Table of Contents

Глобальная климатическая система и активность тропических циклонов

Тропические циклоны, известные как ураганы в Атлантическом и восточном Тихом океане, тайфуны в западной части Тихого океана и просто циклоны в Индийском океане и южной части Тихого океана, являются одними из самых разрушительных природных явлений на Земле. Эти вращающиеся системы низкого давления черпают свою энергию из теплых океанских вод, а их формирование, интенсивность и треки тесно связаны с крупномасштабными климатическими моделями. Понимание того, как климатические факторы влияют на эти штормы, имеет важное значение для прогнозирования, оценки рисков и долгосрочного планирования в уязвимых прибрежных регионах.

В этой статье рассматриваются ключевые климатические переменные, влияющие на возникновение ураганов и циклонов, роль глобальных климатических моделей, таких как Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) и Мэдден-Джулианское колебание (MJO), региональные различия в штормовой активности и то, как изменение климата может изменить будущее штормовое поведение.

Ключевые факторы климата, которые управляют формированием тропического циклона

Для развития тропического циклона должен присутствовать специфический набор условий окружающей среды. На эти условия сильно влияет фоновое климатическое состояние. К наиболее критическим факторам относятся:

Температура поверхности моря

Теплые океанские воды являются топливом для тропических циклонов. Штормы обычно требуют температуры поверхности моря (SST) по крайней мере 26,5 ° C (около 80 ° F) на значительной глубине. Чем теплее вода, тем больше энергии доступно для питания конвективных восходящих потоков шторма. [[FLT: 0]] Исследования показывают четкую корреляцию между растущими SST и повышенной потенциальной интенсивностью [[FLT: 1]] ураганов и циклонов (например, [[FLT: 2]] NOAA анализ исторических записей ураганов в Атлантике [[FLT: 3]]. По мере потепления климата содержание тепла в океане увеличивается, обеспечивая больший резервуар энергии, который может усилить штормы.

Атмосферная нестабильность и влажность

Тропические циклоны процветают в атмосфере, которая условно нестабильна, что означает, что, как только воздух начинает подниматься и охлаждаться, высвобождая скрытое тепло. Высокая влажность в середине тропосферы (обычно > 50-60% относительной влажности) предотвращает попадание сухого воздуха в ядро шторма, что в противном случае ослабило бы конвекцию. Регионы, где атмосфера постоянно влажная, такие как западный тихоокеанский теплый бассейн, особенно благоприятны для развития тропического циклона.

Вертикальный сдвиг ветра

Низкий вертикальный сдвиг ветра является строгим требованием для формирования и поддержания циклона. Сдвиг ветра — изменение скорости ветра или направления с высотой — может нарушить вертикальное выравнивание циркуляции шторма, наклоняя вихрь и вентиляцию тепла от ядра. Когда сдвиг высок, зарождающиеся штормы не могут организоваться, и зрелые циклоны быстро ослабевают. Климатические модели, которые изменяют силу струйных потоков или торговых ветров, непосредственно модулируют сдвиг ветра над штормовыми бассейнами.

Эффект Кориолиса и широта формирования

Тропические циклоны не могут образовываться в пределах примерно 5 градусов экватора, потому что сила Кориолиса там слишком слаба, чтобы инициировать вращение. Большинство штормов развиваются между 10° и 20° широты, где достаточно фонового вращения. Поулвард 30°, температура поверхности моря, как правило, слишком низка, чтобы поддерживать тропические циклоны, хотя некоторые системы могут подвергаться внетропическому переходу в более высоких широтах.

Существующие ранее нарушения

Для начала конвекции необходимо наличие и сила этих возмущений сами по себе модулируются более масштабными климатическими моделями. Например, активность атлантических ураганов сильно зависит от количества и интенсивности Восточных волн, движущихся у западного побережья Африки.

Основные глобальные климатические модели, регулирующие активность в шторм

Несколько крупномасштабных колебаний в системе океан-атмосфера работают на сезонных и межгодовых временных масштабах, создавая изменения в частоте циклона, интенсивности и треках в разных бассейнах.

Эль-Ниньо - Южное колебание

ENSO является доминирующим фактором год к году изменчивости в глобальной тропической циклонной активности. Эпизоды Эль-Ниньо и Ла-Нинья производят противоположные эффекты в разных бассейнах:

  • Атлантический бассейн:] Во время Эль-Ниньо усиление западных ветров верхнего уровня над Карибским бассейном и тропической Атлантикой приводит к сильному вертикальному сдвигу ветра, что подавляет формирование ураганов.Ла-Нинья уменьшает сдвиг, что приводит к более активным и интенсивным сезонам ураганов в Атлантике.
  • Западная часть северной части Тихого океана:] Эль-Ниньо имеет тенденцию смещать генезис тайфунов на юго-восток, увеличивая число мощных тайфунов, которые могут повлиять на Японию и Корею. Ла-Нинья движется генезис на запад, часто принося пользу Филиппинам и Вьетнаму.
  • Восточная часть северной части Тихого океана: Под Эль-Ниньо температура поверхности моря теплая и сдвиг ветра уменьшается к востоку от Гавайев, иногда приводя к большему количеству тропических циклонов, которые могут приблизиться к западному побережью США или Гавайям.
  • Южная часть Тихого и Индийского океанов: Эль-Ниньо в целом снижает частоту циклонов в австралийском регионе, увеличивая её в южной части Тихого океана на востоке Австралии. Международный исследовательский институт климата и общества предоставляет обновления ENSO в реальном времени, используемые синоптиками по всему миру.

