Роль температуры океана в развитии и укреплении тайфунов

Даже при соблюдении всех этих условий, без подстилающих теплых океанских вод, превышающих 26,5°C, на достаточную глубину, тайфун не может сформироваться или поддерживать себя.Таким образом, температура океана выступает в качестве основного энергетического резервуара.

Влияние температуры океана на усиление тайфуна

После образования тропического циклона его интенсивность напрямую связана с температурой океана под ним. Более теплые SST поставляют больше тепловой энергии, что может привести к более высоким скоростям ветра и более низкому центральному давлению. Максимальная потенциальная интенсивность (MPI) тайфуна в значительной степени определяется температурой поверхности моря - более теплая вода позволяет установить более высокий потолок на силу шторма. Эта связь регулируется термодинамическими принципами, где разница между SST и температурой оттока в верхней части шторма управляет энергетическим циклом.

Быстрое усиление

Одним из наиболее опасных явлений, связанных с тайфунами, является быстрая интенсификации (RI), обычно определяемая как увеличение максимальных устойчивых ветров не менее 30 узлов (35 миль в час) за 24 часа. RI обычно происходит над очень теплыми океанскими водами, часто выше 28-29 ° C, в сочетании с низким сдвигом ветра и высоким содержанием тепла в океане. Во время RI, внутренний ядро тайфуна контракты, и глазные стенки форм, позволяющих шторму стать чрезвычайно эффективным при извлечении тепла из океана. Изменение климата, путем потепления температуры поверхности моря, как ожидается, увеличит частоту и величину событий RI, что делает интенсивность тайфуна труднее предсказать.

Обратная связь по охлаждению океана

Интенсивные тайфуны могут фактически изменять температуру океана под ними посредством процесса, называемого , раздувающегося . По мере того, как мощные ветры шторма извергают морскую поверхность, более глубокие, более холодные воды выводятся на поверхность. Это может создать холодный след за штормом, уменьшая местный SST на 2-5 ° C. Если холодный след достаточно силен, он может ограничить дальнейшую интенсификацию, даже если шторм остается над тем, что было первоначально теплыми водами. Баланс между потеплением океана от солнечной радиации и охлаждением океана от шторма определяет, продолжается ли интенсификация. Штормы, которые медленно движутся над теплыми, глубокими океанами, могут вызвать более сильную обратную связь охлаждения, потенциально задерживая их рост.

Роль океанического теплового контента

Температура поверхности моря сама по себе не говорит всей истории. Более глубокий теплый слой обеспечивает больший резервуар тепла, на который может опираться шторм. Содержание тепла в океане (OHC) измеряет интегрированную тепловую энергию от поверхности до глубины изотермы 26 ° C. Тайфуны, которые проходят над регионами с высоким OHC, такими как теплые вихри, распространенные в западной части Тихого океана, могут усиливаться более резко, потому что охлаждающая обратная связь от подъема минимизирована. Исследования показали, что OHC является лучшим предиктором быстрой интенсификации, чем только SST, особенно для крупных тайфунов (категории 4 и 5).

Ключевые факторы, влияющие на температуру океана в бассейнах тайфунов

На температуры поверхности моря в районах, подверженных тайфуну, влияют различные природные циклы и географические особенности. Понимание этих факторов помогает синоптикам предвидеть сезонную активность тайфуна и потенциальные горячие точки для развития.

Глобальные климатические модели

Крупномасштабные климатические явления существенно модулируют температуру океана в Тихом и Индийском океанах.

• Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO):] Во время Эль-Ниньо центральная и восточная часть Тихого океана теплые, сдвигая область генезиса тайфунов на восток. Тайфуны вблизи Азии могут отслеживаться дальше на запад и становиться более интенсивными. В годы Ла-Нинья западная часть Тихого океана становится теплее, благоприятствуя большему количеству тайфунов, которые влияют на Филиппины и Китай.
• Тихоокеанское десятилетнее колебание (PDO): Долгосрочная картина изменчивости температуры океана, которая может усиливать или подавлять активность тайфуна в течение десятилетий. Положительная (теплая) фаза PDO имеет тенденцию увеличивать SST в западной части Тихого океана, способствуя большей штормовой активности.
• Диполь Индийского океана (IOD): Влияет на муссон Индийского океана и может влиять на формирование тайфуна, изменяя модели атмосферной циркуляции.

