Тропический циклон - Tropical cyclone

Ураган Изабель (2003), вид с орбиты во время Экспедиция 7 из Международная космическая станция. В глаз, глаза и окружающие повязки, характеристики тропических циклоны в узком смысле хорошо видны в этом ракурсе из космоса.

Часть серия на
Погода
Умеренный и полярный сезон Зима Весна Летом Осень
Тропические сезоны Сухой сезон Харматтан Влажный сезон
Бури Облако Кучево-дождевое облако Аркус облако Downburst Микровзрыв Тепловой взрыв Деречо Молния Вулканическая молния Гроза Воздушная гроза Грозовой снег Сухая гроза Мезоциклон Supercell Торнадо Антициклонический смерч Смерч Водяной смерч Пыльный дьявол Огненный вихрь Антициклон Циклон Полярный низкий Внетропический циклон Европейский ураган Nor'easter Субтропический циклон Тропический циклон Атлантический ураган Тайфун Штормовая волна Песчаная буря Simoom Хабуб Муссон Амихан Гейл Сирокко Огненная буря Зимняя буря Снежная буря Снежная буря Наземная метель Snowsquall
Осадки Морось Замораживание Graupel Град Мегакриометеор Ледяная крупа Бриллиантовая пыль Дождь Замораживание Ливень Снег Дождь и снег смешанные Снежные зерна Снежный каток Слякоть
Темы Загрязнение воздуха Атмосфера Химия Конвекция Физика река Климат Облако Физика Туман Сезон тумана Холодная волна Тепловая волна Струйный поток Метеорология Суровая погода Список Экстремальный Терминология суровой погоды Канада Япония Соединенные Штаты Прогноз погоды Модификация погоды
Глоссарии Метеорология Изменение климата Условия торнадо Термины тропических циклонов
Портал погоды

А тропический циклон быстро вращающийся штормовая система характеризуется низкое давление центр, замкнутая низкоуровневая атмосферная циркуляция, сильные ветра, и спиральное расположение грозы которые производят сильный дождь или шквалы. В зависимости от расположения и силы тропический циклон называют разные имена, включая ураган (/ˈчасʌrɪkən,-keɪп/),^[1][2][3] тайфун (/таɪˈжuп/), тропический шторм, циклонический шторм, тропическая депрессия и просто циклон.^[4] А ураган это тропический циклон, который происходит в Атлантический океан и северо-восток Тихий океан, а тайфун встречается в северо-западной части Тихого океана; в южной части Тихого океана или Индийский океан сопоставимые штормы называют просто «тропическими циклонами» или «сильными циклоническими штормами».^[4]

«Тропический» относится к географическому происхождению этих систем, которые формируются почти исключительно на тропический моря. «Циклон» относится к их ветрам, движущимся по кругу,^[5] кружась вокруг своей центральной ясной глаз с их ветрами дуют против часовой стрелки в Северное полушарие и по часовой стрелке в Южное полушарие. Противоположное направление циркуляции связано с Эффект Кориолиса. Тропические циклоны обычно образуют над большими водоемами с относительно теплой водой. Они получают свою энергию за счет испарения воды от океан поверхность, которая в конечном итоге повторно уплотняет в облака и дождь, когда влажный воздух поднимается и остывает до насыщенность. Этот Энергетический ресурс отличается от среднеширотные циклонические штормы, Такие как Nor'easters и Европейские бури, которые в первую очередь подпитываются горизонтальные температурные контрасты. Диаметр тропических циклонов обычно составляет от 100 до 2000 км (от 62 до 1243 миль).

Сильные вращающиеся ветры тропического циклона являются результатом сохранение углового момента переданный Вращение Земли поскольку воздух течет внутрь к оси вращения. В результате они редко образуются в пределах 5 ° от экватора.^[6] Тропические циклоны почти неизвестны в Южной Атлантике из-за постоянно сильного сдвиг ветра и слабый Зона межтропической конвергенции.^[7] И наоборот, Африканский восточный самолет и области атмосферной нестабильности вызывают циклоны в Атлантическом океане и Карибском море, в то время как циклоны вблизи Австралии обязаны своим происхождением азиатский муссон и Теплый бассейн в западной части Тихого океана.

Основным источником энергии для этих штормов являются теплые океанские воды. Поэтому эти штормы обычно наиболее сильны над водой или около нее и довольно быстро ослабевают над сушей. Это делает прибрежные районы особенно уязвимыми для воздействия тропического циклона по сравнению с внутренними регионами. Ущерб прибрежной зоне может быть вызван сильным ветром и дождем, высокими волнами (из-за ветра), штормовые нагоны (из-за ветра и резких перепадов давления), и потенциал нереста торнадо. Тропические циклоны также втягивают воздух с большой территории - которая может быть обширной областью для самых сильных циклонов - и концентрируют содержащуюся в воздухе воду (состоящую из атмосферной влаги и влаги, испарившейся из воды) в осадки на гораздо меньшей площади. Эта постоянная замена влагосодержащего воздуха новым влагосодержащим воздухом после того, как его влага выпала в виде дождя, может вызвать многочасовые или многодневные чрезвычайно сильные дожди на расстоянии до 40 километров (25 миль) от береговой линии, что намного превышает норму. воды, которая содержится в местной атмосфере в любой момент времени. Это, в свою очередь, может привести к затоплению рек, наводнению над сушей и общему перегрузке местных водохозяйственных сооружений на большой территории. Хотя их воздействие на человеческое население может быть разрушительным, тропические циклоны могут облегчить условия засухи. Они также уносят тепло и энергию из тропиков и переносят их в умеренные широты, что может играть важную роль в регулировании глобального климата.

Часть серии по
Тропические циклоны
Структура Центральная густая облачность Разработка Глаз
Последствия Предупреждения и часы Штормовая волна Готовность Ответ Известные штормы
Климатология и трекинг Бассейны РСМЦ Напольные весы Наблюдение Прогнозирование Прогноз осадков Климатология осадков
Именование тропических циклонов История Список исторических имен Списки пенсионеров: Атлантический, Тихоокеанский ураган, Тихоокеанский тайфун, Филиппинский, Австралийский, южной части Тихого океана
Очертание тропических циклонов  Портал тропических циклонов

Физическая структура

Схема урагана в Северном полушарии

Тропические циклоны - это районы относительно низкое давление в тропосфера, при этом наибольшие возмущения давления происходят на малых высотах у поверхности. На Земле давления, зарегистрированные в центрах тропических циклонов, являются одними из самых низких, когда-либо наблюдавшихся в уровень моря.^[8] Окружающая среда вблизи центра тропических циклонов теплее, чем окружающая среда на всех высотах, поэтому они характеризуются как системы «теплого ядра».^[9]

Поле ветра

Поле приповерхностного ветра тропического циклона характеризуется быстрым вращением воздуха вокруг центр обращения в то время как также течет радиально внутрь. На внешней границе шторма воздух может быть почти спокойным; однако из-за вращения Земли воздух имеет ненулевые абсолютный угловой момент. Когда воздух течет радиально внутрь, он начинает вращаться циклонически (против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии) сохранить угловой момент. На внутреннем радиусе воздух начинает подниматься к верхняя часть тропосферы. Этот радиус обычно совпадает с внутренним радиусом глаза, и имеет самые сильные приповерхностные ветры шторма; следовательно, он известен как радиус максимальных ветров.^[10] Поднимаясь, воздух уходит от центра шторма, создавая щит из перистые облака.^[11]

Вышеупомянутые процессы приводят к почти осесимметричный Поле ветра: Скорость ветра в центре низка, быстро увеличивается по мере продвижения наружу до радиуса максимального ветра, а затем постепенно уменьшается с радиусом до больших радиусов. Однако поле ветра часто демонстрирует дополнительную пространственную и временную изменчивость из-за эффектов локализованных процессов, таких как грозовая активность и горизонтальный нестабильность потока. В вертикальном направлении ветры наиболее сильны у поверхности и затухают с высотой в тропосфере.^[12]

Глаз и центр

Грозовая активность в зоне видимости Циклон Банси как видно из Международная космическая станция, 12 января 2015 г.

