Тропический циклогенез — это развитие и усиление тропического циклона в атмосфере . [1] Механизмы, посредством которых происходит тропический циклогенез, существенно отличаются от механизмов, посредством которых происходит умеренный циклогенез . Тропический циклогенез включает в себя развитие циклона с теплым ядром из-за значительной конвекции в благоприятной атмосферной среде. [2]
Для тропического циклогенеза необходимы шесть основных факторов: достаточно высокая температура поверхности моря (не менее 26,5 °C (79,7 °F)), атмосферная нестабильность, высокая влажность в нижних и средних слоях тропосферы , достаточная сила Кориолиса для развития центра низкого давления , уже существующий фокус или возмущение на низком уровне и низкий вертикальный сдвиг ветра . [3]
Тропические циклоны, как правило, развиваются летом, но были отмечены почти каждый месяц в большинстве бассейнов . Климатические циклы, такие как ЭНЮК и колебания Маддена-Джулиана, модулируют время и частоту развития тропических циклонов. [4] [5] Максимальная потенциальная интенсивность является ограничением интенсивности тропического циклона, которая тесно связана с температурой воды вдоль его пути. [6]
В среднем ежегодно в мире формируется 86 тропических циклонов с интенсивностью тропического шторма. Из них 47 достигают силы более 74 миль в час (119 км/ч), а 20 становятся интенсивными тропическими циклонами (по крайней мере, категории 3 интенсивности по шкале Саффира-Симпсона ). [7]
Существует шесть основных требований для тропического циклогенеза: достаточно высокая температура поверхности моря, атмосферная нестабильность, высокая влажность в нижних и средних слоях тропосферы , достаточная сила Кориолиса для поддержания центра низкого давления, существующий ранее фокус или возмущение на низком уровне и низкий вертикальный сдвиг ветра . [3] Хотя эти условия необходимы для формирования тропического циклона, они не гарантируют , что тропический циклон сформируется. [3]
Обычно температура океана 26,5 °C (79,7 °F) на глубине не менее 50 метров считается минимальной для поддержания тропического циклона . [3] Эти теплые воды необходимы для поддержания теплого ядра , которое питает тропические системы. Это значение значительно превышает 16,1 °C (60,9 °F), глобальную среднюю температуру поверхности океанов. [8]
Известно, что тропические циклоны формируются даже тогда, когда не выполняются нормальные условия. Например, более низкие температуры воздуха на большей высоте (например, на уровне 500 гПа или 5,9 км) могут привести к тропическому циклогенезу при более низких температурах воды, поскольку требуется определенная скорость градиента , чтобы заставить атмосферу быть достаточно нестабильной для конвекции. Во влажной атмосфере эта скорость градиента составляет 6,5 °C/км, тогда как в атмосфере с относительной влажностью менее 100 % требуемая скорость градиента составляет 9,8 °C/км. [9]
На уровне 500 гПа температура воздуха в тропиках в среднем составляет −7 °C (18 °F), но воздух в тропиках на этом уровне обычно сухой, что дает воздуху пространство для влажного термометра или охлаждается по мере увлажнения до более благоприятной температуры, которая затем может поддерживать конвекцию. Температура влажного термометра 500 гПа в тропической атмосфере −13,2 °C требуется для начала конвекции, если температура воды составляет 26,5 °C, и это температурное требование увеличивается или уменьшается пропорционально на 1 °C в температуре поверхности моря для каждого изменения на 1 °C на 500 гПа. Под холодным циклоном температура 500 гПа может упасть до −30 °C, что может инициировать конвекцию даже в самых сухих атмосферах. Это также объясняет, почему влажность в средних слоях тропосферы , примерно на уровне 500 гПа, обычно является требованием для развития. Однако, когда сухой воздух находится на той же высоте, температуры на уровне 500 гПа должны быть еще холоднее, поскольку для сухой атмосферы требуется больший градиент температуры для нестабильности, чем для влажной атмосферы. [10] [11] На высотах около тропопаузы 30-летняя средняя температура (измеренная в период с 1961 по 1990 год) составляла -77 °C (-105 °F). [12] Недавним примером тропического циклона , который поддерживался над более прохладными водами, был Эпсилон сезона ураганов в Атлантике 2005 года . [13]
Керри Эмануэль создал математическую модель около 1988 года для вычисления верхнего предела интенсивности тропических циклонов на основе температуры поверхности моря и атмосферных профилей из последних глобальных модельных запусков . Модель Эмануэля называется максимальной потенциальной интенсивностью , или MPI. Карты, созданные на основе этого уравнения, показывают регионы, где возможно образование тропических штормов и ураганов, на основе термодинамики атмосферы во время последнего модельного запуска. Это не учитывает вертикальный сдвиг ветра . [14]
