Стадии развития и строение тропических циклонов

Тропические циклоны в зависимости от интенсивности и жизненного цикла можно подразделить на 4 вида [23]:

1) тропическое возмущение (tropical disturbance). Слабо выраженный вихрь с небольшими скоростями ветра (менее 17 мс). На карте погоды отсутствуют замкнутые изобары. Вихрь прослеживается по сходимости линий тока;

2) тропическая депрессия (tropical depression). На карте погоды имеются 1—2 замкнутые изобары. Сила ветра достигает 7 баллов по шкале Бофорта (32—38 узлов, или 17—20 мс) (приложение 4);

3) тропический шторм (tropical storm). На карте погоды имеется более 2 замкнутых изобар, а сила ветра более 7 баллов. Верхний предел скорости ветра 73 узла (38 мс) ;

4) ураган (hurricane). Скорость ветра превышает 74 узла (более 39 мс). Термин «ураган» эквивалентен термину «тайфун» (typhoon).

В жизненном цикле тропических циклонов можно выделить четыре основные стадии [40]:

1) стадия формирования (formative stade), которая начинается с возникновения циклонической циркуляции на восточной волне или в зоне конвергенции. Давление в центре циклона понижается до 990 мб, а циклоническая циркуляция распространяется до высоты 1,5—3,5 км (низкое барическое образование);

2) стадия развития (immaturity stade), или стадия молодого циклона. В этой стадии циклонический вихрь распространяется до высоты 5—6 км (иногда 9—10 км). Циклон начинает быстро углубляться, достигая своей максимальной интенсивности. Ветры

ураганной силы образуют вокруг центра циклона кольцо радиусом 40—50 км. Облачный массив приобретает спиралевидный характер. Облачные поля и зоны выпадения осадков в виде узких спиралевидных полос сходятся к центру циклона (смотреть статью под номером3);

3) зрелая стадия (stade of maturity). В данной стадии падение давления в центре циклона (тайфуна или урагана) и увеличение скорости ветра постепенно прекращаются. Циклоническая циркуляция расширяется по площади и распространяется по высоте. Область штормовых ветров и интенсивных ливней увеличивается в размерах.

Диаметр тропических циклонов в стадии развития и зрелой стадии может колебаться в широких пределах (от 60—70 до 1000 км).

За пределами тропиков, когда тайфуны и ураганы трансформируются во внетропические циклоны, диаметр их может увеличиться до 3000 км. Зона катастрофических ветров в тропических циклонах находится в пределах 20—200 км. По высоте тропический циклон распространяется до 16—18 км и достигает уровня тропической тропопаузы.

Тропический циклон напоминает собой высокую воронку с крутыми боками. Воронка вращается с громадной скоростью вокруг вертикальной оси циклона. В центре воронки движение воздуха направлено сверху вниз, а на границе воронки, наоборот,— снизу вверх. Диаметр воронки с высотой заметно увеличивается. У поверхности земли ширина ее в среднем равна 20 км, на высотах 2, 6, 8, 10 км соответственно 40, 100, 200 и 700 км [34].

Центральную часть воронки называют «глазом бури». В центре циклона обычно наблюдается малооблачная погода и слабые ветры. Уменьшение облачности связано как с нисходящими вертикальными движениями, так и с центробежными силами, которые отбрасывают облачность из центра циклона к границе воронки, где наблюдаются максимальные скорости ветра. «Стенки» воронки обычно имеют толщину от десятка километров до 100 км и более.

Скорость ветра с высотой обычно уменьшается. Пространственная ось тропического циклона почти вертикальная. Глаз бури возникает в результате усиления циркуляции воздуха в тайфуне, при которой вблизи центра циклона может возникать противоградиент-ное выбрасывание воздуха.