В центре зрелого тропического циклона воздух скорее опускается, чем поднимается. При достаточно сильном шторме воздух может опускаться над слоем, достаточно глубоким, чтобы подавить образование облаков, тем самым создавая прозрачную "глаз ". Погода на глаз обычно спокойная и без облаков, хотя море может быть очень сильным.^[13] Глаз обычно круглый и обычно составляет 30–65 км (19–40 миль) в диаметре, хотя наблюдались глаза от 3 км (1,9 мили) до 370 км (230 миль).^[14][15]

Мутный внешний край глаза называется "глаза ". Стена глаз обычно расширяется наружу с высотой, напоминая футбольный стадион; это явление иногда называют"эффект стадиона ".^[15] В глаза здесь наблюдаются самые высокие скорости ветра, воздух поднимается быстрее всего, облака достигают максимума высота, а осадки самые сильные. Самый тяжелый ущерб от ветра возникает там, где тропический циклон проходит над землей.^[13]

В более слабый шторм глаз может быть закрыт центральная густая облачность, который представляет собой перистый щит верхнего уровня, связанный с концентрированной областью сильной грозовой активности вблизи центра тропического циклона.^[16]

Стена глаз со временем может меняться в виде циклы замены глазных стенок, особенно в интенсивных тропических циклонах. Наружные дождевики может образовывать внешнее кольцо грозы, которое медленно движется внутрь, что, как полагают, лишает основную глазную стену влаги и угловой момент. Когда ослабевает основная стена глаза, тропический циклон временно ослабевает. Внешняя стена в конце концов заменяет основную в конце цикла, и тогда шторм может вернуться к своей первоначальной интенсивности.^[17]

Быстрая интенсификация

Иногда в тропических циклонах может происходить процесс, известный как быстрая интенсификация, период, в течение которого максимально устойчивые ветры тропического циклона увеличиваются на 30 узлов в течение 24 часов.^[18] Чтобы произошло быстрое усиление, необходимо выполнение нескольких условий. Температура воды должна быть очень высокой (около 30 ° C, 86 ° F) или выше, а вода такой температуры должна быть достаточно глубокой, чтобы волны не поднимали более прохладную воду на поверхность. С другой стороны, Тепловой потенциал тропического циклона один из таких нетрадиционных подземных океанографический параметры, влияющие на циклон интенсивность. Сдвиг ветра должен быть низким; при сильном сдвиге ветра конвекция и циркуляция в циклоне будет нарушена. Обычно антициклон в верхних слоях тропосфера над штормом также должен присутствовать - для развития чрезвычайно низкого поверхностного давления воздух должен очень быстро подниматься в глаза шторма, а антициклон верхнего уровня помогает эффективно отводить этот воздух от циклона.^[19]

Размер

Существует множество показателей, обычно используемых для измерения размера шторма. Наиболее распространенные метрики включают радиус максимального ветра, радиус ветра 34 узла (т.е. штормовая сила ) радиус крайних замкнутых изобара (ROCI ) и радиус исчезающего ветра.^[21][22] Дополнительной метрикой является радиус, при котором относительный завихренность поле уменьшается до 1 × 10⁻⁵ s⁻¹.^[15]

На Земле тропические циклоны охватывают широкий диапазон размеров: от 100 до 2000 километров (62–1243 миль), если измерять их по радиусу исчезающего ветра. Они самые большие в среднем в северо-западной части бассейна Тихого океана и самые маленькие в северо-восточной части. Тихий океан бассейн.^[23] Если радиус самой внешней замкнутой изобары меньше двух градусы широты (222 км (138 миль)), то циклон «очень маленький» или «карлик». Радиус 3–6 градусов широты (333–670 км (207–416 миль)) считается «средним размером». «Очень большие» тропические циклоны имеют радиус более 8 градусов (888 км (552 мили)).^[20] Наблюдения показывают, что размер слабо коррелирует с такими переменными, как интенсивность шторма (т.е. максимальная скорость ветра), радиус максимального ветра, широта и максимальная потенциальная интенсивность.^[22][23]

Размер играет важную роль в модуляции ущерба, нанесенного штормом. При прочих равных, более сильный шторм будет воздействовать на большую территорию в течение более длительного периода времени. Кроме того, большее поле приземного ветра может создавать более высокие штормовая волна из-за комбинации более длительного ветра принести, более продолжительный и улучшенный установка волны.^[24]

Верхняя циркуляция сильных ураганов простирается в тропопауза атмосферы, которая на низких широтах составляет 15 000–18 000 метров (50 000–60 000 футов).^[25]

Физика и энергетика

Тропические циклоны демонстрируют опрокидывающуюся циркуляцию, при которой воздух поступает на низких уровнях у поверхности, поднимается в грозовых облаках и выходит на высоких уровнях вблизи тропопаузы.^[26]

В трехмерный Поле ветра в тропическом циклоне можно разделить на две составляющие: «первичная циркуляция» и «вторичная циркуляция ". Первичная циркуляция - это вращательная часть потока; она является чисто круговой. Вторичная циркуляция - это переворачивающаяся (входящая-вверх-выход-вниз) часть потока; она находится в радиальный и вертикальные направления. Первичная циркуляция больше по величине, доминирует над полем приземного ветра и несет ответственность за большую часть ущерба, причиняемого штормом, в то время как вторичная циркуляция медленнее, но определяет энергетика шторма.

Вторичная циркуляция: тепловая машина Карно

Первичный источник энергии тропического циклона - тепло от испарения воды с поверхности теплого океан, предварительно нагретый солнечным светом. Энергетику системы можно идеализировать как атмосферную Тепловой двигатель Карно.^[27] Во-первых, приточный воздух вблизи поверхности приобретает тепло в основном за счет испарения воды (т. Е. скрытая теплота ) при температуре теплой поверхности океана (при испарении океан остывает, а воздух нагревается). Во-вторых, нагретый воздух поднимается и охлаждается внутри глаз, сохраняя при этом общее теплосодержание (скрытое тепло просто преобразуется в явное тепло в течение конденсация ). В-третьих, воздух выходит и теряет тепло через инфракрасная радиация в космос при температуре холода тропопауза. Наконец, воздух утихает и согревает на внешнем краю шторма, сохраняя при этом общее теплосодержание. Первая и третья ноги почти изотермический, а вторая и четвертая ноги почти изэнтропический. Этот переворачивающийся поток вверх-вниз-вниз известен как вторичная циркуляция. Перспектива Карно дает верхняя граница от максимальной скорости ветра, которую может достичь шторм.

По оценкам ученых, тропический циклон выделяет тепловую энергию со скоростью от 50 до 200 единиц.эксаджоули (10¹⁸ J) в сутки,^[28] эквивалентно примерно 1 ПВт (10¹⁵ ватт). Эта скорость выделения энергии эквивалентна 70-кратному увеличению мировое потребление энергии людей и в 200 раз превышающую мировую электрическую мощность, или до 10-мегатонна ядерная бомба каждые 20 минут.^[28][29]

Первичная циркуляция: вращающиеся ветры

Первичный вращающийся поток в тропическом циклоне является результатом сохранение углового момента вторичной циркуляцией. Абсолютный угловой момент на вращающейся планете ${displaystyle M}$ дан кем-то

${displaystyle M = {frac {1} {2}} fr ^ {2} + vr}$

куда ${displaystyle f}$ это Параметр Кориолиса, ${displaystyle v}$ - азимутальная (т.е. вращающаяся) скорость ветра, и ${displaystyle r}$ - радиус до оси вращения. Первый член справа - это составляющая планетарного углового момента, которая проецируется на местную вертикаль (то есть ось вращения). Второй член в правой части - это относительный угловой момент самой циркуляции по отношению к оси вращения. Поскольку член планетарного углового момента обращается в нуль на экваторе (где ${displaystyle f = 0}$ ), тропические циклоны редко форма в пределах 5 ° от экватора.^[6][30]

Поскольку воздух движется радиально внутрь на низких уровнях, он начинает циклонически вращаться, чтобы сохранить угловой момент. Точно так же, поскольку быстро вращающийся воздух течет радиально наружу около тропопаузы, его циклоническое вращение уменьшается и в конечном итоге меняет знак на достаточно большом радиусе, что приводит к появлению верхнего уровня. антициклон. В результате получается вертикальная конструкция с прочным циклон на низких уровнях и сильном антициклон недалеко от тропопауза; из тепловой баланс ветра, это соответствует системе, в центре которой теплее, чем в окружающей среде на всех высотах (т. е. «теплое ядро»). Из гидростатический баланс, теплое ядро ​​переводится в более низкое давление в центре на всех высотах, с максимальным падением давления на поверхности.^[12]

Максимальная потенциальная интенсивность

Из-за поверхностного трения приток лишь частично сохраняет угловой момент. Таким образом, нижняя граница морской поверхности действует как источник (испарение) и сток (трение) энергии для системы. Этот факт приводит к существованию теоретической верхней границы максимальной скорости ветра, которую может достичь тропический циклон. Поскольку испарение увеличивается линейно со скоростью ветра (точно так же, как при выходе из бассейна в ветреный день кажется намного холоднее), существует положительная обратная связь по энергии, поступающей в систему, известная как обратная связь с индуцированным ветром поверхностным теплообменом (WISHE).^[27] Эта обратная связь компенсируется, когда диссипация трения, которая увеличивается пропорционально кубу скорости ветра, становится достаточно большой. Эта верхняя граница называется «максимальной потенциальной интенсивностью», ${displaystyle v_ {p}}$, и задается

${displaystyle v_ {p} ^ {2} = {frac {C_ {k}} {C_ {d}}} {frac {T_ {s} -T_ {o}} {T_ {o}}} Delta k}$

куда ${displaystyle T_ {s}}$ температура морской поверхности, ${displaystyle T_ {o}}$ - температура истечения ([К]), ${displaystyle Delta k}$ - разница энтальпий между поверхностью и надводным воздухом ([Дж / кг]), и ${displaystyle C_ {k}}$ и ${displaystyle C_ {d}}$ поверхность обменные коэффициенты (безразмерный ) энтальпии и количества движения соответственно.^[31] Разность энтальпии приземного воздуха принимается как ${displaystyle Delta k = k_ {s} ^ {*} - k}$, куда ${displaystyle k_ {s} ^ {*}}$ это насыщенность энтальпия воздуха при температуре поверхности моря и давлении на уровне моря и ${displaystyle k}$ - энтальпия пограничного слоя воздуха над поверхностью.

Максимальная потенциальная интенсивность является преимущественно функцией только фоновой среды (т.е. без тропического циклона), и, таким образом, это количество может использоваться для определения того, какие регионы на Земле могут поддерживать тропические циклоны данной интенсивности и как эти регионы могут развиваться в время.^[32][33] В частности, максимальная потенциальная интенсивность состоит из трех компонентов, но ее изменчивость в пространстве и времени обусловлен преимущественно изменчивостью составляющей разности энтальпии приземного воздуха ${displaystyle Delta k}$.