Минимальное расстояние в 500 км (310 миль) от экватора (около 4,5 градусов от экватора) обычно необходимо для тропического циклогенеза. [3] Сила Кориолиса придает вращение потоку и возникает, когда ветры начинают течь в направлении более низкого давления, созданного ранее существовавшим возмущением. В областях с очень небольшой или отсутствующей силой Кориолиса (например, вблизи экватора) единственными значительными атмосферными силами, действующими в игре, являются сила градиента давления (разница давления, которая заставляет ветры дуть от высокого к низкому давлению [15] ) и меньшая сила трения ; эти две силы сами по себе не вызвали бы крупномасштабного вращения, необходимого для тропического циклогенеза. Существование значительной силы Кориолиса позволяет развивающемуся вихрю достичь градиентного ветрового баланса. [16] Это условие баланса, обнаруженное в зрелых тропических циклонах, которое позволяет скрытому теплу концентрироваться вблизи ядра шторма; это приводит к поддержанию или усилению вихря, если другие факторы развития нейтральны. [17]
Будь то депрессия в зоне межтропической конвергенции (ITCZ), тропическая волна , широкий поверхностный фронт или граница оттока , для начала тропического циклогенеза требуется низкоуровневая особенность с достаточной завихренностью и конвергенцией. [3] Даже при идеальных условиях на верхнем уровне и необходимой атмосферной нестабильности отсутствие поверхностного фокуса будет препятствовать развитию организованной конвекции и поверхностного минимума. [3] Тропические циклоны могут образовываться, когда более мелкие циркуляции в зоне межтропической конвергенции объединяются и сливаются. [18]
Вертикальный сдвиг ветра менее 10 м/с (20 узлов , 22 мили в час) между поверхностью и тропопаузой благоприятствует развитию тропического циклона. [3] Более слабый вертикальный сдвиг заставляет шторм расти быстрее вертикально в воздухе, что помогает шторму развиваться и становиться сильнее. Если вертикальный сдвиг слишком сильный, шторм не может подняться до своего полного потенциала, и его энергия распространяется на слишком большую площадь для усиления шторма. [19] Сильный сдвиг ветра может «разнести» тропический циклон на части, [19] поскольку он вытесняет теплое ядро среднего уровня из поверхностной циркуляции и осушает средние уровни тропосферы , останавливая развитие. В более мелких системах развитие значительного мезомасштабного конвективного комплекса в сдвиговой среде может отправить достаточно большую границу оттока, чтобы разрушить поверхностный циклон. Умеренный сдвиг ветра может привести к первоначальному развитию конвективного комплекса и поверхностного минимума, аналогичного средним широтам, но он должен уменьшиться, чтобы тропический циклогенез мог продолжаться. [19]
Ограниченный вертикальный сдвиг ветра может быть положительным для формирования тропического циклона. Когда ложбина верхнего уровня или низкое значение верхнего уровня примерно того же масштаба, что и тропическое возмущение, система может быть направлена системой верхнего уровня в область с лучшей диффузией наверху, что может вызвать дальнейшее развитие. Более слабые верхние циклоны являются лучшими кандидатами для благоприятного взаимодействия. Есть доказательства того, что слабосдвиговые тропические циклоны изначально развиваются быстрее, чем несдвиговые тропические циклоны, хотя это достигается ценой пика интенсивности с гораздо более слабыми скоростями ветра и более высоким минимальным давлением . [20] Этот процесс также известен как бароклинное инициирование тропического циклона. Замыкающие верхние циклоны и верхние ложбины могут вызывать дополнительные каналы оттока и способствовать процессу интенсификации. Развивающиеся тропические возмущения могут помочь создать или углубить верхние ложбины или верхние минимумы на своем пути из-за струи оттока, исходящей от развивающегося тропического возмущения/циклона. [21] [22]
Есть случаи, когда крупные, среднеширотные ложбины могут помочь с тропическим циклогенезом, когда струйный поток верхнего уровня проходит к северо-западу от развивающейся системы, что будет способствовать дивергенции наверху и притоку на поверхности, раскручивая циклон. Этот тип взаимодействия чаще всего связан с возмущениями, уже находящимися в процессе рекурвации. [23]
Во всем мире пик активности тропических циклонов приходится на конец лета, когда температура воды самая высокая. Однако каждый бассейн имеет свои собственные сезонные закономерности. В мировом масштабе май является наименее активным месяцем, а сентябрь — наиболее активным. [24]
В Северной Атлантике сезон ураганов длится с 1 июня по 30 ноября, достигая пика с конца августа по октябрь. [24] Статистический пик сезона ураганов в Северной Атлантике приходится на 10 сентября . [25] Северо-восточная часть Тихого океана имеет более широкий период активности, но в схожих временных рамках с Атлантикой. [24] В северо-западной части Тихого океана тропические циклоны наблюдаются круглый год, с минимумом в феврале и пиком в начале сентября. [24] В Северо-Индийском бассейне штормы наиболее распространены с апреля по декабрь, с пиками в мае и ноябре. [24]
В Южном полушарии активность тропических циклонов обычно начинается в начале ноября и заканчивается 30 апреля. Пик активности в Южном полушарии приходится на середину февраля — начало марта. [24] Практически вся активность в Южном полушарии наблюдается от южного побережья Африки на восток, в сторону Южной Америки. Тропические циклоны — редкие явления в южной части Атлантического океана и далеко на юго-востоке Тихого океана. [26]
