|
По материалам книги "Спутниковая метеорология", М.А.Герман
Облачность тропических циклонов па телевизионных и инфракрасных снимках изображается в виде обширного ярко-белого пятна с отходящими от него короткими спиралевидными ответвлениями или в виде запятой. Чем интенсивнее циклон, тем обширнее (но не более 500-700 км в диаметре) его облачная система и тем лучше выражена спиралевидная структура. В тропических циклонах преобладают кучево-дождевые и перистые облака, которые наиболее плотной и мощной массой концентрируются вокруг центра циклона, образуя зону сплошной облачности.
Фотоснимки облачности, получаемые со спутников, выгодно отличаются от наземных наблюдений тем, что дают целостную картину распределения облаков над обширными территориями, соизмеримыми с основными синоптическими объектами. Это позволяет по характеру рисунка изображения на снимках изучать неоднородности облачного покрова различного масштаба, многие, из которых для дискретных наземных наблюдений являются практически неуловимыми. При изучении возникает естественное желание: идентифицировать и классифицировать облачные образования, отображаемые на снимках, согласно классификации облаков, принятой при наземных наблюдениях. С одной стороны и, с другой — идентифицировать и классифицировать целые облачные системы, покрывающие большие площади земной поверхности.
На снимках, полученных со спутников, можно различить два типа облачности, связанной с тропическими циклонами:
1) обширные области конвективных облаков нижнего уровня, иногда связанных с хвостом; высоких перистых облаков, которые часто наблюдаются в "кильватере" урагана;
2) "окантовка" из конвективных облаков (так называемый внешний "конвективный пояс"), которая часто проходит параллельно периферии урагана, отделяясь от него безоблачной кольцеобразной зоной.
Схематическая модель тропического циклона
На рисунке приведена схематическая модель тропического циклона, предложенная Э, К Бареттом. Согласно этой модели, кольцеобразные зоны (КЗ) представляют собой пояса относительно высоких температур и низкой влажности. Вокруг внешней границы циклонического вихря, в кольцеобразной зоне, отмечаются нисходящие движения воздуха. Однако Баррет не считает, что тропический циклоп является замкнутой системой циркуляции. По-видимому, должен существовать постоянный приток тепла, вызванный конденсацией влажного воздуха, для того чтобы циклон имел нормальную продолжительность в несколько дней, а это может происходить только за счет подъема и охлаждения влажного воздуха с подстилающей поверхности. Хотя некоторая часть воздуха в высотном циклоне может опускаться на ближайшей периферии под ним, значительно большее его количество должно быть рассеяно в горизонтальной плоскости на высоте антициклона.
Внешний конвективный пояс (см. рисунок) представляет собой область соприкосновения сухого спускающегося воздуха с влажным воздухом подстилающей поверхности, который втягивается в центр системы циклона. Как считает Бартер, местная неустойчивость вызывается именно таким образом, тогда вполне возможно, что приток поверхностного воздуха в вихрь может локально задерживаться. Пояс внешней конвективной облачности обычно не распространяется вокруг всей периферии циклона, а наиболее часто находится вдоль "ведущего края". В этом случае максимальный приток влажного воздуха наблюдается в хвостовом секторе, который большей частью обращен к экватору, так что ветровые потоки там наименьшим образом подвергаются воздействию кориолпсовой силы, и ветер в циклоне составляет наибольший угол с изобарами.
Скорости ветра во внешнем конвективном поясе большие и приближаются по величине к скорости струйных течений. Большие скорости ветра вызываются температурными контрастами у подстилающей поверхности между воздушной массой в приводном слое и опускающимся тропосферным воздухом. Эти ураганные струи окружают циклонический вихрь со стороны, обращенной к полюсу, антициклонически огибая систему и уходя от нее в сторону тыловой низкой конвективной облачности. Возможно, что верхнее и нижнее течения в тропической зоне взаимосвязаны таким образом, что дивергенция в верхней тропосфере порождает и стимулирует конвергенцию внизу, результатом чего являются сильные восходящие движения и быстрый рост мощной конвективной облачности.
