Острова южной части Тихого океана испытывают одни из самых интенсивных и частых тропических циклонов на планете. Это не случайность природы; уникальная география и океанография региона создают идеальную штормовую машину. Теплые моря, сходящиеся ветры и взаимодействие огромных океанских бассейнов с рассеянными массивами суши — все это сговоры для создания и управления этими мощными штормами. Понимание того, как эти физические особенности взаимодействуют, имеет важное значение для понимания того, почему Южная часть Тихого океана является глобальной горячей точкой для формирования циклонов, а также для улучшения прогнозирования и устойчивости островных государств, которые несут основную тяжесть своей ярости.

Географические особенности, влияющие на формирование циклонов

География южной части Тихого океана определяется его огромными масштабами. Океан здесь охватывает десятки миллионов квадратных километров, усеянных тысячами островов, начиная от высоких вулканических вершин и заканчивая низменными коралловыми атоллами. Это океаническое пространство неоднородно; оно содержит отдельные регионы теплой поверхностной воды, устойчивые зоны атмосферной конвергенции и преобладающие ветровые пояса, которые в совокупности создают благоприятные условия для циклонного генезиса.

Зона сближения южной части Тихого океана

Критическим атмосферным двигателем для формирования циклона является Южно-Тихоокеанская зона конвергенции (SPCZ). Эта удлиненная полоса низкого давления и конвективного облака простирается от западного тихоокеанского теплого бассейна вблизи Соломоновых островов на юго-восток к Французской Полинезии. В пределах SPCZ поверхностные ветры из северного и южного полушарий сходятся, вынуждая теплый, влажный воздух вверх. Этот подъем питает возвышающиеся грозы и организует их в кластеры, которые при правильных условиях могут вспыхнуть в тропические депрессии и в конечном итоге циклоны. SPCZ является самым заметным дождевым поясом в Южном полушарии и первичной циклонной питомник для региона.

Западно-Тихоокеанский бассейн

К западу от южной части Тихого океана, недалеко от морского континента, находится Западно-Тихоокеанский теплый бассейн , огромная площадь, где температура поверхности моря (SST) постоянно превышает 28 ° C (82 ° F) и может достигать 30 ° C или выше. Этот огромный резервуар тепла и влаги является энергетическим банком для штормов региона. Теплый бассейн приводит в действие глубокую атмосферную конвекцию, которая питает SPCZ и обеспечивает термодинамическое топливо, которое позволяет возмущениям усиливаться в циклоны. Положение и степень этого теплого смещения бассейна с Эль-Ниньо-Южным колебанием (ENSO), непосредственно влияя на циклонные сезоны.

Температура океана и энергия циклона

Тропические циклоны являются тепловыми двигателями. Они извлекают энергию из скрытого и чувственного тепла океана, преобразуя его в кинетическую энергию мощных ветров. Критическим порогом для формирования и поддержания циклона является температура поверхности моря 26,5 °C (80 °F) на глубине не менее 50 метров. Южная часть Тихого океана встречается и превышает это состояние на широких территориях большую часть года, особенно с ноября по апрель.

Температурные градиенты поверхности моря

Важно не только абсолютная температура, но и пространственный градиент. В южной части Тихого океана градиент SST между теплым бассейном (запад) и более прохладным восточным экваториальным Тихим океаном является ключевым фактором SPCZ и ENSO. Резкий градиент может усилить конвергенцию низкого уровня и увеличить вероятность возникновения циклона. И наоборот, во время сильных событий Эль-Ниньо теплый бассейн смещается на восток, изменяя зону формирования первичного циклона и часто производя больше циклонов в центральной и восточной части южной части Тихого океана.

Содержание тепла в океане

Помимо температуры поверхности, важно содержание тепла в океане в верхнем смешанном слое. Южная часть Тихого океана имеет глубокий термоклин на западе, что означает, что большой объем теплой воды доступен для разжигания штормов. Циклоны могут смешивать более холодную воду снизу на поверхность, отключая их энергоснабжение, но глубокий теплый слой предотвращает этот самоограничивающий эффект. Такие регионы, как Коралловое море и воды вокруг Фиджи и Вануату, имеют высокое содержание тепла в океане, что позволяет быстро интенсификация штормов, таких как циклон Пэм (2015) и циклон Уинстон (2016).

Атмосферные условия и модели ветра

Тепло океана необходимо, но недостаточно. Атмосфера должна обеспечивать благоприятную среду для организации циклонов. В южной части Тихого океана вступают в действие три ключевых фактора, связанных с ветром: преобладающие восточные пассаты, эффект Кориолиса и вертикальный сдвиг ветра.