Районы, расположенные дальше 30 градусов от экватора (за исключением близлежащих районов с теплым течением), обычно не способствуют формированию или усилению тропических циклонов, а районы, расположенные дальше 40 градусов от экватора, часто очень враждебны к такому развитию. Основным ограничивающим фактором является температура воды, хотя более высокий сдвиг при увеличении широт также является фактором. Эти районы иногда посещаются циклонами, движущимися к полюсу из тропических широт. В редких случаях, таких как Пабло в 2019 году , Алекс в 2004 году , [32] Альберто в 1988 году , [33] и ураган Тихоокеанского северо-запада 1975 года , [34] , штормы могут образовываться или усиливаться в этом регионе. Как правило, тропические циклоны претерпевают внетропический переход после поворота к полюсам и, как правило, становятся полностью внетропическими после достижения 45–50° широты. Большинство внетропических циклонов, как правило, восстанавливают свою силу после завершения переходного периода. [35]
Районы в пределах приблизительно десяти градусов широты от экватора не испытывают значительной силы Кориолиса , жизненно важного компонента в формировании тропических циклонов. [36] Однако было замечено, что несколько тропических циклонов формируются в пределах пяти градусов от экватора. [37]
Сочетание сдвига ветра и отсутствия тропических возмущений из зоны внутритропической конвергенции (ITCZ) сильно затрудняет поддержание тропической активности в Южной Атлантике. [38] [39] Здесь наблюдалось по меньшей мере шесть тропических циклонов, включая слабый тропический шторм в 1991 году у побережья Африки около Анголы , ураган Катарина в марте 2004 года, который обрушился на Бразилию с силой 2-й категории , тропический шторм Анита в марте 2010 года, тропический шторм Иба в марте 2019 года, тропический шторм 01Q в феврале 2021 года и тропический шторм Акара в феврале 2024 года. [40]
Штормы, которые по своей структуре напоминают тропические циклоны, иногда случаются в Средиземном море . Известные примеры этих « средиземноморских тропических циклонов » включают безымянную систему в сентябре 1969 года, Leucosia в 1982 году, Celeno в 1995 году, Cornelia в 1996 году, Querida в 2006 году, Rolf в 2011 году, Qendresa в 2014 году, Numa в 2017 году, Ianos в 2020 году и Daniel в 2023 году. Однако ведутся споры о том, были ли эти штормы тропическими по своей природе. [41]
В Черном море время от времени возникают или подпитываются штормы, которые начинают циклоническое вращение и которые, по-видимому, похожи на тропические циклоны, наблюдаемые в Средиземноморье. [42] Два из этих штормов достигли интенсивности тропического и субтропического шторма в августе 2002 и сентябре 2005 года соответственно. [43]
Тропический циклогенез крайне редок в далекой юго-восточной части Тихого океана из-за низких температур поверхности моря, создаваемых течением Гумбольдта , а также из-за неблагоприятного сдвига ветра ; таким образом, циклон Яку в марте 2023 года является единственным известным случаем тропического циклона, поражающего западную часть Южной Америки. Помимо Яку, было несколько других систем, которые наблюдались в регионе к востоку от 120° з. д. , что является официальной восточной границей южно-тихоокеанского бассейна . 11 мая 1983 года тропическая депрессия образовалась около 110° з. д. , которая, как считалось, была самым восточным формирующимся южно-тихоокеанским тропическим циклоном, когда-либо наблюдавшимся в эпоху спутников. [44] В середине 2015 года в начале мая был обнаружен редкий субтропический циклон , немного ближе к Чили , даже восточнее тропической депрессии 1983 года. Эту систему исследователи неофициально окрестили Кэти . [45] Еще один субтропический циклон был обнаружен в 77,8 градусах западной долготы в мае 2018 года, недалеко от побережья Чили. [46] Эта система была неофициально названа исследователями Лекси . [47] Субтропический циклон был обнаружен недалеко от побережья Чили в январе 2022 года, и исследователи назвали его Умберто . [48] [49]
Вихри были зарегистрированы у берегов Марокко в прошлом. Однако, спорно, являются ли они действительно тропическими по своему характеру. [42]
Тропическая активность также крайне редка в Великих озерах . Однако в сентябре 1996 года над озером Гурон образовалась штормовая система , похожая на субтропический или тропический циклон . В центре системы образовалась глазоподобная структура, и она могла на короткое время стать субтропическим или тропическим циклоном. [50]
Тропические циклоны обычно начинали ослабевать сразу после, а иногда даже до выхода на сушу, поскольку они теряли тепловой двигатель, работающий на морском топливе, а трение замедляло ветры. Однако при некоторых обстоятельствах тропические или субтропические циклоны могут сохранять или даже увеличивать свою интенсивность в течение нескольких часов в так называемом эффекте коричневого океана . Это чаще всего происходит в теплых влажных почвах или болотистых районах, с теплой температурой почвы и ровной местностью, и когда поддержка верхнего уровня остается благоприятной.
