Понимание силы тропических циклонов

Ураганы и тайфуны являются одними из самых мощных и разрушительных природных явлений на Земле. Эти массивные штормовые системы могут растягиваться на сотни миль в поперечнике, вызывая скорость ветра, превышающую 150 миль в час, и вызывая проливные дожди, измеряемые в футах, а не дюймах. Каждый год тропические циклоны угрожают уязвимым прибрежным сообществам от Карибского бассейна и Мексиканского залива до Юго-Восточной Азии и Западной части Тихого океана, нанося ущерб на миллиарды долларов и унося тысячи жизней.

Эти бури не случайные или хаотические события; скорее, они следуют устоявшимся физическим принципам, которые метеорологи и климатологи широко изучили.Понимание механизмов, которые управляют формированием, усилением и структурой ураганов и тайфунов, имеет важное значение для улучшения прогнозов, повышения готовности к бедствиям и снижения трагических человеческих и экономических потерь, которые они наносят.

Что такое ураганы и тайфуны?

Несмотря на различные названия, ураганы, тайфуны и циклоны — всё это одно и то же метеорологическое явление: тропические циклоны. Основное различие заключается в их географическом расположении:

  • Ураганы развиваются в Атлантическом океане и северо-восточной части Тихого океана к востоку от Международной линии дат.
  • Тайфуны формируются в северо-западной части Тихого океана к западу от Международной линии дат.
  • Циклоны (FLT:0) встречаются в южной части Тихого океана и в Индийском океане.

Все тропические циклоны имеют одинаковые основные характеристики: закрытый центр низкого давления, теплое ядро и организованная глубокая конвекция (громы). Эти штормы черпают свою энергию из тепла и влаги теплых океанских вод, которые питают их интенсивные ветры и сильные дожди. Тропические циклоны обычно быстро ослабевают, когда они перемещаются по суше или более прохладным водам из-за потери их источника энергии.

Метеорологи классифицируют интенсивность этих штормов по шкалам, адаптированным к каждому региону.Шкала ураганов Саффира-Симпсона (от 1-й до 5-й категории) широко используется в бассейнах Атлантического и Северо-Восточного Тихого океана. Японское метеорологическое агентство использует аналогичную метрику для тайфунов в Северо-Западной части Тихого океана. Штормы 5-й категории на этих масштабах выдержали ветры, превышающие 157 миль в час (70 м/с) и способны наносить катастрофический ущерб.

Для получения достоверной информации, страница Национального центра ураганов Саффира-Симпсона (FLT:0) предлагает подробные определения и руководящие принципы по классификации ураганов.

Формирование ураганов и тайфунов

Формирование ураганов и тайфунов — сложный процесс, требующий точного набора океанических и атмосферных условий, без этих существенных элементов даже перспективные погодные катаклизмы не смогут развиться в организованные тропические циклоны.

Основные условия для развития тропического циклона

  • Теплые океанские воды: Температура поверхности должна составлять не менее 26,5 ° C (80 ° F), простираясь до примерно 50 метров (164 футов). Эта теплая вода обеспечивает тепло и влагу, которые питают конвекцию шторма и энергию.
  • Атмосферная нестабильность:] Атмосфера должна быть достаточно нестабильной, чтобы позволить быстрому подъёму теплого, влажного воздуха. Этот подъём воздуха охлаждается и конденсируется, выделяя скрытое тепло, которое усиливает шторм.
  • Низкий вертикальный сдвиг ветра:] Вертикальный сдвиг ветра относится к изменениям скорости и направления ветра с высотой. Низкий сдвиг позволяет вертикальной структуре шторма оставаться неповрежденной. Высокий сдвиг ветра может нарушить шторм, наклонив или разбив организованную конвекцию.
  • Предсуществующие возмущения: Большинство тропических циклонов образуются из ранее существовавших возмущений низкого давления, таких как тропические волны, которые являются областями усиленной конвекции и циклонического вращения.
  • Достаточная сила Кориолиса:] Эффект Кориолиса, вызванный вращением Земли, необходим для инициирования и поддержания вращения циклона. Эта сила становится значительной только по крайней мере на 5 градусов от экватора, что объясняет, почему тропические циклоны редко образуются вблизи экватора.

Процесс развития тропического циклона

Тропические циклоны проходят через несколько четко определенных этапов:

  • Тропическое возмущение: Первоначальное скопление гроз с минимальной организацией и слабым циклоническим вращением.
  • Тропическая депрессия: Более организованная система с определённой замкнутой циркуляцией и устойчивыми ветрами менее 39 миль в час (63 км/ч).
  • Тропический шторм: Когда устойчивые ветры достигают от 39 до 73 миль в час (63-118 км / ч), система называется из заранее определенных списков и получает повышенный мониторинг.
  • Ураган или тайфун: После того, как устойчивые ветры превышают 74 миль в час (119 км/ч), тропический шторм классифицируется как ураган или тайфун в зависимости от местоположения.

