На родине ураганов, в тропиках, массы воздуха сильно нагреты и насыщены водяными парами – температура поверхности океана на этих широтах достигает двадцати семи – двадцати восьми градусов Цельсия. Вследствие этого возникают мощные восходящие токи воздуха и выделением запасенного им солнечного тепла и конденсацией содержащихся в нем паров. Процесс развивается и нарастает, получается своеобразный гигантский насос – в воронку, образовавшуюся в месте зарождения этого насоса, засасываются соседние массы такого же теплого и насыщенного парами воздуха, и таким образом процесс распространяется еще и вширь, захватывая все новые и новые площади на поверхности океана.
Когда вы выливаете воду из ванны через сливное отверстие, образуется водоворот. Примерно то же самое происходит и с воздухом, поднимающимся кверху в месте зарождения циклона, – он начинает вращаться.
Гигантский воздушный насос продолжает работать, все больше влаги конденсируется на его воронкообразной вершине, все больше тепла при этом высвобождается. (Американские метеорологи подсчитали: в течение одного дня кверху может быть поднято свыше миллиона тонн воды – в виде пара, которым непрерывно насыщается приповерхностный слой атмосферы; энергии, высвободившейся при конденсации за какие-нибудь десять дней, хватило бы такому высокоразвитому в промышленном отношении государству, как США, на шесть лет!). Считается, что циклон средней силы выделяет приблизительно такое же количество энергии, сколько 500000 атомных бомб с мощностью сброшенной над Хиросимой. Атмосферное давление в центре зародившегося циклона и на его окраинах становится неодинаковым: там, в центре циклона, оно гораздо ниже, а резкий перепад давления – это причина сильных ветров, перерастающих вскоре в ураганные. На пространстве диаметром от трехсот до пятисот километров начинают свою бешеную круговерть сильнейшие ветры.
Возникнув, циклоны начинают перемещаться со средней скоростью 10-30 км/ч, иногда они могут на некоторое время зависать над местностью.
Циклоны (обычные и тропические) представляют собой крупномасштабные вихри диаметром: обычные от 1000 до 2000 км; тропические от 200 до 500 км и высотой от 2 до 20 км.
Воздушные массы двигаются в области циклона по спирали, закручивающейся к его центру (против часовой стрелки в северном полушарии, в южном наоборот) со скоростью:
Обычные не более 50-70 км/ч;
Тропические 400-500 км/ч
В центре циклона давление воздуха ниже чем на периферии, именно поэтому, двигаясь по спирали, воздушные массы стремятся к центру, где они затем подымаются вверх, порождая сильную облачность.
Если в центре:
Обычного циклона давление воздуха по сравнению с атмосферным (760 мм р.с.) составляет 713-720 мм р.с.;
То в центре тропического циклона давление падает до 675 мм р.с.
В центре тропического циклона есть область низкого давления с высокой температурой, диаметром 10-40 км, где царит затишье – глаз тайфуна.
Ежегодно на Земном шаре возникают и полностью развиваются не менее 70 тропических циклонов.
Когда тропический циклон (тайфун, ураган) приближается к побережью он несет перед собой громадные массы воды. Штормовой вал сопровождается сильными дождями и смерчами . Он налетает на прибрежные районы, уничтожая все на своем пути.
Пример
В 1970 году тайфун. который прорвал устье реки Ганг (в Индии) затопил 800 000 км 2 побережья. Имел скорость ветра 200-250 м/с. Морская волна достигала высоты 10 м. Погибло около 400 000 человек.
Сегодня существуют современные методы прогнозирования тропических циклонов (тайфунов, ураганов). Каждое подозрительное скопление облаков, где оно не возникло, фотографируется метеорологическими спутниками из космоса, самолеты метеослужбы летают к «глазу тайфуна» чтобы получить точные данные. Эта информация закладывается в компьютеры, чтобы рассчитать путь и продолжительность тропического циклона (тайфуна, урагана) и заранее оповестить население о опасности.
Ураган
Ураганом называется ветер силой в 12 баллов (до 17 баллов) по шкале Бофорта, т.е. со скоростью 32,7 м/с (более 105 км/ч) и достигает до 300 м/с (1194 км/ч)
Ураган – сильный маломасштабный атмосферный вихрь, в котором воздух вращается со скоростью до 100 м/с. Он имеет форму столба (иногда с вогнутой осью вращения) с воронкообразными расширениями сверху и снизу. Воздух вращается против часовой стрелки и одновременно поднимается по спирали, втягивая пыль, воду, различные предметы. Ураган на суше называется бурей , а на море штормом .
Основными характеристиками ураганов являются:
Скорость ветра;
Пути движения;
Размеры и построение;
Средняя продолжительность действий.
Самой важной характеристикой ураганов является скорость ветра. Из нижеприведенной таблицы (по шкале Бофорта) видна зависимость скорости ветра и наименования режимов. Средняя скорость передвижения урагана на Украине 50-60 км/ч.
Размеры ураганов весьма различные. Обычно за его ширину принимают ширину зоны катастрофических разрушений, которая может измеряться сотнями километров. Фронт урагана достигает длины до 500 км. Ураганы возникают в любое время года, но более часто с июля по октябрь. В остальные 8 месяцев они редки, пути их коротки.
Средняя продолжительность урагана – 9-12 дней. На Украине ураганы длятся недолго от нескольких секунд до нескольких часов.
Ураган практически всегда хорошо виден, при его приближении слышно сильное гудение.
Ураганы являются одной из самых мощных сил стихии. По своему пагубному воздействию не уступают таким страшным стихийным бедствиям, как землетрясения. Это объясняется тем, что они несут в себе колоссальную энергию. Ее количество, выделяемое средним по мощности ураганом в течении одного часа, равно энергии ядерного взрыва в 36 Мгт.
Ураган несет тройную угрозу людям, которые оказываются на его пути. Наиболее разрушительными являются ветер, волны и дождь.
Часто ливни, сопровождающиеся ураганом, гораздо опаснее самого ураганного ветра, особенно для тех людей, которые живут на побережье или вблизи от него. Ураган создает на побережье волны высотой до 30 м, может быть причиной ливней, а позднее обусловить появление эпидемии, например ураганный штормовой прилив, совпавший с обычным, вызвал в 1876 году гигантское наводнение на побережье Индии, во время которого волна поднималась на 12-13 м. Утонуло около 100 000 человек и почти столько же погибло от последствий свирепой эпидемии.
Ураган при распространении над морем вызывают огромные волны высотой 10-12 метров и более, повреждают или даже приводят к гибели суда.
Наибольшую опасность во время урагана представляют предметы, поднятые с земли и раскрученные до огромной скорости. В отличие от бурь, ураган идет узкой полосой, поэтому его можно избежать. Нужно только определить направление его движения и двигаться в противоположную сторону.
Ураганный ветер разрушает прочные и сносит легкие строения, опустошает засеянные поля, обрывает провода и валит столбы линий электропередачи и связи, повреждает транспортные магистрали и мосты, ломает и вырывает с корнями деревья, повреждает и топит суда, вызывает аварии на комунально-энергетических сетях в производстве. Бывали случаи, когда ураганный ветер разрушал дамбы и плотины, что приводило к большим наводнениям, сбрасывал с рельсов поезда, срывал с опор мосты, валил фабричные трубы, выбрасывал на сушу корабли.
FAQ о тропических циклонах (ураганах, тайфунах)
1. Что такое ураган, тайфун и тропический циклон?
Тропический циклон – термин, используемый для нефронтальной системы низкого давления синоптического и мезометеорологического масштаба в тропических и субтропических водах, имеющей организованную конвекцию и определённую циклоническую циркуляцию ветров. Ураганы и тайфуны – это местные названия тропических циклонов.
Тропические циклоны с максимальной скоростью ветров у земной поверхности до 17 м/с называются тропической депрессией. Она имеет замкнутую циркуляцию. Депрессии возникают в результате волновых возмущений во внутритропической зоне конвергенции (ВЗК) на тропическом фронте, а также на пассатных фронтах. Слабые волновые возмущения возникают и независимо от фронтов, внутри пассатного течения. Перемещаются эти тропические депрессии медленно, преимущественно с востока на запад, в общем направлении переноса воздуха внутри тропиков.
Если ветер в тропическом циклоне дует со скоростью от 17 до 33 м/с, то это тропический шторм. Конвекция в нём, как правило, сосредоточена в центре, а осадки выпадают в отчётливых скоплениях Cb.
2. Что такое ураганы «Кабо-Вердэ»? Это тип атлантических тропических циклонов, которые формируются недалеко (меньше 1000 км) от островов Зелёного Мыса и затем становятся ураганами до Карибского бассейна. Как правило такие ураганы возникают в августе и сентябре. Их количество варьирует от 0 до 5 в год – в среднем 2 случая в году.
3. Что такое «супертайфун»?
Супертайфун – это тайфун, скорость ветра в котором составляет 65 и более м/с.
4. Что такое «Восточные волны» и каковы причины их возникновения?