Эль-Ниньо (ENSO) смещает регион (более теплая вода, поднимающаяся и опускающаяся в разных местах из-за ветров) в Тихом океане и Атлантике, где формируется больше штормов, что приводит к почти постоянным значениям накопленной энергии циклона (ACE) в любом бассейне. Событие Эль-Ниньо обычно снижает образование ураганов в Атлантике, а также в дальних западных тихоокеанских и австралийских регионах, но вместо этого увеличивает шансы в центральной части северной и южной части Тихого океана и, в частности, в западной части северо-тихоокеанского тайфуна. [51]
Тропические циклоны в северо-восточной части Тихого океана и в северной части Атлантического океана в значительной степени генерируются тропическими волнами из одной и той же волновой последовательности. [52]
В северо-западной части Тихого океана Эль-Ниньо смещает формирование тропических циклонов на восток. Во время эпизодов Эль-Ниньо тропические циклоны, как правило, формируются в восточной части бассейна, между 150° в. д. и международной линией перемены дат (IDL). [53] В сочетании с ростом активности в северо-центральной части Тихого океана (IDL до 140° з. д .) и южно-центральной части Тихого океана (к востоку от 160° в. д. ), наблюдается чистое увеличение развития тропических циклонов вблизи международной линии перемены дат по обе стороны экватора. [54] Хотя нет линейной зависимости между силой Эль-Ниньо и образованием тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана, тайфуны, формирующиеся в годы Эль-Ниньо, как правило, имеют большую продолжительность и более высокую интенсивность. [55] Тропический циклогенез в северо-западной части Тихого океана подавляется к западу от 150° в. д. в год после события Эль-Ниньо. [53]
В целом, усиление западного ветра, связанное с колебанием Маддена-Джулиана, приводит к усилению тропического циклогенеза во всех бассейнах. Поскольку колебание распространяется с запада на восток, оно приводит к смещению тропического циклогенеза на восток со временем в течение летнего сезона в этом полушарии. [56] Однако существует обратная зависимость между активностью тропических циклонов в западном тихоокеанском бассейне и североатлантическом бассейне. Когда один бассейн активен, другой обычно спокоен, и наоборот. Основной причиной, по-видимому, является фаза колебания Маддена-Джулиана, или MJO, которая обычно находится в противоположных режимах между двумя бассейнами в любой момент времени. [57]
Исследования показали, что захваченные экваториальные волновые пакеты Россби могут увеличить вероятность тропического циклогенеза в Тихом океане, поскольку они увеличивают западные ветры низкого уровня в этом регионе, что затем приводит к большей завихренности низкого уровня. Отдельные волны могут двигаться со скоростью приблизительно 1,8 м/с (4 мили в час) каждая, хотя группа имеет тенденцию оставаться неподвижной. [58]
С 1984 года Университет штата Колорадо выпускает сезонные прогнозы тропических циклонов для североатлантического бассейна, и, по их словам, их результаты лучше климатологии. [59] Университет утверждает, что обнаружил несколько статистических соотношений для этого бассейна, которые, по-видимому, позволяют делать долгосрочные прогнозы количества тропических циклонов. С тех пор многочисленные другие выпустили сезонные прогнозы для мировых бассейнов. [60] Предикторы связаны с региональными колебаниями в глобальной климатической системе: циркуляцией Уокера , которая связана с Эль-Ниньо–Южным колебанием ; североатлантическим колебанием (NAO); арктическим колебанием (AO); и тихоокеанско-североамериканским паттерном (PNA). [59]
{{cite report}}
: Неизвестный параметр |agency=
проигнорирован ( помощь )