Вывод

Тропический циклон можно рассматривать как Тепловой двигатель что преобразует ввод высокая температура энергия с поверхности в механическая энергия что можно использовать для механическая работа против поверхностного трения. В состоянии равновесия скорость производства чистой энергии в системе должна равняться скорости потери энергии из-за диссипации трения на поверхности, т.е.

${displaystyle W_ {in} = W_ {out}}$

Скорость потери энергии на единицу площади поверхности из-за трения поверхности, ${displaystyle W_ {out}}$, дан кем-то

${displaystyle W_ {out} = C_ {d} ho | mathbf {u} | ^ {3}}$

куда ${displaystyle ho}$ - плотность приземного воздуха ([кг / м³]) и ${displaystyle | mathbf {u} |}$ - скорость приземного ветра ([м / с]).

Скорость производства энергии на единицу площади поверхности, ${displaystyle W_ {in}}$ дан кем-то

${displaystyle W_ {in} = эпсилон Q_ {in}}$

куда ${displaystyle epsilon}$ КПД теплового двигателя и ${displaystyle Q_ {in}}$ - общий расход тепла в систему на единицу площади поверхности. Учитывая, что тропический циклон можно идеализировать как Тепловой двигатель Карно, КПД тепловой машины Карно определяется выражением

${displaystyle epsilon = {гидроразрыв {T_ {s} -T_ {o}} {T_ {s}}}}$

Теплота (энтальпия) на единицу массы определяется выражением

${displaystyle k = C_ {p} T + L_ {v} q}$

куда ${displaystyle C_ {p}}$ теплоемкость воздуха, ${displaystyle T}$ температура воздуха, ${displaystyle L_ {v}}$ - скрытая теплота испарения, а ${displaystyle q}$ - концентрация водяного пара. Первый компонент соответствует явное тепло а второй скрытая теплота.

Есть два источника поступления тепла. Преобладающим источником является поступление тепла на поверхность, в основном за счет испарения. Объемная аэродинамическая формула для расхода тепла на единицу площади на поверхности, ${displaystyle Q_ {in: k}}$, дан кем-то

${displaystyle Q_ {in: k} = C_ {k} ho | mathbf {u} | Delta k}$

куда ${displaystyle Delta k = k_ {s} ^ {*} - k}$ представляет собой разность энтальпии между поверхностью океана и над ним. Второй источник - это внутреннее физическое тепло, генерируемое за счет рассеяния трения (равное ${displaystyle W_ {out}}$), который возникает у поверхности в тропическом циклоне и возвращается в систему.

${displaystyle Q_ {in: friction} = C_ {d} ho | mathbf {u} | ^ {3}}$

Таким образом, общий уровень чистого производства энергии на единицу площади поверхности определяется выражением

${displaystyle W_ {in} = {frac {T_ {s} -T_ {o}} {T_ {s}}} left (C_ {k} ho | mathbf {u} | Delta k + C_ {d} ho | mathbf {u} | ^ {3} ight)}$

Параметр ${displaystyle W_ {in} = W_ {out}}$ и принимая ${displaystyle | mathbf {u} | приблизительно v}$ (т.е. скорость вращения ветра является доминирующей) приводит к решению для ${displaystyle v_ {p}}$ приведено выше. Этот вывод предполагает, что общие затраты энергии и потери в системе могут быть аппроксимированы их значениями в радиусе максимального ветра. Включение ${displaystyle Q_ {in: friction}}$ действует, чтобы умножить общий расход тепла на коэффициент ${displaystyle {frac {T_ {s}} {T_ {o}}}}$. Математически это означает замену ${displaystyle T_ {s}}$ с ${displaystyle T_ {o}}$ в знаменателе эффективности Карно.

Альтернативное определение максимальной потенциальной интенсивности, математически эквивалентное приведенной выше формулировке:

${displaystyle v_ {p} = {sqrt {{frac {T_ {s}} {T_ {o}}} {frac {C_ {k}} {C_ {d}}} (CAPE_ {s} ^ {*} - CAPE_ {b}) | _ {m}}}}$

где CAPE означает Конвективная доступная потенциальная энергия, ${displaystyle CAPE_ {s} ^ {*}}$ - это МЫС воздушной посылки, поднятой из насыщения на уровне моря, по отношению к окружающей среде. звучание, ${displaystyle CAPE_ {b}}$ - CAPE пограничного слоя воздуха, и обе величины рассчитываются на радиусе максимального ветра.^[34]

Характерные значения и изменчивость на Земле

На Земле характерная температура для ${displaystyle T_ {s}}$ составляет 300 К и для ${displaystyle T_ {o}}$ составляет 200 К, что соответствует эффективности Карно ${displaystyle epsilon = 1/3}$. Отношение коэффициентов поверхностного обмена, ${displaystyle C_ {k} / C_ {d}}$, обычно принимается равным 1. Однако наблюдения показывают, что коэффициент сопротивления ${displaystyle C_ {d}}$ изменяется в зависимости от скорости ветра и может уменьшаться при высоких скоростях ветра в пограничном слое зрелого урагана.^[35] Кроме того, ${displaystyle C_ {k}}$ может изменяться при высоких скоростях ветра из-за воздействия морские брызги при испарении в пограничном слое.^[36]

Характерное значение максимальной напряженности потенциала, ${displaystyle v_ {p}}$, составляет 80 метров в секунду (180 миль / ч; 290 км / ч). Однако это количество значительно варьируется в пространстве и времени, особенно в пределах сезонный цикл, охватывающий диапазон от 0 до 100 метров в секунду (от 0 до 224 миль / ч; от 0 до 360 км / ч).^[34] Эта изменчивость в первую очередь связана с изменчивостью неравновесия поверхностной энтальпии ( ${displaystyle Delta k}$ ), а также в термодинамической структуре тропосферы, которые контролируются крупномасштабной динамикой тропического климата. Эти процессы модулируются такими факторами, как температура поверхности моря (и динамика подстилающего океана), фоновая скорость приповерхностного ветра и вертикальная структура радиационного нагрева атмосферы.^[37] Природа этой модуляции сложна, особенно в климатических временных масштабах (десятилетия и более). В более коротких временных масштабах изменчивость максимальной потенциальной интенсивности обычно связана с отклонениями температуры поверхности моря от среднего тропического, поскольку регионы с относительно теплой водой имеют термодинамические состояния, гораздо более способные выдержать тропический циклон, чем регионы с относительно холодной водой.^[38] Однако эта связь косвенная, через крупномасштабную динамику тропиков; прямое влияние абсолютной температуры поверхности моря на ${displaystyle v_ {p}}$ слабоват по сравнению.

Взаимодействие с верхним океаном

График, показывающий падение температуры поверхности в Мексиканский залив как ураганы Катрина и Рита перешел

Прохождение тропического циклона над океаном вызывает значительное охлаждение верхних слоев океана, что может повлиять на последующее развитие циклона. Это похолодание в первую очередь вызвано ветровым смешением холодной воды из глубин океана с теплыми поверхностными водами. Этот эффект приводит к процессу отрицательной обратной связи, который может тормозить дальнейшее развитие или вести к ослаблению. Дополнительное охлаждение может происходить в виде холодной воды от падающих капель дождя (это связано с тем, что на больших высотах атмосфера более прохладная). Облачный покров может также играть роль в охлаждении океана, защищая поверхность океана от прямых солнечных лучей до и немного после штормового прохода. Все эти эффекты могут в совокупности вызвать резкое падение температуры поверхности моря на большой площади всего за несколько дней.^[39] И наоборот, смешивание морской воды может привести к попаданию тепла в более глубокие воды, с потенциальные эффекты на глобальном климат.^[40]

Основные бассейны и соответствующие центры предупреждения

Большинство тропических циклонов каждый год формируется в одном из семи бассейнов тропических циклонов, которые контролируются различными метеорологическими службами и центрами предупреждений.^[46] Десять из этих центров предупреждения во всем мире обозначены как Региональный специализированный метеорологический центр или Центр предупреждения о тропических циклонах Всемирная метеорологическая организация программа тропических циклонов.^[46] Эти центры предупреждения выпускают рекомендации, которые предоставляют основную информацию и охватывают существующие системы, прогнозируют положение, движение и интенсивность в обозначенных ими зонах ответственности.^[46] Метеорологические службы по всему миру, как правило, несут ответственность за выпуск предупреждений для своей страны, однако есть исключения, так как США Национальный центр ураганов и Метеорологическая служба Фиджи выпускать оповещения, часы и предупреждения для различных островных государств в зонах их ответственности.^[46][45] Соединенные Штаты Объединенный центр предупреждения о тайфунах (JTWC) и Центр погоды флота (FWC) также публично выпускают предупреждения о тропических циклонах от имени Правительство США.^[46] В Бразильский флот Названия гидрографических центров Южно-атлантические тропические циклоны, однако Южная Атлантика не является крупным бассейном и не является официальным бассейном по данным ВМО.

Формирование

Карта кумулятивных траекторий всех тропических циклонов за период 1985–2005 гг. В Тихий океан к западу от Международная линия перемены дат видит больше тропических циклонов, чем любой другой бассейн, в то время как в южном полушарии между Африкой и 160˚Вт.

Карта всех следов тропических циклонов с 1945 по 2006 год. Равноплоскостная проекция.