Мэдден — Джулиан Осцилляция

MJO — это большой движущийся на восток импульс усиленных и подавленных осадков, который путешествует по всему миру за 30—60 дней. Когда усиленная конвективная фаза MJO проходит над теплым океанским регионом, это создает благоприятную среду для тропического циклогенеза, увеличивая конвергенцию на низком уровне и уменьшая сдвига. Степень синхронизации синхронистов MJO для прогнозирования периодов повышенной циклонной активности от дней до недель. Например, когда усиленная фаза MJO расположена над Индийским океаном, активность циклона часто увеличивается в Бенгальском заливе, а затем перемещается на восток в западную часть Тихого океана через 10—20 дней. NOAA Climate Prediction Center’s MJO page отслеживает его текущее положение и силу.

Диполь Индийского океана

Диполь Индийского океана (IOD) измеряет разницу в температуре поверхности моря между восточным и западным Индийским океаном. Положительный IOD (теплый западный Индийский океан, более холодный восток) имеет тенденцию к увеличению активности циклонов в Аравийском море и Бенгальском заливе, в то время как отрицательный IOD имеет противоположный эффект. IOD также может влиять на муссонное корыто, которое является ключевым регионом генезиса для австралийских циклонов.

Атлантическая многодекадная осцилляция

В течение нескольких десятилетних периодов Атлантическая многокадальная осцилляция (АМО) модулирует СНТ в Северной Атлантике. Во время теплой фазы АМО (которая началась в середине 1990-х годов и может закончиться), активность атлантических ураганов обычно повышается из-за более теплых вод из основного региона развития, простирающегося до Карибского бассейна. Эта естественная изменчивость затрудняет изолирование сигнала об изменении климата в отчетах об ураганах, хотя наука об атрибуции быстро улучшается.

Региональные вариации в тропическом циклоне

В то время как глобальный средний уровень тропических циклонов составляет около 80-90 в год, их распределение очень неравномерно.

Бассейн Атлантического океана

Сезон ураганов в Атлантике длится с 1 июня по 30 ноября, с пиковой активностью с середины августа по октябрь. Регион развития простирается от западного побережья Африки до Карибского бассейна и Мексиканского залива. Африканские Восточные волны обеспечивают семенные возмущения примерно для 60-70% атлантических ураганов. Эль-Ниньо и Ла-Нинья производят наиболее выраженные межгодовые колебания в этом бассейне. Известные активные сезоны включают 2005 год (28 названных штормов, включая ураган Катрина) и 2020 год (30 названных штормов, побив рекорд). Климатические модели прогнозируют, что, хотя общее число атлантических ураганов может не резко возрасти, доля штормов категории 4 и 5, вероятно, будет расти, поскольку SST продолжают нагреваться, согласно Лаборатории геофизической динамики жидкостей NOAA [[FLT: 1]].

Западно-Северный тихоокеанский бассейн

Западная часть северной части Тихого океана является наиболее активным бассейном, ежегодно вызывая около 25-30 тайфунов. В этом бассейне нет официального тайфуна «сезон»; штормы могут образовываться круглый год, хотя пиковый период - с июля по ноябрь. Супертайфуны, такие как Хайян (2013) и Меранти (2016), продемонстрировали разрушительный потенциал этого региона. Модель ENSO сильно влияет на следы тайфунов, направляя их в Восточную Азию (во время Эль-Ниньо) или через Филиппины (во время Ла-Нинья).

Восточная и Центральная Северная часть Тихого океана

Сезон ураганов в восточной части Тихого океана (15 мая - 30 ноября) обычно производит 15-20 штормов в год, хотя многие остаются далеко от земли. Штормы, которые приближаются к Мексике или юго-западу США, могут вызвать значительные наводнения. Центральная часть Тихого океана (вокруг Гавайев) видит меньше тропических циклонов, но они могут возникать во время сильных событий Эль-Ниньо, когда теплая вода простирается на восток.

Северный Индийский океан

Бенгальский залив является очагом для развития циклона, особенно в периоды до муссона (апрель-май) и после муссона (октябрь-декабрь). Аравийское море менее активно, но наблюдается всплеск очень тяжелых циклонов (например, циклон Тауктаэ в 2021 году) из-за положительного IOD и растущих SST. Северный Индийский океан имеет относительно высокий риск штормовых нагонов из-за мелководных прибрежных вод и плотных популяций.