Было отмечено, что в нижних слоях тропосферы (от поверхности океана до высоты 5 км) существуют так называемые «восточные волны», которые являются причиной большого количества тропических циклонов в Атлантике. Эти волны берут своё начало ещё в Африке. Были предложены различные механизмы образования этих волн. Было доказано, что они вызваны нестабильностью африканских восточных потоков. (Это бароклинно-баротропная нестабильность – когда ценность потенциального вихря начинает снижаться в направлении на север.) Эти волны двигаются в западном направлении ч-з Атлантику. Первые волны заметны в апреле-мае и продолжаются до ноября. Длина волн достигает 2500 км, а их период составляет 3 – 4 суток. В среднем, около 60 волн генерируются ежегодно в Северной Африке. Около 85% активных атлантических ураганов зарождаются в восточной волне.
5. Что такое «тропическое возмущение»?
Тропическое возмущение – это отдельная погодная система с явно ограниченной конвекцией, диаметром 200-600 км, возникающая в тропических или субтропических широтах. Имеет нефронтальный миграционны й характер. Сохраняется в течении 24 часов и более. Оно может быть связано или нет с заметным возмущением ветрового поля.
6. Что такое Максимальная устойчивая скорость ветра?
Это максимальная скорость ветра, измеренная за 1 минуту на высоте 10 м от поверхности. Скорость ветра в порывах будет составлять на 20 – 25% больше.
7. Что такое субтропический циклон?
Субтропическим циклоном является система с низким давлением, существующая в тропических и субтропических широтах (где угодно от экватора до 50? с.ш.), которая обладает признаками как тропических циклонов, так и внетропических. Многие из этих циклонов существуют в регионах со слабыми или умеренными температурными градиентами (как циклоны умеренных широт), но при этом значительную часть своей энергии получают от конвективной облачности (как тропические циклоны). Скорость ветра в этих штормах не превышает 33 м/с. Часто эти циклоны трансформируются в чисто тропические.
8. Где возникают тропические циклоны и каковы их траектории?
Тропические циклоны зарождаются над океанами (тропические циклоны Северной Атлантики могут возникать над Африкой, но ветер в них усиливается до шторма или урагана уже над океаном) преимущественно в их западных частях, в экваториальной зоне затишья, но достаточно далеко от экватора (10-20° широты), где температура поверхности воды достигает 28? С. Зародившись, они начинают двигаться на запад, сначала медленно, а затем всё быстрее. Через некоторое время траектория циклонов изгибается к северо-западу, затем к северу, и наконец к северо-востоку. Точка траектории, в которой перемещение циклона меняется с северо-западного на северо-восточное, называется точкой поворота.
9. Какова скорость движения самого тропического циклона и воздушных потоков внутри?
Скорость поступательного движения ураганов и тайфунов различна. Иногда они стоят на месте, правда недолго, или движутся со скоростью несколько километров в час, а затем в десятки километров. Цифры порядка 50-60 км/ч можно считать средними, максимальное продвижение – 150 – 200 км/ч.
10. Каково время жизни ураганов?
Средняя продолжительность атлантического урагана около 9 дней, а в августе – около 12 дней. Наиболее долго существуют ураганы, зарождающиеся в Африке и в районе островов Зеленого Мыса, дважды пересекающие Атлантический океан и уходящие далеко на север. Их длительность – 3 или 4 недели. Иногда тропические ураганы, не теряя силы, переходят во внетропические ураганы, и тогда длительность их жизни огромна.
Каковы основные районы зарождения тропических циклонов?
Тропические циклоны в основном возникают в следующих районах:
В северном полушарии:
1. Желтое море, Филиппинские острова и Тихий океан к востоку от них до 170° в. д. В этом районе наблюдается наибольшее в сравнении с другими количество тропических циклонов: в среднем за год 28, из них около половины с ураганной силой ветра в 9-12 баллов.
В отдельные годы их бывает до 50. Тропические циклоны этого района носят местное название тайфунов. Тайфуны движутся вначале на запад и северо-запад. Если они достигают при этом берегов Китая, они быстро затухают над сушей. Но чаще они, не достигнув материка, поворачивают к северо-востоку и при этом нередко (в 15% случаев) проходят через южные Японские острова или вблизи них. Изредка они могут даже достигать района Камчатки.
2. Тихий океан к западу от Мексики. Здесь возникает в среднем за год 6 тропических циклонов со штормовыми и, сравни¬тельно редко, с ураганными ветрами.
3. Тропики северного Атлантического океана, в особенности на западе океана - в Карибском море, в районе Малых Антильских островов и в Мексиканском заливе - и на востоке океана - в районе островов Зеленого Мыса. Местное их название - ураганы. В среднем над северным Атлантическим океаном возникает в год 10 тропических циклонов.
Циклоны западной части океана нередко проходят над Большими Антильскими островами. Сильнейший ураган «Флора» проходил над Кубой в октябре 1963 г. Иногда они попадают на материк в районе Флориды и других юго-восточных штатов США. В других случаях циклоны, поворачивая к северо-востоку над океаном, могут проходить вблизи Атлантического побережья США. Несмотря на сравнительную редкость, ураганы причиняют хозяйству США большие убытки и не обходятся без человеческих жертв.
4. Бенгальский залив. Здесь возникает в среднем за год 6 циклонов. Попадая на сушу в Индии, они часто производят сильные опустошения; особенно страшны связанные с ними нагоны воды на плоские берега.
5. Аравийское море. Здесь возникает в среднем меньше двух циклонов в год, как и в Бенгальском заливе, - весной и осенью.
В южном полушарии:
1. Тихий океан к востоку от Новой Гвинеи и северной Австралии (Квинсленда) до островов Самоа, а может быть, и дальше. Повторяемость здесь - 7 циклонов в год; циклоны ураганной силы редки.
2. Индийский океан между Мадагаскаром и Маскаренскими островами. Здесь в среднем 7 циклонов в год.
3. Индийский океан между северо-западным побережьем Австралии и Кокосовыми островами. Циклоны здесь очень редки - в среднем 2 в год. Местное название - вили-вили.
В южном Атлантическом океане тропических циклонов штормовой и ураганной силы не возникает.
Всего на Земном шаре возникает за год в среднем около 120 тропических циклонов со штормовыми и ураганными ветрами. Максимум их, как правило, приходится на лето и осень данного полушария, когда тропический фронт наиболее далеко смещен от экватора. Зимой их почти не бывает.
12. Какие стадии эволюции существуют у тропических циклонов?
А) Стадия формирования. Тропические циклоны начинают формироваться из тропического возмущения. Его углубление происходит в течение нескольких суток.
Б) Стадия молодого циклона. Развитие тропического циклона в этой стадии может идти в двух направлениях: или он в виде неглубокой депрессии перемещается на небольшие расстояния и затухает, либо циклон интенсифицируется, давление в его центре падает ниже 1000 гПа, вокруг центра возникает плотное кольцо ветров ураганной силы, радиусом 40 – 60 км.
В) Стадия зрелости. На этой стадии падение давления прекращается. Скорость ветра достигает максимума и прекращает увеличиваться. Радиус штормовых ветров также наибольший. Зона штормовых ветров размещается преимущественно в правой стороне циклона. Эта стадия может продолжаться от нескольких часов до нескольких суток.
Г) Стадия затухания (диссипации). Она начинается, когда циклон выходит на сушу или холодное морское течение. На этой стадии существование урагана может идти в двух направления: либо он постепенно затухает, переходя в тропическую депрессию, либо превращается в мощный внетропический циклон на полярном фронте.
13. Каковы размеры тропических циклонов?
Размеры ураганов весьма различны, различаются также способы их оценки. Нередко за ширину урагана принимают ширину зоны катастрофических разрушений - зоны ветров ураганной силы. Эта зона имеет ширину от 20 до 200 км и более. Часто к этой зоне прибавляют зону ветров штормовой силы со сравнительно небольшими разрушениями; тогда ширина урагана измеряется сотнями километров, иногда до 1000 и даже 1500 км. По последним данным, у атлантических ураганов средний диаметр зоны ураганных ветров около 150 км, диаметр зоны штормов 450-600 км. Более значительны размеры тайфунов. Для Тихого океана средние размеры пояса сильных ветров, сопровождающих циклон, достигают 500-600 км. Наименьшие размеры - около 80 км, наибольшие – 1600 км. За пределами тропиков они увеличиваются до 3000 км.
14. Что такое «Штормовой нагон»?
Это аномальное повышение уровня моря, связанное с прохождением сильного тропического циклона. Высота нагона определяется как разность между наблюдаемым уровнем моря во время действия циклона и нормальным уровнем моря. Он также оценивается, вычитая нормальный уровень моря во время прилива из наблюдаемого во время шторма.
15. Что такое «ПЦО» (CDO)?
ПЦО – аббревиатура, означающая «Плотная Центральная Облачность» ("central dense overcast"). Это плотное скопление перистых облаков, возникшее в результате образования наковален Cb. (стена глаза).
16. Что такое «глаз бури»? Как он формируется и поддерживается?
Глаз – это область, лежащая в центре хорошо развитого урагана, характеризуется слабыми ветрами и ясной погодой без существенных осадков. Иногда сильные ветры могут распространятся и в глаз. В глазе наблюдается наиболее низкое давление. В области глаза также наблюдается наивысшая температура воздуха: у пов-ти земли она больше окружающей всего на 0,5 – 2? С, но на высоте около 12 км она может быть больше на 10? С. Диаметр глаза составляет 30 – 60 км.