Пик активности тропических циклонов во всем мире приходится на конец лета, когда разница между температурой наверху и температурой поверхности моря является наибольшей. Однако в каждом конкретном бассейне есть свои сезонные закономерности. В мировом масштабе май - наименее активный месяц, а сентябрь - самый активный месяц. Ноябрь - единственный месяц, когда все бассейны тропических циклонов в сезон.^[47]

Раз

В Северной Атлантический океан, отчетливый сезон циклонов происходит с 1 июня по 30 ноября, резко достигая максимума с конца августа по сентябрь.^[47] Статистический пик сезона ураганов в Атлантике - 10 сентября. Северо-восток. Тихий океан имеет более широкий период активности, но в те же сроки, что и в Атлантике.^[48] В северо-западной части Тихого океана тропические циклоны наблюдаются круглый год с минимумом в феврале и марте и максимумом в начале сентября.^[47] В бассейне Северной Индии штормы чаще всего случаются с апреля по декабрь, с пиками в мае и ноябре.^[47] В Южном полушарии год тропических циклонов начинается 1 июля и длится круглый год, включая сезоны тропических циклонов, которые продолжаются с 1 ноября до конца апреля, с пиками с середины февраля до начала марта.^[47][45]

Факторы

Волны пассатов в Атлантическом океане - области сходящихся ветров, которые движутся по той же траектории, что и преобладающий ветер, - создают нестабильность в атмосфере, которая может привести к образованию ураганов.

Образование тропических циклонов является предметом обширных текущих исследований и до сих пор полностью не изучено.^[53] Хотя обычно необходимы шесть факторов, тропические циклоны могут иногда образовываться без соблюдения всех следующих условий. В большинстве ситуаций температура воды минимум 26,5 ° C (79,7 ° F) на глубине не менее 50 м (160 футов);^[54] воды с такой температурой приводят к тому, что вышележащая атмосфера становится достаточно нестабильной, чтобы выдерживать конвекцию и грозы.^[55] Для циклонов с тропическим переходом (т. Е. Ураган Офелия (2017) ) рекомендуется температура воды не менее 22,5 ° C (72,5 ° F).^[56]

Еще одним фактором является быстрое охлаждение по высоте, что позволяет высвобождать теплота конденсации который приводит в действие тропический циклон.^[54] Необходима высокая влажность, особенно в нижнем и среднем тропосфера; когда в атмосфере много влаги, условия более благоприятны для развития нарушений.^[54] Низкое количество сдвиг ветра необходимы, так как высокий сдвиг мешает циркуляции шторма.^[54] Тропические циклоны обычно должны располагаться на расстоянии более 555 км (345 миль) или пяти градусов широты от моря. экватор, позволяя Эффект Кориолиса для отражения ветров, дующих к центру низкого давления и создающих циркуляцию.^[54] Наконец, формирующийся тропический циклон нуждается в уже существующей системе нарушенной погоды. Тропические циклоны не образуются спонтанно.^[54] Низкоширотные и малоразмерные западные ветры, связанные с Осцилляция Мэддена – Джулиана могут создавать благоприятные условия для тропического циклогенеза, инициируя тропические нарушения.^[57]

Локации

Большинство тропических циклонов образуются во всемирной полосе грозовой активности вблизи экватор, именуемый Интертропическим фронтом (ITF), Зона межтропической конвергенции (ITCZ) или муссонный желоб.^[58][59][60] Другой важный источник атмосферной нестабильности находится в тропические волны, которые способствуют развитию около 85% интенсивных тропических циклонов в Атлантическом океане и становятся большей частью тропических циклонов в восточной части Тихого океана.^[61][62][63] Большинство из них находится между 10 и 30 градусами широты от экватора,^[64] и 87% образуют не дальше 20 градусов северной или южной широты.^[65][66] Поскольку эффект Кориолиса вызывает и поддерживает их вращение, тропические циклоны редко образуются или перемещаются в пределах 5 градусов от экватора, где эффект наиболее слабый.^[65] Тем не менее, тропические системы все еще могут формироваться внутри этой границы как Тропический шторм Вамей и Циклон Агни сделал в 2001 и 2004 годах соответственно.^[67][68]

Движение

Движение тропического циклона (то есть его «след») обычно аппроксимируется как сумма двух терминов: «управление» фоновым ветром окружающей среды и «бета-дрейф».^[69]

Экологическое рулевое управление

Экологическое управление - это доминирующий термин. Концептуально он представляет собой движение шторма из-за преобладающих ветров и других более широких условий окружающей среды, подобно «листьям, унесенным ручьем».^[70] Физически ветер, или поле течения, вблизи тропического циклона можно рассматривать как состоящее из двух частей: поток, связанный с самим штормом, и крупномасштабный фоновый поток окружающей среды, в которой имеет место шторм. Таким образом, движение тропических циклонов может быть представлено в первом порядке просто как адвекция шторма местным экологическим потоком. Этот поток окружающей среды называется «потоком рулевого управления».

Климатологически тропические циклоны управляются преимущественно на запад с востока на запад. пассаты на экваториальной стороне субтропический хребет - область постоянного высокого давления над субтропическими океанами мира.^[70] В тропиках Северной Атлантики и Северо-восточной части Тихого океана пассаты поворачивают тропические восточные волны к западу от африканского побережья к Карибскому морю, Северной Америке и, в конечном итоге, в центральную часть Тихого океана, прежде чем волны затихнут.^[62] Эти волны являются предвестниками многих тропических циклонов в этом регионе.^[61] Напротив, в Индийский океан и западная часть Тихого океана в обоих полушариях, тропический циклогенез меньше подвержен влиянию тропических восточных волн и больше - сезонным движением зоны межтропической конвергенции и муссонного желоба.^[71] Кроме того, на движение тропических циклонов могут влиять переходные погодные системы, такие как внетропические циклоны.

Бета-дрейф

Помимо управления окружающей средой, тропический циклон будет иметь тенденцию медленно дрейфовать к полюсу и на запад, движение, известное как «бета-дрейф». Это движение происходит из-за наложения вихря, такого как тропический циклон, на среду, в которой Сила Кориолиса зависит от широты, например, на сфере или бета-самолет. Это косвенно вызвано самим штормом, результатом обратной связи между циклоническим потоком шторма и окружающей средой.

Физически циклоническая циркуляция шторма адвентирует окружающий воздух к полюсу к востоку от центра и к экваториальному западу от центра. Потому что воздух должен сохранять угловой момент Эта конфигурация потока вызывает циклонический круговорот к экватору и западу от центра шторма и антициклонический круговорот к полюсу и востоку от центра шторма. Комбинированный поток этих круговоротов медленно переносит шторм к полюсу и западу. Этот эффект возникает даже при нулевом потоке окружающей среды.

Множественное взаимодействие шторма

Третий компонент движения, который происходит относительно редко, связан с взаимодействием нескольких тропических циклонов. Когда два циклона приближаются друг к другу, их центры начнут циклонически вращаться вокруг точки между двумя системами. В зависимости от их разделительного расстояния и силы, два вихря могут просто вращаться вокруг друг друга или же могут закручиваться по спирали в центральную точку и сливаться. Когда два вихря имеют неравный размер, больший вихрь будет иметь тенденцию доминировать во взаимодействии, а меньший вихрь будет вращаться вокруг него. Это явление называется эффектом Фудзивары, после Сакухей Фудзивара.^[72]

Взаимодействие с западными ветрами средних широт

Штормовой след Тайфун Айок, показывая рекурсию у побережья Японии в 2006

Хотя тропический циклон обычно движется с востока на запад в тропиках, его траектория может сместиться к полюсу и востоку либо при движении к западу от оси субтропического хребта, либо при взаимодействии с потоком в средних широтах, таким как струйный поток или внетропический циклон. Это движение, называемое «рекурвизной», обычно происходит около западного края основных океанических бассейнов, где струйный поток обычно имеет полюсный компонент и обычны внетропические циклоны.^[73] Пример повторения тропических циклонов был Тайфун Айок в 2006 году.^[74]

Выход на сушу

Выход на сушу тропического циклона происходит, когда центр поверхности шторма (обратите внимание на более сильный циклон) перемещается над береговой линией.^[10] Штормовые условия могут наблюдаться на побережье и внутри страны за несколько часов до выхода на берег; Фактически, тропический циклон может вызывать сильнейшие ветры над землей, но не достигать берега. NOAA использует термин «прямое попадание», чтобы описать, когда место (слева от глаза) попадает в радиус максимальных ветров (или в два раза больше радиуса, если на правой стороне), вне зависимости от того, упал ли глаз урагана на сушу.^[10]

Изменения, вызванные Эль-Ниньо – Южным колебанием

Большинство тропических циклонов формируется на стороне субтропического хребта ближе к экватор, затем двигайтесь к полюсу мимо оси гребня, прежде чем вернуться в основной пояс Вестерлис.^[75] Когда субтропический хребет смещение положения из-за Эль-Ниньо, так же как и предпочтительные траектории тропических циклонов. Районы к западу от Япония и Корея как правило, испытывают гораздо меньше ударов тропических циклонов в сентябре – ноябре во время Эль-Ниньо и нейтральные годы. В годы Эль-Ниньо разрыв в субтропическом хребте имеет тенденцию лежать около 130 ° в.д. что в пользу Японского архипелага.^[76] В годы Эль-Ниньо Гуам Вероятность воздействия тропического циклона на треть выше, чем в среднем в долгосрочной перспективе.^[77] В тропиках Атлантического океана наблюдается пониженная активность из-за увеличения вертикальной сдвиг ветра по всему региону в годы Эль-Ниньо.^[78] В течение Ла-Нинья лет образование тропических циклонов, наряду с положением субтропических хребтов, смещается на запад через западную часть Тихого океана, что увеличивает угрозу выхода на сушу для Китай и гораздо большей интенсивности в Филиппины.^[76]

Рассеивание

Факторы

Тропический шторм Кайл, в 2020, является примером стрижен тропический циклон, с глубоким конвекция в паре сотен миль от центра системы.