Торговые ветры и пасхальные волны

юго-восточные пассаты доминируют в южной части Тихого океана в сезон циклонов. Эти устойчивые ветры дуют от высокого давления вблизи субтропических хребтов к низкому давлению SPCZ. По мере их течения они взаимодействуют с зоной конвергенции, чтобы производить восточные волны — возмущения в низкоуровневом ветровом поле, которые дрейфуют на запад. Многие из этих волн становятся саженцами тропических циклонов, когда они сталкиваются с теплыми SST и благоприятными условиями верхнего уровня SPCZ. Торговые ветры также помогают направлять развивающиеся штормы, как правило, на запад или запад-юго-запад, хотя их пути могут резко измениться.

Эффект Кориолиса

Эффект Кориолиса необходим для инициирования вращения тропического циклона.] В Южном полушарии он отклоняет сходящийся воздух влево, создавая по часовой стрелке вращение вокруг центров низкого давления. Сила эффекта Кориолиса увеличивается с широтой. Около экватора (в пределах около 5° широты) он слишком слаб, чтобы выдержать вращение — следовательно, циклоны редко образуются в пределах 5°С экватора. Бассейн циклонов южной части Тихого океана простирается примерно от 5°С до 25°С, где эффект Кориолиса достаточно силен, чтобы позволить шторму раскручиваться, но не настолько силен, чтобы ингибировать плотное ядро циклона.

Вертикальный сдвиг ветра

Для усиления тропического циклона ветры верхнего уровня должны сотрудничать. Вертикальный сдвиг ветра — разница в скорости и направлении ветра между нижней и верхней тропосферой — может разорвать развивающийся шторм. В южной части Тихого океана сдвиг обычно низкий в течение сезона циклонов, особенно вблизи SPCZ и теплого бассейна. Низкий сдвиг позволяет глубокой конвекции оставаться выровненной с циркуляцией поверхности, позволяя скобке консолидироваться. Однако области высокого сдвига, часто связанные с субтропическим струйным потоком, могут ингибировать образование. Граница между низким сдвига в тропиках и высоким сдвига в субтропиках часто определяет южный предел формирования циклона.

Островная география и штормовое взаимодействие

Южная часть Тихого океана не является открытым океаном, лишенным суши. Многие острова и атоллы Меланезии, Микронезии и Полинезии взаимодействуют с циклонами сложными способами. В то время как сами острова не вызывают циклоны (это делает океан), их топография может влиять на структуру шторма, интенсивность и следы.

Орографическое улучшение

Когда циклон проходит вблизи высокого вулканического острова, такого как на Фиджи, Вануату или Соломоновых островах, вынужденный подъем влажного воздуха на наветренных склонах может усилить конвекцию, потенциально увеличивая количество осадков и локализованные порывы ветра. Этот орографический эффект может вызвать очаги экстремальных осадков, приводя к внезапным наводнениям и оползням. И наоборот, подветренная сторона острова может испытывать высыхание склона и более легкие ветры, создавая резкие погодные контрасты на коротких расстояниях.

Остров блокирует и управляет

Малые атоллы оказывают минимальное воздействие на большой циклон, но более крупные острова могут изменять низкоуровневый поток. Местность острова может отклонять поверхностное ветровое поле, заставляя шторм колебаться или реорганизовываться. В некоторых случаях взаимодействие суши может ослабить циклон, перекрыв его подачу теплой океанской влаги, если центр шторма пересекает непосредственно над сушей. Однако многие острова южной части Тихого океана достаточно узки, чтобы ядро шторма могло оставаться над водой, сохраняя интенсивность. Наличие крупных островов Новой Каледонии и Северного острова Новой Зеландии может выступать в качестве частичного барьера, который направляет штормы в сторону полюса или ускоряет их.

Сезонная и климатическая изменчивость

Образование циклонов в южной части Тихого океана не является постоянным в течение всего года. Официальный сезон циклонов длится с ноября по апрель, достигая пика, как правило, в январе-феврале, когда SST являются самыми высокими, а SPCZ наиболее активен. Однако количество и распределение циклонов резко варьируются из года в год из-за колебаний климата.

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO)

ENSO является доминирующим фактором изменчивости циклонов в южной части Тихого океана. В течение Эль-Ниньо теплый бассейн сдвигается на восток, а SPCZ перемещается ближе к экватору и распространяется на восток. Это приводит к образованию большего количества циклонов в центральной и восточной части южной части Тихого океана (например, вблизи Французской Полинезии, Островов Кука), часто с большей интенсивностью. В Ла-Нинья годы SPCZ отступает на запад и становится более концентрированным, что приводит к увеличению числа циклонов вблизи Австралии, Папуа-Новой Гвинеи и Соломоновых островов, но меньше к востоку от 160°E. Таким образом, цикл ENSO контролирует, какие островные страны сталкиваются с наибольшим риском в любой данный сезон.