Глаз всегда окружён так называемой «стеной глаза» ("eyewall") – наиболее плотное кольцо мощных Cb. В этой области всегда наблюдается наиболее сильный ветер и осадки. В глазе происходит опускание воздуха и его адиабатическое нагревание, а в стене глаза – мощные восходящие движения. Конвекция в тропических циклонах организована в длинные и узкие полосы мощных Cb (“rainbands”). Так как эти полосы располагаются в виде спирали, то их иногда называют «спиральные полосы». Вдоль этих полос на нижнем уровне конвергенция максимальна, и, следовательно, на верхнем уровне максимальна дивергенция. Теплый и влажный воздух поднимается вверх, а затем опускается по обе стороны полосы.
В некоторых, наиболее интенсивных циклонах прослеживается два или более концентрических стен глаза. То есть конвекция организуется в мощных кольцах циклона.
17. Что такое «Ров» (Moat) в урагане?
Термином «Ров» обычно называют область между стеной глаза и наружной полосой Cb (см. рисунок). Ров является регионом со сравнительно небольшими осадками.
18. Как формируются тропические циклоны?
Для формирования тропического циклона, необходимы следующие условия в данном месте:
- высокая температура воды (не менее 26,5° С) до глубины около 50 м, способствующая сохранению гроз и конвекции;
- нестабильность атмосферы (резкое падение температуры воздуха с высотой), это способствует выделению теплоты конденсации на высоте;
- относительно влажный слой в средней тропосфере (на высоте до 5 км); высокая влажность способствует дальнейшему развитию возмущения;
- расстояние от экватора не менее 500 км (чем дальше от экватора, тем больше сила Кориолиса, которая играет значительную роль в формировании урагана);
- Ранее существующее приповерхностное возмущение с достаточным вращением и конвергенцией. Тропические циклоны не могут возникнуть спонтанно;
- Низкие значения (менее 10 м/с) вертикального сдвига ветра между поверхностью и верхней тропосферой, т.к. большие его значения негативно действуют на развитие циклона.
Но этих условий не достаточно, поэтому много возмущений в дальнейшем не развиваются. Внутри МКК часто зарождаются тёплые вихри. Эти мезовихри имеют горизонтальные размеры 100 – 200 км и наиболее мощные в средней тропосфере (ок. 5 км), а у поверхности не прослеживаются. Повидимому они вносят огромный вклад в дальнейшую эволюцию циклона.
B>19. Почему для образования тропического циклона требуется очень тёплая вода?
Тропические циклоны можно считать двигателями, топливом для которых служит тёплый и влажный воздух. Этот тёплый воздух поднимаясь охлаждается и формирует Cb в виде полос и стены глаза урагана. При конденсации водяного пара в капли выделяется скрытая теплота. В 1948 г. Эрик Палмен установил, что для развития тропического циклона, температура океанических вод должна составлять не менее 26,5? С до глубины около 50 м. Это значение связано с нестабильностью в атмосфере в тропических широтах. При более высокой температуре происходит глубокая конвекция, а при более низком значении атмосфера стабильна и поэтому не происходит грозовой деятельности (конвекции).
20. Что такое Слой воздуха из Сахары (SAL)?
Saharan Air Layer – это слой очень сухого и пыльного воздуха, который формируется над Сахарой на протяжении с весны по осень и обычно движется от туда в сторону тропической Атлантики. SAL как правило, распространяется на высотах 1500 – 6000 м. Он содержит в себе большое кол-во пыли, имеет низкую влажность (менее 50%) и сопровождается сильными ветрами (10 – 25 м/с). Известно, что SAL негативно влияет на интенсивность тропических циклонов. Её сухой воздух способствует ослаблению циклона, т.к. препятствует восходящим движениям, а сильные ветры существенно увеличивают сдвиг ветра в районе шторма. Пыль, содержащаяся в этом воздухе также влияет негативно. SAL могут простираться вплоть до Карибского бассейна.
21. Что такое neutercane?
Это небольшая (меньше 100 миль в диаметре) система с низким давлением, которая имеет характеристики как тропического, так и внетропического циклона. От субтропических циклонов они отличаются своими размерами и тем, что иногода формируются в пределах МКК.
22. Почему наибольшая скорость ветра в ураганах наблюдается справой стороны в северном полушарии и слевой - в южном?
Доказано, что самые сильные ветры в урагане располагаются по правой его стороне, потому что движение урагана также вносит свой вклад в его циркулирующие ветры. В урагане со средней скоростью ветров 145 км/ч по правую его сторону будут ветры со скоростью 160 км/ч, а по левую – 130 км/ч при поступательном движении шторма со скоростью 16 км/ч. Для тропических циклонов Южного полушария всё будет наоборот – максимальные ветры наблюдаются по левую сторону урагана, т.к. в Южном полушарии вращение урагана происходит по часовой стрелке.
23. Какое количество энергии производит ураган?
Энергетику урагана можно оценить двумя способами:
a. Как общий объём энергии, полученный в результате конденсации водяного пара в урагане, или
b. Как сумму кинетической энергии, необходимую для поддержания сильных ветров в урагане.
Существует 2 метода оценки общей энергии урагана:
I метод: общее количество энергии, высвобожденное в процессе формирования облаков и осадков.
Ураган в среднем производит 15 мм осадков в день на площади, равной кругу, радиусом 665 км (большее количество осадков выпадает в стене глаза и в rainbands). Преобразование этого количества осадков в объём даёт около 2.1 x 10 16 см 3 в день. 1см 3 осадков весит 1 гр. Используя скрытую теплоту конденсации, нетрудно подсчитать, что это количество образовавшегося дождя дает около 5,2 х 10 19 Дж / день или 6,0 х 10 14 Вт энергии!!!
II метод: количество кинетической энергии (энергии ветра).
Для зрелого урагана сумма производимой кинетической энергии равна этому количеству рассеянной из-за трения. Используя скорость ветра 40 м/с на расстояние 60 км получаем норму рассеяния, равную около 1,3 х 10 17 Дж / день или 1,5 х 10 12 Вт энергии.
24. Что такое «Концентрические циклы стены глаза» ("Concentric eyewall cycles")?
Это явление происходит в интенсивных тропических циклонах, соответствующих категориям 3, 4 и 5 по шкале Саффира-Симпсона со скоростями ветра более 185 км/ч. Тропические циклоны, достигнув такой категории обычно имеют (но не всегда) стену глаза и радиус максимальных ветров 10 – 25 км. В этот момент некоторые из внешних rainbands могут организовываться во внешнее кольцо гроз (внешняя стена глаза), которое медленно движется внутрь, лишая внутреннюю стену глаза необходимой влажности и момента движения. На протяжении этой фазы, ураган ослабляется (максимальные ветры ослабевают, а давление в центре повышается), т.к. внутренняя стена становится «зажатой» внешней. В результате, внешняя стена глаза заменяет внутреннюю полость и ураган возобновляет свою интенсивность до прежней, а иногда и сильнее.
25. В какое время года наблюдается сезон ураганов в различных частях мира?
Сезон ураганов в Атлантике официально продолжается с 1 июня по 30 ноября. Максимальная их интенсивность приходится на первую половину сентября.
Сезон ураганов в северо-восточной части Тихого океана официально продолжается с 15 мая по 30 ноября.
В северо-западной части Тихого океана тропические циклоны (тайфуны) могут развиваться круглый год. Поэтому здесь нет официального сезона тайфунов. Но есть небольшой минимум циклонической активности в феврале – начале марта, а основной сезон продолжается с июля по ноябрь с пиком в конце августа – начале сентября.
Север Индийского океана имеет двойной пик активности циклонов – в мае и ноябре, но сезон продолжается с апреля по декабрь. Сильные тропические циклоны (более 33 м/с) в этом регионе происходят преимущественно с апреля по июнь и с конца сентября по начало декабря. Юго-запад и юго-восток Индийского океана имеют очень похожие годовые циклы активности циклонов, которые начинаются в конце октября – начале ноября, имея 2 пика активности: в середине января и в конце февраля - начале марта. Конец сезона отмечается в мае.
В юго-западной части Тихого океана сезон тропических циклонов начинается в конце октября – начале ноября, достигая пика в конце февраля – начале марта.
Во всём мире наиболее активным месяцем является сентябрь, а наименее активным – май.
26. Почему в Южной Атлантике тропические циклоны встречаются очень редко?
В марте 2004 года в Южной Атлантике сформировался ураган DID, который обрушился на побережье Бразилии. Это был только второй тропический циклон за последние 60 лет! Остаётся вопрос, почему в этом регионе ураганы настолько редки. Многие причину этого видят в относительно низкой температуре поверхности океана, но главная причина заключается в том, что в этом районе в тропосфере от приповерхностного слоя до высоты 200 гПа существует сильные вертикальный сдвиг ветра. Следствием этого является отсутствие внутритропической зоны конвергенции (ВЗК). А без ВЗК появление крупномасштабных синоптических вихрей становится практически невозможным. Однако есть документальные сведения о сильной тропической депрессии, которая сформировалась у побережья Конго в середине апреля 1991 г. Этот шторм продолжался около 5 дней и перемещался на юго-запад, к центру Южной Атлантики. Однако не проводились исследования относительно условий, которые сопровождали это редкое событие.
27. Какова грозовая активность в тропических циклонах?