Тропический циклон может перестать иметь тропические характеристики по нескольким причинам. Один из таких способов - если он движется по суше, тем самым лишая его теплой воды, необходимой для его питания, быстро теряя силу.^[79] Большинство сильных штормов очень быстро теряют свою силу после выхода на сушу и в течение дня или двух превращаются в дезорганизованные районы с низким давлением или превращаются во внетропические циклоны. Существует вероятность того, что тропический циклон может регенерировать, если ему удастся вернуться в открытую теплую воду, например, с Ураган Иван и Ураган Полетт. Если он останется над горами хотя бы на короткое время, ослабление ускорится.^[80] Многие ураганы со смертельным исходом происходят в горной местности, когда уменьшающиеся циклоны высвобождают свою влагу в виде проливных дождей.^[81] Эти дожди могут привести к смертельным наводнениям и оползням, как это было в случае с Ураган Митч вокруг Гондураса в октябре 1998 г.^[82] Без теплой поверхностной воды шторм не выдержит.^[83]

Тропический циклон может рассеяться, когда он движется над водой значительно ниже 26,5 ° C (79,7 ° F). Это приведет к тому, что шторм потеряет свои тропические характеристики, такие как теплое ядро ​​с грозами недалеко от центра, и превратится в остаток зона низкого давления. Эти остаточные системы могут сохраняться до нескольких дней, прежде чем потерять свою личность. Этот механизм рассеивания наиболее распространен в восточной части северной части Тихого океана.^[84] Ослабление или рассеяние может произойти, если он испытывает вертикальный сдвиг ветра, вызывая перемещение конвекционного и теплового двигателя от центра; обычно это прекращает развитие тропического циклона.^[85] Кроме того, его взаимодействие с основным поясом Западных ветров посредством слияния с близлежащей фронтальной зоной может вызвать превращение тропических циклонов в внетропические циклоны. Этот переход может занять 1–3 дня.^[86] Даже после того, как тропический циклон считается внетропическим или рассеянным, у него все еще могут быть ветры тропической штормовой силы (или иногда ураганы / тайфуны) и выпадение нескольких дюймов осадков. в Тихий океан и Атлантический океан такие циклоны тропического происхождения в более высоких широтах могут быть сильными и иногда могут сохранять скорость ветра урагана или тайфуна, когда достигают западного побережья Северной Америки. Эти явления могут также повлиять на Европу, где они известны как Европейские бури; Ураган Ирис внетропические остатки являются примером такой ураганы 1995 года.^[87] Циклон также может сливаться с другой зоной низкого давления, становясь большей зоной низкого давления. Это может усилить образовавшуюся систему, хотя это уже не может быть тропический циклон.^[85] Исследования 2000-х годов породили гипотезу о том, что большое количество пыли снижает силу тропических циклонов.^[88]

Искусственное рассеяние

В 1960-х и 1970-х годах Правительство США пытался ослабить ураганы через Проект Штормовая Ярость к посев выбранные штормы с йодид серебра. Считалось, что посев вызовет переохлажденная вода во внешних полосах дождя замерзнуть, что приведет к обрушению внутренней стены глаза и, таким образом, уменьшению ветра.^[89] Ветры Ураган Дебби - ураган, засеянный в Project Stormfury - упал на 31%, но Дебби восстанавливала свои силы после каждого из двух набегов засева.^[90] В более раннем эпизоде ​​1947 года произошла катастрофа, когда ураган к востоку от Джексонвилл, Флорида быстро изменил курс после посева и врезался в Саванна, Джорджия.^[91] Поскольку поведение этих штормов было настолько неопределенным, федеральное правительство не одобрило бы посевные работы, если ураган не имел менее 10% вероятности выхода на сушу в течение 48 часов, что значительно снизило количество возможных тестовых штормов. Проект был закрыт после того, как было обнаружено, что циклы замены глазных стенок возникают естественным образом при сильных ураганах, что ставит под сомнение результат предыдущих попыток. Сегодня известно, что посев йодида серебра вряд ли даст эффект, потому что количество переохлажденной воды в дождевых полосах тропического циклона слишком мало.^[92]

Со временем были предложены другие подходы, в том числе охлаждение воды под тропическим циклоном путем буксировки. айсберги в тропические океаны.^[93] Другие идеи варьируются от покрытия океана веществом, препятствующим испарению,^[94] бросать в глаз большое количество льда на самых ранних стадиях развития (чтобы скрытая теплота поглощается льдом вместо того, чтобы преобразовываться в кинетическую энергию, которая питала бы контур положительной обратной связи),^[93] или взорвать циклон ядерным оружием.^[95] Проект Cirrus даже предполагал бросание сухого льда в циклон.^[96] Все эти подходы страдают одним недостатком по сравнению со многими другими: тропические циклоны просто слишком велики и долговечны для практического применения любого из методов ослабления.^[97]

Последствия

Последствия ураган Катрина в Галфпорт, Миссисипи.

Тропические циклоны в море вызывают большие волны, ливень, наводнение и сильные ветры, нарушающие международное судоходство, а иногда и кораблекрушения.^[98] Тропические циклоны поднимают воду, оставляя за собой прохладный след, что делает этот регион менее благоприятным для последующих тропических циклонов.^[39] На суше сильный ветры может повредить или разрушить транспортные средства, здания, мосты и другие внешние объекты, превращая обломки в смертоносные летающие снаряды. В штормовая волна или повышение уровня моря из-за циклона, как правило, является наихудшим эффектом от тропических циклонов, выходящих на сушу, которые исторически приводили к 90% смертей от тропических циклонов.^[99]Широкое вращение падающего на берег тропического циклона и вертикальный сдвиг ветра на его периферии порождают торнадо. Торнадо также могут возникать в результате мезовихри на стенках глаз, которые сохраняются до выхода на берег.^[100]

За последние два столетия тропические циклоны стали причиной гибели около 1,9 миллиона человек во всем мире. Большие площади стоячей воды, вызванные наводнением, приводят к инфекции, а также способствуют болезням, передаваемым комарами. Переполненные эвакуированные в приюты увеличивают риск распространения болезней.^[99] Тропические циклоны существенно нарушают работу инфраструктуры, что приводит к отключению электроэнергии, разрушению мостов и затрудняет восстановление.^[99][101] В среднем, ущерб от циклонов в районе Персидского залива и восточного побережья США составляет приблизительно 5 миллиардов долларов США (1995 долларов США). Большая часть (83%) ущерба от тропических циклонов вызвана сильными ураганами категории 3 или выше. Однако на ураганы категории 3 и выше приходится только пятая часть циклонов, которые обрушиваются на сушу каждый год.^[102]

Хотя циклоны уносят огромное количество жизней и уносят личное имущество, они могут быть важными факторами осадки режимы мест, на которые они влияют, так как они могут приносить столь необходимые осадки в засушливые регионы.^[103] Тропические циклоны также помогают поддерживать глобальный тепловой баланс, перемещая теплый влажный тропический воздух в средние широты и полярные регионы,^[104] и регулируя термохалинная циркуляция через апвеллинг.^[105] Штормовой нагон и ураганные ветры могут быть разрушительными для построек, созданных руками человека, но они также вызывают волнение в прибрежных водах. эстуарии, которые обычно являются важными местами разведения рыбы. Уничтожение тропических циклонов стимулирует реконструкцию, что значительно увеличивает стоимость местной собственности.^[106]

Когда ураганы обрушиваются на берег с океана, соль попадает во многие пресноводные районы и повышает соленость уровни слишком высоки, чтобы выдержать их некоторые среды обитания. Некоторые способны справиться с солью и переработать ее обратно в океан, но другие не могут достаточно быстро выпустить лишнюю поверхностную воду или не имеют достаточно большого источника пресной воды, чтобы заменить ее. Из-за этого некоторые виды растений и растительности погибают из-за избытка соли.^[107] Кроме того, ураганы могут унести токсины и кислоты на берег, когда они выходят на берег. Паводковая вода может собирать токсины из разливов и загрязнять землю, по которой проходит. Токсины очень вредны для людей и животных в этом районе, а также для окружающей среды вокруг них. Поливная вода также может вызвать множество опасных разливов нефти.^[108]

Готовность и ответ

Готовность к ураганам включает действия и планирование, предпринимаемые до удара тропического циклона для уменьшения ущерба и травм от урагана. Знания о воздействии тропических циклонов на территорию помогают планировать будущие возможности. Готовность может включать в себя подготовку, осуществляемую отдельными лицами, а также централизованные усилия правительств или других организаций. Отслеживание штормов во время сезона тропических циклонов помогает людям узнать о текущих угрозах. Региональные специализированные метеорологические центры и центры предупреждения о тропических циклонах предоставляют текущую информацию и прогнозы, чтобы помочь людям принять наилучшее возможное решение.

