Наука об ураганах: понимание развития и интенсивности штормов

Ураганы, также известные как тайфуны (на северо-западе Тихого океана) и циклоны (на юге Тихого и в Индийском океане), являются одними из самых мощных и разрушительных погодных явлений на Земле. Понимание их формирования, усиления и поведения имеет решающее значение для эффективного прогнозирования, готовности к стихийным бедствиям и смягчения последствий этих разрушительных штормов. Это подробное руководство исследует научные основы ураганов, представляя глобальный взгляд на их развитие и интенсивность.

Что такое ураган?

Ураган — это тип тропического циклона, характеризующийся центром низкого давления (глазом бури) и многочисленными грозами, которые вызывают сильные ветры и проливные дожди. Тропические циклоны формируются над теплыми водами океана вблизи экватора. Чтобы быть классифицированным как ураган (в Атлантике и на северо-востоке Тихого океана), тропический циклон должен иметь максимальную устойчивую скорость ветра не менее 74 миль в час (119 километров в час).

Принципы наименования

Тропическим циклонам присваивают имена для облегчения идентификации и коммуникации. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) ведет списки имен для каждого бассейна тропических циклонов. Эти имена обычно выбираются в алфавитном порядке и чередуются между мужскими и женскими. Когда шторм оказывается особенно смертоносным или дорогостоящим, его имя часто «уходит в отставку» и заменяется, чтобы не вызывать неприятных ассоциаций.

Формирование урагана: рецепт катастрофы

Для формирования урагана необходимо несколько ключевых компонентов:

• Теплые воды океана: Ураганам необходима теплая океанская вода (обычно не менее 26,5°C или 80°F) для обеспечения необходимого тепла и влаги. Эта теплая вода испаряется, поднимаясь в атмосферу и питая шторм.
• Атмосферная неустойчивость: Атмосфера должна быть неустойчивой, что означает, что теплый, влажный воздух у поверхности может быстро подниматься. Этот поднимающийся воздух охлаждается и конденсируется, высвобождая скрытое тепло, которое еще больше питает шторм.
• Влажный воздух в нижней и средней тропосфере: Сухой воздух может препятствовать развитию урагана. Влажная среда способствует непрерывной конденсации и образованию облаков.
• Низкий вертикальный сдвиг ветра: Сдвиг ветра — это изменение скорости или направления ветра с высотой. Сильный сдвиг ветра может нарушить развивающийся шторм, разрывая его на части. Низкий сдвиг ветра позволяет шторму организоваться и усилиться.
• Эффект Кориолиса: Эффект Кориолиса, вызванный вращением Земли, отклоняет движущийся воздух вправо в Северном полушарии и влево в Южном. Это отклонение заставляет шторм вращаться. Эффект Кориолиса слаб у экватора, поэтому ураганы редко формируются в пределах 5 градусов от экватора.
• Предшествующее возмущение: Для начала формирования урагана часто необходимо уже существующее погодное возмущение, такое как тропическая волна или скопление гроз.

Стадии развития

Тропический циклон проходит несколько стадий развития:

• Тропическое возмущение: Скопление гроз со слабым вращением.
• Тропическая депрессия: Тропическое возмущение с замкнутой циркуляцией и максимальной устойчивой скоростью ветра 38 миль/ч (61 км/ч) или менее.
• Тропический шторм: Тропическая депрессия с максимальной устойчивой скоростью ветра 39-73 миль/ч (63-117 км/ч). На этой стадии шторму присваивается имя.
• Ураган (или тайфун/циклон): Тропический шторм с максимальной устойчивой скоростью ветра 74 миль/ч (119 км/ч) или выше.