Как ни странно, но во внутренней части урагана (в пределах 100 км от центра) молнии происходят не так часто. И только около дюжины или меньше ударов облако-земля в час происходит вокруг стены глаза. Однако на расстоянии около 100 км вокруг шторма количество вспышек может составлять около 100 в час. Такая слабая грозовая активность внутренней части урагана объясняется некоторыми особенностями Cb. В районе формирования этих Cb недостаточно развиты восходящие потоки. Из-за слабых восходящих потоков существует недостаток переохлаждённой воды в стене глаза, следствием чего является очень слабая грозовая деятельность. А большее количество молний во внешней части урагана связано с более конвективными rainbands. Блэк (1975 год) высказал мнение, что резкое повышение конвекции внутри циклона, которое сопровождается увеличением грозовой активности свидетельствует об интенсификации урагана. Как оказалось позже – чаще всего это правда.
28. Почему ураганы не встречаются в районе экватора?
Ближе 5° широты к экватору тропические циклоны наблюдаются редко, так как отклоняющая сила вращения Земли здесь слишком мала, чтобы могла развиться сильная циклоническая циркуляция: возникающие здесь разности давления должны быстро заполняться.
29. Что такое «Взрывное углубление циклона»?
Это падение давления в тропическом циклоне со скоростью не менее 2,5 мб/час в течение, по крайней мере, 12 часов или со скоростью не менее 5 мб/час в течение 6 часов.
Что такое «Эффект Фуджихара»?
Это явление, при котором два или более близко расположенных друг к другу тропических циклона циклонически вращаются вокруг общей точки (наподобие бинарных систем в космосе). При этом расстояние между взаимодействующими циклонами должно быть не более 1450 км. В северном полушарии это вращение происходит против часовой, а в южном по часовой стрелке. Это явление наиболее распространено в северной части Тихого океана.
Каковы признаки прохождения урагана через данный пункт?
За 96 часов до появления глаза:
на первый взгляд нет никаких признаков шторма. Атмосферное давление стабильно, ветер лёгкий и переменчивый. На небе отдельные кучевые облака. Но усидчивый наблюдатель заметит выпуклости на поверхности океана, которые каждые 10 сек. обрушиваются на берег в виде волн, высотой около 1 метра. Эти волны, порождённые ураганом, могут быть легко замаскированы обычными ветровыми волнами.
За 72 часа до появления глаза:
мало что изменилось, разве что выпуклости стали около2 метров высотой и обрушиваются на берег каждые 9 секунд. Это означает, что ураган по-прежнему далеко за горизонтом, но постепенно приближается.
За 48 часов до появления глаза:
Кучевые облака ушли, небо ясное, давление стабильно, а ветер спокойный. Выпуклости уже 3 метра в высоту и идут через каждые 8 секунд. Даётся команда для эвакуации густонаселённых районов.
За 36 часов до появления глаза:
Первые признаки урагана. Давление постепенно падает, скорость ветра около 5 м/с, выпуклости уже составляют 4 м в высоту и двигаются обособленно через каждые 7 секунд. На горизонте появляется сплошная масса перистых облаков, которая постепенно покрывает большую часть горизонта.
За 30 часов до появления глаза:
Небо затянуто сплошной облачностью. Давление падает со скоростью около 1 мб/час, ветер усилился до 10 м/с. Выпуклость повторяется через 5 секунд, начинают появляться маленькие барашки. Передаётся предупреждение об урагане и продолжается эвакуация.
За 24 часа до появления глаза:
На небе пасмурно и появились низкие быстродвижущиеся облака (Frnb). Давление падает на 2 мб/час, ветер усилился до 15 м/с. На море много пены и вздутий. К этому времени должна быть окончена эвакуация и завершиться все приготовления.
За 18 часов до появления глаза:
Низкие облака более мощные, несут с собой прерывающийся сильный дождь, сопровождающийся порывистым ветром. Давление продолжает падать, ветер усилился до 20 м/с. Ходьба против ветра затруднена.
За 12 часов до появления глаза:
Заряды сильных дождей становятся всё чаще, ветер усиливается до 33 м/с. По воздуху летают разные предметы и листья. Уровень моря постоянно повышается. Давление падает ещё стремительнее.
За 6 часов до появления глаза:
Дождь льёт безпрерывно, скорость ветра составляет 40 м/с или более. Из-за этого дождь идёт горизонтально. Давление падает очень резко. В воздухе летают любые предметы, происходят всевозможные разрушения, штормовой нагон увеличивается. Поверхность моря белая.
За 1 час до появления глаза:
Ливень льёт сплошным потоком. Низинные районы затоплены от дождя. Давление невообразимо падает. Скорость ветра составляет более 45 м/с. Прибрежные дороги затоплены, волны более 5 м высотой. Самый суровый момент времени!
Глаз:
После достижения своего пика, ветер стихает, осадки прекращаются внезапно и небо начинает просветливаться. Но давление продолжает падать на 3 м/б в час. Штормовой нагон наибольший. Ветер стихает полностью. Воздух тёплый и влажный. Можно увидеть вокруг возвышающиеся до 14 км облака, освещённые Солнцем. Давление на некоторое время остановилось, а затем начало стремительно повышаться. Ветер стал немного сильнее и начал дуть с противоположной стороны.
1 час после появления глаза:
Небо потемнело, ливень и ветер стали такими, как 2 часа раньше. Штормовой нагон начал уменьшаться, но огромные волны продолжают обрушиваться на берег. Давление растёт со скоростью 2 мб/час, ветер больше 45 м/с.
6 часов после появления глаза:
Ливень продолжается, но ветер уменьшился до 40 м/с. Штормовой нагон отходит, увлекая за собой в океан разный мусор.
12 часов после появления глаза:
Ливень идёт периодически и ветер постепенно уменьшается после каждого периода дождя. Основание облаков как и давление повышается. Скорость ветра ещё остаётся в районе ураганной – 30 м/с, а океан покрыт пеной.
24 часа после появления глаза:
Низкие облака разрываются на небольшие фрагменты. Давление растёт с прежней скоростью, ветер уменьшился до 15 м/с. Штормовая волна полностью отошла с берега, но поверхность моря всё ещё охвачена барашками и пеной.
36 часов после появления глаза:
Сплошная облачность распалась, слой перистых облаков почти полностью скрылся за горизонт. Небо стало чистым, давление растёт незначительно, скорость ветра составляет около 5 м/с. Вокруг различные разрушения (в зависимости от категории урагана).
32. Каким образом формируется ураган?
Первым этапом формирования урагана является появление скоплений небольших грозовых облаков в тропических широтах (мезомасштабные конвективные комплексы). Эти комплексы (или кластеры), которые в конечном итоге могут перерасти в ураган (тайфун), носят название «Тропическое возмущение» и является первой стадией развития циклона. Тропическое возмущение (ТВ) образуется, когда происходит конвергенция пассатных ветров (trade winds) в тропических широтах. В следствие этого в атмосфере создаётся неустойчивость, которая является импульсом к формированию шторма. Такая ситуация создаётся около экватора, где сходятся восточные ветры, формируя грозовые очаги. Эта область носит название «Внутритропическая зона конвергенции» (ВЗК). Но большинство Атлантических ураганов формируется из другого вида ТВ, называемых «Восточные волны» . Эта волна вызывает конвергенцию ветров, которые усиливают грозовую деятельность на восточной стороне волны. ТВ на синоптической карте не прослеживается, т.к. не имеет замкнутых изобар.
ТВ входит во вторую фазу развития, называемую «Тропическая депрессия»
, когда скорость ветра в нём достигает 37 км/ч. В тропической депрессии (TD) начинает незначительно падать давление, появляется 1 замкнутая изобара. Давление начинает падать, поскольку водяной пар, находящийся в пределах шторма конденсируется, выделяя в атмосферу скрытую теплоту конденсации. Это добавление тепла вынуждает атмосферный воздух расширяться, поэтому он внутри депрессии становится менее плотным и поднимается вверх на тысячи метров. На высоте этот воздух охлаждается и водяной пар в нём конденсируется, добавляя ещё больше тепла. В результате, вверх будет подниматься ещё большее кол-во воздуха, выделяя в результате конденсации ещё больше тепла и т.д. Этот процесс происходит лавинообразно, в результате чего внутри шторма температура постоянно растёт, поэтому атмосферное давление в центре депрессии падает ещё ниже. Поскольку давление падает, то приземный воздух, насыщенный водяным паром, втягивается внутрь, выделяя ещё больше тепла в центре шторма. В результате, облака становятся всё плотнее, а осадки сильнее. Охлаждённый на высоте воздух начинает опускаться вниз вокруг депрессии, вытесняя ещё больше влажного воздуха вверх. Таким образом, существует замкнутая циркуляция воздушных потоков (см. рис.). Т. к. этот цикл продолжается, то давление в центре TD падает ещё больше, следовательно скорость ветра у поверхности постоянно растёт. И когда она достигает 63 км/ч, тогда депрессия вступает в третью фазу развития, которая называется «Тропический шторм». В этот момент начинает прослеживаться глаз бури, на синоптической карте появляется 2 – 3 замкнутые изобары. В этот момент главную роль играет сила Кориолиса, которая придаёт шторму вращательное (циклоническое) движение, а также определяет траекторию его перемещения. На данном рисунке представлено действие силы Кориолиса на ураган Изабель в Северном полушарии. Красными стрелками отмечена сила Кориолиса, синими – градиентная сила, чёрными – воздушные потоки.