Во время интенсификации центральное давление шторма падает, что затягивает циклоническую циркуляцию и увеличивает скорость ветра.Конденсация водяного пара выделяет скрытое тепло, нагревая ядро шторма и создавая петлю положительной обратной связи, которая может привести к быстрой интенсификации — резкому увеличению скорости ветра не менее 35 миль в час (56 км / ч) в течение 24 часов.

Быстрое усиление трудно предсказать, но важно понять, потому что оно часто определяет, станет ли шторм разрушительным крупным ураганом или тайфуном.

Структура ураганов и тайфунов

Полностью развитый ураган или тайфун демонстрирует высокоорганизованную и сложную структуру, которая является одновременно визуально поразительной и метеорологически значимой.Зрелый шторм состоит из трех основных частей:

Глаз

глаз — спокойный, почти безоблачный центр шторма, обычно варьирующийся от 20 до 40 миль (30—65 км) в диаметре. Внутри глаза атмосферное давление находится на самом низком уровне, небо может быть ясным или частично облачным, а ветры — светлыми. Это спокойствие часто обманчиво, так как глаз окружен стенкой, которая содержит самые сильные условия шторма. Ясность глаза возникает в результате нисходящего воздуха, который подавляет образование облаков.

Глазной вал

Окружающий глаз — это глазная стена, кольцо возвышающихся кучево-дождевых облаков, которые производят самые сильные ветры шторма и самые сильные осадки. Скорость ветра здесь достигает пика, а турбулентные условия представляют наибольшую угрозу для жизни и имущества. Глазная стена является источником энергии шторма.

В интенсивных тропических циклонах может происходить явление, называемое замещением глазного стенка, когда формируется вторичная внешняя стенка и постепенно заменяет исходную внутреннюю стенку. Этот процесс временно ослабляет шторм, но может привести к расширению в размере и возможной реинтенсификации. Циклы замены глазного стенка способствуют внезапным колебаниям интенсивности шторма и являются предметом текущих исследований.

Дождевые ленты

Спиралью наружу от глазной стенки являются дождевые полосы, которые представляют собой изогнутые полосы тяжелых ливней и гроз. Эти полосы могут простираться на сотни миль от центра шторма и периодически приносить интенсивные осадки, порывистые ветры, а иногда и торнадо. Дождевые полосы играют жизненно важную роль в транспортировке тепла и влаги к ядру шторма, поддерживая его конвекцию.

Общая структура урагана или тайфуна имеет характерную спиральную форму, что видно на спутниковых снимках. Центр научного образования UCAR предоставляет подробные визуализации, которые помогают проиллюстрировать эту отличительную структуру.

Последствия ураганов и тайфунов

Последствия урагана или тайфуна, обрушивающегося на сушу, являются широкомасштабными и часто разрушительными. Помимо непосредственных последствий экстремальных ветров, эти штормы вызывают наводнения, наводнения внутри страны, экономические потрясения и долгосрочные социальные проблемы.

Ветровой ущерб

Сильные ветры урагана или тайфуна могут нанести катастрофический структурный ущерб. Здания могут быть сплющены или сильно повреждены, линии электропередач и системы связи могут быть разрушены, а летающий мусор становится смертельными снарядами. Шкала Саффира-Симпсона коррелирует скорость ветра с ожидаемым ущербом, при этом штормы категории 4 и 5 способны сделать целые сообщества непригодными для жизни в течение недель или месяцев.

Буря набирает обороты

Штормовой нагон часто является самым смертоносным и разрушительным аспектом тропических циклонов. Это аномальное повышение уровня морской воды, вызванное сильными береговыми ветрами шторма, толкающими воду к побережью. Высота всплеска может превышать 20 футов (6 метров) при крупных ураганах, затопляющих прибрежные районы и вызывающих широкомасштабные наводнения.

Величина штормового нагона зависит от множества факторов, включая интенсивность шторма, скорость движения вперед, угол приближения к береговой линии и местную топографию, такую как склон континентального шельфа. Например, ураган Катрина произвел 28-футовый (8,5-метровый) штормовой нагон, который опустошил побережье Мексиканского залива в 2005 году.

Внутренние наводнения

Сильные осадки, связанные с тропическими циклонами, могут вызвать катастрофические наводнения вдали от суши, иногда в сотнях миль от места, где шторм делает свалку. Эти штормы могут сбрасывать от 20 до 40 дюймов (500-1000 мм) дождя на большие площади, подавляющие реки, дренажные системы и водохранилища.

Медленно движущиеся или застопорившиеся штормы особенно опасны, поскольку они продлевают проливные дожди над той же областью, увеличивая риск наводнений. Например, тайфун Моракот в 2009 году вызвал более 100 дюймов (2500 мм) дождя в некоторых частях Тайваня, что привело к смертельным оползням и широкомасштабным разрушениям.

Экономические и социальные последствия

Экономические последствия крупных ураганов и тайфунов часто достигают десятков миллиардов долларов. Помимо физического ущерба домам и инфраструктуре, эти штормы разрушают предприятия, уничтожают урожай, прерывают транспортировку и цепочки поставок.

