Атлантический бассейн является высокоактивным регионом для тропических циклонов, и сложная взаимосвязь между этими мощными штормами и крупномасштабными климатическими моделями регулирует их частоту, интенсивность и треки. Ураганы, как их называют в Атлантическом и восточном Тихом океане, являются одними из самых разрушительных явлений природы, черпая энергию из теплых океанских вод и формируясь атмосферными условиями, которые варьируются в зависимости от различных климатических циклов. Более глубокое понимание этих моделей позволяет ученым делать более точные сезонные прогнозы и помогает сообществам подготовиться к потенциальным воздействиям штормов. Это исследование охватывает климатические факторы, которые контролируют развитие ураганов, основные закономерности, которые модулируют активность, влияние изменяющегося климата, а также состояние прогнозирования и готовности.

Климатические факторы, влияющие на формирование и интенсификацию ураганов

Генезис и эволюция урагана зависят от точного набора условий окружающей среды. Среди них первостепенное значение имеет температура поверхности моря (SST). Ураганы требуют океанских вод не менее 26,5 °C (80 °F) на глубину 50 метров для обеспечения непрерывного подачи тепла и влаги. Это тепло испаряет воду в атмосферу, где она конденсируется и выделяет скрытое тепло, питая конвективный двигатель шторма. Более теплые SST не только позволяют первоначальное образование, но и позволяют бурям быстро усиливаться, увеличивая вероятность крупных ураганов с экстремальными ветрами.

Вертикальный сдвиг ветра — ещё один критический фактор.Определённый как изменение скорости или направления ветра с высотой, сильный сдвиг может наклонять вертикальную структуру шторма и нарушать его циркуляцию, эффективно разрывая его на части.В Атлантике на сдвиг ветра сильно влияют более масштабные закономерности, такие как Эль-Ниньо-Южное колебание.Наоборот, среда с низким сдвигом, часто встречающаяся в главном регионе развития вблизи Карибского моря и тропической Атлантики, весьма благоприятна для поддержания и усиления ураганов.Решающее значение имеет также содержание влаги в атмосфере. Сухой воздух может втягиваться в шторм, подавляя грозовую активность и ограничивая интенсификацию.Наличие воздушного слоя Сахары, горячего, сухого и пыльного воздуха, который движется у африканского побережья, может тормозить образование ураганов или ослаблять существующие штормы на короткие периоды.

Эффект Кориолиса, хотя и не является климатической моделью в традиционном смысле, необходим для усиления шторма. Ураганы формируются только на широтах не менее 5 градусов от экватора, где сила Кориолиса достаточно сильна, чтобы инициировать вращение. Кроме того, расположение зоны межтропической конвергенции (ITCZ) обеспечивает область низкоуровневой конвергенции, восходящего воздуха и ранее существовавших возмущений, таких как африканские восточные волны. Эти волны, которые выходят из западного побережья Африки в течение лета, служат семенами примерно 60% атлантических ураганов и 85% крупных ураганов. Структура температуры атмосферы верхнего уровня также имеет значение; более холодные, чем средние температуры в верхней тропосфере, повышают нестабильность, благоприятствуя глубокой конвекции и развитию шторма. Эти факторы объединяются, чтобы создать сезонное и географическое распределение активности урагана в бассейне.

Основные климатические модели, управляющие активностью ураганов в Атлантике

В масштабе времени от недель до десятилетий несколько климатических моделей оказывают контролирующее влияние на активность атлантических ураганов. Их взаимодействия и фазовые вариации являются предметом интенсивного изучения и имеют решающее значение для сезонного прогнозирования.

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO)

ENSO является доминирующим фактором год к году изменчивости в активности ураганов в Атлантике. Он происходит от аномалий температуры поверхности моря в тропической части Тихого океана, которые изменяют глобальную циркуляцию атмосферы. Во время Эль-Ниньо, более теплые, чем средние тихоокеанские воды, сдвигают циркуляцию Уокера, увеличивая глубокую конвекцию над восточной частью Тихого океана и усиливая западные ветры в воздухе через Карибский бассейн и тропическую Атлантику. Это приводит к сильному вертикальному сдвигу ветра, который разрывает на части развивающиеся штормы, подавляя образование ураганов. Следовательно, годы Эль-Ниньо (например, 1997, 2009 и 2015) обычно видят меньше и слабее ураганов в Атлантическом бассейне.