Использование спутниковой информации в синоптическом анализе практически решило задачу обнаружения и прослеживания тропических циклонов. Существует достаточно много признаков для опознавания тропического циклона на снимках. Основным из них является структура облачного массива. Так, возникающие тропические циклоны характеризуются изолированным сплошным облачным массивом с некоторыми слабыми указаниями на вихревую структуру. Достаточно развитые тропические циклоны характеризуются изолированным сплошным облачным массивом, напоминающим по форме диск со спиралевидными ответвлениями по краям; в центре его часто виден "глаз бури" Траектория смещения тропического циклона строится по положению его центров, определенных на основании спутниковых данных. Местоположение центра и траектории тропического циклона являются одними из основных характеристик. Исследования последних лет показали, что пространственная ось тропического циклона квазивертикальна и центр вихревой структуры его облачной системы совпадает с приземным центром циклона. Эта важная для практики особенность тропического циклона позволяет достаточно точно определять его центр по фокусу облачного вихря.
Различают три положения центра вихревой структуры облачности в тропических циклонах:
1) в облачном вихре различается глаз бури. Положение центра вихря определяется координатами глаза бури;
2) глаз бури не виден. Положение центра облачного вихря определяется по месту сходимости облачных спиралей;
3) глаз бури не виден и облачные спирали нечеткие или вовсе не видны. Центр облачного вихря определяется как геометрический центр облачности. Однако в этом случае заведомо допускается ошибка, так как тропические вихри могут иметь асимметричные облачные системы.
Эволюция тропического циклона
Согласно рекомендации Всемирной метеорологической организации различают несколько стадий развития тропического циклопа. Основным критерием для определения степени развития принята скорость ветра:
Тропическая депрессия - TD до 17 м/с;
Тропический шторм - TS 17-23 м/с;
Сильный тропический шторм-STS 24- 32 м/с;
Ураган (тайфун) - Н (Т) более 33 м/с.
Предложенная классификация, несмотря на наличие точного физического критерия, обладает двумя недостатками. Во-первых, и это главное, она не вскрывает физической сущности процесса. Вовторых, необходимые сведения о ветре в центральной области циклона для определения интенсивности его развития не всегда удается получить.
Дополнительные исследования позволили уточнить эти рекомендации, наиболее приближая их к требованиям практики. В частности, по данным Мининой, процесс эволюции тропического циклона целесообразно разделить на пять стадий:
0 - тропическое возмущение;
1 - тропическая депрессия;
2 - тропический шторм;
3 - ураган (тайфун);
4 - разрушающийся тропический циклон;
Рассмотрим краткую характеристику каждой из пяти стадий.
Стадия 0 - тропическое возмущение
Облачный массив этой стадии циклона сформирован из кучевообразных, слоистообразных и песристообразных облаков. Форма его хаотична (неопределенна). Основным признаком возникновения возмущения в зоне облачной полосы или облачных масс является увеличение количества и мощности кучево-дождевых облаков и их постепенное сосредоточение в определенном районе. В районе образования возмущения усиливается конвекция. Наиболее часто тропическое возмущение наблюдается в зоне облачных полос. Анализ синоптической карты в районе возникновения циклона показывает, что циклопическая циркуляция у поверхности земли выражена слабо пли отсутствует (на карте в этом районе пет замкнутых изобар).
С высотой циркуляция развивается интенсивней, чем у земли, а на картах барической топографии появляется одна, а иногда две замкнутых изогипсы. Увеличение скорости ветра в районе возникновения тропического возмущения еще не наблюдается, она остается небольшой.
