после урагана. Действия, выполняемые специалистами по реагированию на ураганы, включают оценку, восстановление и снос зданий; вывоз мусора и мусора; ремонт наземной и морской инфраструктуры ; и службы общественного здравоохранения, включая поисково-спасательные операции. ^[112] Реагирование на ураган требует координации между федеральными, племенными, государственными, местными и частными организациями. ^[113] По данным национальных добровольных организаций, участвующих в стихийных бедствиях., потенциальные добровольцы реагирования должны присоединяться к существующим организациям и не должны развертываться самостоятельно, чтобы можно было обеспечить надлежащее обучение и поддержку для снижения опасности и стресса, связанного с работой реагирования. ^[114]

Лица, ответственные за ураган, сталкиваются с множеством опасностей. Лица, принимающие ураган, могут подвергаться воздействию химических и биологических загрязнителей, включая хранящиеся химикаты, сточные воды , человеческие останки и рост плесени, вызванный наводнением ^{[115] [116] [117],} а также асбестом и свинцом, которые могут присутствовать в старых зданиях. ^{[116] [118]} Обычные травмы возникают при падении с высоты, например, с лестницы или с ровной поверхности; от поражения электрическим током в затопленных зонах, в том числе от обратного тока от переносных генераторов; или в результате дорожно-транспортных происшествий .^{[115] [118] [119]} Длительные и нерегулярные смены могут привести к недосыпанию и утомлению , повышая риск травм, а рабочие могут испытывать психологический стресс, связанный с травматическим происшествием . Кроме того, тепловой стресс вызывает беспокойство, поскольку рабочие часто подвергаются воздействию высоких и влажных температур, носят защитную одежду и оборудование и имеют физически трудные задачи. ^{[115] [118]}

Наблюдение и прогноз

Наблюдение

Интенсивные тропические циклоны создают особую проблему для наблюдений, поскольку они представляют собой опасное океаническое явление, а метеостанции , будучи относительно редкими, редко доступны на месте самого шторма. Как правило, наземные наблюдения доступны только в том случае, если шторм проходит над островом или прибрежной зоной, или если поблизости есть корабль. Измерения в реальном времени обычно производятся на периферии циклона, где условия менее катастрофичны и его истинную силу невозможно оценить. По этой причине есть группы метеорологов, которые идут по тропе тропических циклонов, чтобы помочь оценить свою силу в точке выхода на сушу. ^[120]

Тропические циклоны далеко от земли отслеживаются метеорологическими спутниками , захватив видимые и инфракрасные изображения из космоса, как правило , на полчаса с интервалом в четверть часа. По мере приближения шторма к суше его можно наблюдать с помощью наземного доплеровского метеорологического радиолокатора . Радар играет решающую роль при выходе на берег, показывая местоположение и интенсивность шторма каждые несколько минут. ^[121]

Измерения на месте в режиме реального времени можно проводить, отправляя в циклон специально оборудованные разведывательные полеты. В Атлантическом бассейне этими рейсами регулярно летают охотники за ураганами правительства Соединенных Штатов . ^[122] Используемые самолеты: WC-130 Hercules и WP-3D Orions, оба четырехмоторных турбовинтовых грузовых самолета. Эти самолеты влетают прямо в циклон и проводят прямые измерения и измерения с помощью дистанционного зондирования. Самолет также запускает зонды GPS внутри циклона. Эти зонды измеряют температуру, влажность, давление и особенно скорость ветра между уровнем полета и поверхностью океана. Новая эра в наблюдении за ураганами началась, когда дистанционно пилотируемыйНебольшой беспилотный летательный аппарат Aerosonde пролетел через тропический шторм Офелию, когда он проходил мимо восточного побережья Вирджинии во время сезона ураганов 2005 года. Аналогичная миссия также была успешно завершена в западной части Тихого океана. Это продемонстрировало новый способ исследовать штормы на малых высотах, на которые пилоты-люди редко осмеливаются. ^[123]