Сезонные вариации

Сезон тайфунов в северо-западной части Тихого океана обычно охватывает период с июня по ноябрь, когда SST являются самыми высокими. Пиковые месяцы (август-октябрь) совпадают с самыми теплыми океанскими водами и наибольшим потенциалом для крупных штормов. Сезонное потепление океана обусловлено солнечной радиацией, но отставание эффектов означает, что самые теплые SST часто происходят в конце лета или в начале осени.

Океанские течения

Основные океанские течения переносят теплую воду в районы формирования тайфунов.Ток Курошио приносит теплую тропическую воду на север вдоль побережья Японии и Восточной Азии, сохраняя SST повышенными даже в зимние месяцы. Это течение может создавать теплые вихри, которые служат «топливными складами» для тайфунов, приводя к внезапной интенсификации, когда над ними проходят штормы. В Атлантике Гольфстрим играет аналогичную роль для ураганов. Понимание этих течений имеет решающее значение для прогнозирования изменений интенсивности.

Географическое расположение

Западная часть северной части Тихого океана является наиболее активным бассейном тайфунов на Земле в основном из-за его постоянно высоких SST — Западно-Тихоокеанского теплого бассейна (WPWP). Этот регион, сосредоточенный вблизи Индонезии и Филиппин, обычно имеет SST выше 28 ° C круглый год. WPWP расширяется и сокращается сезонно и межгодово, непосредственно влияя на генерацию тайфунов. Другие бассейны, такие как Южная часть Тихого океана и Индийский океан, также имеют теплые бассейны, которые сезонно расширяются и производят циклоны.

Изменение климата и будущие тенденции тайфунов

Изменение климата, вызванное деятельностью человека, повышает глобальные температуры океана, и влияние на поведение тайфунов интенсивно изучается. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), верхние 100 метров океана прогрелись примерно на 0,4 ° C за последнее столетие, при этом прогнозируется дальнейшее потепление. Ожидается, что повышение СТУ увеличит максимальную потенциальную интенсивность тайфунов, что приведет к увеличению доли штормов категории 4 и 5.

Наблюдаемые и прогнозируемые изменения

• Данные за последние 40 лет показывают, что доля тропических циклонов, достигающих большой интенсивности (категория 3 или выше), увеличилась во всем мире, особенно в Северной Атлантике и Северо-Западной части Тихого океана. Более теплые SST обеспечивают больше энергии, позволяя штормам достигать более высоких скоростей ветра.
• Быстрые события интенсификации: Ожидается, что частота событий быстрой интенсификации будет расти. Более теплый океан означает, что штормы с большей вероятностью столкнутся с благоприятными условиями для взрывного усиления, что является значительной проблемой для прогнозирования и эвакуации.
• Медленное движение: Некоторые исследования показывают, что тайфуны могут двигаться медленнее из-за изменений атмосферных рулевых течений, потенциально увеличивая накопления осадков и воздействия прибрежных штормовых нагонов.
• Расширенные сезоны: Более теплые океаны могут позволить образованию тайфунов раньше весной и позже осенью, эффективно удлиняя сезон.

Важно отметить, что, хотя прогнозируется, что потепление SST увеличит интенсивность отдельных штормов, общее количество тропических циклонов во всем мире не может увеличиться или даже уменьшиться из-за компенсирующих изменений в атмосферных условиях, таких как увеличение вертикального сдвига ветра в некоторых бассейнах.

