Формирование тайфунов в Тихом океане регулируется сложным взаимодействием физических особенностей. Эти факторы - от температуры поверхности моря и океанских течений до топографии дна океана и атмосферных условий - определяют, где, когда и насколько интенсивно развиваются эти мощные тропические циклоны. Глубокое понимание этих физических факторов имеет важное значение для повышения точности прогноза, снижения рисков для прибрежных сообществ и продвижения науки о климате. В этой статье рассматриваются ключевые физические особенности, которые влияют на генезис и интенсификация тайфунов в Тихоокеанском бассейне.

Температура поверхности моря и содержание тепла в океане

Теплые температуры поверхности моря (SSTs) являются основным источником энергии для формирования тайфуна. Океан должен обеспечивать достаточное количество тепла и влаги для питания глубокой конвекции, которая приводит в движение тропический циклон. Широко признанный порог для тропического циклогенеза составляет SST по крайней мере 26,5 ° C (приблизительно 80°F), простирающийся на глубину около 50 метров. Ниже этой температуры атмосфере не хватает необходимой нестабильности для поддержания организованной грозовой активности. Тихий океан, особенно западный тихоокеанский теплый бассейн, регулярно демонстрирует SST намного выше этого порога во время сезона тайфунов, который обычно проходит с мая по ноябрь.

Роль теплого бассейна

Западно-Тихоокеанский теплый бассейн (WPWP), область устойчиво высоких SST, превышающих 28 ° C в экваториальном западном Тихом океане, является наиболее плодовитым местом размножения тайфунов. Этот обширный резервуар теплой воды обеспечивает обильные скрытые тепловые потоки, которые являются энергией, выделяемой, когда водяной пар конденсируется в облачные капли. Глубина теплого слоя одинаково критична: глубокий термоклин позволяет тайфунам захватывать теплую воду снизу, не поднимая более прохладную подземную воду, которая ослабит шторм. Когда теплый бассейн простирается на восток во время событий Эль-Ниньо, формирование тайфунов сдвигается на восток, влияя на пространственное распределение штормовых путей.

Влияние Эль-Ниньо и Ла-Нинья

Цикл Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) значительно изменяет распределение SSTs через Тихий океан. Во время Эль-Ниньо теплый бассейн расширяется на восток, и SSTs поднимаются в центральной и восточной части Тихого океана, сдвигая зоны генезиса тайфуна на восток. Это часто приводит к более интенсивным штормам, которые путешествуют на большие расстояния, прежде чем вернуться. И наоборот, во время Ла-Ниньи, более холодные SST в центральной части Тихого океана ограничивают формирование тайфуна до далекой западной части Тихого океана, недалеко от Филиппин и Южно-Китайского моря. Частота и интенсивность тайфунов также модулируются ENSO, с годами Ла-Ниньи, как правило, производят больше тайфунов в западной части Тихого океана, хотя каждое событие имеет уникальные характеристики.

Содержание тепла в океане против SST

В то время как SST является удобной метрикой, океанское теплосодержание (OHC) обеспечивает более полную картину энергии, доступной развивающемуся тайфуну. OHC учитывает температурный профиль по всему верхнему слою океана, как правило, верхние 100 метров. Тайфун, проходящий над областью с высоким OHC - например, теплый западный Тихий океан, где смешанный слой простирается до 100 м и более - может поддерживать быструю интенсификацию. И наоборот, если теплый слой неглубокий, собственный вызванный штормом подъем может принести холодную воду на поверхность, голодая ее топливо. Вот почему тайфуны, которые следуют по глубокому теплому бассейну, часто достигают статуса супер тайфуна, в то время как те, кто движется по мелководной теплой воде, как правило, ослабевают.

Океанские течения и глубина воды

Океанские течения и батиметрический профиль Тихоокеанского бассейна играют решающую роль в направлении потока теплой воды и влиянии на поведение тайфунов.Взаимодействие тайфунов и течений может влиять как на интенсивность шторма, так и на траекторию.

Основные тихоокеанские течения

Северное экваториальное течение (NEC) и течение Куросио являются двумя основными океаническими особенностями, которые влияют на формирование и эволюцию тайфунов. NEC течет на запад через тропическую часть Тихого океана, передавая теплую воду в сторону Филиппин. Это течение помогает поддерживать теплый бассейн, адвентируя тепло из восточной части Тихого океана. Куросио течение, западное пограничное течение вдоль восточного побережья Тайваня и Японии, транспортирует теплую воду в сторону полюса. Тайфуны, которые следуют за Куросио, часто подключаются к этому теплому течению, поддерживая или даже увеличивая их интенсивность, когда они движутся в более высокие широты. Напротив, Калифорнийское течение вдоль восточной части Тихого океана приносит холодную воду на юг, подавляя образование тайфунов в этом регионе.