Когда скорость ветра в тропическом шторме достигает 119 км/ч, то он официально считается ураганом (тайфуном).
Последняя стадия существования урагана – его диссипация (разрушение).
ШКАЛА САФФИРА - СИМПСОНА
33. Как влияет тропический циклон на температуру поверхности океана?
Прохождение тропического циклона над водной поверхностью не редко приводит к существенному охлаждению поверхности океана, что в дальнейшем может повлиять на развитие циклона. Это охлаждение поверхности моря вызвано главным образом, апвеллингом холодной воды из глубины океана. Также дополнительное охлаждение вызывается падением большого количества дождевых капель. Облачный покров может также играть роль в охлаждении океана, ограждая океанскую поверхность от прямого солнечного света. Совокупность этих эффектов вызывает резкое понижение температуры поверхности моря.
34. Что такое «Гиперураган» (hypercane)?
Гиперураган – это гипотетический вид экстремальных тропических циклонов, который может сформироваться, если температура поверхности океана достигнет примерно 50 °С, что может произойти в связи с падением астероида или кометы, извержениями вулканов или при стремительном глобальном потеплении. Этот термин придумал учёный Кэрри Эммануэль из Массачусетского Технологического университета. в 1994 году.
Согласно расчётам, скорость ветра в гиперурагане будет превышать 800 км/ч, атмосферное давление составит меньше 700 гПа. Размер гиперурагана может быть сопоставим с Северной Америкой. Он вызовет штормовые нагоны высотой 18 м, а его глаз будет иметь 322 км в поперечнике. Облака гиперурагана будут достигать средней стратосферы (до 32 км). Из-за этого он может разрушить озоновый слой.
35. Как разрушается тропический циклон?
Тропический циклон может перестать существовать по нескольким причинам. Одна из главных причин – если он движется над поверхностью земли. В этом случае приземный воздух более холодный, а главное – менее влажный. Поэтому «топливо» в ураган не поступает и он начинает разрушаться. На этом его существование заканчивается.. Но иногда тропический циклон может регенерировать, выходя на тёплое течение. Также циклон может затухнуть, если остаётся практически неподвижным на одном месте, охлаждая поверхность моря под собой более чем на 5 °С. В любом случае тропический циклон превращается либо в тропическую депрессию, постепенно размываясь, либо переходит во внетропический циклон на полярном фронте.
36. Что такое «Эффект стадиона»?
Такое явление наблюдается в довольно мощных циклонах. Это явление заключается в том, что облака стены глаза располагаются под некоторым наклоном от центра с высотой. При этом диаметр глаза на верху значительно больше, чем у поверхности, т.к. воздух стены поднимается по изолиниям равного углового момента, которые также наклонены наружу от глаза и с высоты это напоминает стадион. Это явление чаще происходит в маленьких глазах.
37. Что такое «Максимальная потенциальная интенсивность»?
Доктор Керри Эммануэль создал математическую модель около 1988 года для вычисления предельной интенсивности тропического циклона на основании температуры поверхности моря и вертикальных профилей атмосферы.Эта модель не учитывает вертикальный сдвиг ветра.
38. Что такое «CLIPER»?
Это компьютерная модель прогнозирования траектории перемещения урагана на 3 или 5 дней. До конца 1980-х годов это была самая точная модель. Также есть r-CLIPER – версия для прогнозирования осадков.
Архивная статья из № 6 (42) за 2005 г.
Тропические циклоны – одно из наиболее удивительных и, в то же время, грозных и разрушительных природных явлений на Земле, буйствующих над тропическими акваториями всех океанов, за исключением южной Атлантики и юго-востока Тихого океана.
На нашей планете, в среднем, в год наблюдается около 80 тропических циклонов.
Интенсивные тропические циклоны в каждом регионе имеют свое название. В Атлантике и на северо-востоке Тихого океана их называют ураганами; на северо-западе Тихого океана – тайфунами; в Аравийском море и Бенгальском заливе – циклонами; в южной части Индийского океана – орканами; у побережья Австралии – вилли-вилли; в Океании – вилли-вау; на Филиппинах – багио.
Тропические циклоны – это огромные вихри, достигающие в диаметре 1000-1500 км и простирающиеся на всю толщу тропосферы. Отличительная особенность тропических циклонов – значительное падение давления на малых расстояниях, что приводит к образованию ураганных ветров. Давление в центре развитых циклонов составляет порядка 950-960 гПа (минимальное из зарегистрированных – 855 гПа).
Тропические циклоны возникают над теплыми океаническими водами в тропиках обоих полушарий в широтной зоне 5-20°. Они являются грозным порождением взаимодействия океана и атмосферы.
Большая часть тропических циклонов образуется во внутритропической зоне конвергенции – зоне сходимости пассатных ветров двух полушарий, или пассатов, и экваториальных западных ветров. Для такой зоны конвергенции характерно наличие возмущений различной интенсивности – часть из них достигает стадии тропических депрессий, некоторые из которых, при благоприятных условиях, развиваются в тропический шторм и ураган. Что же способствует зарождению и дальнейшей интенсификации тропического циклона? Прежде всего, это наличие начального возмущения и незначительный горизонтальный сдвиг ветра между нижней и верхней тропосферой. Для создания эффекта «закручивания» необходимо достаточное значение силы Кориолиса, обусловленной вращением Земли вокруг своей оси – тропические циклоны не образуются вблизи экватора, где горизонтальная составляющая этой силы равна нулю. Одним из условий образования тропических циклонов является наличие влажного неустойчивого воздуха и развитие конвекции.
Наконец, это существование источника энергии – термический потенциал океана. Проще говоря, тропические циклоны образуются над океаном, если температура его поверхности превышает 26°С. Океан поставляет значительную часть теплоты, необходимой для поддержания низкого давления в центре циклона. С ростом температуры воды возрастает испарение и увеличивается поток так называемого скрытого тепла, которое формирует теплое ядро в средней тропосфере, обусловливающее резкое понижение давления в центре тропического циклона. Тропический циклон можно представить как тепловую машину, работа которой связана с океаном как с источником энергии и как с пусковым механизмом – начальный вихрь образуется над перегретой областью океана. Кроме того, тепловое состояние океана оказывает влияние и на траекторию тропических циклонов. Но в то же время эволюция тропических циклонов определяется и различными атмосферными процессами. Мы имеем дело со сложным комплексом взаимодействия океана и атмосферы.
Зрелый тропический циклон – мощнейший атмосферный вихрь, для которого характерны большие градиенты (перепады) давления и, следовательно, ураганные ветры – до 90 м/с, причем пояс максимальных ветров находится между 20 и 50 км от центра. В тропических циклонах развивается мощная облачность, количество осадков может достигать 2500 мм в сутки. В хорошо развитых циклонах наблюдается феноменальное явление – глаз бури – область, где небо проясняется, ветер ослабевает, иногда до штиля, на ее границе осадки внезапно прекращаются. Глаз окружен стеной мощных облаков. Спутниковые снимки обнаружили существование «горячих башен» – высотных зон дождевой облачности, которые расположены над «стенками» этого самого «глаза» гораздо выше основной части урагана. «Башни» простираются до самого «потолка» – верхних слоев тропосферы. Как полагают специалисты, «горячие башни» играют ключевую роль в процессе усиления мощи урагана. Кстати, такие «башни» были обнаружены и в урагане «Катрина». Появление глаза бури связано с увеличением центробежной силы по мере приближения к центру циклона. Средний диаметр «глаза» – 20-25 км, в разрушительных ураганах и тайфунах он составляет 60-70 км. Встречаются и двуглазые тропические циклоны.
Энергия тропического циклона очень велика; по подсчетам специалистов, средний тропический циклон вырабатывает количество энергии, равное нескольким тысячам атомных бомб.
За три недели ураган вырабатывает энергию, сопоставимую с той, что выработала бы наша Братская ГЭС за 26 тысяч лет. Человечество пока еще не в состоянии ни воспользоваться этой энергией, ни получить ее в таком количестве от каких-либо других источников.
Образовавшийся тропический циклон сначала перемещается с востока на запад, постепенно отклоняясь к более высоким широтам: в северном полушарии – к северо-западу. Но если циклон достигает 20-30° широты над океаном, он начинает огибать субтропический антициклон и его направление меняется на северо-восточное. Такая точка траектории называется точкой поворота. Траектории перемещения циклонов, в основном, криволинейные, иногда появляются даже «петли». Средняя скорость движения тропических циклонов внутри тропиков составляет всего 10-20 км/час. Выходя на сушу или в средние широты, тропический циклон затухает либо превращается в интенсивный циклон умеренных широт. Российское Приморье в летне-осенний период часто подвергается воздействию таких циклонов – бывших тайфунов, приносящих аномальные осадки и ураганный ветер. Так, в 1973 г. тайфун, вышедший на Приморье, принес во Владивосток более половины годовой суммы осадков. Автор статьи испытал на себе все «прелести» разбушевавшейся стихии, когда в августе 1979 г. тайфун «Ирвинг» обрушился на Дальний Восток, затопив Приморский и Хабаровский край.
В гидрометеорологической практике, в зависимости от скорости ветра, тропические возмущения подразделяются на тропическую депрессию, тропический шторм, сильный тропический шторм, тропический циклон, тайфун, ураган. В свою очередь последние делятся на пять категорий («ураганная» шкала Саффира-Симсона) в зависимости от скорости ветра. К пятой категории относятся ураганы со скоростями, превышающими 70 м/с.