Прогнозирование

Из-за сил, которые влияют на траектории тропических циклонов, точные прогнозы траекторий зависят от определения положения и силы областей с высоким и низким давлением, а также от прогнозирования того, как эти области будут меняться в течение жизни тропической системы. Средний поток в глубоком слое или средний ветер в глубине тропосферы считается лучшим инструментом для определения направления и скорости пути. Если штормы значительно ослабляются, использование измерений скорости ветра на меньшей высоте, например, на поверхности давления 70 кПа (3000 метров или 9800 футов над уровнем моря), даст более точные прогнозы. Тропические синоптики также рассматривают возможность сглаживания краткосрочных колебаний шторма, поскольку это позволяет им определять более точную долгосрочную траекторию. ^[124]Высокоскоростные компьютеры и сложное программное обеспечение для моделирования позволяют прогнозистам создавать компьютерные модели, которые прогнозируют траектории тропических циклонов на основе будущего положения и прочности систем высокого и низкого давления. Комбинируя модели прогнозов с более глубоким пониманием сил, действующих на тропические циклоны, а также с огромным количеством данных со спутников на околоземной орбите и других датчиков, ученые за последние десятилетия повысили точность прогнозов траектории. ^[125] Однако ученые не настолько искусны в прогнозировании интенсивности тропических циклонов. ^[126]Отсутствие улучшений в прогнозировании интенсивности объясняется сложностью тропических систем и неполным пониманием факторов, влияющих на их развитие. Новые данные о местоположении тропических циклонов и прогнозы поступают не реже, чем каждые шесть часов из различных центров предупреждения. ^{[127] [128] [129] [130] [131]}

Классификации, терминология и наименования

Номенклатура и классификации интенсивности

Во всем мире тропические циклоны классифицируются по-разному, в зависимости от местоположения, структуры системы и ее интенсивности. Например, в бассейнах Северной Атлантики и Восточной части Тихого океана тропический циклон со скоростью ветра более 65 узлов (75 миль в час; 120 км / ч) называется ураганом , а в Западном регионе - тайфуном или сильным циклоническим штормом. Тихий или северный Индийский океаны. ^{[43] [44] [45]} В Южном полушарии его называют ураганом, тропическим циклоном или сильным тропическим циклоном, в зависимости от того, находится ли он в Южной Атлантике, юго-западе Индийского океана, в регионе Австралии или Южной части Тихого океана. ^{[46] [47]}

Идентификационные коды

Тропическим циклонам, которые развиваются во всем мире, центры предупреждения, которые их отслеживают, присваивают идентификационный код, состоящий из двузначного числа и буквы суффикса. Эти коды начинаются с 01 каждый год и присваиваются системам, которые могут развиваться дальше, оказывать существенное влияние на жизнь и имущество, или когда центры предупреждения начинают писать в систему рекомендации. ^{[47] [132]}

Именование

Практика использования названий для обозначения тропических циклонов началась много лет назад, когда системы были названы в честь мест или предметов, на которые они попали, до формального начала наименования. ^{[141] [142]} Используемая в настоящее время система обеспечивает точную идентификацию систем с суровой погодой в краткой форме, которая легко понимается и признается общественностью. ^{[141] [142]} Заслуга за первое использование личных имен для погодных систем, как правило, отдается метеорологу правительства Квинсленда Клементу Рэгге, который давал имена системам между 1887 и 1907 годами. ^{[141] [142]}Эта система именования погодных систем впоследствии вышла из употребления в течение нескольких лет после ухода Ррагге на пенсию, пока она не была возрождена в конце Второй мировой войны для Западной части Тихого океана. ^{[141] [142]} Формальные схемы наименования были впоследствии введены для бассейнов Северной и Южной Атлантики, Восточной, Центральной, Западной и Южной части Тихого океана, а также для региона Австралии и Индийского океана . ^[142]

