7.5. Тропические циклоны и другие атмосферные вихри

Тропические циклоны существенно отличаются от других вихрей, наблюдаемых в атмосфере.

1. Отличия ТЦ от циклонов и антициклонов средних и высоких широт (Ц и А).

— ТЦ, в отличие от Ц и А, возникают и развиваются только над теплыми океанами;

— не существует ТЦ с антициклоническим вращением;

— структура Ц и А не концентрированная, в ней нет центрального теплого ядра с глазом;

— Ц и А не являются саморазвивающимися системами, они возникают, как правило, на достаточно высоких широтах в результате столкновения атмосферных фронтов и сразу приобретают большую энергию, которую затем постепенно расходуют на преодоление силы трения.

2. Отличие ТЦ от вихрей малого горизонтального размера.

Вихри малого горизонтального размера (смерчи, пыльные вихри, торнадо) представляют собой узкие вертикальные вихри диаметром от нескольких сотен метров до 1–2 км, высотой от поверхности до облаков (т. е. порядка километров). Скорость ветра в таких вихрях может достигать 150 м/с. Они возникают в условиях жаркой погоды, когда поверхность суши (или моря) сильно нагревается. Смерчи появляются случайно и движутся по очень сложной траектории.

Структура смерча похожа на структуру ТЦ наличием центрального концентрированного ядра с узким максимумом скорости, в их динамике также много общего. Основные отличия заключаются в размерах, условиях и основных механизмах существования (в частности, роль конденсации водяного пара в смерчах существенно меньше, чем в ТЦ).

7.6. Проблемы и методы изучения тропических циклонов

Центральной проблемой изучения ТЦ является проблема прогноза их появления и развития. Современные методы прогнозов ТЦ еще далеки от совершенства. Средняя ошибка прогноза положения центра циклона за 24 часа составляет 200–300 км. Размеры наиболее опасной центральной части циклона прогнозируются с погрешностью несколько сотен километров.

В настоящее время используются несколько методов прогноза движения ТЦ:

1) формальная экстраполяция: используют несколько положений ТЦ за последние сутки через 6 часов и экстраполируют в будущее;

2) климатологический метод («метод проторенной дорожки»). В основе метода лежит идея о том, что данный циклон будет перемещаться так же, как и циклон, наблюдавщийся ранее в этом месте в такое же время года;

3) методы, основанные на корреляции между направлением ветра на некоторой высоте и перемещением центра циклона;

4) теоретические методы, основанные на решении системы динамических уравнений, реализующих определенные физические механизмы, управляющие движением.

Как показывает сравнение, для одних и тех же ситуаций различные методы дают отличающиеся прогнозы. При этом наименее совершенными остаются пока теоретические прогнозы.

Разработка методов прогноза ТЦ требует наличия надежных и подробных данных измерений основных параметров, определяющих его характеристики. Очевидно, что в связи со спецификой изучаемого явления, получение таких данных представляет собой сложную, а порой и опасную задачу. Перечислим вкратце основные методы экспериментального исследования ТЦ.

1. Исследования при помощи специальных самолетов.

До середины 40-х годов основными источниками сведений о структуре ТЦ были нерегулярные сообщения с кораблей и метеостанций, попавших в область действия ТЦ. Надо еще учесть, что при сильном ветре > 30 м/с обычные метеоприборы выходили из строя.

В 40-х годах в США были организованы первые пролеты через центр урагана на специально оборудованных самолетах-лабораториях. До сих пор этот метод является самым полным и достоверным из всех. Исследование ТЦ включает, как правило, 6–10 пролетов через центр циклона на 3-х различных высотах по нескольким радиальным направлениям. Иногда таким образом ураган исследуется в течение нескольких дней. По результатам таких исследований строятся профили основных термогидродинамических параметров (v, T, q, p). В качестве недостатка метода можно указать на то, что самолеты в основном получают данные в центральном районе (r < 100 км), а трех уровней по высоте недостаточно для построения вертикальных профилей.

2. Метод падающих зондов, сбрасываемых с самолетов, восполняет эти недостатки. Число зондов, сбрасываемых в один ТЦ, достигает нескольких десятков. В основном зонды попадают на периферию циклона.

3. Методы дистанционного зондирования ТЦ со спутников. Используются видимый, ИК и СВЧ диапазоны. Пространственное разрешение видимого диапазона составляет десятки метров, ИК-диапазона — сотни метров и километры, СВЧ-диапазона — километры и десятки километров. Видимый и ИК-диапазоны, в которых облачность непрозрачна, дают информацию о верхней границе облаков. СВЧ-диапазон, в котором облачность является полупрозрачной, позволяет построить вертикальные профили температуры и влажности воздуха, а также измерить температуру поверхности океана.