Тропические циклоны, ставшие тропическими ураганами, получают свои имена. Эта традиция берет начало со Второй мировой войны, когда метеорологи военно-воздушных и военно-морских сил США вели наблюдение за тайфунами и, чтобы избежать путаницы, называли тайфуны именами своих жен или подруг. После войны национальная метеослужба США составила алфавитный список женских имен, чтобы облегчить общение и избежать затруднений при развитии нескольких циклонов в регионе. Когда же в 1979 г. наконец была понята настоящая сущность и сильной половины человечества, Всемирная метеорологическая организация (ВМО) совместно с национальной метеослужбой США включила в список и мужские имена. Справедливость восторжествовала. (Не все зло от женщины!) Эти списки используются постоянно и заранее составляются для каждого года и каждого региона. Однако в случае, если тропический циклон особенно разрушителен, имя, присвоенное ему, вычеркивается из перечня и заменяется другим. Так что можно вполне определенно сказать – мы больше никогда не услышим про ураган по имени «Катрина».
Разрушительный эффект тропических циклонов обусловлен ураганными ветрами, смертоносными потоками воды, которые обрушиваются на побережье с приходом урагана – до 20 миллионов тонн воды в день. Например, в январе 1966 года над островом Реюньон в Индийском океане пронесся тропический циклон «Денис», который принес невероятное количество осадков – 182 сантиметра за сутки. К ливневым осадкам добавляется «штормовой нагон» – подъем уровня океана, достигающий в экстремальных случаях 10 м. Наводнения, связанные со штормовыми нагонами, являются наиболее разрушительными последствиями ураганов. В 1970 году циклон «Ада» в Индийском океане затопил низменное побережье Бангладеш нагонными волнами. Тогда погибли более 300 тысяч человек. Ураган «Хьюго» в 1989 году обрушил на Южную Каролину стену воды высотой в 6 метров. Такой удар способен разрушить здания, дороги, размыть берега.
В северном полушарии «ураганный» сезон длится, в среднем, с мая по ноябрь. Наиболее продолжительный период развития тропического циклогенеза наблюдается на западе Тихого океана. По данным Гидрометцентра России, где собран банк данных о тропических циклонах по всему земному шару, в среднем на западе Тихого океана образуется 26 тропических циклонов. В Атлантике пик ураганов приходится на август-сентябрь и наблюдается порядка 9-10 циклонов в год. Исследования ученых показали, что в последние десятилетия в Атлантике возросла активность тропических циклонов. Так, с 1970 по 1979 г. их количество составило 81, с 1980 по 1989 – 96, с 1990 по 1999 – 105; причем в 1995 г. было зафиксировано 19 тропических циклонов (рекорд пока остается за 1933 г., когда в Атлантике сформировался 21 циклон). По прогнозам американских ученых эта тенденция сохранится и в первые десятилетия ХХI столетия, и уже нынешний 2005 г. может побить все рекорды. Связано это, прежде всего, с повышением температуры поверхности океана. Как показали спутниковые данные, в 2005 году температура поверхности воды в Атлантическом бассейне повысилась, по сравнению с предыдущими годами, в среднем на 2-4°С.
До последнего времени рекордсменом среди атлантических циклонов был ураган «Эндрю», пронесшийся над штатами Флорида и Луизиана в конце августа 1992 года и нанесший ущерб в размере 25 миллиардов долларов. Минимальное давление в его центре падало до 923 гПа, а скорость ветра достигала 76 м/с.
Однако «Катрина», по всей видимости, оказалась рекордсменкой по своим параметрам: минимальное давление в ее центре составило 902 гПа, а скорость ветра при этом превышала 75 м/с (порывы до 90 м/с). «Катрина» зародилась 23 августа 2005 г. к востоку от Багамских островов и, пройдя через юг Флориды и усилившись в Мексиканском заливе, где температура воды превышала 31°С, обрушилась на Новый Орлеан 29 августа 2005 года, разрушив дамбы и полностью затопив город. Число погибших превысило тысячу человек, а экономический ущерб составил десятки миллиардов долларов. Это был самый разрушительный ураган, когда-либо обрушившийся на побережье Северной Америки.
Вслед за «Катриной» к побережью США устремилась «Рита», ставшая семнадцатым тропическим штормом за сезон ураганов 2005 года.
К счастью, она ослабела, не успев причинить колоссального вреда. И «Катрина», и «Рита» зародились севернее обычных широт, где закручиваются атлантические тропические циклоны. Но самым необычным для Атлантики явился двадцатый ураган по имени «Винс». Он сумел завертеться в районе Азорских островов, что значительно севернее (30-35 параллель) обычного района их формирования. Правда, достичь большой интенсивности ему не удалось и, достигнув первой категории, «Винс» быстро ослабел до тропического шторма.
Тропические циклоны существенно перераспределяют энергию в атмосфере и поэтому, несмотря на свои «компактные» размеры, оказывают влияние на атмосферные процессы далеко за пределами своих «мест обитания». Например, климатологами подмечен интересный факт взаимосвязи частоты ураганов в Атлантике и хорошей погоды в Европе. Как правило, при усилении активности тропического циклогенеза, над Скандинавией формируются большие малоподвижные циклоны. По их периферии на большую часть Западной Европы распространяются ветры южных направлений, которые обеспечивают устойчивую теплую погоду. Восточная Европа при этом находится во власти антициклона, обусловливающего хорошую погоду. Так что наше затяжное «бабье лето» 2005 г. отчасти связано с «бушующей» Атлантикой.
Нет необходимости говорить о важности изучения тропических циклонов и прогноза их эволюции. Непосредственные измерения в циклоне практически невозможны, хотя много полезной информации было получено при самолетном зондировании и проведении специальных экспедиционных наблюдений. Современные методы исследования и прогноза тропических циклонов основаны на численном моделировании и использовании спутниковой информации, проведении лабораторных экспериментов. Разработаны методы прогноза возникновения, эволюции и направления перемещения этих циклонов на основе численных методов и спутниковых данных. Хотя точно рассчитать место зарождения тропического циклона пока невозможно, однако определить наиболее вероятную область его зарождения вполне реально. За последние 30 лет достигнуты значительные успехи при прогнозе траекторий перемещения циклонов.
Огромный ущерб, наносимый тропическими циклонами, ставит задачу не только прогноза их развития и движения, но и возможного влияния на них с целью уменьшения их интенсивности и изменения траектории перемещения. Предлагались самые разнообразные проекты: рассеивание облаков сухим льдом или йодистым серебром, охлаждение океана айсбергами, покрытие воды специальной масляной пленкой, облучение эпицентра урагана микроволнами из космоса или подрыва его водородными бомбами. Следует заметить, что все они достаточно дорогостоящие и могут оказаться абсолютно бессмысленными, если нет точного прогноза места зарождения, размеров и интенсивности циклона. Кроме того, невозможно просчитать последствия таких воздействий, которые могут оказаться не менее губительными, чем сам тропический циклон. Так что пока нам остается надеяться на улучшение методов прогноза тропических циклонов и адекватно реагировать на предупреждения специалистов. И уже сейчас, благодаря совершенствованию систем предупреждения и методов спасения людей, число человеческих жертв начало постепенно снижаться.
Текст: Ольга Разоренова (с.н.с. Института океанологии РАН)
Фото: Levan Mtchedlishvili
По сравнению с внетропическими циклонами тропические циклоны - более скромных размеров, но обладают более значительными энергетическими ресурсами, Диаметр тропических циклонов может составлять десятки и сотни километров, а горизонтальный градиент давления, как и скорости ветра, намного превышают возможности даже интенсивных внетропических циклонов.
Тропические циклоны зарождаются в штилевой зоне над океанами (преимущественно между широтами 5 и 20°) как в северном, так и в южном полушарии и движутся вдоль изобар с востока на запад (рис. 53). В северном полушарии возникшие над Тихим океаном тропические циклоны, перемещаясь вдоль пассатов, подходят к юго-восточным берегам Азии, а затем поворачивают вправо и движутся по направлению к Японским островам. В среднем за год у юго-восточных берегов Азии зарождается свыше 20 тайфунов. Над Атлантикой тропические циклоны также перемещаются вдоль пассатов. Достигнув Мексиканского залива и Флориды, они поворачивают на север. Попадая в зону больших контрастов температуры средних широт, тропические циклоны вновь углубляются, превращаясь в обычные внетропические циклоны с хорошо выраженной температурной асимметрией. Тропические циклоны часто наблюдаются на полуострове Индокитай, на Тихоокеанском побережье Китая и Японии. В отдельных случаях они появляются на советском Дальнем Востоке и Атлантическом побережье Северной Америки. Менее часто тропические циклоны образуются на севере Индийского океана.
В южном полушарии тропические циклоны возникают в экваториальной зоне Индийского и Тихого океанов. Над Южной Атлантикой они не образуются. Система циркуляции в тропических циклонах аналогична циркуляции в циклонах внетропических широт - в северном полушарии против часовой стрелки, в южном полушарии по часовой стрелке.