Глаз бури в тайфуне, как уже сказано, представляет собой область затишья с ясным небом или тонким слоем низких облаков. Диаметр глаза бури обычно равен 15—60 км. Иногда он совершенно не виден с высотного самолета и на спутниковых фотографиях и обнаруживается только с помощью радиолокатора. В некоторых случаях при углублении тропических циклонов глаз бури может увеличиваться в размерах, достигая в поперечнике 100—200 км.

Глаз бури окружен стеной плотных конвективных облаков, мощно развивающихся за счет энергии, выделяющейся при конденсации и в результате конвергенции воздушных потоков в центральной части тайфуна. Вне глаза бури воздух быстро поднимается и водяной пар в нем конденсируется, что приводит к выпадению сильных ливневых дождей. Внутри глаза бури воздух опускается и нагревается в результате адиабатического сжатия. В нижних слоях атмосферы опускающийся воздух выбрасывается наружу центробежной силой и вовлекается в вихревое движение вокруг центра. Это приводит к еще большему втягиванию воздуха сверху. Поступающий снизу вверх водяной пар поддерживает данный циркуляционный механизм.

Образование очага тепла в районе глаза бури — последняя стадия преобразования тропического возмущения в зрелый циклон.

Над теплой водной поверхностью создаются наиболее благоприятные условия для поступления влаги снизу вверх. При смещении урагана на более холодную водную подстилающую поверхность или на сушу энергетические запасы в тропическом циклоне резко уменьшаются как за счет уменьшения поступления водяного пара, так и за счет увеличения сил турбулентного трения над сушей.

По данным метеорологических спутников было выявлено, что глаз бури в ранних стадиях развития циклона находится на периферии облачного массива. По мере превращения тропического циклона в тайфун (ураган) глаз бури сдвигается к центру циклона. Чем глубже тропический циклон, тем темнее становится глаз бури на спутниковых фотографиях облачности. В процессе заполнения тропического циклона центр барического образования смещается к краю облачного массива.

В нижних слоях тайфуна можно различить три циркуляционные зоны:

1) центральная зона — глаз бури, где скорость ветра невелика, но полный штиль наблюдается редко;

2) область максимальных ветров, скорость которых может достигать 100 мс;

3) от внешней границы возмущения до границы области максимальных ветров.

В нижнем трехкилометровом слое атмосферы наблюдается вток воздуха к центру циклона, обусловленный силами трения. В этом слое происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую.

Слой атмосферы 3—8 км характеризуется в основном циклоническим движением по касательной к изогипсе и сходимостью линий тока в тыловой части вихря. Выше 8 км до верхней границы тайфуна (12—16 км)—слой растекания. Скорость ветра в этом слое уменьшается, а циркуляция воздуха часто становится антициклонической.

По мере продвижения тропических циклонов в умеренные широты они постепенно утрачивают свои специфические свойства. При втягивании полярного фронта в систему тропического циклона появляется температурная асимметрия, сопровождающаяся наклоном вертикальной оси и расширением циклона по площади.

Затухание тропических циклонов происходит при перемещении на более холодную водную поверхность и при переходе на сушу.

Тропические циклоны в северном полушарии с момента их возникновения смещаются в западном и северо-западном направлении. Достигнув определенной точки, вблизи тропиков Рака и Козерога, они испытывают поворот и далее движутся к северу и северо-востоку (смотреть статью под номером4).

Тайфуны, возникающие на западе Тихого океана, вблизи Филиппинских островов, поворачивают к северу и северо-востоку, иногда

через Восточно-Китайское море они смещаются на Японию и Приморский край и могут проходить в более северные широты до Охотского моря и Камчатки; другая часть тайфунов перемещается на материк (на юг Китая и Индокитайский полуостров) (смотреть статью по номером4).

Тропические циклоны (ураганы) на востоке Тихого океана смещаются вдоль юго-западного побережья США. Тропические циклоны южной части Тихого океана от места своего зарождения сначала следуют на юго-запад, а затем на юг и юго-восток.

Ураганы Атлантического океана смещаются через Карибское море на юго-восток США и затем по материку Северной Америки к северо-востоку.