Холодные и холодные Эдди

Океанские течения также могут генерировать подъем, где более глубокая, более холодная вода поднимается на поверхность. При правильных условиях устойчивые зоны подъема могут создавать аномалии холодной воды, которые тормозят развитие тайфуна. Например, экваториальный холодный язык в восточной части Тихого океана, обусловленный торговыми ветрами и экваториальным подъемом, держит SST ниже порога в течение большей части года, объясняя, почему тайфуны редко формируются к востоку от линии дат. Кроме того, океанические вихри - как теплые, так и холодные - могут локально изменять содержание тепла. Теплые вихри могут обеспечить дополнительный импульс энергии, особенно в Южно-Китайском море, в то время как холодные вихри могут ослабить проходящие штормы.

Глубина воды и дно трения

Глубина воды влияет на интенсивность тайфуна через трение дна и наличие теплой воды. В мелководных морях (менее 50 метров глубиной), таких как вблизи береговых линий Филиппин, Тайваня или материковой части Китая, усиление трения между ветрами шторма и морским дном замедляет приповерхностные течения, снижая эффективность теплопередачи и часто приводя к ослаблению шторма. Кроме того, мелководье ограничивает объем теплой воды, доступной для удержания, поскольку смешанный слой ограничен морским дном. Напротив, глубокие воды открытого Тихого океана (глубина > 4000 м) позволяют полностью развивать поверхностные волны океана и эффективный теплообмен, поддерживая быструю интенсификацию. Именно поэтому супертайфуны чаще всего происходят над глубокими океанскими бассейнами, а не вблизи мелких континентальных шельфов.

Топография океанского дна

Форма и особенности морского дна — подводные хребты, траншеи, подводные горы и плато — косвенно влияют на тайфуны, изменяя океанские течения и распределение тепла, и непосредственно изменяя атмосферную циркуляцию в регионах, где дно океана поднимается близко к поверхности, таких как острова и атоллы.

Подводные канавы и траншеи

Тихий океан содержит некоторые из самых драматических подводных топографий в мире, включая Филиппинскую впадину, Марианскую впадину и хребет Кюсю-Палау. Хотя эти особенности не направляют тайфуны напрямую через механические силы (поскольку атмосфера отделена от морского дна на типичных глубинах), они влияют на движение глубоких течений и формирование внутренних волн. Внутренние волны, генерируемые по грубой топографии, могут смешивать океан вертикально, принося более холодную воду к поверхности. Это смешивание может создавать небольшие холодные пятна, которые могут ослабить тайфун, проходящий над головой, хотя эффект часто скромный по сравнению с более крупными тепловыми градиентами. В некоторых регионах присутствие подъема или плато может отклонять глубокие течения, изменяя горизонтальную адвекцию теплой воды, что, в свою очередь, изменяет термодинамическую среду для тайфунов.

Морские горы и островные эффекты

Подводные горы — подводные горы, не достигающие поверхности — могут нарушать циркуляцию океана и создавать области повышенной биологической продуктивности, но оказывают незначительное прямое влияние на тайфуны. Однако острова и атоллы, которые по существу являются подводными горами, которые разрушают поверхность, могут значительно влиять на структуру тайфуна. Когда тайфун проходит над или вблизи большого острова (например, Тайвань, Лусон, Хонсю), трение с поверхности суши нарушает циркуляцию шторма, часто приводя к ослаблению или структурным изменениям. И наоборот, острова западной части Тихого океана также служат физическими барьерами, которые могут отклонять траектории шторма. Сложная топография Филиппинского архипелага, например, часто изменяет путь и интенсивность тайфунов, движущихся через регион.

Эффекты океанического плато

Плато Онтонг Ява в юго-западной части Тихого океана является примером большой, мелководной подводной особенности, которая влияет на распределение тепла в океане. Воды над такими плато часто теплее, чем окружающие более глубокие районы, потому что мелководная колонна позволяет солнечному излучению более эффективно нагревать весь слой. Этот локализованный теплый участок может обеспечить дополнительное топливо для тайфунов, проходящих над головой, потенциально способствуя интенсификации. Аналогичные эффекты происходят над бассейном Южно-Китайского моря, где относительно небольшая средняя глубина (около 1200 м) в сочетании с теплыми течениями делает его предпочтительным регионом для развития тайфуна, несмотря на то, что он частично закрыт.

Атмосферные условия, влияющие на формирование тайфуна

Физические особенности атмосферы тесно связаны с океаническими условиями, чтобы определить, станет ли тропическое возмущение тайфуном. Несколько ключевых параметров атмосферы должны выровняться для возникновения генезиса.