Причины возникновения тропических и внетропических циклонов различны. Если для возникновения циклонов внетропических широт необходимы большие горизонтальные градиенты температуры и давления в тропосфере, то в начале зарождения тропических циклонов они почти отсутствуют. Поэтому в системе тропических циклонов атмосферные фронты, как правило, не обнаруживаются. Причины возникновения тропических циклонов еще недостаточно известны. Предполагается, что образование их связано с большой термической неустойчивостью воздуха при его достаточном влагосодержании.
Следует заметить, что в зоне возникновения тропических циклонов температуря поверхностных вод океанов обычно колеблется между 26° и 27°. Циклоны обычно возникают в тех случаях, когда температура воды достигает 27° и более. Тогда воздух становится неустойчиво стратифицированным. Если при этом на высотах с севера или юга вторгается холодный воздух, то неустойчивость возрастает и создаются, по-видимому, оптимальные условия для образования тропических циклонов. Так как температура + 27° на поверхности океанов в северном полушарии появляется летом и осенью, то тропические циклоны образуются здесь преимущественно во второй половине лета и осенью. Весной и в первой половине лета они возникают редко, а в январе - апреле их вовсе не бывает. Зато август, сентябрь и октябрь являются месяцами, в которые наиболее часто образуются тропические циклоны. В южном полушарии, на Индийском и Тихом океанах, чаще всего они возникают в декабре - марте, а в мае - октябре тропические циклоны появляются в единичных случаях.
Возникают тропические циклоны в так называемой внутритропической зоне конвергенции, которая наблюдается в летнем полушарии между тропиками и экватором. В зоне конвергенции ветра появляются упорядоченные восходящие движения воздуха, которые усиливают термическую конвекцию. Последняя способствует развитию неустойчивости и возникновению интенсивных восходящих движений влажного воздуха, приводящих к конденсации водяного пара и освобождению огромного количества энергии.
До работы метеорологических искусственных спутников Земли не все тропические циклоны могли учитываться. Теперь уже очевидно, что возникает их заметно больше, чем считалось прежде. Однако не все они достигают разрушительной силы. Возникшие тропические циклоны переходят в стадию шторма при наличии условий, способствующих их развитию.
Скорость движения тропических циклонов заметно меньше скорости перемещения циклонов средних и высоких широт. В низких широтах скорость их движения редко превышает 15-20 км/ч., или 350-500 км/сут, т. е. соответствует скоростям пассатов. Тропические циклоны в зависимости от места их зарождения называют по-разному: на Тихом океане это тайфун, что по-китайски означает «сильный ветер», в Северной Атлантике их называют ураганами, что также означает «сильный ветер» (по-индейски), в Индии это циклоны, а в Австралии - вилли-вилли и др.
По договоренности между метеорологами с 1953 г. каждый тайфун или ураган в северном полушарии, достигший интенсивности шторма, т. е. скорости ветра 17 м/сек, получает женское собственное имя, в южном полушарии - мужское собственное имя. Обычно список этих имен составляется заранее и включает в себя имена, расположенные в алфавитном порядке, от латинского «А» до « Z ».
Естественно, что своевременный прогноз путей движения тропических циклонов является весьма необходимым. Однако это сопряжено с трудностями, так как циклон внезапно может изменить траекторию движения, что чаще происходит при подходе к материку. Если даже точно рассчитать траекторию движения циклона, то все равно невозможно предупредить те огромные разрушения, которые обычно он производит при своем прохождении. Прохождение тропических циклонов сопровождается не только разрушениями, но множеством человеческих жертв, когда они проходят через густонаселенные районы нашей планеты. Это происходит ежегодно и по нескольку раз в год.
Разрушительная сила тропических циклонов огромна. Нередко скорость ветра в них достигает 300-400 км/ч. Такие скорости ветра не поддаются измерениям. О них судят лишь по результатам разрушений, которые оставляют после себя циклоны.
Максимальная сила ветра у поверхности земли по 12-балльной шкале соответствует скорости 100 км/ч. Во внетропических широтах вблизи поверхности земли даже такой силы ветры редки. Можно же представить, какие огромные разрушения приносят тайфуны и ураганы. Вот несколько примеров.
Тайфун, прошедший над Японией 21 ноября 1934 г., частично или полностью разрушил 700 000 домов, вывел из строя более 11000 судов, вызвал наводнение и причинил огромный ущерб. Почти такой же разрушительной силой обладал тайфун, прошедший над Японией 26 сентября 1959 г. По сообщениям газет, при прохождении тайфуна скорость ветра достигала 180 км/ч. Такой ветер срывает крыши домов, вырывает с корнями деревья, уничтожает все на пути. Шквальный ветер, потоки дождя и морские волны, сопровождавшие тайфун, произвели разрушения во многих городах и селах. Без крова осталось до 1,5 млн. человек. Более 5000 человек погибли и пропали без вести, свыше 15 тыс. человек получили ранения. Было разрушено 180 тыс. домов, а около 300 тыс. домов оказались затопленными. Пострадали железнодорожный транспорт, морские суда и пр.
По сообщению газеты «Правда» от 20 сентября Л летом 1961 г. тропические циклоны произвели страшные разрушения на берегах Атлантики и Тихого океана. Один из них, названный «Карла», 6 сентября из Мексиканского залива сместился в штаты Техас и Луизиана. Город Галвестон, расположенный на берегу этого залива, был почти полностью разрушен. Ветром скоростью более 200 км/ч уносило деревянные строения, жилые дома. Другой тропический циклон («Дебби»), возникший вблизи островов Зеленого Мыса, переместился к Британским островам, где произвел огромные разрушения, а затем заполнился в районе Норвежского моря.
Еще большей разрушительной силы циклоны возникли над Тихим океаном. В районе Маршалловых островов 4 сентября зародился тайфун «Памела», через несколько дней он бушевал на острове Тайвань. В одном лишь городе Тайбее было разрушено 800 домов.
Через несколько дней вблизи тех же Маршалловых островов возник циклон «Нэнси», в котором скорость ветра превышала 300 км/ч. 15 сентября он приблизился к южным берегам Японии и прошел вдоль островов к северо-востоку, разрушив на своем пути более 450 тыс. домов, 400 мостов и дамб. По неполным данным, погибло более 150 и было ранено свыше 2000 человек. Во многих районах прервалась железнодорожная связь, прекратилось снабжение электричеством. Прохождение тайфуна «Нэнси» сопровождалось сильными ливневыми дождями. Прибрежные районы были затоплены океаническими волнами. 17 сентября тайфун вышел в Охотское море и произвел разрушения в южной части Сахалина.
Иногда тайфуны причиняют ущерб и населенным пунктам советского Дальнего Востока, когда перемещаются несколько западнее своего обычного пути.
Тропический циклон «Нэнси» по разрушительной силе является одним из сильнейших за последние годы.
Огромным разрушениям подверглись города Санто-Доминго в Доминиканской республике 3 сентября 1930 г. и Четумаль (Мексика) в ночь на 28 сентября 1955 г. при прохождении урагана «Жаннет». В Четумале - городе с населением около 2,5 тыс. человек - осталось лишь четыре сильно поврежденных здания, а остальные были полностью разрушены.
Ураганный ветер ломает и вырывает с корнями деревья, уничтожает урожай. Полоса ветровых разрушений в тропических циклонах тянется в среднем на 100-200 км, а в отдельных наиболее мощных тихоокеанских тайфунах может доходить до 1000 км.
В сообщении ТАСС 10 июля 1967 г. извещалось, что от про-мчавшегося над Японией тайфуна в районах островов Кюсю и западной части Хонсю погибло 200, пропало без вести 140 и ранено 430 человек. Разрушено и смыто около 1500 домов, а вода затопила 47 тыс. строений и др.
По данным наблюдений, тропический циклон «Инее», прошедший с 23 сентября по 10 октября 1966 г. путь от побережья Африки до Карибского моря и Мексиканского залива, был наиболее интенсивным. Со времени урагана «Флора» (1963) этот циклон причинил наибольшие разрушения. Скорость ветра в его системе достигала 85 м/сек или более 300 км/ч. Над Малыми Антильскими островами скорость ветра доходила до 50-60 м/сек. На острове Гваделупа было убито 40 и ранено 70 человек, а около шести тысяч осталось без крова, Следующие два дня на острове Гаити этот ураган разрушил тысячи домов и погибло более 500 человек. Максимальная скорость ветра достигала 85 м/сек. С приходом на Кубу скорость ветра уменьшилась до 40-50 м/сек, но и здесь были произведены разрушения. В первых числах октября он вышел к Атлантическому океану и вновь появился над Кубой и Мексиканским заливом, а затем прошел в Мексику и потерял свою интенсивность, но все же успел разрушить 2,5 тысячи домов. 6-7 октября этот ураган в Гаване за 30 часов вылил 300 мм осадков.
Ураганной силы ветры в тропических циклонах вызваны большими горизонтальными градиентами давления. Хотя диаметр
тропических циклонов в сравнении с внетропическими мал (обычно десятки и сотни километров), градиенты давления велики. В их системе градиент давления достигает 20-40 мб на 100 км, а скорость ветра превышает 100-150 км. Однако нередки случаи, когда величина градиента давления составляет 40-60 мб на 100 км.
В тропических циклонах давление в центре составляет в среднем 960-970 мб, но в отдельных случаях зарегистрировано давление, равное 900 мб и ниже. Последние наблюдаются 1-2 раза в год. Из известных циклонов самое низкое давление у поверхности моря -877 мб было зарегистрировано в центре тайфуна «Ида» 24 сентября 1958 г.