Стадия 1-тропическая депрессия
Облачность этой стадии характеризуется следующими признаками:
1) плотный облачный массив отделен безоблачным или малооблачным пространством от основной облачной полосы, ориентированной вдоль линии конвергенции (будь то пассатная волна, внутрптропнческая зона конвергенции или линия сдвига), он как бы вкраплен в облачную полосу;
2) в облачном массиве обнаруживается некоторая упорядоченность в распределении облаков. Она проявляется в приобретении некоторой определенной формы и в появлении, чаще к западу от него, тонких гряд кучевых облаков.
На первом этапе развития тропической депрессии облачный массив имеет форму дуги, которая своей выпуклостью обращена к востоку пли к северо-востоку. Западный, вогнутый край более сглажен и имеет резкое очертание.
Иногда вблизи западного края облачного образования возникают гряды кучевых облаков, имеющие циклоническую кривизну. При дальнейшем развитии облачность тропической депрессии продолжает циклонически искривляться, приобретая вид спирали, напоминающей в северных тропиках по форме запятую. В южном полушарии система облачности депрессии имеет зеркально-обратную форму, т. е. вид перевернутой запятой. Эта форма облачности является характерной для стадии тропической депрессии, однако депрессия может и не иметь такой более или менее правильной формы. Форма облачности в виде запятой отражает определенный этап развития депрессии. В точке, где сходятся облачные гряды, наблюдается усиленное развитие конвективной облачности, здесь обычно располагается центр депрессии.
Скорость ветра в тропических депрессия достигает 15- 17 м/с. Когда тропическая депрессия углубляется и переходит в стадию тропического шторма, наблюдаются увеличение скорости ветра и расширение всей облачной системы, причем небольшая верхняя часть запятой, т. е. точка, разрастается и становится центральным облачным массивом развивающегося циклона. Переход из одной стадии в другую осуществляется очень быстро. Однако следует заметить, что не все тропические депрессии развиваются дальше, большая часть их обычно затухает.
Стадия 2 - тропический шторм
Облачность тропического шторма сформирована из системы мощных конвективных облаков в форме одного витка спирали. Эта стадия является началом собственно тропического циклона. Для тропического шторма характерно появление в облачной системе перистой облачности. Перистая облачность обычно возникает при скоростях ветра около 15 м/с вблизи центра циклона у поверхности Земли. Ее появление служит признаком быстрого углубления возникшего тропического циклона. Перистые облака формируются в виде полос, которые, как правило, обрываются по краям центрального, теперь уже ставшего основным, облачного вихря. Эта перистая облачность маскирует своим покровом центр циклона и кучево-дождевые облака.
Структурные особенности перистых облаков над тропическим циклоном указывают на наличие растекающегося потока, который связан с высотным антициклоном на их уровне. Антициклоническая циркуляция над тропическим штормом способствует оттоку воздуха из области, занятой им, и приводит к интенсивному падению давления у поверхности Земли. Таким образом, расположение перистых облаков служит индикатором направления оттока воздуха на их уровне. Для стадии тропического циклона характерно появление на периферии циклона плотных спиралевидных полос облаков, которые конвергируют к центру по циклоническим линиям тока. Удаляясь от циклопа, полосы сужаются. Они сформированы из кучевообразных облаков ячеистой мезоструктуры. Приближаясь к центру:
циклона, облачные полосы уходят под покров перистых облаков. Средняя ширина полос 200-300 км, а в отдельных случаях и более. Тропические штормы наиболее часто имеют две облачные полосы: одна из них располагается в юго-западной части тропического циклона, а вторая - в северо-восточной.
Стадия 3 - ураган (тайфун)
|
|
Ураган BIRTIE
|
Тайфун BALOVEN
|
Дальнейшее углубление тропического циклона приводит к увеличению размера его облачной системы, при этом спиралевидные облачные полосы все больше концентрируются, навиваются вокруг центра циркуляции. Облачный массив становится почти круглым, имеющим форму диска. Такая облачная система характерна для урагана (тайфуна), она располагается непосредственно над его центральной частью. От облачного массива отходят отдельные спиралевидные полосы облаков. На периферии облачной системы урагана иногда могут наблюдаться одна пли две плотные спирали. Края основного облачного массива, как правило, сглаженные и резкие, и хорошо выделяются на темном фоне поверхности океана. Обычно над ураганами (тайфунами) имеется плотный покров перистых облаков. Облака имеют полосы, расходящиеся от центра урагана. В центре его облачной системы часто видно темное пятно или точка - это глаз бури. Рассмотренная облачная система типична для всех развитых тропических циклонов.