Часть циклонов проходит вдоль восточного побережья США или по средней части Атлантического океана к северу, изредка достигая даже Европы, Исландии и Гренландии.

Вначале ураган, как правило, перемещается на запад по экваториальной периферии субтропических антициклонов, затем возрастает составляющая движения в сторону полюса.

На западной периферии субтропического антициклона ураган достигает точки поворота, где составляющая движения к западу сменяется составляющей к востоку. В тех случаях, когда движение на запад сохраняется, вестиндские ураганы достигают восточного побережья США.

Циклоны, возникающие над Аравийским морем, смещаются на юг Аравийского полуострова, в Пакистан и на северо-запад Индии; циклоны Бенгальского залива — на Индию, Бангладеш и Бирму.

В начале лета (июнь) и в конце осени (октябрь) пути тайфунов лежат южнее Японии. Точка поворота располагается примерно на широте 16—18°.

С июля до октября тайфуны проникают в более северные широты. Их пути лежат над Японией, Японским и Восточно-Китайским морями, над Кореей и Китаем. Точка поворота находится вблизи тропиков.

В низких широтах скорость движения тропических циклонов невелика, в среднем она составляет около 20 кмч. Вблизи точки поворота скорость движения еще меньше; после поворота на участке траектории, направленной к северо-востоку (северное полушарие), она возрастает до тех же значений, что и у внетропических циклонов (до 30—50 кмч).

При переходе на материк скорость движения тропических циклонов, как правило, резко уменьшается. Тропические циклоны обычно задерживаются горными хребтами вблизи побережья или отклоняются от них.

В первых трех стадиях (тропическая депрессия, тропический шторм, ураган) тропические циклоны северного полушария перемещаются, как правило, в западном и северо-западном направлении по юго-западной периферии субтропического антициклона.

Смотреть статью под номером4. Основные пути тропических циклонов—ураганов и тайфунов (по С. П. Хромову).

В стадии трансформации тропического циклона в полярно-фронтовой циклон (на широте 20—30°) тропические циклоны меняют направление движения на северное и затем на северо-восточное и восточное.

В связи с переходом на полярный фронт тропические циклоны попадают в зону юго-западных высотных потоков.

Оформление высотной барической ложбины к северо-западу от центра приземного циклона (тайфуна) обычно служит указанием на возможность поворота циклона к северо-востоку. Точка поворота в Атлантическом океане лежит в среднем на широте 28°, в Тихом океане — на широте около 20°. Чем ближе к экватору возник циклон, тем южнее будет его точка поворота.

В период максимальной повторяемости тропических циклонов районы их возникновения и точки поворота лежат значительно севернее среднего многолетнего положения.

Средняя продолжительность существования тайфунов составляет около 7 суток, а атлантических ураганов около 9 суток (в августе 12 суток). Наибольшая продолжительность жизни атлантических ураганов достигает 27—35 суток, а тайфунов северо-западной части Тихого океана — 18 суток.

Движение тропических циклонов по «неправильным путям». По мере накопления фактических данных о движении тропических циклонов метеорологи, а также мореплаватели заметили, что траектории циклонов не всегда имеют правильную геометрическую форму (прямую, параболу, гиперболу). Очень часто на фоне правильной траектории циклона появляются «искажения» [выпуклости, вогнутости, петли, смещение к юго-западу или юго-востоку (для циклонов северного полушария)].

Наибольшую опасность для мореплавателей представляют тропические циклоны, смещающиеся не по «стандартным» траекториям. «Топтание» циклона на месте, петляние, резкое изменение направления смещения циклона создают определенные трудности в мореплавании, уклонении судна от опасной зоны тайфуна.

Причиной движения тропических циклонов по «неправильным» путям является неустойчивость деформационного поля, образованного полярной ложбиной, восточной волной и областями высокого давления. Хорошим показателем смещения циклона по неправильной траектории является движение гиперболической точки деформационного поля. Она как бы повторяет траекторию перемещения тропического циклона.