Уязвимые группы населения в развивающихся странах часто страдают больше всего из-за более слабой инфраструктуры, ограниченных возможностей реагирования на чрезвычайные ситуации и меньшего количества ресурсов для восстановления.

Для всестороннего обзора экономических последствий база данных NOAA «Погодные и климатические катастрофы на миллиард долларов» отслеживает самые дорогостоящие штормы в истории США и во всем мире.

Предсказание ураганов и тайфунов

Точные прогнозы траекторий и интенсивности ураганов и тайфунов остаются одной из самых сложных задач в метеорологии. Хотя был достигнут значительный прогресс, особенно в прогнозировании штормовых трасс, прогнозы интенсивности по-прежнему несут значительную неопределенность.

Спутниковая и авиационная разведка

Геостационарные спутники непрерывно следят за тропиками, обеспечивая в реальном времени изображения облачных структур, температуры поверхности моря и атмосферной влаги.Эти наблюдения помогают метеорологам отслеживать развитие и движение штормов.

В Атлантическом бассейне специализированные самолеты, известные как Ураганные охотники, летают непосредственно в штормы. Они развертывают инструментальные дропсонды, которые измеряют атмосферные параметры, такие как давление, температура, влажность и скорость ветра по всему вертикальному профилю шторма. Эти данные на месте имеют решающее значение для инициализации численных моделей прогнозирования погоды и повышения точности прогноза.

Численные модели прогнозирования погоды

Компьютерные модели имитируют физику атмосферы с использованием сложных математических уравнений. Глобальные модели, такие как Глобальная система прогнозирования (GFS) и Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) , обеспечивают прогнозы трека до 5-7 дней.

Хотя прогнозы треков постоянно улучшались, точное прогнозирование интенсивности шторма остается трудным, поскольку оно зависит от небольших процессов, таких как динамика глазных век, взаимодействие океан-атмосфера и условия окружающей среды. Достижения в моделировании с высоким разрешением и прогнозировании ансамбля - выполнение нескольких симуляций с слегка изменяющимися начальными условиями - улучшили прогнозы интенсивности, но проблемы остаются.

Проблемы быстрой интенсификации

Быстрое усиление (RI) является одним из самых опасных и непредсказуемых аспектов тропических циклонов. RI происходит, когда максимальные устойчивые ветры шторма резко увеличиваются - часто по нескольким категориям - в течение 24 часов. Это внезапное усиление может застать синоптиков и жителей врасплох, сокращая время подготовки.

Прогнозирование RI требует понимания сложных взаимодействий между внутренним ядром шторма, содержанием тепла в океане, атмосферной влажностью и сдвигом ветра. Передовые исследования все чаще включают методы машинного обучения и расширенные данные наблюдений, чтобы лучше предвидеть эти события.

Ураганы, тайфуны и изменение климата

Изменение климата оказывает значительное влияние на поведение и воздействие тропических циклонов. По мере повышения глобальной температуры океанские воды нагреваются, обеспечивая больше энергии для разжигания штормов. Кроме того, более теплая атмосфера может удерживать больше влаги, потенциально увеличивая количество осадков во время штормов.

Современный научный консенсус предполагает:

  • Общее количество тропических циклонов в мире может не увеличиваться.
  • Частота и доля интенсивных штормов (категории 4 и 5) могут возрасти.
  • Риск штормового нагона увеличивается из-за повышения уровня моря, что усугубляет прибрежные наводнения даже при более слабых штормах.
  • Более медленные штормы могут стать более распространенными, усугубляя риски наводнений.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) сообщает о средней и высокой уверенности в том, что доля очень интенсивных тропических циклонов увеличилась во всем мире в последние десятилетия. Для более подробной информации Лаборатория геофизической динамики жидкостей NOAA обеспечивает углубленный анализ связи между ураганами и изменением климата.

Готовимся к ураганам и тайфунам

Хотя мы не можем предотвратить ураганы и тайфуны, эффективная подготовка и устойчивая инфраструктура могут существенно снизить их воздействие.

  • Знай свой риск: Поймите, если вы живете в зоне штормового нагона или наводнения и определите маршруты эвакуации. Местные агентства по управлению чрезвычайными ситуациями часто предоставляют карты опасностей и ресурсы планирования.
  • Постройте аварийный комплект: Запас не скоропортящихся продуктов питания, воды (один галлон на человека в день), лекарств, фонариков, батарей и важных документов.
  • Укрепите свой дом: Установите ливневые ставни, укрепите двери и окна и защитите крышу. Поднятие конструкции может уменьшить ущерб от наводнения в уязвимых районах.
  • Разработать план связи: Установить, как члены семьи будут оставаться на связи во время и после шторма.
  • Следуйте официальному руководству: Обратите внимание на обновления погоды и своевременно прислушайтесь к приказам об эвакуации для обеспечения безопасности.
  • Устойчивость сообщества: Поддержка местных усилий по улучшению инфраструктуры, таких как морские стены, системы борьбы с наводнениями и аварийные убежища.

Готовность не только спасает жизни, но и ускоряет восстановление после шторма.