поверхности. В урагане BALOVEN область глаза бури закрыта покровом плотных перистых облаков. Глаз бури хорошо заметен в урагане BERTIE. Структура облачной системы этого тропического циклона показывает, что он достиг стадии зрелости - стадии урагана. На снимке виден плотный, круглый массив сплошной облачности, от него по часовой стрелке отходят (снимок получен в южном полушарии) спиралевидные полосы облачности. Хорошо прослеживаются две основные полосы, подходящие к циклону с юго-востока и северо-запада. Облачные полосы состоят из мощных кучево-дождевых облаков, сформированных в ячейки. Это особенно четко видно в нижней правой части снимка, где ячейки кучево-дождевых облаков особенно велики. Основной облачный массив урагана BALOVEN однороден по своей структуре. Характер кучево-дождевых облаков выяснить на этом снимке не удается, так как они прикрыты плотным слоем перистой облачности.
Основными опознавательными признаками тропических циклонов в стадии их максимального развития являются следующие:
1) компактный сплошной облачный массив в форме круговой зоны пли диска со сглаженными краями;
2) спиралевидные полосы кучево-дождевых облаков, отходящие от основного массива. Среди них могут быть две основные полосы, расположенные диаметрально противоположно;
3) плотный покров перистой облачности с характерными полосами;
4) в центре облачного массива часто видно темное пятно или точка - глаз бури;
5) в передней части тропического циклона - гряда кучево-дождевых облаков, линия шквала.
В стадии урагана тропический циклон имеет максимальную скорость ветра, достигающую 33 м/с и более. Стадия урагана является наиболее характерной для тропического циклона и самой длительной по времени (5-7 дней).
Стадия 4 - разрушающийся тропический циклон
Облачная система заключительной стадии в развитии тропического циклона хорошо прослеживается на ТВ и ИК снимках. Основные причины, приводящие к разрушению тропического циклона,- это изменение термодинамических условий, которые характерны для стадий циклона, рассмотренных ранее, в частности:
1) изменение синоптических условий;
2) переход на более холодную поверхность океана;
3) сближение урагана с полярным фронтом и втягивание последнего и систему тропического циклона;
4) выход урагана на сушу.
Изменение начальных термодинамических условий приводит к тому, что тропический циклон лишается своих основных характерных особенностей, четко различаемых на снимках. Наиболее характерными признаками разрушающегося циклона являются следующие:
1) уменьшение мощности перистых облаков и частичное их исчезновение;
2) нарушение правильной круговой формы центрального облачного массива;
3) исчезновение четкости границы центрального облачного массива, край его становится лохматым;
4) потеря внутренней организованности; облачная система циклона, прежде в виде сплошного облачного массива, разбивается на отдельные пятна;
5) уменьшение облачного массива.
Методика оценки максимальной скорости ветра у поверхности земли в тропических циклонах по данным анализа снимков облачности со спутника
Таким образом, облачная система тропических циклонов может быть охарактеризована следующими параметрами: глаз бури; полосы перистых облаков; полосы кучево-дождевых облаков; разрывы в центральном сплошном облачном массиве.
Распредслонне интенсивности ветра в области тропического циклона является неоднородным. В центральном облачном массиве скорости ветра достигают большой разрушительной силы, на периферии скорость ветра несколько меньше. Поэтому при анализе поля ветра в тропическом циклоне не выделяют условную область, где скорости ветра достигают 25 м/с и более. В этом отношении интересны данные о зависимости площади, занятой сильными ветрами (в процентах относительно обшей площади тропического циклона), от диаметра циклона (но Е. П. Борисенкову):
Диаметр циклона, км
|
450
|
450-700
|
700-1250
|
Площадь, %
|
40
|
20
|
10
|
Эти данные свидетельствуют о неоднородности скоростей поля ветра в циклоне, причем с углублением его (с увеличением центральной области облачного поля) относительная площадь, занятая сильными ветрами, уменьшается, что хорошо подтверждает схему модели тропического циклона.