Ответ на ураган - это реагирование на стихийные бедствия после урагана. Действия, выполняемые службами реагирования на ураганы, включают оценку, восстановление и снос зданий; удаление обломки и отходы; ремонт наземных и морских инфраструктура; и услуги общественного здравоохранения, включая поиск и спасение операции.^[109] Реагирование на ураган требует координации между федеральными, племенными, государственными, местными и частными организациями.^[110] Согласно Национальные добровольные организации, действующие в условиях стихийных бедствий, потенциальные добровольцы реагирования должны быть связаны с существующими организациями и не должны развертываться самостоятельно, чтобы можно было обеспечить надлежащее обучение и поддержку для снижения опасности и стресса, связанного с работой реагирования.^[111]

Лица, ответственные за ураган, сталкиваются со многими опасностями. Лица, ответственные за ураган, могут подвергаться воздействию химических и биологических загрязнителей, включая хранящиеся химические вещества, сточные воды, человеческие останки, и плесень рост поощряется наводнением,^{[112][113][114]} а также асбест и вести это может присутствовать в старых зданиях.^[113][115] Общие травмы возникают из-за падает с высоты, например, с лестницы или с ровной поверхности; из поражение электрическим током в затопляемых районах, в том числе от обратная подача от переносных генераторов; или из автомобильные аварии.^{[112][115][116]} Долгие и нерегулярные смены может привести к недосыпание и усталость, увеличивая риск травм, и рабочие могут психическое напряжение, связанное с травматическим инцидентом. Кроме того, перегрев вызывает озабоченность, поскольку рабочие часто подвергаются воздействию высоких и влажных температур, носят защитную одежду и оборудование и выполняют трудные физические задачи.^[112][115]

Наблюдение и прогноз

Наблюдение

Закатный вид Ураган Исидор полосы дождя на высоте 7000 футов (2100 м)

«Hurricane Hunter» - WP-3D Orion используется, чтобы попасть в место урагана для сбора данных и измерений.

Интенсивные тропические циклоны создают особую проблему для наблюдений, поскольку они представляют собой опасное океаническое явление, и метеостанции, будучи относительно редкими, редко доступны на месте самого шторма. Как правило, наземные наблюдения доступны только в том случае, если шторм проходит над островом или прибрежной зоной, или если поблизости есть корабль. Измерения в реальном времени обычно производятся на периферии циклона, где условия менее катастрофичны и его истинную силу невозможно оценить. По этой причине есть группы метеорологов, которые идут по тропе тропических циклонов, чтобы помочь оценить свою силу в точке выхода на сушу.^[117]

Тропические циклоны вдали от суши отслеживаются метеорологические спутники захват видимый и инфракрасный изображения из космоса, обычно с интервалом от получаса до четверти часа. По мере приближения шторма к суше его можно наблюдать с наземных Допплер метеорологический радар. Радар играет решающую роль при выходе на берег, показывая местоположение и интенсивность шторма каждые несколько минут.^[118]

На месте измерения в реальном времени можно производить, отправляя в циклон специально оборудованные разведывательные полеты. В Атлантическом бассейне эти рейсы регулярно выполняются правительством США. охотники за ураганами.^[119] Используемые самолеты WC-130 Геркулес и WP-3D Орионы, оба четырехмоторные турбовинтовой грузовой самолет. Эти самолеты летят прямо в циклон и проводят прямые измерения и измерения с помощью дистанционного зондирования. Самолет также запускает GPS-зонды внутри циклона. Эти зонды измеряют температуру, влажность, давление и особенно скорость ветра между уровнем полета и поверхностью океана. Новая эра в наблюдении за ураганами началась, когда дистанционно пилотируемый Аэрозонд, небольшой беспилотный самолет, пролетел через тропический шторм Офелию, когда он пролетал над восточным побережьем Вирджинии во время сезона ураганов 2005 года. Аналогичная миссия также была успешно завершена в западной части Тихого океана. Это продемонстрировало новый способ исследования штормов на малых высотах, на который пилоты-люди редко осмеливаются.^[120]

Общее снижение тенденций к ошибкам в прогнозировании траектории тропических циклонов очевидно с 1970-х годов.

Прогнозирование

Из-за сил, которые влияют на траектории тропических циклонов, точные прогнозы траекторий зависят от определения положения и силы областей с высоким и низким давлением, а также от прогнозирования того, как эти области будут меняться в течение жизни тропической системы. Глубокий слой означает поток, или средний ветер через глубину тропосфера, считается лучшим инструментом для определения направления и скорости пути. Если штормы значительно ослабляются, использование измерений скорости ветра на меньшей высоте, например, на поверхности давления 70 кПа (3000 метров или 9800 футов над уровнем моря), даст более точные прогнозы. Синоптики тропиков также рассматривают возможность краткосрочного сглаживания колебания шторма, поскольку он позволяет им определять более точную долгосрочную траекторию.^[121] Высокоскоростные компьютеры и сложное программное обеспечение для моделирования позволяют прогнозистам производить компьютерные модели которые предсказывают траекторию тропических циклонов на основе будущего положения и прочности систем высокого и низкого давления. Сочетание моделей прогноза с более глубоким пониманием сил, действующих на тропические циклоны, а также с большим количеством данных с орбиты Земли спутники и другие датчики, ученые повысили точность прогнозов треков за последние десятилетия.^[122] Однако ученые не настолько искусны в прогнозировании интенсивности тропических циклонов.^[123] Отсутствие улучшений в прогнозировании интенсивности объясняется сложностью тропических систем и неполным пониманием факторов, влияющих на их развитие. Новые данные о местоположении тропических циклонов и прогнозы поступают не реже, чем каждые шесть часов из различных центров предупреждения.^{[124][125][126][127][128]}

Классификации, терминология и наименования

Номенклатура и классификации интенсивности

Три тропических циклона 2006 сезон тихоокеанских тайфунов на разных этапах развития. Самый слабый (слева) демонстрирует только самую простую круглую форму. Более сильный шторм (вверху справа) демонстрирует спиральная лента и усиление централизации, в то время как самый сильный (внизу справа) развил глаз.

Во всем мире тропические циклоны классифицируются по-разному, в зависимости от местоположения, структуры системы и ее интенсивности. Например, в бассейнах Северной Атлантики и Восточной части Тихого океана тропический циклон со скоростью ветра более 65 узлов (75 миль в час; 120 км / час) называется ураган, а он называется тайфун или сильный циклонический шторм в западной части Тихого океана или в северной части Индийского океана.^[41][42][43] В Южном полушарии его называют ураганом, тропическим циклоном или сильным тропическим циклоном, в зависимости от того, находится ли он в пределах Южной Атлантики, юго-западной части Индийского океана, австралийского региона или южной части Тихого океана.^[44][45]

Идентификационные коды

Тропическим циклонам, которые развиваются во всем мире, центры предупреждения, которые их отслеживают, присваивают идентификационный код, состоящий из двузначного числа и буквы суффикса. Эти коды начинаются с 01 каждый год и присваиваются системам, которые могут развиваться дальше, оказывать существенное влияние на жизнь и имущество, или когда центры предупреждения начинают писать в систему рекомендации.^[45][129]

Именование

Практика использования названий для обозначения тропических циклонов началась много лет назад, когда системы были названы в честь мест или вещей, с которыми они столкнулись, до формального начала наименования.^[138][139] Используемая в настоящее время система обеспечивает точную идентификацию систем с суровыми погодными условиями в краткой форме, которая легко понимается и признается общественностью.^[138][139] Заслуга за первое использование личных имен для погодных систем обычно дается Правительство Квинсленда Метеоролог Клемент Рэгге кто назвал системы между 1887 и 1907 годами.^[138][139] Эта система присвоения названий погодным системам впоследствии вышла из употребления в течение нескольких лет после ухода Ррагге на пенсию, пока не была возрождена во второй половине периода. Вторая Мировая Война для западной части Тихого океана.^[138][139] Впоследствии были введены формальные схемы именования Бассейны Северной и Южной Атлантики, Восточной, Центральной, Западной и Южной части Тихого океана так же хорошо как Австралийский регион и Индийский океан.^[139]

В настоящее время тропические циклоны официально названы одной из одиннадцати метеорологических служб и сохраняют свои названия на протяжении всего срока службы, чтобы обеспечить простоту связи между синоптиками и широкой общественностью в отношении прогнозов, часов и предупреждений.^[138] Поскольку системы могут прослужить неделю или дольше и в одном и том же бассейне одновременно может возникать более одной, считается, что названия уменьшают путаницу в отношении того, какой шторм описывается.^[138] Имена присваиваются в порядке от заранее определенного списки с устойчивой скоростью ветра в течение одной, трех или десяти минут более 65 км / ч (40 миль / ч) в зависимости от того, из какого бассейна он берет начало.^[41][43][44] Однако стандарты различаются от бассейна к бассейну с некоторыми тропическими депрессиями, названными в западной части Тихого океана, в то время как тропические циклоны должны иметь значительное количество шторм - усилить ветры, возникающие вокруг центра, прежде чем они будут названы в пределах Южное полушарие.^[44][45] Имена значительных тропических циклонов в северной части Атлантического океана, Тихого океана и в австралийском регионе удалены из списков имен и заменены другим именем.^[41][42][45]

Известные тропические циклоны

Тропические циклоны, вызывающие чрезвычайные разрушения, редки, хотя, когда они возникают, они могут нанести большой ущерб или тысячи смертельных случаев.

Наводнение после 1991 Бангладеш циклон, в результате которого погибло около 140 000 человек.