Напротив, условия FLT:0] Ла-Нинья характеризуются более прохладными тихоокеанскими водами, которые уменьшают конвекцию там и ослабляют западные ветры верхнего уровня. Это приводит к уменьшению сдвига ветра над Атлантикой, создавая более благоприятную среду для развития ураганов. Ла-Нинья годы (такие как 1998, 2010 и 2020) часто характеризуются активностью ураганов выше среднего, с увеличением числа названных штормов, ураганов и крупных ураганов. Нейтральная фаза ENSO обычно приводит к почти средней активности ураганов, хотя другие факторы, такие как AMO и MJO, могут модулировать результаты. Прогностическая сила ENSO делает его краеугольным камнем сезонных прогнозов ураганов, выпущенных такими организациями, как NOAA Центр прогнозирования климата , который отслеживает и прогнозирует условия ENSO за месяцы вперед.

Атлантическая многодекадная осцилляция (АМО)

AMO описывает долгосрочную картину изменчивости температуры поверхности моря в Северной Атлантике, с теплыми и прохладными фазами, которые обычно сохраняются в течение 20-40 лет. Во время теплой фазы температуры океана через Атлантику превышают долгосрочную среднюю, обеспечивая большую тепловую энергию для ураганов. Последняя теплая фаза началась в середине 1990-х годов и была связана с активной ураганной эрой, включая разрушительные сезоны 2004, 2005, 2017 и 2020 годов. Теплая фаза имеет тенденцию производить в среднем в два-три раза больше крупных ураганов по сравнению с холодными фазами. Холодная фаза AMO, которая преобладала с конца 1960-х до середины 1990-х годов, соответствовала более спокойному периоду, хотя и происходили заметные исключения, такие как ураган Эндрю (1992).

АМО связана с другими океаническими и атмосферными изменениями, включая сдвиги в африканских муссонах и связанные с ними вспышки пыли. Во время холодных фаз АМО могут происходить более сильные муссонные дожди и более африканские восточные волны, но более холодные воды по-прежнему ограничивают интенсивность ураганов. АМО считается естественным климатическим колебанием, хотя его последствия накладываются на тенденцию потепления из-за антропогенного изменения климата. Понимание фазы АМО имеет важное значение для контекстуализации долгосрочного риска ураганов и оценки относительного вклада естественной изменчивости и глобального потепления в наблюдаемые тенденции.

Внутрисезонные и региональные модели

Другие модели влияют на активность ураганов в более короткие сроки. Мадден-Джулианское колебание (MJO) является крупномасштабным нарушением тропического ветра и осадков, которые распространяются на восток каждые 30 - 60 дней. Когда усиленная конвективная фаза MJO движется по Атлантике, это может увеличить активность грозы и привести к усиленному образованию ураганов. И наоборот, подавленная фаза может препятствовать развитию. MJO является ключевым источником субсезонной предсказуемости для активности тропических циклонов.

Североатлантическая осцилляция (NAO) описывает изменения атмосферного давления над Северной Атлантикой и влияет на управляющие течения, которые направляют ураганы. Отрицательная NAO может ослабить торговые ветры и позволить ураганам вернуться в открытый океан, в то время как положительная NAO может направлять штормы более на запад к побережью США. Квази-биенналевая осцилляция (QBO)], модель стратосферных ветровых разворотов, также связана с активностью атлантических ураганов, хотя ее роль менее прямая. Взаимодействие между ENSO, AMO, MJO и NAO создает сложную среду, в которой ураганы развиваются, движутся и усиливаются.

Изменение климата и будущие риски ураганов

Индуцированные человеком изменения климата изменяют окружающую среду, в которой действуют атлантические ураганы, с несколькими хорошо документированными последствиями. В то время как общее число ураганов может не значительно увеличиться - некоторые модели даже предполагают небольшое снижение во всем мире - данные убедительно указывают на увеличение интенсивности сильнейших штормов. Более теплые океанские воды обеспечивают больше топлива, что приводит к более высоким максимальным устойчивым скоростям ветра. Исследования показывают, что доля крупных ураганов (категория 3, 4 и 5 по шкале Саффира-Симпсона) увеличилась в последние десятилетия, и эта тенденция, как ожидается, продолжится.

Более теплый воздух удерживает больше влаги, увеличивая потенциал для экстремальных осадков от ураганов в более теплом мире. Медленно движущиеся штормы, такие как ураган Харви (2017), произвели рекордные общие количества осадков. Повышение уровня моря, еще одно следствие глобального потепления, усугубляют наводнение штормового нагона. Более высокие базовые уровни моря позволяют всплескам проникать дальше вглубь страны и наносить более обширный ущерб. Эта комбинация более интенсивных ветров, более сильных осадков и более высоких штормовых нагонов представляет собой значительную угрозу для прибрежных общин.

Появляются новые доказательства того, что изменение климата также влияет на характер формирования ураганов. Тропики расширились, сместив некоторые ураганные активности в сторону полюса, что может подвергнуть такие регионы, как северо-восточные Соединенные Штаты или части Европы, более частым угрозам тропических циклонов. Быстрое усиление - где скорость ветра увеличивается на 30 узлов или более за 24 часа - становится все более распространенным явлением, создавая проблемы для систем прогнозирования и предупреждения. В Шестом докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) делается вывод о том, что глобальная доля тропических циклонов категории 4-5 будет увеличиваться с дальнейшим глобальным потеплением. Это усиливает неотложность мер по адаптации, включая улучшенные строительные нормы, береговую оборону и планирование устойчивости сообщества.