В настоящее время тропические циклоны официально названы одной из одиннадцати метеорологических служб и сохраняют свои названия на протяжении всего срока службы, чтобы обеспечить простоту связи между синоптиками и широкой общественностью в отношении прогнозов, часов и предупреждений. ^[141] Поскольку системы могут прослужить неделю или дольше и в одном и том же бассейне одновременно может возникать более одной, считается, что названия уменьшают путаницу в отношении описываемого шторма. ^[141] Имена назначаются в порядке из заранее определенных списков с устойчивой скоростью ветра в течение одной, трех или десяти минут более 65 км / ч (40 миль в час) в зависимости от того, из какого бассейна он берет начало. ^{[43] [45] [46]}Однако стандарты варьируются от бассейна к бассейну с некоторыми тропическими депрессиями, названными в западной части Тихого океана, в то время как тропические циклоны должны иметь значительное количество штормовых ветров, возникающих вокруг центра, прежде чем они будут названы в Южном полушарии . ^{[46] [47]} Названия значительных тропических циклонов в северной части Атлантического океана, Тихого океана и австралийского региона удалены из списков имен и заменены другим названием. ^{[43] [44] [47]}

Известные тропические циклоны

Тропические циклоны, вызывающие чрезвычайные разрушения, редки, хотя, когда они возникают, они могут причинить большой ущерб или тысячи смертельных случаев.

1970 Bhola циклон считаются самым смертоносным тропическим циклоном на записи, в результате которого погибли около 300000 людей, после удара по густонаселенной Гангу Delta области Бангладеша 13 ноября 1970 года ^[143] Его мощный штормовой нагон был ответствен за высокой смерть потери. ^[144] Бассейн циклонов в Северной Индии исторически был самым смертоносным бассейном. ^{[102] [145]} В другом месте тайфун Нина унес жизни почти 100 000 человек в Китае в 1975 году из-за 100-летнего наводнения, которое привело к обрушению 62 плотин, включая плотину Баньцяо . ^[146]Великий ураган 1780 года - самый смертоносный ураган в Северной Атлантике за всю историю наблюдений, унесший жизни около 22 000 человек на Малых Антильских островах . ^[147] Тропический циклон не должен быть особенно сильным, чтобы причинить незабываемый ущерб, в первую очередь, если смерть наступила в результате дождя или оползней. Тропический шторм Тельма в ноябре 1991 года унес жизни тысяч людей на Филиппинах ^[148], хотя самым сильным тайфуном, когда-либо обрушившимся на берег, был тайфун Хайян в ноябре 2013 года, вызвавший широкомасштабные разрушения в Восточных Висайях и унесший жизни не менее 6300 человек только на Филиппинах. В 1982 году безымянная тропическая депрессия, которая со временем сталаУраган Пол убил около 1000 человек в Центральной Америке . ^[149]

По оценкам, ураган Харви и ураган Катрина являются самыми дорогостоящими тропическими циклонами, поразившими материковую часть Соединенных Штатов, каждый из которых нанес ущерб в 125 миллиардов долларов. ^[150] Харви убил по меньшей мере 90 человек в августе 2017 года, обрушившись на берег в Техасе в результате урагана 4 категории . Ураган Катрина оценивается как второй по величине тропический циклон в мире ^[151], причинивший ущерб только имуществу в размере 81,2 миллиарда долларов (2008 год) ^[152], а общий ущерб оценивается в более чем 100 миллиардов долларов (2005 год). ^[151] Катрина убила не менее 1836 человек после удара по Луизиане иМиссисипи , как крупный ураган в августе 2005 года ^[152] Ураган Мария является третьим самым разрушительным тропическим циклоном в истории США, с ущербом на сумму 91,61 $ млрд (2017 USD), а также с затратами на ущерб в 68,7 $ млрд (2012 USD), Hurricane Sandy является четвертый по размеру тропический циклон в истории США. Галвестон урагана 1900 года является самым смертоносным стихийным бедствием в Соединенных Штатах, погибло около 6000 до 12 000 человек в Галвестон, штат Техас . ^[153] Ураган «Митч» привел к гибели более 10 000 человек в Центральной Америке , что сделало его вторым самым смертоносным ураганом в Атлантике в истории.Ураган Иники в 1992 году стал самым мощным штормом, обрушившимся на Гавайи в зарегистрированной истории, обрушившись на Кауаи как ураган категории 4, убив шесть человек и причинив ущерб в размере 3 миллиардов долларов США. ^[154] Среди других разрушительных ураганов в восточной части Тихого океана - Полин и Кенна , которые нанесли серьезный ущерб после того, как обрушились на Мексику как крупные ураганы. ^{[155] [156]} В марте 2004 года циклон Гафило обрушился на северо-восток Мадагаскара как мощный циклон, в результате чего погибло 74 человека, пострадало более 200 000 человек, и он стал самым сильным циклоном, поразившим страну за более чем 20 лет.^[157]