В Циклон Бхола 1970 года считается самым смертоносным тропическим циклоном в истории, унесшим жизни около 300 000 человек после удара по густонаселенным Дельта Ганга регион Бангладеш 13 ноября 1970 г.^[140] Его мощный штормовой нагон стал причиной большого числа погибших.^[141] В Бассейн циклонов Северной Индии исторически был самым смертоносным бассейном.^[99][142] В другом месте, Тайфун Нина убили почти 100000 человек в Китае в 1975 году из-за 100-летнее наводнение что вызвало 62 дамбы, включая Плотина Баньцяо терпеть неудачу.^[143] В Великий ураган 1780 года самый смертоносный Североатлантический ураган по официальным данным, погибло около 22000 человек в Малые Антильские острова.^[144] Тропический циклон не должен быть особенно сильным, чтобы нанести незабываемый ущерб, в первую очередь, если смерть наступила в результате дождя или оползней. Тропический шторм Тельма в ноябре 1991 года погибли тысячи людей в Филиппины,^[145] хотя самым сильным тайфуном, когда-либо приходившим к берегу, был Тайфун Хайян в ноябре 2013 г., вызвав широкомасштабные разрушения в Восточные Висайи и погибли не менее 6300 человек только на Филиппинах. В 1982 году безымянная тропическая депрессия, которая со временем стала Ураган Пол убили около 1000 человек в Центральная Америка.^[146]

Ураган Харви и ураган Катрина оцениваются как самые дорогостоящие тропические циклоны, поразившие материковую часть Соединенных Штатов, каждый из которых нанес ущерб в 125 миллиардов долларов.^[147] В августе 2017 года Харви убил не менее 90 человек после того, как выход на берег в Техас как ураган низкого уровня 4 категории. ураган Катрина оценивается как второй по величине тропический циклон в мире,^[148] нанесение только имущественного ущерба в размере 81,2 миллиарда долларов (2008 год),^[149] с общей оценкой ущерба, превышающим 100 миллиардов долларов (2005 долларов США).^[148] Катрина убила не менее 1836 человек после удара Луизиана и Миссисипи как сильный ураган в августе 2005 г.^[149] Ураган Мария - третий по размеру тропический циклон в истории США с общим ущербом в 91,61 миллиарда долларов (2017 год) и стоимостью ущерба в 68,7 миллиарда долларов (2012 год), ураган Сэнди - четвертый по размеру тропический циклон в истории США. В Галвестон ураган 1900 года это самое смертоносное стихийное бедствие в Соединенных Штатах, в результате которого погибло от 6000 до 12000 человек в Галвестон, Техас.^[150] Ураган Митч унесла жизни более 10 000 человек в Центральная Америка, что делает его вторым самым смертоносным ураганом в Атлантике в истории. Ураган Иники в 1992 году был самый сильный шторм. Гавайи в записанной истории, поражая Кауаи как ураган категории 4, в результате которого погибло шесть человек и нанесен ущерб в размере 3 миллиардов долларов США.^[151] Другой разрушительный восточный Тихоокеанские ураганы включают Полина и Kenna, оба вызывают серьезные повреждения после удара Мексика как крупные ураганы.^[152][153] В марте 2004 г. Циклон Гафило ударил северо-восток Мадагаскар как мощный циклон, убивший 74 человека, затронувший более 200000 человек и ставший самым сильным циклоном, затронувшим страну за более чем 20 лет.^[154]

Относительные размеры Наконечник тайфуна, Циклон Трейси, а Смежные Соединенные Штаты

Самый сильный шторм за всю историю наблюдений Наконечник тайфуна в северо-западной части Тихого океана в 1979 году, где минимальное давление достигло 870 гектопаскалей (25,69 дюйма ртутного столба), а максимальная скорость устойчивого ветра достигла 165 узлов (85 м / с) или 190 миль в час (310 км / ч).^[155] Самая высокая максимальная скорость ветра, когда-либо зарегистрированная, составляла 185 узлов (95 м / с) или 215 миль в час (346 км / ч) в Ураган Патрисия в 2015 году - самый сильный циклон, когда-либо зарегистрированный в Западном полушарии.^[156] Тайфун Нэнси в 1961 году также была зафиксирована скорость ветра 185 узлов (95 м / с) или 215 миль в час (346 км / ч), но недавние исследования показывают, что скорости ветра с 1940-х по 1960-е годы были измерены слишком высокими, и, таким образом, больше не считается штормом с самой высокой скоростью ветра за всю историю наблюдений.^[157] Аналогичным образом, порыв на уровне поверхности, вызванный Тайфун Пака на Гуам в конце 1997 года была зафиксирована скорость 205 узлов (105 м / с) или 235 миль в час (378 км / ч). Если бы это было подтверждено, это было бы сильнейшим не-смерч ветер когда-либо регистрировался на поверхности Земли, но от показаний пришлось отказаться, так как анемометр был поврежден штормом.^[158]В Всемирная метеорологическая организация учредил Остров Барроу (Квинсленд) как место самого высокого порыва ветра, не связанного с торнадо, со скоростью 408 километров в час (254 миль в час)^[159] 10 апреля 1996 г., во время Сильный тропический циклон Оливия.^[160]

Помимо того, что это самый интенсивный тропический циклон за всю историю наблюдений, основанный на давлении, Тип - крупнейший из когда-либо зарегистрированных циклонов с тропическим штормовым ветром диаметром 2170 километров (1350 миль). Самый маленький шторм в истории, Тропический шторм Марко, сформированная в октябре 2008 г. и вышедшая на берег в г. Веракрус. Марко создавал тропические штормовые ветры диаметром всего 37 километров (23 мили).^[161]

Ураган Джон это самый продолжительный тропический циклон в истории наблюдений, продолжающийся 31 день в 1994. Однако до появления спутниковых изображений в 1961 году продолжительность многих тропических циклонов недооценивалась.^[162] Джон также является самым протяженным тропическим циклоном в Северном полушарии за всю историю наблюдений: его длина составляет 8250 миль (13280 км).^[163] Циклон Рева из 1993–94 Южно-Тихоокеанский регион и Австралийский регион Сезоны циклонов имели один из самых длинных треков, наблюдаемых в Южном полушарии, пройдя расстояние более 5 545 миль (8 920 км) в течение декабря 1993 года и января 1994 года.^[163]

Долгосрочные тенденции активности

Этот раздел должен быть обновлено. Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. (Сентябрь 2020)

Атлантический многодесятилетний цикл с 1950 года с использованием накопленная энергия циклона (ТУЗ)

Временные ряды атлантических многодекадных колебаний, 1856–2013 гг.

Хотя с 1995 года количество штормов в Атлантике увеличилось, очевидной глобальной тенденции нет; ежегодное количество тропических циклонов во всем мире остается примерно 87 ± 10 (от 77 до 97 тропических циклонов ежегодно). Однако способность климатологов проводить долгосрочный анализ данных в определенных бассейнах ограничивается отсутствием надежных исторических данных в некоторых бассейнах, в первую очередь в Южном полушарии,^[164] отмечая при этом, что значительная тенденция к снижению количества тропических циклонов была выявлена ​​для региона вблизи Австралии (на основе высококачественных данных и с учетом влияния Эль-Ниньо-Южного колебания).^[165] Несмотря на это, есть некоторые свидетельства того, что интенсивность ураганов увеличивается. Керри Эмануэль заявил: «Записи об активности ураганов во всем мире показывают рост как максимальной скорости ветра, так и продолжительности ураганов. Энергия, выделяемая средним ураганом (опять же с учетом всех ураганов в мире), кажется, увеличилась примерно на 70% за последние 30 лет. лет или около того, что соответствует увеличению максимальной скорости ветра примерно на 15% и увеличению продолжительности шторма на 60% ».^[166]

Часто отчасти из-за угрозы ураганов во многих прибрежных регионах было мало населения между крупными портами до появления автомобильного туризма; поэтому в некоторых случаях наиболее сильные части ураганов, обрушившихся на побережье, могли остаться незамеченными. Комбинированные эффекты разрушения кораблей и удаленного выхода на сушу серьезно ограничивают количество сильных ураганов в официальных отчетах до эры самолетов-разведчиков ураганов и спутниковой метеорологии. Хотя данные свидетельствуют об отчетливом увеличении количества и силы сильных ураганов, поэтому эксперты считают ранние данные подозрительными.^[167]

Количество и сила ураганов в Атлантике может меняться в течение 50–70 лет, также известного как Атлантическое многодесятилетнее колебание. Нюберг и другие. реконструировал активность крупных ураганов в Атлантике с начала 18 века и обнаружил пять периодов, в которых в среднем ураганы в год продолжались от 3 до 5 и продолжительностью 40–60 лет, а также шесть периодов со средней силой 1,5–2,5 ураганов в год и продолжительностью 10–20 лет. Эти периоды связаны с атлантическим многодекадным колебанием. На протяжении всего десятилетия колебания, связанные с солнечным излучением, были ответственны за увеличение / уменьшение количества крупных ураганов на 1-2 в год.^[168]

Хотя с 1995 г. это происходило чаще, в течение 1970–94 гг. Было несколько сезонов ураганов, превышающих норму.^[169] Разрушительные ураганы часто обрушивались с 1926 по 1960 год, в том числе многие крупные Новая Англия ураганы. Двадцать один атлантический тропический шторм сформировался в 1933, рекорд только недавно был превышен в 2005, который видел 28 штормов. Тропические ураганы в сезоны 1900-1925 гг. Случались нечасто; однако в течение 1870–1999 гг. образовалось много сильных штормов. Вовремя 1887 сезон Образовалось 19 тропических штормов, из которых 4 произошли после 1 ноября, а 11 переросли в ураганы. В 1840-1860-е гг. Было немного ураганов; тем не менее, многие из них в начале 19 века, в том числе 1821 шторм это произвело прямое впечатление на Нью-Йорк. Некоторые исторические эксперты по погоде говорят, что эти штормы могли достигать Категория 4 в силе.^[170]