Большое влияние на характер траектории движения циклона оказывает неоднородность подстилающей поверхности (наличие островов, рифов), а также неоднородность температуры поверхностного слоя воды (чередование очагов тепла и холода).

Имея прогностические карты барических полей за несколько последовательных сроков, можно определить траекторию движения гиперболической точки деформационного барического поля (по поверхности 700 или 500 мб), а тем самым и траекторию перемещения тропического циклона.

6. Погода в тропическом циклоне

Давление воздуха. В центральной части циклона давление воздуха колеблется в широких пределах (от 873 до 990 мб). Градиенты давления в тропических циклонах очень большие (до 1 мб на 1 км). Особенно сильное падение давления отмечается при подходе к центральной части циклона (глазу бури), после прохождения которой давление с такой же скоростью растет.

Из-за большой величины барического градиента все изобары (через 5 мб) в области тропического циклона технически невозможно провести. Обычно положение центра циклона на карте отмечается жирной точкой, а величина давления в центре проставляется за пределами циклона.

Если давление в центре циклона неизвестно, то его можно определить с помощью одной из следующих эмпирических формул:

р0 = 0,5 — 1г, (1.1) где ро — давление в центре циклона в мб; V — скорость ветра в какой-нибудь точке циклона в мс; г — расстояние от этой точки до центра циклона, выраженное в градусах меридиана (1 град.» 111 км); где Roo радиус зоны сплошной облачности в градусах меридиана.

Ветер. Максимальные скорости ветра у поверхности земли в области тропического циклона могут достигать 80—100 мс. Скорость ветра вблизи центра циклона очень небольшая и, как правило, находится в пределах 0—5 мс. С удалением от центра скорость увеличивается, достигая на некотором расстоянии максимальных значений (смотреть статью под номером5). Далее к периферии циклона скорость ветра снова уменьшается. Наиболее резкое возрастание скорости ветра наблюдается на границе глаза бури.

В движущемся тропическом циклоне в зрелой стадии в поле скорости ветра обычно наблюдается асимметрия. Самые сильные ветры возникают в правых квадрантах циклонов относительно направления их движения.

С высотой скорость ветра в тропическом циклоне убывает; до высоты поверхности 500 мб скорость ветра убывает весьма незначительно, выше этого уровня она уменьшается намного быстрее.

тропического циклона и его периферией. Данные, приводимые в табл. 4, получены с помощью формулы (1.7).

Темнература воздуха. В тропическом циклоне температура воздуха распределяется почти симметрично относительно его центра. Вне глаза бури температура примерно одинакова, внутри его — значительно выше. В зоне интенсивного выпадения осадков она несколько ниже, чем в окружающих районах. Зона увеличенных градиентов температуры обычно наблюдается на границе области, окружающей глаз бури.

На поверхности 850 мб температура воздуха в центре циклона выше окружающей примерно на 2—3°С, 700 мб — на 5—6° С, 500 мб — на 7—8° и на 300 мб — на 9—10° С.

В процессе углубления тропического циклона в его области происходит заметное повышение температуры. Наибольшее повышение температуры наблюдается в слое 700—200 мб с максимумом на уровне 700 мб. Таким образом, на изменение давления в центре циклона наибольшее влияние оказывает изменение температуры воздуха в средних и верхних слоях тропосферы.

Изменение температуры на высоте поверхностей 300 или 100 мб вносит вклад в изменение приземного давления, в 5 раз больший, чем на более низких уровнях атмосферы (900—700 мб).

В период трансформации тропического циклона во внетропический циклон в его области появляются значительные контрасты температуры воздуха в результате втягивания в систему циклона полярного фронта.

