Строение и особенности тропических циклонов

10:40 24.01.2018

Здравствуйте уважаемые пользователи сайта Маглипогода! Продолжаем рассказывать о тропических циклонов и их особенностях. В сентябре прошлого года вышла статья: «Тропические циклоны«, в которой мы уже рассказывали об этих циклонах. А чтобы пользователи сайта не путались в категориях тропических циклонов, была опубликована статья о всех категориях, применяемые для описания силы тропических циклонов: «Шкалы тропических циклонов«. Советую внимательно еще раз всем прочитать и больше не путаться в категориях и местах их применения. Напомню: у нас на Дальнем Востоке используется шкала тропических циклонов подразделением Метеорологического управления Японии (JMA), а шкала ураганов Саффира-Симпсона используется в Атлантическом океане и в Тихом океане к востоку от антимеридиана. 

Строение и особенности тропических циклонов.

Ураганы и тайфуны имеют своеобразную структуру, которая сильно отличается от фронтальных циклонов умеренных широт. Основными элементами ТЦ является глаз (центральная часть), стена глаза и дождевые полосы по периферии циклона. Далее подробнее остановимся на каждом из них. Но сначала я предлагаю Вам посмотреть фильм.

Фильм: Зарождение и жизнь урагана Люси.

В этом фильме показаны все основные процессы в тропических циклонах, которые достигают высшие категории. В фильме можно наблюдать рождение, нарастание, достижение пика активности и последующая смерть урагана Люси. Я смонтировал этот фильм специально так, чтобы вам донести более «живым» способом, что происходит при зарождении и жизни тропических циклонов. Здесь можно увидеть, как поднимаются облака, как они охлаждаются, как закручивается вихрь, вид из космоса, также возможные последствия таких циклонов. Советую посмотреть этот фильм! :good: 

Зарождение и жизнь урагана Люси:

Строение урагана.

А вот теперь рассмотрим схематические схемы и структуру тропических циклонов. 

Ураганы формируются только над поверхностью воды, там где тепло. Черпая свою силу из теплых вод океана, ураган постепенно разрастается, неся с собой огромное количество воды. Помимо влаги в облаках, ураган несет и приливную волну, наподобие цунами, которая называется штормовой нагон. Нагоны формируются из-за того, что под ураганом формируется область низкого давления и морская вода приподнимается над поверхностью остального океана.

Строение урагана:

Строение тропического циклона. Показаны основные элементы и воздушные потоки:

Глаз (eye) – центральная часть циклона, его «сердце». Здесь обычно наблюдается самое низкое атмосферное давление и слабые ветры вплоть до штиля (поскольку отсутствует горизонтальный барический градиент). Наиболее низкое давление было зафиксировано в глазу супертайфуна «Тип» в октябре 1979 года и составило 870 гПа! В хорошо развитых циклонах облачность в глазу практически отсутствует, может встречаться небольшое количество перистых облаков, либо средний ярус. Понятное дело, что и осадков в этой области тоже не наблюдается. Кроме того, это самая тёплая часть циклона, иногда также называемая тёплым ядром. Данная особенность связана с тем, что в центральной части циклона происходит опускание воздуха и его адиабатический нагрев (см. схему выше), поэтому в средней и нижней тропосфере глаз является неким островком тепла. Наиболее тёплый глаз наблюдался в урагане «Patricia» на северо-востоке Тихого океана 23 октября 2015 года. Температура воздуха на уровне 758 гПа (примерно 3 км) достигала +32,2 ˚С!

Сам глаз имеет обычно круглую форму, и его средний диаметр составляет 30 – 65 км. Наиболее маленький глаз имел диаметр всего 3,7 км (ураган Wilma в Карибском море, 19 октября 2005 года), а самый большой наблюдался у тайфуна Carmen – 370 км, 20 августа 1960 года на северо-западе Тихого океана. В заключительной стадии эволюции циклона (при его разрушении), глаз может принимать овальную, либо неправильную форму.