Эти активные сезоны ураганов предшествовали спутниковому охвату Атлантического бассейна. До того, как в 1960 году началась эра спутников, тропические штормы или ураганы оставались незамеченными, если только разведывательный самолет не встречал их, корабль не сообщал о рейсе через шторм или шторм ударил по земле в населенных пунктах.^[167]

Записи прокси на основе палеотемпестологический исследования показали, что сильные ураганы вдоль Мексиканский залив побережье меняется во времени от веков до тысячелетий.^[171][172] Несколько крупных ураганов обрушились на побережье Персидского залива в течение 3000–1400 гг. До н.э. и снова в течение последнего тысячелетия. Эти периоды покоя были разделены периодом гиперактивности в течение 1400 г. до н.э. и 1000 г. н.э., когда побережье Персидского залива часто обрушивалось на катастрофические ураганы, и вероятность их выхода на сушу увеличилась в 3-5 раз. Эта изменчивость в масштабе тысячелетия объясняется долгосрочными сдвигами в положении Азорские острова Хай,^[172] что также может быть связано с изменениями силы Североатлантическое колебание.^[173]

Согласно гипотезе Азорских островов, ожидается, что между побережьем Мексиканского залива и атлантическим побережьем будет существовать противофазная картина. В периоды покоя более северо-восточное положение Азорского возвышения приведет к тому, что больше ураганов будет направлено к атлантическому побережью. Во время гиперактивного периода больше ураганов направлялось к побережью Персидского залива, так как Азорское возвышение было перемещено в более юго-западное положение около Карибского моря. Такое смещение Азорского возвышения согласуется с палеоклиматическими данными, указывающими на резкое наступление более сухого климата в Гаити около 3200 ¹⁴C лет BP,^[174] и переход к более влажным условиям в Большие равнины в позднем голоцене по мере того, как больше влаги накачивались Долина Миссисипи через побережье Персидского залива. Предварительные данные с северного побережья Атлантического океана, кажется, подтверждают гипотезу Азорского максимума. 3000-летняя прокси-запись с прибрежного озера в Кейп-Код предполагает, что активность ураганов значительно увеличилась за последние 500–1000 лет, как и на побережье Персидского залива в период затишья в прошлом тысячелетии.

Изменение климата

Изменение климата может влиять на тропические циклоны по-разному: среди возможных последствий - усиление количества осадков и скорости ветра, снижение общей частоты, увеличение частоты очень сильных штормов и расширение к полюсу того места, где циклоны достигают максимальной интенсивности. антропогенного изменения климата.^[175]

Тропические циклоны используют в качестве топлива теплый влажный воздух. Поскольку изменение климата повышение температуры океана, потенциально доступно больше этого топлива.^[176] В период с 1979 по 2017 год в мире наблюдалось увеличение доли тропических циклонов категории 3 и выше на Шкала Саффира – Симпсона. Эта тенденция была наиболее отчетливой в Северной Атлантике и Южном Индийский океан. В северной части Тихого океана тропические циклоны перемещаются к полюсу в более холодные воды, и за этот период не произошло увеличения интенсивности.^[177] Ожидается, что при потеплении на 2 ° C больший процент (+ 13%) тропических циклонов достигнет категории 4 и 5 силы.^[175] Исследование 2019 года показывает, что изменение климата является движущей силой наблюдаемой тенденции быстрое усиление тропических циклонов в Атлантическом бассейне. Трудно прогнозировать быстро усиливающиеся циклоны, поэтому они представляют дополнительный риск для прибрежных сообществ.^[178]

В настоящее время нет единого мнения о том, как изменение климата повлияет на общую частоту тропических циклонов.^[175] Большинство климатические модели покажите пониженную частоту в будущих прогнозах.^[179] Например, в статье 2020 года, сравнивающей девять климатических моделей с высоким разрешением, было обнаружено устойчивое снижение частоты в южной части Индийского океана и в Южном полушарии в целом, при этом были обнаружены смешанные сигналы для тропических циклонов Северного полушария.^[180] Наблюдения показали незначительные изменения в общей частоте тропических циклонов во всем мире.^[181]

Произошло расширение к полюсу широты, на которой наблюдается максимальная интенсивность тропических циклонов, что может быть связано с изменением климата.^[182] В северной части Тихого океана также могло произойти расширение на восток.^[183] Между 1949 и 2016 годами наблюдалось замедление скорости трансляции тропических циклонов. До сих пор неясно, в какой степени это может быть связано с изменением климата: не все климатические модели демонстрируют эту особенность.^[179]

Более теплый воздух может удерживать больше водяного пара: теоретическое максимальное содержание водяного пара определяется как Соотношение Клаузиуса – Клапейрона, что дает увеличение водяного пара в атмосфере на ≈7% на 1 ° C потепления.^[184][185] Все модели, которые были оценены в обзорном документе 2019 года, показывают будущий рост количества осадков.^[175] Дополнительный повышение уровня моря повысит уровень штормовых нагонов.^[183][186] Вполне вероятно, что крайний ветровые волны считают, что это увеличение является следствием изменений в тропических циклонах, что еще больше усугубляет опасность штормовых нагонов для прибрежных сообществ.^[179] В исследовании 2017 года рассматривалось комплексное воздействие наводнений, штормовых нагонов и наземных наводнений (реки), и прогнозировалось их увеличение. из-за глобального потепления.^[186]

Связанные типы циклонов

Ураган Густав 9 сентября 2002 г. первая система получила название субтропический циклон.

Помимо тропических циклонов, есть два других класса циклонов в спектре типов циклонов.Эти циклоны, известные как внетропические циклоны и субтропические циклоны, могут быть этапами, через которые проходит тропический циклон во время своего формирование или диссипация.^[187] An внетропический циклон это шторм, источником энергии которого являются горизонтальные перепады температур, типичные для высоких широт. Тропический циклон может стать внетропическим по мере продвижения к более высоким широтам, если его источник энергии изменится с тепла, выделяемого при конденсации, на разницу температур между воздушными массами; хотя и не так часто, внетропический циклон может трансформироваться в субтропический шторм, а оттуда в тропический циклон.^[188] Из космоса у внетропических штормов есть характерная черта:запятая образный "облачный узор".^[189] Внетропические циклоны также могут быть опасными, когда их центры низкого давления вызывают сильные ветры и открытое море.^[190]

А субтропический циклон это Погода система, которая имеет некоторые характеристики тропического циклона и некоторые характеристики внетропического циклона. Они могут образовывать широкую полосу широты, от экватор до 50 °. Хотя субтропические штормы редко бывают ветрами ураганной силы, они могут стать тропическими по своей природе, поскольку их ядра нагреваются.^[191] С эксплуатационной точки зрения тропический циклон обычно не считается субтропическим во время своего внетропического перехода.^[192]

Популярная культура

В популярная культура тропические циклоны неоднократно появлялись в различных средствах массовой информации, включая фильмы, книги, телевидение, музыку и электронные игры.^[193] Эти средства массовой информации часто изображают тропические циклоны, которые либо полностью вымышленный или на основе реальных событий.^[193] Например, Джордж Риппи Стюарт с Буря, а бестселлер опубликованная в 1941 г., считается, что она повлияла на решение метеорологов присвоить женские имена тропическим циклонам Тихого океана.^[139] Другой пример - ураган в Идеальный шторм, который описывает опускание Андреа Гейл посредством Идеальный шторм (1991) Perfect Storm ....^[194] Ураганы были показаны в частях сюжетов сериалов, таких как Симпсоны, Вторжение, Семьянин, Сайнфельд, Бухта Доусона, Сожгите заметку и CSI: Майами.^{[193][195][196][197][198]} Фильм 2004 года Послезавтра включает несколько упоминаний о реальных тропических циклонах и показывает фантастические «ураганные», хотя и нетропические, арктические штормы.^[199][200]

Смотрите также

Прогнозирование и подготовка

• Моделирование катастроф
• Ураганная инженерия
• Готовность к урагану
• Урагано-стойкое здание
• Часы и предупреждения о тропических циклонах

Сезоны тропических циклонов

Рекомендации

внешняя ссылка

Центры предупреждения

• Национальный центр ураганов США - Северная Атлантика, Восточная часть Тихого океана
• Центр ураганов Центральной части Тихого океана - Центральная часть Тихого океана
• Японское метеорологическое агентство - Западная часть Тихого океана
• Метеорологический департамент Индии - Индийский океан
• Метео-Франс - Реюньон - Южный Индийский океан от 30 ° до 90 ° в.д.
• Индонезийский метеорологический департамент - Южный Индийский океан от 90 ° до 125 ° в.д., к северу от 10 ° ю.
• Австралийское бюро метеорологии - южная часть Индийского океана и южная часть Тихого океана от 90 ° до 160 ° в.д.
• Национальная метеорологическая служба Папуа-Новой Гвинеи - южная часть Тихого океана к востоку от 160 ° в.д., к северу от 10 ° ю.
• Метеорологическая служба Фиджи - южная часть Тихого океана к западу от 160 ° в.д., к северу от 25 ° ю.
• Метеорологическая служба Новой Зеландии Limited - Южно-Тихоокеанский регион к западу от 160 ° в.д., к югу от 25 ° ю.ш.