7.3.3. Поле температуры
Практически на всех высотах в центре ТЦ существуют большие положительные аномалии температуры по сравнению с окружающей атмосферой. Например, на высоте ~ 6 км в глазе температура превышает среднюю температуру окружающей атмосферы примерно на 10°С. Наибольшие градиенты ∂T/∂r наблюдаются в стене глаза. Максимальные аномалии температуры в центральном районе наблюдаются на средних уровнях. В нижнем и верхнем слоях эти перепады становятся меньше. Поэтому в литературе часто встречается термин «теплое ядро», которое существует в центре урагана на средних высотах. Считается, что именно оно создает низкое приземное давление в центре урагана, которое определяет его интенсивность.
Существование теплого ядра обеспечивается выделением скрытой теплоты конденсации, которое происходит, когда влажный воздух поднимается в стене глаза. Этим объясняется тот факт, что ураганы зарождаются и развиваются только над океанами, а при выходе на сушу быстро затухают.
7.3.4. Осадки и влажность
Соответственно с тем, что сказано в предыдущем абзаце, максимальное количество осадков выпадает именно в стене глаза.
Во время прохождения среднего ТЦ выпадает порядка 500 мм осадков (бывает до 2500 мм). В большинстве же районов умеренной зоны годовое количество осадков составляет 600–800 мм.
Максимальная влажность воздуха в ТЦ наблюдается в районе стены глаза (практически 100%). В глазе влажность существенно меньше.
7.3.5. Параметры, определяющие интенсивность тц
Основными параметрами, определяющими интенсивность ТЦ, являются vφmax и rmax — расстояние, на котором наблюдается максимальная тангенциальная скорость ветра. Как и vφmax, rmax также влияет на кинетическую энергию вихря, т. к. от значения r зависит размер центральной зоны наиболее интенсивных скоростей. Для оценки интенсивности ТЦ, как правило, используют эмпирическую формулу вида:
где р∞ и р0 — приземные атмосферные давления на периферии ТЦ и в центре глаза соответственно, а эмпирические коэффициенты k и a зависят от многих факторов (района зарождения ТЦ, географической широты, размеров ТЦ и т. д.). Среднее время жизни ТЦ составляет порядка 4 недель (от возникновения до затухания). За это время ТЦ перемещается со средней скоростью ~ 20 км/ч. Траектории движения ТЦ в основном криволинейные, сложной формы, и их предсказание является весьма трудной задачей.
7.4. Динамика и энергетика тц
ТЦ являются уникальным явлением в том смысле, что, возникнув как слабое начальное возмущение, они при определенных условиях саморазвиваются, отбирая от теплого океана необходимую энергию. Академик В. В. Шулейкин назвал ТЦ «тепловой машиной 5-го рода», в которой нагревателем является океан, а холодильником верхние слои атмосферы. В этой машине тепловая энергия океана превращается в механическую (кинетическую и потенциальную) энергию воздушных масс. При этом от 2 до 4% тепловой энергии циклона превращается в его кинетическую энергию.
Существенной особенностью структуры ТЦ является наличие нижнего слоя входного потока, где воздух, двигаясь в сторону более низкого давления, ускоряется и насыщается влагой за счет испарения воды с поверхности океана. Силы градиента давления совершают положительную работу, увеличивая кинетическую энергию воздушных масс.
В центральном ядре теплый влажный воздух поднимается вверх в стене глаза. Происходит конденсация водяного пара и выделение тепла. В результате центральный столб воздуха становится теплее, а его плотность уменьшается. Это способствует уменьшению падения Δp и дальнейшему усилению входного потока.
В верхнем слое выходного потока силы градиента давления совершают отрицательную работу над выходным потоком и уменьшают его кинетическую энергию. Однако вследствие наличия теплого ядра лишь на средних уровнях, Δp в верхнем слое значительно меньше, чем в слое входного потока. В результате суммарная работа сил градиента давления в циклоне положительна, т. е. происходит увеличение кинетической энергии. С другой стороны, силы трения воздуха о водную поверхность и силы внутреннего трения всегда совершают отрицательную работу и уменьшают кинетическую энергию ТЦ. В результате развитие или затухание ТЦ определяется балансом указанных выше факторов, зависящим от внешних условий. Так, например, выход урагана на сушу сразу нарушает этот баланс, т. к. резко уменьшается приток влажного воздуха снизу (основной источник тепловой энергии) и возрастает трение о поверхность. Однако, из-за большой инерционности системы ТЦ, его затухание не происходит мгновенно, занимая, как правило, несколько дней.