Анализ последовательных стадий развития тропических циклонов позволяет проследить связь между максимальной скоростью ветра у поверхности земли и эволюцией ноля облачности в этих циклонах. Используя эту связь, Л. Ф. Хьюберт предложил методику оценки максимальной скорости ветра у поверхности земли в тропических циклонах по данным анализа снимков облачности со спутника. Методика этой оценки позволяет охарактеризовать максимальную скорость ветра у поверхности земли в зависимости от величины диаметра внешнего круга, который охватывает все ноле облачности, связанное с тропическим циклоном и категорией облачности этого циклона. Рассмотрим особенности структуры облачного массива тропического циклона для каждой из четырех категорий. приведено типичное схематическое изображение всех категориев тропического циклона.
Категория 1.
К этой категории относятся тропические циклоны, которые имеют облачную систему
в виде слабовыраженной спирали или с нечеткими контурами.
Вблизи центрального облачного массива для циклонов
этой категории характерно наличие небольших полос
кучевообразных облаков. Основная облачная система
тропического циклона закрыта плотным покровом перистой
облачности. Поэтому на снимках глаз бури не виден.
Центр циклона определяется путем интерполяции во внутрь
спиралевидных облачных полос.
Категория 2.
Облачная система тропических циклонов данной категории обнаруживает четко выраженную
вихревую структуру. На снимке эта облачность имеет
яркий тон с асимметричным центром основного облачного
массива. Спиралевидные полосы перистых облаков большой
протяженности, контуры их закруглены. Циклоны обычно
имеют одну, а иногда и две хорошо выраженные облачные
полосы. «Вершина» основной спиралевидной полосы очерчивает
центр. Глаз бури не виден.
Категория 3.
Снимок циклона этой категории характеризуется почти круглым, имеющим форму диска,
массивом сплошной облачности, расположенным непосредственно
над его центральной частью. Облачная система имеет
спиралевидные полосы перистых облаков, которые слегка
концентричны около видимого глаза бури. Изображение
глаза бури имеет неправильную форму с неровными краями,
он определяет центр тропического циклона.
Категория 4.
На снимке циклона этой категории виден яркий и плотный однородный облачный массив
овальной пли круглой формы. Граница облачности и
отдельных полос четкая и сглаженная, рядом с основным
облачным массивом наблюдаются «параллельные» полосы,
сформированные из кучевообразных облаков. Хорошо выраженный
глаз бури кажется маленькой черной круглой областью,
окруженной ярким кольцом. Он определяет центр циклона.
График для определения максимальной скорости ветра для четырех различных категорий тропических циклонов в зависимости от характеристики облачности.
а - категории циклонов; б - график для определения скорости ветра.
На рисунке показаны четыре экспериментальные кривые, характеризующие скорость максимального ветра у поверхности Земли в зависимости от величины диаметра внешнего круга и категории облачности в центре тропического циклона. По осп абсцисс на этом графике указан диаметр внешнего крута в градусах широты, а по оси ординат - скорость ветра в м/с.
Таким образом, максимальная скорость ветра у поверхности Земли, наблюдается в тропических циклонах, облачная система которых может быть отнесена к четвертой категории. Для одной и той же категории скорость ветра у земли будет тем больше, чем больше диаметр центрального облачного массива.
Исследования показывают, что между формой облачных систем тропических циклонов, характером и величиной изменения приземного давления также существует довольно четкая зависимость. Так, при прочих равных условиях, чем больше диаметр центрального облачного массива тропического циклона, тем меньше давление в его центре.
Назад в раздел
|
  |