Глаз всегда окружён так называемой «стеной глаза» («eye wall») – наиболее плотное кольцо мощных кучево-дождевых облаков. В этой области всегда наблюдается наиболее сильные ветры 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 КДО -“rain bands” (дождевые полосы), которые могут быть внешними (outer rainbands), либо внутренними (inner rainbands); также внешней и внутренней бывает стена глаза. Так как эти полосы располагаются в виде спирали, то их иногда называют «спиральные полосы». Вдоль этих полос на нижнем уровне конвергенция (сходимость) максимальна, и, следовательно, на верхнем уровне максимальна дивергенция воздушных потоков. Теплый и влажный воздух поднимается вверх, а затем опускается по обе стороны полосы.

Наиболее характерное расположение дождевых полос во внутренней и внешней зонах урагана:

В достаточно развитых циклонах (обычно в тайфунах или 3 и выше категории интенсивности ураганах) иногда наблюдается такое явление как «концентрические циклы стены глаза» — Eyewall replacement cycles. Оно состоит в том, что некоторые из внешних дождевых полос (которые вначале располагались ближе к периферии циклона) могут организовываться во внешнее кольцо гроз (внешняя стена глаза), которое медленно движется в сторону центра циклона, лишая внутреннюю стену глаза необходимой влажности и момента движения. В течение данной 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.

Спутниковое фото тайфуна «Amber» в 1997 году, на котором хорошо видна внутренняя и внешняя стена глаза во время процесса Eyewall replacement cycle:

Иногда между внутренней стеной глаза и внешними дождевыми полосами находится зона со сравнительно небольшими осадками и менее плотными облаками. Такая зона называется «ров» (moat), см. схему. Она возникает за счёт опускания с верхних слоёв более сухого воздуха, поскольку восходящие и нисходящие токи в циклоне чередуются.

Вертикальный разрез тропического циклона, показан «ров» и расположение дождевых полос:

В стене глаза циклона часто можно заметить отдельные очень мощные кучево-дождевые облака, которые называют «горячие башни» («Hot tower»). Они пробивают тропопаузу и проникают в нижнюю стратосферу. Их высота может достигать 16-18 км. Эти облака называют «горячими» потому, что такой интенсивный их рост происходит за счёт выделения огромного количества скрытой теплоты конденсации при переходе водяного пара в жидкое состояние. NASA обнаружила, что подобные образования наиболее часто встречаются именно в тропических циклонах, особенно в стене глаза, где восходящие потоки максимальны. Наличие такой башни в стене глаза циклона считается признаком его углубления в последующие 6-8 часов.

Схематическое представление горячих башен в тропических циклонах:

Интересной особенностью некоторых циклонов является наличие в стене глаза и ближе к его центру мезовихрей (Eyewall mesovortices). В таких вихрях скорость ветра может быть на 10% выше, чем в остальной части стены глаза. Замечено, что они появляются в периоды интенсификации циклонов. Поведение таких вихрей носит случайный характер – они могут медленно перемещаться вокруг глаза, а могут даже его пересекать, что было выявлено экспериментальными способами. Если наблюдаются такие мезовихри в момент выхода циклона на сушу, то они могут спровоцировать возникновение вспышки торнадо, поскольку вращательный момент будет передаваться в нижние слои воздуха. 15 сентября 1989 года во время наблюдения урагана «Хьюго», исследовательский самолёт NOAA-42 случайно пролетел через мезовихрь и зафиксировал скорость ветра в 320 км/ч!

Мезовихри в центральной части урагана «Изабель», 13 сентября 2003 года:

Другой интересной особенностью мощных циклонов является эффект «стадиона» (stadium effect). Он заключается в том, что облака стены глаза располагаются под некоторым наклоном относительно центра урагана. При этом, диаметр глаза вверху циклона значительно больше, чем у поверхности, т.к. воздушные потоки стены поднимаются по изолиниям равного углового момента, которые также наклонены наружу от глаза и с высоты это визуально напоминает стадион (см. фото).