Южная часть Тихого океана и Южный Индийский океан

Австралийский регион (юго-тихоокеанский и южный Индийский океан) испытывает около 10-14 циклонов в год, чаще всего с ноября по апрель. Размер австралийского континента и Большой Барьерный риф влияют на штормовое поведение. Циклон Трейси (1974) уничтожил Дарвина, а циклон Яси (2011) нанес большой ущерб в Квинсленде. В южной части Тихого океана к востоку от Австралии наблюдается меньше циклонов, но пострадал от мощных штормов, таких как Пэм (2015) и Уинстон (2016).

Сезонные прогнозы и прогнозы

Поскольку климатические модели частично предсказуемы за несколько месяцев до этого, операционные центры выпускают прогнозы сезонных ураганов. Эти прогнозы основаны на статистических моделях и динамических климатических моделях, которые включают состояние ENSO, Атлантические SST и другие предикторы. Для Атлантического, Проект тропической метеорологии Университета штата Колорадо каждый апрель (обновленный в июне, июле и августе). NOAA Climate Prediction Center также выпускает официальные прогнозы сезонных ураганов для Атлантики и восточной части Тихого океана. Хотя сезонные прогнозы не могут предсказать отдельные штормы, они обеспечивают вероятностную основу для готовности к чрезвычайным ситуациям и планирования страхования. Мастерство этих прогнозов значительно улучшилось за последние два десятилетия, хотя остаются большие неопределенности, особенно когда конкурирующие влияния - такие как слабый Эль-Ниньо против очень теплой Атлантики - присутствуют.

Изменение климата и тропические циклоны

Изменение климата изменяет окружающую среду, в которой развиваются тропические циклоны. Сильнейшее влияние оказывает повышение температуры поверхности моря, которая уже прогрелась примерно на 0,5-1 °C во многих тропических бассейнах за последнее столетие. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), вероятно, что доля штормов категории 4-5 увеличилась во всем мире за последние 40 лет.

  • Повышенная интенсивность: Штормы достигают более высоких максимальных устойчивых ветров, и срок жизни наиболее интенсивных штормов может быть удлинен.
  • Более высокие показатели осадков: Более теплый воздух содержит больше влаги, поэтому тропические циклоны производят более тяжелые осадки, увеличивая риски наводнений как внутри страны, так и вдоль побережья.
  • Медленное движение: Некоторые исследования показывают, что тропические циклоны движутся медленнее по суше, что приводит к длительному воздействию осадков и большему ущербу.
  • Расширение тропиков: Регионы, благоприятные для формирования циклонов, могут смещаться в сторону полюса, подвергая сообщества средних широт штормам, которые исторически были редкими.

Важно отметить, что обнаружение и атрибуция долгосрочных тенденций в частоте тропических циклонов остаются сложными из-за ограниченных исторических данных, изменения методов наблюдения и высокой естественной изменчивости. Однако физические принципы и прогнозы моделей сильно указывают на повышенный риск от наиболее разрушительных штормов при продолжающемся потеплении. Шестой оценочный доклад МГЭИК обеспечивает авторитетное резюме текущего понимания.

Роль аэрозолей и загрязнения

Выбросы, вызванные деятельностью человека, также косвенно влияют на тропические циклоны. Аэрозоли от промышленной деятельности могут отражать солнечный свет, охлаждать поверхность океана и подавлять активность циклонов в некоторых регионах. Эта «аэрозольная маскировка» может частично компенсировать сигнал потепления в Атлантическом бассейне в середине 20-го века. Поскольку контроль за загрязнением воздуха снижает уровень аэрозолей, этот маскирующий эффект уменьшается, потенциально подвергая более сильное влияние потепления на атлантические ураганы.

Подготовка к будущим рискам циклонов

Понимание климатических моделей является первым шагом к снижению уязвимости. Сезонные прогнозы позволяют правительствам и организациям заранее размещать ресурсы, активировать планы чрезвычайных ситуаций и обучать общественность. Улучшенные прогнозы погоды на среднем диапазоне (5-10 дней) в сочетании с прогнозами климата помогают уточнить сроки. Для прибрежных сообществ критически важны инвестиции в инфраструктуру, закаленную штормами, природные буферы, такие как мангровые заросли и водно-болотные угодья, а также системы раннего предупреждения. Серьезный метеорологический информационный центр В режиме реального времени предоставляет предупреждения от национальных метеорологических служб по всему миру.

По мере развития климатических моделей взаимодействие естественной изменчивости и антропогенных изменений будет продолжать ставить под сомнение нашу способность прогнозировать и противостоять тропическим циклонам. Однако, углубляя наше понимание основных механизмов и инвестируя в устойчивые системы, общества могут лучше ориентироваться в предстоящие бурные десятилетия.