Meteoweb.ru
     Интернет-журнал
 
главная страница
о проекте
обратная связь
текущая погода
солнечный монитор
 
прогнозы погоды на 5 - 30 сут.
метеостанции проекта
фотодневник погоды
карты погоды
астрономические наблюдения

Сегодня:
30.05.2017 

 3 мая
 11 мая
 19 мая
 25 мая
 Весеннее равноденствие
 20.03, 04:30 UTC
 Летнее солнцестояние
 20.06, 22:34 UTC
 Осеннее равноденствие
 22.09, 14:21 UTC
 Зимнее солнцестояние
 21.12, 10:44 UTC
 

ОБЛАЧНЫЕ СИСТЕМЫ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ (тайфунов, ураганов).

По материалам книги "Спутниковая метеорология", М.А.Герман
Опубликовано 25-11-2007

ОБЛАЧНЫЕ СИСТЕМЫ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ

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

 

© Meteoweb.ru 2006 – 2017
Все права защищены. Авторы проекта не несут ответственности
за точность прогнозов погоды и за возможные негативные
последствия, возникшие при использовании информации с сайта.
При использовании информации с сайта гиперссылка на Meteoweb.ru обязательна!



INFOBOX - хостинг php, mysql + бесплатный домен! Индекс цитирования.