В тайфуне нет отчетливо выраженных линий разрыва в поле метеорологических элементов. Температура приводного слоя воздуха в тайфуне постепенно понижается от его периферии к центру. Разность температур воздуха во внешней и центральной частях тайфуна составляет в среднем около 2° С (табл. 5). Температура поверхностного слоя воды повышается по мере приближения центра тайфуна. Наибольшие разности между температурами воздуха я воды наблюдаются в центральных районах тайфуна. Вертикальные градиенты температуры в тайфуне имеют значения 0,5— 0,7° С100 м. Их величина несколько меньше в центре тайфуна. В зоне тропического фронта вертикальный градиент температуры, как правило, больше или равен 0,6° С100 м.

Тайфун при своем движении оказывает влияние на температуру поверхностного слоя океана. Во время прохождения тайфуна охлаждение водной поверхности может достигать 5° С, основной причиной чего является вертикальное турбулентное перемешивание воды, вызванное волнением.

Угол между направлением ветра и изобарой в среднем равен 30°. В северо-восточном квадрате тайфуна величина этого угла примерно равна 35—40°, а в юго-западном квадрате 20—25°.

Облачность и осадки. Смена облаков при приближении тропического циклона напоминает смену облаков при приближении теплого фронта в умеренных широтах. Вначале появляются перистые облака, за ними перисто-слоистые и высоко-кучевые. Затем начинают надвигаться мощные кучево-дождевые облака с ливневыми дождями, переходящие в темную стену грозовых облаков. В это время ураган приобретает полную силу: грозы сопровождаются очень сильными ливнями, а ветер достигает ураганной скорости. В связи с тем, что конвективная облачность представляет собой ячейки, между которыми наблюдается малооблачное пространство, сильные шквалы и заряды тропического ливня чередуются с периодами сравнительного их затихания. Вертикальная мощность облаков достигает 10—12 км, а иногда и больше, до тропопаузы (14—16 км).

При приближении к глазу бури наступает внезапное ослабление ветра, иногда до полного штиля, резкое просветление неба и прекращение дождя. В области глаза бури наблюдаются слоистые или высоко-кучевые облака с просветами голубого неба. После прохождения центра циклона ветер меняет направление на противоположное (по сравнению с передней частью). Спустя несколько часов ветры усиливаются до ураганных, вновь начинают выпадать мощные ливневые осадки, сопровождаемые грозами. При приближении к периферии циклона наблюдается уменьшение облачности и количества осадков и ослабление ветра.

По данным самолетных, радиолокационных и спутниковых наблюдений было обнаружено, что область тропического циклона не заполнена однородной массой облаков. Здесь обнаружены узкие, вытянутые полосы более плотной облачной массы в виде спиралей, сходящиеся к глазу бури. В промежутках между полосами наблюдается менее плотная область. Вдоль полос уплотненной облачности и дождя иногда может возникать ложный глаз бури. Были случаи, когда отмечались 2—4 ложных глаза бури.

Указанное явление может повлечь за собой ошибки в определении центра циклона.

Длина облачных полос колеблется от 50 до 400 км. Средняя ширина их составляет несколько километров, причем вблизи центра они уже, а к периферии — шире. Ширина пространства между полосами имеет примерно такие же значения. Число облачных полос в тропическом циклоне колеблется от 1 до 7.

Количество осадков в тропических циклонах может быть самым различным. В среднем в тайфуне выпадает около 100 мм осадков за сутки. В отдельных случаях суточное количество осадков может превышать 1000 мм. Так, в одном из тайфунов, прошедших через Манилу, количество осадков за сутки достигло 1168 мм.

Волнение моря. Под действием ветра в области тропического циклона возникают волны значительной высоты. Чем мощнее циклон, тем больше период и высота волны. Максимальная высота волн достигает 10—15 м и более. Самые высокие волны наблюдаются вблизи глаза бури. Высота волн вблизи побережья, мысов, заливов, проливов в сильной степени зависит от траектории циклона. Для определения высоты волн вблизи мысов можно использовать следующую приближенную формулу.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
SQL - 48 | 0,126 сек. | 12.48 МБ