Историческая активность и долгосрочные тенденции

Анализ исторических записей об ураганах показывает различные эпохи повышенной и подавленной активности, тесно связанные с фазами АМО и другими моделями. Надежные записи в масштабах бассейна распространяются еще в 1850-е годы, при этом спутниковое покрытие значительно улучшилось после 1960-х годов. Активный период 1940-х и 1950-х годов, включавший в себя ураган 1935 года в День труда (самый сильный ураган в Атлантике, зарегистрированный под давлением), совпал с теплой фазой АМО. За этим последовала прохладная фаза с 1960-х годов до начала 1990-х годов, во время которой выпадение крупных ураганов в Соединенных Штатах было относительно редким, хотя исключения, такие как ураган Камиль (1969) и ураган Эндрю (1992), произошли.

С середины 1990-х годов Атлантика находилась в теплой фазе АМО, и активность ураганов была повышена. Этот период включает в себя гиперактивный сезон 2005 года (28 названных штормов, включая Катрину), рекордный сезон 2020 года (30 названных штормов) и разрушительный сезон 2017 года (Харви, Ирма, Мария). Исследователи продолжают обсуждать степень, в которой этот активный период обусловлен естественными циклами против глобального потепления. Увеличение интенсивности и доли крупных ураганов согласуется с прогнозами климатической модели и объясняется в основном антропогенным потеплением. Однако роль улучшенной наблюдательной технологии и сдвиг в фазе АМО усложняют атрибуцию частотных изменений. Долгосрочные прокси-записи из осадков и древесных колец предполагают, что текущая активная эра находится в пределах естественной изменчивости, но содержание тепла в верхнем океане - ключевой фактор - в настоящее время находится на рекордно высоком уровне, усиливая потенциальную интенсивность.

Прогнозирование, готовность и роль климатических моделей

Сезонные прогнозы ураганов, выданные такими агентствами, как NOAA и Университет штата Колорадо, интегрируют прогнозы климатических моделей, чтобы обеспечить предварительное предупреждение о вероятном уровне активности. Мастерство этих прогнозов в значительной степени зависит от способности прогнозировать условия ENSO на месяцы вперед. В течение лет Ла-Нинья прогнозы обновляются, чтобы отразить более высокий риск атлантических ураганов, в то время как годы Эль-Ниньо обычно дают более тихие прогнозы. AMO обеспечивает фоновое состояние, которое модулирует эффект ENSO; например, Ла-Нинья во время теплой фазы AMO может производить экстремальную активность.

В более коротких временных рамках синоптики используют MJO для прогнозирования периодов повышенной или подавленной активности в течение сезона. Программа улучшения прогнозов ураганов (HFIP) работает над улучшением интенсивности и отслеживанием прогнозов, включая лучшие наблюдения и моделирование ансамблей. Такие инструменты, как HWRF (модель исследования и прогнозирования погоды ураганов) и глобальные модели, работающие с более высоким разрешением, улучшают точность прогнозов.

Для обеспечения готовности понимание этих климатических моделей помогает общинам оценить свой риск. Жители в районах, подверженных ураганам, должны иметь комплексный план, включая маршруты эвакуации, аварийные поставки и страховое покрытие. Национальная метеорологическая служба предоставляет подробные ресурсы для безопасности ураганов. Климатические модели не являются детерминированными - в любой данный сезон могут быть штормы даже в подавленной фазе - но они определяют уровень необходимой бдительности. Продолжение инвестиций в исследования и прогнозирование имеет важное значение для снижения человеческих и экономических потерь этих мощных штормов.

Заключение

На сезон ураганов в Атлантическом бассейне оказывают глубокое влияние климатические модели, действующие в различных временных рамках, от межсезонного ММО до многолетней АМО. ENSO остается наиболее важным предиктором для деятельности, связанной с АМО, в то время как долгосрочные сдвиги, связанные с АМО, закладывают основу для эпох повышенного риска. Изменение климата, вызванное деятельностью человека, добавляет еще одно измерение, увеличивая интенсивность и потенциал осадков ураганов и усугубляя ущерб от штормовых нагонов за счет повышения уровня моря. Продолжая улучшать наше понимание этих моделей и их взаимодействий, мы можем лучше предвидеть сезонную активность, повышать навыки прогнозирования и осуществлять эффективные меры готовности. По мере того, как температура океана продолжает нагреваться, императив адаптации и повышения устойчивости в уязвимых прибрежных регионах никогда не был больше.