Мадден-Джулианская осцилляция (MJO)

Madden-Julian Oscillation (MJO) — импульс усиленной конвекции, который движется на восток вдоль экватора каждые 30—60 дней. Когда конвективная фаза MJO проходит над южной частью Тихого океана, это может вызвать всплеск активности циклона, увеличивая крупномасштабное восхождение и конвергенцию низкого уровня. И наоборот, подавленная фаза может успокоить регион. Синоптики внимательно следят за MJO для субсезонных прогнозов циклона.

Исторические примеры циклонов

Изучение прошлых циклонов показывает, как география взаимодействует с динамикой шторма.

Циклон Пэм (2015)

Циклон Пэм сформировался в Коралловом море к востоку от Соломоновых островов в начале марта 2015 года. Он отслеживал юго-юго-восточный отток на фоне низких сдвигов и исключительно теплых SST (выше 30 ° C) вдоль SPCZ. Буря быстро усилилась до категории 5 по шкале Саффира-Симпсона, упаковывая ветры 250 км/ч. Вануату, цепь высоких вулканических островов, была непосредственно поражена. Орографическое усиление вызвало катастрофические осадки, причем некоторые районы зафиксировали более 500 мм за 48 часов. Интенсивность Пэм была связана с высоким содержанием тепла в океане и благоприятным оттоком верхнего уровня, обеспечиваемым MJO. Этот случай подчеркивает роль теплого бассейна и низкого сдвига в быстрой интенсификации.

Циклон Уинстон (2016)

Циклон Уинстон стал самым интенсивным тропическим циклоном, когда-либо зарегистрированным в бассейне южной части Тихого океана, с 10-минутными устойчивыми ветрами 280 км/ч. Он сформировался к северо-востоку от Фиджи в феврале 2016 года во время сильного Эль-Ниньо. Шторм прошел необычный петлевой путь, прежде чем ударить по главному острову Фиджи Вити-Леву в качестве системы категории 5. Интенсивность Уинстона была подпитана SST выше 30 ° C и очень низким сдвига. Изрезанная местность Фиджи вызвала экстремальные местные порывы ветра и осадки, но также немного нарушила внутреннее ядро шторма, когда он пересек землю. Трасса Уинстона подчеркнула, как смещение на восток SPCZ во время Эль-Ниньо может подвергнуть центральную Полинезию сильным циклонам.

Прогнозирование и проблемы готовности

Уникальная география южной части Тихого океана создает значительные проблемы для прогнозирования циклонов. В регионе имеются разреженные сети наблюдения за поверхностью и верхним уровнем воздуха. На многих островах отсутствуют метеорологические радары, а обширный океан означает, что спутниковые данные — от геостационарных и полярно-орбитальных спутников — являются основным источником наблюдений. Синоптики в региональных специализированных метеорологических центрах (RSMC) в Нади, Фиджи и Веллингтоне, Новая Зеландия, в значительной степени полагаются на метод моделирования и спутниковые методы, такие как метод Дворака, для оценки интенсивности циклона.

Еще одна проблема заключается во взаимодействии циклонов со сложной топографией островов. Маломасштабные эффекты, такие как орографические осадки и ускорение ветра на стороне лии, трудно уловить в прогнозных моделях, что приводит к локализованным опасностям, которые могут быть недооценены. Изменение климата добавляет сложности: повышение SST и изменение моделей ENSO могут смещать зоны формирования циклонов и увеличивать долю штормов высокой интенсивности. Островные страны должны адаптироваться путем укрепления систем раннего предупреждения, строительства устойчивой к циклонам инфраструктуры и сохранения естественных защит, таких как мангровые заросли и коралловые рифы.

Заключение

Необычная география южной части Тихого океана не является пассивным фоном для активности тропических циклонов — она является активным участником. Теплые воды Западно-Тихоокеанского теплого бассейна и организованная конвергенция SPCZ создают естественный генератор штормов. Торговые ветры создают нарушения; эффект Кориолиса обеспечивает вращение; низкий сдвиг позволяет им созревать. Острова изменяют штормы, с которыми они сталкиваются, добавляя дополнительную сложность. Годы с Эль-Ниньо или Ла-Нинья меняют всю картину. Для миллионов людей, живущих на тихоокеанских островах, понимание этих географических факторов — это не просто научное любопытство — это вопрос выживания. Продолжение исследований, улучшение прогнозирования и готовность сообщества необходимы для снижения разрушительного воздействия этих мощных штормов в одном из самых подверженных циклонам регионов на Земле.