Эффект стадиона, видимый во внутренних частях мощных циклонов с борта самолёта охотников за ураганами:

Что касается грозовой активности в ураганах, то она на удивление довольно низкая. Во внутренней части урагана (в пределах 100 км от центра) молнии фиксируются не так часто. И только в среднем, около пары десятков или меньше ударов облако-земля в час происходит вокруг стены глаза. Однако ближе к периферии циклона количество молний может составлять около 100 в час. Такая слабая грозовая активность внутренней части урагана объясняется некоторыми особенностями КДО. В районе их формирования недостаточно развиты восходящие потоки. Из-за слабых восходящих потоков существует недостаток переохлаждённой воды и кристаллов льда в облаках стены глаза, следствием чего является очень низкая грозовая деятельность. А большее количество молний во внешней части урагана связано с более конвективными дождевыми полосами. Блэк в 1975 году высказал мнение, что резкое повышение конвекции внутри циклона, которое сопровождается увеличением грозовой активности свидетельствует об интенсификации урагана, что было позднее подтверждено наблюдениями.

Молнии вблизи центра некоторых ураганов, вид с Международной космической станции:

В некоторых случаях тропические циклоны могут подвергаться процессу, известному как «взрывное» углубление (Rapid deepening), когда в течение суток давление в центре циклона падает на 42 гПа и более. Для столь быстрого углубления необходимо наличие нескольких факторов. Температура поверхностного слоя воды (до глубины около 50 метров) должна быть чрезвычайно высокой (около или выше +30 ° C). Вертикальный сдвиг ветра должен быть минимальным (при сильном сдвиге ветра конвекция и циркуляция в циклоне будут нарушены). Как правило, необходимо наличие развитого высотного антициклона в верхних слоях тропосферы. Это будет дополнительно усиливать восходящие потоки в стене глаза, тем самым понижая давление в приземном слое. Наиболее стремительная интенсификация наблюдалась у тайфуна «Форрест» в сентябре 1983 года на северо-западе Тихого океана. Тогда в течение 24 часов давление в центре тайфуна упало на 100 гПа: с 976 до 876, т.е. со скоростью в среднем 4,2 гПа/час.

Если два тропических циклона находятся на небольшом расстоянии друг от друга, то они будут постепенно вращаться вокруг общего центра (наподобие бинарных звёздных систем в космосе). При этом, расстояние между центрами взаимодействующих циклонов должно быть не более 1450 км. В Северном полушарии это вращение происходит против часовой, а в Южном по часовой стрелке. Это называется эффектом Фуджихара (по фамилии исследователя, который в 1921 году впервые описал данный процесс).

Взаимодействующие между собой тайфуны «Парма» и «Мелор» в Филиппинском море, 6 октября 2009 г:

Напоминаю: Тропические циклоны несут в себе огромные запасы энергии и обладают большой разрушительной силой!

В будущем тайфуны и ураганы будут становиться все сильнее и опаснее. Глобальное потепление уже не остановить. Скоро начнутся глобальные изменения погоды по всему миру. То что мы с вами наблюдаем сейчас, в будущем все эти процессы будут только ускорятся с каждым годом. Возможно в скором времени появятся мегатайфуны и мегаураганы, поэтому метеорологическим агентствам придется пересмотреть вид категорий и шкал тропических циклонов. Также незабываем: смещение магнитного полюса идет с ускорением! Мы сживем сейчас в эпоху резких перемен.

Следите за погодой и климатом вместе с нами!

С Уважением, Маглипогода!

Информация, которая размещается на сайте, не считается официальной. 
На всех страницах функционирует система уведомления правописания. Обнаружив ошибку или неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

Присоединяйтесь к нам через социальные сети и подписывайтесь на рассылку по электронной почте.