Самый интенсивный шторм в истории наблюдений - это оконечность тайфуна в северо-западной части Тихого океана в 1979 году, когда минимальное давление достигло 870 гектопаскалей (25,69 дюйма ртутного столба), а максимальная скорость устойчивого ветра достигла 165 узлов (85 м / с) или 190 миль в час (310 миль в час). км / ч). ^[158] Самая высокая максимальная постоянная скорость ветра, когда-либо зарегистрированная, составила 185 узлов (95 м / с) или 215 миль в час (346 км / ч) во время урагана «Патрисия» в 2015 году - самого сильного циклона, когда-либо зарегистрированного в Западном полушарии. ^[159] Тайфун Нэнсив 1961 году также была зафиксирована скорость ветра 185 узлов (95 м / с) или 215 миль в час (346 км / ч), но недавние исследования показывают, что скорости ветра с 1940-х по 1960-е годы были измерены слишком высокими, и поэтому больше не считается штормом с самой высокой скоростью ветра за всю историю наблюдений. ^[160] Аналогичным образом, порыв на уровне поверхности, вызванный тайфуном Пака на Гуаме в конце 1997 года, был зарегистрирован на скорости 205 узлов (105 м / с) или 235 миль в час (378 км / ч). Если бы это было подтверждено, это был бы самый сильный ветер, не связанный с торнадом, когда-либо зарегистрированный на поверхности Земли, но от показаний пришлось отказаться, так как анемометр был поврежден штормом. ^[161] Всемирная метеорологическая организация созданаОстров Барроу (Квинсленд) как место самого высокого порыва ветра, не связанного с торнадо, со скоростью 408 километров в час (254 миль в час) ^[162] 10 апреля 1996 года во время сильного тропического циклона Оливия . ^[163]

Помимо того, что это самый интенсивный тропический циклон за всю историю наблюдений, основанный на давлении, Тип - крупнейший из когда-либо зарегистрированных циклонов с тропическим штормовым ветром диаметром 2170 километров (1350 миль). Самый маленький шторм за всю историю наблюдений , Тропический шторм Марко , образовался в октябре 2008 года и достиг берега в Веракрусе . Марко создавал тропический штормовой ветер диаметром всего 37 километров (23 мили). Марко побил рекорд циклона Трейси 1974 года . ^[164]

Ураган Джон - самый продолжительный тропический циклон в истории наблюдений, который длился 31 день в 1994 году . Однако до появления спутниковых изображений в 1961 году продолжительность многих тропических циклонов недооценивалась. ^[165] Джон - также самый длинный отслеживаемый тропический циклон в Северном полушарии за всю историю наблюдений, его путь составляет 8 250 миль (13 280 км). ^[166] Циклон Rewa сезонов циклонов в южной части Тихого океана и Австралии в 1993–94 годах имел один из самых длинных следов, наблюдаемых в Южном полушарии, пройдя расстояние более 5 545 миль (8 920 км) в течение декабря 1993 и января 1994 года. ^[166]

Долгосрочные тенденции активности

Этот раздел необходимо обновить . Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. ( Сентябрь 2020 г. )