На рисунке 54 приведена карта приземного давления за 15 часов 28 августа 1959 г. Здесь среди внетропических циклонов и антициклонов привлекает внимание один циклон с густо проведенными изобарами. Это тропический циклон над Тихим океаном - тайфун «Джоан». В его центре давление равно 900 мб, а на периферии 1000 мб. Следовательно, разность давления между центром и периферией равна 100 мб, а градиент давления - 10 мб на 100 км. Естественно, что в циклоне скорости ветра были ураганными и на своем пути он совершил большие разрушения.
Тропический циклон с сильными ветрами охватывает тропосферу обычно до высот 8-12 км. Скорости ветра с высотой уменьшаются, но и на 4-5 км они остаются еще сильными, причем не во всех частях скорости одинаковы. Самые большие скорости наблюдаются в той части циклона, где направление вращательного движения в системе тропического вихря совпадает с направлением его перемещения. В северном полушарии правая (в направлении движения) часть циклона оказывается наиболее опасной; моряки ее называют «опасным полукругом».
При приближении циклона давление быстро падает и так же быстро повышается после прохождения его центра через пункт наблюдений.
Как видим, по структуре тропический циклон имеет много общего с внетропическим. Но, кроме различия в размерах, условий возникновения и скоростей ветра, есть еще одна особенность в его строении, которая остается необъясненной. Это так называемый «глаз бури».
Давно известно, что при приближении тропического циклона сначала появляются разрушительной силы ветры одного направления, затем наступает затишье и показывается даже голубое небо. После этого вновь начинаются ураганные ветры, но уже противоположного направления. Зона затишья находится в средней части циклонов («глаз бури»). Это связано с наличием нисходящих движений воздуха в центре, в то время как во всей системе тропических циклонов происходит интенсивный подъем воздуха, вызывающий облакообразование и выпадение обильных осадков.
На рисунке 55 приведена схема вертикального строения урагана у юго-восточных берегов Северной Америки. Здесь показано распределение облачности и осадков, а также горизонтальные и вертикальные движения в его системе и положение тропопаузы. На фотографии (рис. 56) изображена облачная система и «глаз бури» в урагане «Грейс» 28 сентября 1959 г. Как видно, в расположении «глаза бури» имеются разрывы в облаках, с просвечивающей внизу водой.
Корабль, попавший в «глаз бури», иногда вынужден двигаться вместе с ним, пока не представится возможность вырваться за его пределы.
Ураганные ветры в циклоне вызывают приливы огромного количества морской воды, которые тоже вызывают разрушения. Например, мощный тайфун над Японией с давлением в центре, равным 920 мб привел к быстрому повышению воды в районе Осака на 2 м за 10 минут и нанес большой ущерб двум крупным городам Японии - Осака и Кобе. Погибло около 3 тыс. человек, а более 15 тыс. были ранены и пропали без вести.
Итак, каждый год тропические циклоны, зарождающиеся в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах, наносят огромный ущерб населению Юго-Восточной, Восточной и Южной Азии (Индии и Пакистана), Австралии, Мадагаскара, центральной и юго-восточной части Северной Америки.
Изучение тропических циклонов началось еще в XVIII веке, но до 30-х годов XX века все ограничивалось их описанием. Лишь в 40-х годах с помощью самолетов и радиолокаторов удалось установить характер распределения облачности в их системе, определить особенности строения и др.
В прибрежных районах юго-востока Северной Америки и востока Азии создана сеть радиолокационных станций, в обязанность которых входит оповещение населения о грозящей опасности. Используется для этой цели и самолетная разведка.
В настоящее время с помощью метеорологических спутников получают снимки облаков почти на всем земном шаре. По этим снимкам легко определить, где зарождаются тропические циклоны, проследить траекторию движения их и своевременно предупредить население об опасности. На рисунке 57 приводится фотография
облачности, снятая метеорологическим спутником «Кос-мос-144» 10 апреля 1967 г. в тайфуне «Виолетта» у юго-восточных 1 берегов Азии. Снимок позволяет судить о структуре облаков, а также об особенностях строения этого тропического вихря.
Источник---
Погосян, Х.П. Атмосфера Земли/ Х.П. Погосян [и д.р.]. – М.: Просвещение, 1970.- 318 с.
План лекции
Понятие тропического циклона.
Зарождение и строение тропических циклонов.
Районы зарождения и основные пути тропических циклонов.
Стадии развития и траектории движения тропических циклонов.
Погода в тропических циклонах.
Признаки приближения тропического циклона.
Определение положения судна относительно центра тропического циклона.
Основные теоретические положения
Понятие тропического циклона.
Циклоническая деятельность наблюдается не только в умеренных и высоких широтах. Вблизи тропических фронтов обоих полушарий (в широтной зоне от 5 до 25° с.ш. и ю.ш.) на Земле зарождаются грозные стихийные явления – мезомасштабные вихри – тропические циклоны. Обычно в низких широтах возникает большое число циклонических возмущений, но они бывают слабо выражены: давление в центре всего на 1 - 2 мбар ниже окружающего барического поля, ветры слабые, перемещаются медленно с востока на запад. Но время от времени эти возмущения начинают развиваться и превращаться в глубокие тропические циклоны с большими барическими градиентами и штормовыми ветрами. С фронтальными циклонами умеренных и высоких широт их роднит штормовой и ураганный ветер, похожая вращательная циркуляция вихрей, обильные осадки, выпадающие из их облачных систем, и соразмерность.
Принципиальные отличия фронтальных и тропических циклонов заключаются в их энергетике, вертикальном строении воздушных потоков, скорости ветра, направлении перемещения и сроках жизни самих вихрей.
Тропические циклоны – это сравнительно небольшие, но очень глубокие вихри, обладающие большой кинетической энергией. Для развития тропического циклона необходима большая энергия неустойчивости воздушной массы. Мощный подъем очень теплого и влажного воздуха над возникшим возмущением – обязательное условие его развития.
Давление в центре тропического циклона обычно составляй 980–950 мбар, в отдельных случаях – ниже 930 мбар. Диаметр тропического циклона составляет 100–300 миль, но иногда и больше.
2. Зарождение и строение тропических циклонов.
За счет колоссальных энергий (в отдельных случаях скорость ветра в ураганах превышает 120-150 м/с) количество атмосферных осадков, выпадающих за сутки, достигает высоты 20 м и более.
В центральной части урагана под действием центробежного выбрасывания воздуха, при малом его притоке в приземном слое, давление быстро падает. Первоначально слабая барическая депрессия усиливается, и уже через несколько суток мощный циклон начинает двигаться к западу, все более увеличивая свою глубину и скорость движения, возрастает и сила ветра в нем. Циклон развивается в тропический ураган.
Согласно фронтальной теории, возникновение урагана объясняется взаимодействием воздушных масс Северного и Южного полушарий на тропическом фронте в зоне встречи пассатов. Здесь, вследствие интенсивного нагрева поверхности океана, наблюдается значительный контраст температур нижних и верхних слоев атмосферы, что создает большую неустойчивость воздушных масс – мощные конвективные движения.
Волновая теория зарождения ураганов пытается связать прохождение длинных (до 2000 км) восточных волн атмосферного давления. Эти волны, перемещаясь с востока на запад, теряют свою устойчивость и превращаются в вихри – тропические циклоны.
В развитии любого тропического циклона до интенсивного урагана прослеживаются четыре стадии:
- стадия формирования – неустойчивая погода, шквалистые ветры различных направлений. Намечается центр циклона. Сила ветра вблизи него (50-100 морских миль) не превышает 7 баллов;
- молодой циклон – дальнейшее падение давления, образование вокруг центра циклона пояса ураганных ветров. Формирование в центре циклона ясной погоды со слабыми ветрами или штилем – «глаза бури»;
- зрелый ураган – прекращение падения давления и усиления ветра. Площадь, занятая ураганом, увеличивается до максимума, нарушается симметрия урагана. Плохая погода в правой его половине наблюдается на большей площади, чем в левой.
- разрушение урагана . Эта стадия наступает, как правило, после поворота урагана через полярный курс к востоку. Интенсивность урагана ослабевает, «глаз бури» исчезает и ураган принимает черты обычного нетропического (фронтального) циклона. Точно так же тропические ураганы затухают и при переходе на сушу, когда прекращается приток влаги и увеличивается трение воздуха о подстилающую поверхность.
Все циклона, зарождающиеся в тропиках, подразделяются на четыре группы.
1-я группа . Тропическое возмущение – обладает слабой тропической циркуляцией.;
2-я группа . Тропическая депрессия – слабый тропический циклон с явно выраженной приземной циркуляцией, наибольшая скорость установившегося ветра в котором не превышает 12-13 м/с.;
3-я группа . Тропический шторм – циклон, наибольшая скорость установившегося ветра в котором достигает 33 м/с;
4-я группа . Тропический ураган – циклон, скорость ветра в котором превышает 33 м/с (60 уз.).
Таким образом, тропические циклоны классифицируются следующим образом (табл. 1)
В основу классификации положен критерий скорости ветра в центральной области тропического циклона. Однако тропические циклоны отличаются не только по ветровому режиму, но и по характеру распределения облачности, осадков и других метеорологических элементов (табл.1).
Таблица 1. Классификация тропических циклонов в зависимости от скорости ветра.