Неопределенности и границы исследований

Климатические модели демонстрируют значительное распространение в своих прогнозах будущей активности тайфунов из-за различий в том, как они имитируют конвекцию, связь океан-атмосфера и крупномасштабные изменения циркуляции. Текущие исследования направлены на улучшение разрешения климатических моделей для лучшего разрешения динамики тропических циклонов, а также углубление нашего понимания изменений содержания тепла в океане на глубинах, которые влияют на штормы. Наблюдения со спутников, , и разведка самолетов предоставляют важные данные для проверки этих моделей.

Полярно-орбитальные и геостационарные спутники измеряют SST с помощью инфракрасных и микроволновых радиометров. Инфракрасные датчики обеспечивают данные высокого разрешения под ясным небом, в то время как микроволновые датчики могут видеть сквозь облака, что делает их бесценными для мониторинга SST во время штормовой разработки. Продукт NOAA Optimum Interpolation Sea Surface Temperature (OISST) , поддерживаемый Национальными центрами экологической информации, является одним из наиболее широко используемых глобальных наборов данных SST, ассимилирующих спутниковые, буйные и корабельные наблюдения.

Наблюдения in-Situ: плавучие буи и арго

Пришвартованные буи в районах тайфуна обеспечивают непрерывный профиль температуры SST и подповерхностей, но покрытие является скудным. Международная программа Argo развернула тысячи автономных профилирующих поплавков, которые измеряют температуру и соленость с поверхности до 2000 метров каждые несколько дней. Данные Argo значительно улучшают оценки теплосодержание океана и помогают идентифицировать теплые особенности, такие как вихри, которые могут влиять на интенсивность шторма. Центры прогнозирования тайфунов используют эти данные для инициализации связанных моделей океан-атмосфера.

Сочетанные модели для прогнозов интенсивности

Современные системы прогнозирования тайфунов сочетают модели атмосферы и океана для имитации двустороннего взаимодействия между штормом и морем. Эти модели явно учитывают охлаждение океана из-за подъема и поверхностного теплового потока, что приводит к более точным прогнозам интенсивности. Модель Ураганные исследования погоды и прогнозирование (HWRF) и Глобальная система прогнозирования (GFS) являются примерами моделей, которые ассимилируют данные о SST и тепловом содержании океана. Оперативные центры, такие как Объединенный центр предупреждения о тайфуне (JTWC) и Японское метеорологическое агентство (JMA), полагаются на такие сопряженные модели для выдачи руководства по интенсивности.

Несколько ресурсов обеспечивают свободный доступ к глобальным картам SST и океанского теплового содержимого. NOAA OISST доступен для публичного скачивания. Центр прогнозирования климата также публикует еженедельные данные аномалии SST. Для продуктов, связанных с тайфуном, Объединенный центр предупреждения о тайфуне выпускает оперативные предупреждения и предоставляет оценки угроз, которые включают в себя содержание тепла в океане. Наконец, IPCC Шестой оценочный доклад содержит обширное обсуждение наблюдаемых и прогнозируемых изменений в активности тропических циклонов, связанных с потеплением океана.

Заключение

Температура океана является двигателем развития и укрепления тайфуна. Требование SST выше 26,5 ° C по глубокому слою является основой для генезиса, в то время как более теплые воды приводят к быстрой интенсификации и более высокой интенсивности пика. Природные климатические модели, такие как ENSO и Тихоокеанское десятилетнее колебание, модулируют температуры океана на сезонных и десятилетних временных масштабах, создавая периоды повышенного риска тайфуна. По мере глобального потепления климата увеличивается потенциал для более интенсивных, быстро усиливающихся штормов, создавая большие угрозы для уязвимых прибрежных популяций. Достижения в мониторинге океана - от спутников до плавающих Argo - в сочетании со все более сложными моделями атмосферы и океана, подчеркивают нашу способность предвидеть поведение тайфуна. Растущий объем климатических исследований подчеркивает критическую необходимость продолжать улучшать наше понимание динамики температуры океана как краеугольного камня готовности и устойчивости к тайфуну.