Часто отчасти из-за угрозы ураганов, многие прибрежные регионы были малонаселенными между крупными портами до появления автомобильного туризма; поэтому в некоторых случаях наиболее сильные части ураганов, обрушившихся на побережье, могли остаться незамеченными. Комбинированные эффекты разрушения кораблей и удаленного выхода на сушу серьезно ограничивают количество сильных ураганов в официальных отчетах до эры самолетов-разведчиков ураганов и спутниковой метеорологии. Хотя данные свидетельствуют об отчетливом увеличении количества и силы сильных ураганов, поэтому эксперты считают ранние данные подозрительными. ^[167]

Количество и сила ураганов в Атлантике может подвергаться циклу в 50–70 лет, также известному как Атлантическое многодесятилетнее колебание . Nyberg et al. реконструировал активность крупных ураганов в Атлантике с начала 18 века и обнаружил пять периодов, в которых в среднем ураганы в год продолжались от 3 до 5 и продолжительностью 40–60 лет, а также шесть периодов со средней силой 1,5–2,5 ураганов в год и продолжительностью 10–20 лет. Эти периоды связаны с атлантическим многодекадным колебанием. На протяжении всего десятилетия колебания, связанные с солнечным излучением, были ответственны за увеличение / уменьшение количества крупных ураганов на 1-2 в год. ^[168]

Хотя с 1995 года это происходило чаще, в период 1970–1994 годов наблюдалось несколько сезонов ураганов, превышающих норму. ^[169] Разрушительные ураганы часто обрушивались с 1926 по 1960 год, в том числе многие крупные ураганы в Новой Англии . В 1933 году образовался 21 атлантический тропический шторм , рекорд был побит лишь недавно, в 2005 году , когда произошло 28 штормов. Тропические ураганы в сезоны 1900-1925 гг. Случались нечасто; однако в течение 1870–1999 гг. образовалось много сильных штормов. В течение сезона 1887 года образовалось 19 тропических штормов, из которых рекордные 4 произошли после 1 ноября, а 11 переросли в ураганы. В 1840-1860-е гг. Было немного ураганов; однако многие обрушились в начале 19 века, в том числе шторм 1821 г.это произвело прямой удар по Нью-Йорку . Некоторые исторические эксперты по погоде говорят, что сила этих штормов могла достигать 4-й категории . ^[170]

Эти активные сезоны ураганов предшествовали спутниковому охвату Атлантического бассейна. До того, как в 1960 году началась эра спутников, тропические штормы или ураганы оставались незамеченными, если только самолет-разведчик не сталкивался с ним, корабль не сообщал о рейсе через шторм или шторм ударил по земле в населенных пунктах. ^[167]

Прокси-записи, основанные на палеотемпестологических исследованиях, показали, что активность основных ураганов вдоль побережья Мексиканского залива варьируется от столетий до тысячелетий. ^{[171] [172]} Несколько крупных ураганов обрушились на побережье Персидского залива в течение 3000–1400 гг. До н.э. и снова в течение последнего тысячелетия. Эти периоды покоя были разделены периодом гиперактивности в течение 1400 г. до н.э. и 1000 г. н.э., когда побережье Персидского залива часто обрушивалось на катастрофические ураганы, и вероятность их выхода на сушу увеличилась в 3-5 раз. Эта изменчивость тысячелетнего масштаба была приписана долгосрочными сдвиги в положении Азорского максимума , ^[172] , которые также могут быть связаны с изменениями в силе Североатлантического колебания. ^[173]