Низкий вертикальный сдвиг ветра

Вертикальный сдвиг ветра — изменение скорости ветра или направления с высотой — должен быть низким (обычно менее 10-15 м/с) для развития тайфуна. Сильный сдвиг нарушает глубокую конвекцию, наклоняя вихрь и выдавая тепло из ядра шторма. Тихий океан имеет устойчивые регионы с низким сдвига, особенно в западной части бассейна около муссонового желоба, где могут организовываться семена тайфуна (тропические волны и возмущения). В течение лет Эль-Ниньо усиленный сдвиг в западной части Тихого океана может подавлять образование, смещая активность на восток, где сдвиг остается низким.

Высокая среднетропосферная влажность

Влажная средняя тропосфера (около 500-700 гПа) необходима для поддержания глубоких конвективных облаков и предотвращения попадания сухого воздуха в шторм. Тропическая атмосфера Тихого океана, как правило, влажная, но сухие воздушные вторжения из субтропических максимумов или континентального оттока могут иногда препятствовать развитию. Существование влажной оболочки вокруг развивающегося возмущения, часто поддерживаемого теплыми SST и организованным оттоком, является ключевым фактором быстрой интенсификации.

Расхождение верхнего уровня

Для усиления тайфуна должен быть эффективный отток верхнего уровня, который выдает выхлоп шторма. Этому способствует антициклон верхнего уровня (тропический верхний тропосферный корыт или ячейка TUTT), который обеспечивает дивергентный поток в воздухе. В западной части Тихого океана активный муссонный корыт помогает генерировать расхождение верхнего уровня, которое благоприятствует циклогенезу. На взаимодействие между потоком верхнего уровня и оттоком шторма влияют более масштабные особенности циркуляции, такие как Мэдден-Джулианская осцилляция (MJO), которая модулирует конвективную активность над Тихим океаном.

Эффект Кориолиса и широта

Тайфуны образуются только в широтах, где сила Кориолиса достаточно сильна, чтобы инициировать вращение — обычно на полюсе около 5 градусов от экватора. В Тихом океане большинство тайфунов образуются между 5°N и 20°N, со вторичной областью в южной части Тихого океана (хотя там они называются циклонами). Параметр Кориолиса увеличивается с широтой, обеспечивая необходимый спин для развития вихрей. Очень близко к экватору (в пределах 3° широты) сила Кориолиса слишком слаба, чтобы поддерживать замкнутую циркуляцию, объясняя, почему широкие тропические пояса Тихого океана между 5°N и 20°N составляют обширную нерестилище тайфунов, особенно во время бореального лета и осени.

Взаимодействие физических особенностей: пример кейс-исследования

Чтобы проиллюстрировать, как эти физические особенности взаимодействуют, рассмотрим типичный супертайфун, развивающийся в Филиппинском море. Теплые SST, превышающие 30 ° C в тихоокеанском теплом бассейне, обеспечивают обильное скрытое тепло. Глубокий смешанный слой (более 100 м) обеспечивает высокое содержание тепла в океане, которое может поддерживать быструю интенсификацию. Слабый вертикальный сдвиг ветра в муссоновом корыте позволяет организовать конвективные кластеры. Наличие теплых вихрей от течения Куросио добавляет дополнительную энергию, поскольку шторм начинает двигаться на северо-запад. Штормовые пути над глубокими океанскими бассейнами (глубины > 4000 м) с минимальным трением дна. Между тем, хорошо установленный антициклон верхнего уровня обеспечивает отличный отток. По мере приближения к Тайваню или Лусону шторм может начать взаимодействовать с топографией, и более мелкие прибрежные воды вызывают небольшое ослабление. Однако после пересечения в Южно-Китайское море, если шторм повторно сталкивается с глубокой, теплой водой, типичной для этого региона, он может усилиться,

Заключение

Физические особенности, влияющие на формирование тайфунов в Тихом океане, разнообразны и взаимосвязаны. Теплые температуры поверхности моря и высокое содержание тепла в океане остаются наиболее важными факторами, обеспечивающими энергию для развития штормов и интенсификации. Океанские течения, такие как Куросио и экваториальные течения, перераспределяют тепло и изменяют окружающую среду посредством подъема и вихрей. Глубина воды и батиметрические особенности, такие как траншеи, хребты и подводные горы, влияют на смешивание океанов и могут косвенно влиять на тайфуны, особенно в мелководных прибрежных районах. Атмосферные условия - низкий сдвиг ветра, высокая влажность, расхождение верхнего уровня и эффект Кориолиса - дополняют картину, работая в согласии с океаническими факторами для создания благоприятных условий для тифогенеза. Всестороннее понимание этих физических особенностей имеет важное значение для улучшения прогнозов следов тайфунов и интенсивности, особенно в изменяющемся климате, где растет количество SST и тепловое содержание океана. Благодаря интеграции наблюдений этих физических драйверов в модели прогнозирования метеорологи могут лучше

Читать далее →