Согласно гипотезе Азорских островов, ожидается, что между побережьем Мексиканского залива и атлантическим побережьем будет существовать противофазная картина. В периоды покоя более северо-восточное положение Азорского возвышения приведет к тому, что больше ураганов будет направлено к атлантическому побережью. Во время гиперактивного периода больше ураганов направлялось к побережью Персидского залива, так как Азорские острова смещались в более юго-западное положение около Карибского моря. Такое смещение Азорского возвышения согласуется с палеоклиматическими данными, которые показывают резкое начало более сухого климата на Гаити около 3200 14 C лет назад ^[174] и изменение в сторону более влажных условий на Великих равнинах.в течение позднего голоцена, когда больше влаги было закачано в долину Миссисипи через побережье Персидского залива. Предварительные данные с северного побережья Атлантического океана, кажется, подтверждают гипотезу Азорского максимума. Данные за 3000 лет по прибрежному озеру в Кейп-Коде предполагают, что активность ураганов значительно увеличилась за последние 500–1000 лет, как и на побережье Персидского залива в период затишья последнего тысячелетия.

Изменение климата

Изменение климата может влиять на тропические циклоны по-разному: среди возможных последствий - усиление количества осадков и скорости ветра, снижение общей частоты, увеличение частоты очень сильных штормов и расширение к полюсу того места, где циклоны достигают максимальной интенсивности. антропогенного изменения климата. ^[175]

Тропические циклоны используют в качестве топлива теплый влажный воздух. Поскольку изменение климата приводит к повышению температуры океана , потенциально доступно больше этого топлива. ^[176] В период с 1979 по 2017 год наблюдалось глобальное увеличение доли тропических циклонов категории 3 и выше по шкале Саффира – Симпсона . Эта тенденция была наиболее четкой в ​​Северной Атлантике и южной части Индийского океана . В северной части Тихого океана тропические циклоны перемещаются к полюсу в более холодные воды, и за этот период не произошло увеличения интенсивности. ^[177] Ожидается, что при потеплении на 2 ° C больший процент (+ 13%) тропических циклонов достигнет категории 4 и 5. ^[175]В исследовании 2015 года был сделан вывод о том, что в более прохладном климате будет больше тропических циклонов и что тропические циклоны могут образовываться при температуре поверхности моря ниже 26 ° C. ^{[178] [179]} Исследование 2019 года показывает, что изменение климата является движущей силой наблюдаемой тенденции быстрой интенсификации тропических циклонов в Атлантическом бассейне. Трудно прогнозировать быстро усиливающиеся циклоны, поэтому они представляют дополнительный риск для прибрежных сообществ. ^[180]

В настоящее время нет единого мнения о том, как изменение климата повлияет на общую частоту тропических циклонов. ^[175] Большинство климатических моделей показывают пониженную частоту в будущих прогнозах. ^[181] Например, в статье 2020 года, сравнивающей девять климатических моделей с высоким разрешением, было обнаружено устойчивое снижение частоты в южной части Индийского океана и в южном полушарии в целом, при этом были обнаружены смешанные сигналы для тропических циклонов Северного полушария. ^[182] Наблюдения показали незначительное изменение общей частоты тропических циклонов во всем мире ^[183] с увеличением частоты в Северной Атлантике и центральной части Тихого океана и значительном снижении в южной части Индийского океана и западной части Северной Пацифики.^[184]

Произошло расширение к полюсу широты, на которой наблюдается максимальная интенсивность тропических циклонов, что может быть связано с изменением климата. ^[185] В северной части Тихого океана, возможно, также произошло расширение на восток. ^[186] Между 1949 и 2016 годами наблюдалось замедление скорости трансляции тропических циклонов. До сих пор неясно, в какой степени это может быть связано с изменением климата: не все климатические модели демонстрируют эту особенность. ^[181]

Более теплый воздух может удерживать больше водяного пара: теоретическое максимальное содержание водяного пара определяется соотношением Клаузиуса – Клапейрона , которое дает увеличение водяного пара в атмосфере на ≈7% на 1 ° C потепления. ^{[187] [188]} Все модели, которые были оценены в обзорном документе 2019 года, показывают будущее увеличение количества осадков. ^[175] Дополнительное повышение уровня моря увеличит уровень штормовых нагонов. ^{[186] [189]} Вероятно, что сильные ветровые волны увеличиваются в результате изменений в тропических циклонах, что еще больше усугубляет опасность штормовых нагонов для прибрежных сообществ. ^[181]В исследовании 2017 года рассматривалось сложное воздействие наводнений, штормовых нагонов и наводнений на суше (реки) и прогнозируется их увеличение из-за глобального потепления . ^[189]

Климатология

Исторически тропические циклоны происходили по всему миру в течение тысяч лет, при этом один из самых ранних зарегистрированных тропических циклонов, по оценкам, произошел примерно в 6000 году до нашей эры. Однако до того, как в 20 веке стали доступны спутниковые снимки, многие из этих систем оставались незамеченными, если только они не были обнаружены. он ударился о землю или корабль случайно столкнулся с ним. В результате возможности климатологов проводить долгосрочный анализ тропических циклонов ограничены количеством надежных исторических данных. Тем не менее, проводятся повторные анализы и исследования, чтобы расширить исторические записи за счет использования данных о покси.такие как отложения, прибрежные гребни и исторические документы, такие как дневники. В 1940-х годах в середине 1940-х годов началась обычная авиационная разведка как в бассейне Атлантического океана, так и в бассейне Западной части Тихого океана, которая предоставила достоверные данные с земли, однако первые полеты выполнялись только один или два раза в день.

Связанные типы циклонов

Помимо тропических циклонов, есть два других класса циклонов в спектре типов циклонов. Эти виды циклонов, известные как внетропические циклоны и субтропические циклоны , могут быть стадиями, через которые проходит тропический циклон во время своего образования или рассеивания. ^[190] внетропический циклонэто шторм, источником энергии которого являются горизонтальные перепады температур, типичные для высоких широт. Тропический циклон может стать внетропическим по мере продвижения к более высоким широтам, если его источник энергии изменится с тепла, выделяемого при конденсации, на разницу температур между воздушными массами; хотя и не так часто, внетропический циклон может трансформироваться в субтропический шторм, а оттуда в тропический циклон. ^[191] Из космоса у внетропических штормов есть характерный узор облаков в форме запятой . ^[192] Внетропические циклоны также могут быть опасными, когда их центры низкого давления вызывают сильные ветры и открытое море. ^[193]

Субтропический циклон является погода системы , которая имеет некоторые характеристики тропического циклона и некоторые характеристики внетропических циклонов. Они могут образовываться в широком диапазоне широт, от экватора до 50 °. Хотя субтропические штормы редко бывают ветрами ураганной силы, они могут стать тропическими по своей природе, поскольку их ядра нагреваются. ^[194]

Популярная культура

В популярной культуре тропические циклоны неоднократно появлялись в различных средствах массовой информации, включая фильмы, книги, телевидение, музыку и электронные игры . ^[195] Эти средства массовой информации часто изображают тропические циклоны, которые либо полностью вымышлены, либо основаны на реальных событиях. ^[195] Например, Джордж Риппи Стюарт «s Шторм , бестселлер опубликован в 1941 году, как полагают, под влиянием метеорологи на их решение назначить женские имена тихоокеанских тропических циклонов. ^[142] Другой пример - ураган в «Идеальном шторме» , в котором описывается затоплениеАндреа Гейл в исполнении Perfect Storm 1991 года . ^[196] Ураганы были показаны в частях сюжетов таких сериалов, как «Симпсоны» , « Вторжение» , « Гриффины» , « Сайнфелд» , « Бухта Доусона» , « Уведомление о ожогах» и « CSI: Майами» . ^{[195] [197] [198] [199] [200]} Фильм 2004 года «Послезавтра» включает несколько упоминаний реальных тропических циклонов и показывает фантастические «ураганные», хотя и не тропические, арктические штормы. ^{[201] [202]}

Смотрите также

Прогнозирование и подготовка

• Моделирование катастроф
• Ураганная инженерия
• Готовность к урагану
• Урагано-стойкое здание
• Часы и предупреждения о тропических циклонах

Сезоны тропических циклонов

Рекомендации