Усиление урагана: от тропического шторма до катастрофической силы

Как только тропический циклон достигает статуса тропического шторма, несколько факторов могут повлиять на его усиление до урагана:

• Температура поверхности моря (ТПМ): Более высокая ТПМ обеспечивает шторм большей энергией, что приводит к усилению испарения и конвекции.
• Теплосодержание океана (ТСО): ТСО — это мера тепла, запасенного в верхних слоях океана. Ураганы могут черпать энергию из ТСО, даже если ТПМ немного ниже.
• Низкий вертикальный сдвиг ветра: Как упоминалось ранее, низкий сдвиг ветра имеет решающее значение для организации и усиления шторма.
• Верхний отток: Сильный отток воздуха в верхней части шторма помогает вентилировать систему и удалять теплый, влажный воздух, способствуя дальнейшему усилению.
• Цикл замены глаза бури (ЦЗГ): Некоторые интенсивные ураганы проходят циклы замены глаза, когда новая стена глаза формируется снаружи исходной. Затем первоначальная стена глаза рассеивается, а новая сжимается, что приводит к временному ослаблению шторма с последующим повторным усилением.

Шкала ураганов Саффира — Симпсона

Шкала ураганов Саффира — Симпсона — это рейтинг от 1 до 5, основанный на устойчивой скорости ветра урагана. Эта шкала оценивает потенциальный ущерб имуществу. Ураганы, достигающие категории 3 или выше, считаются крупными ураганами.

• Категория 1: 74-95 миль/ч (119-153 км/ч) - Минимальный ущерб
• Категория 2: 96-110 миль/ч (154-177 км/ч) - Умеренный ущерб
• Категория 3: 111-129 миль/ч (178-208 км/ч) - Значительный ущерб
• Категория 4: 130-156 миль/ч (209-251 км/ч) - Экстремальный ущерб
• Категория 5: 157 миль/ч (252 км/ч) или выше - Катастрофический ущерб

Важно отметить, что шкала Саффира — Симпсона учитывает только скорость ветра. Другие факторы, такие как штормовой нагон, количество осадков и размер, также могут влиять на общий ущерб, причиняемый ураганом.

Структура урагана: взгляд внутрь зверя

Ураганы имеют четкую структуру:

• Глаз бури: Глаз — это спокойный, ясный центр урагана. Это область относительно низкого давления и слабых ветров. Диаметр глаза обычно составляет от 20 до 65 километров (от 12 до 40 миль).
• Стена глаза бури: Стена глаза — это кольцо интенсивных гроз, окружающее глаз. Это область урагана с самыми сильными ветрами и самыми обильными осадками.
• Полосы дождей: Это спиральные полосы гроз, которые простираются наружу от стены глаза. Эти полосы могут вызывать сильные дожди и порывистые ветры.

Прогнозирование ураганов: предсказание будущей траектории и интенсивности

Прогнозирование траектории и интенсивности урагана — это сложный процесс, который опирается на множество инструментов и методов:

• Метеорологические спутники: Спутники предоставляют ценную информацию о местоположении, размере и интенсивности ураганов.
• Авиационная разведка: Специально оборудованные самолеты, часто называемые «охотниками за ураганами», влетают в ураганы для сбора данных о скорости ветра, давлении, температуре и влажности.
• Метеорологические буи и корабли: Буи и корабли предоставляют данные о температуре поверхности моря, скорости ветра и высоте волн.
• Погодные модели: Компьютерные модели используются для симуляции поведения атмосферы и предсказания будущей траектории и интенсивности ураганов. Эти модели используют сложные математические уравнения и требуют значительных вычислительных мощностей.

Сложности в прогнозировании

Несмотря на достижения в технологиях прогнозирования, предсказание траектории и интенсивности ураганов остается сложной задачей. Такие факторы, как:

• Сложные взаимодействия: Ураганы — это сложные системы, которые сложным образом взаимодействуют с окружающей атмосферой и океаном.
• Ограниченность данных: Данные изнутри урагана ограничены, что затрудняет точное представление начальных условий шторма в погодных моделях.
• Ограничения моделей: Погодные модели не идеальны и могут содержать ошибки в своих симуляциях.

Из-за этих трудностей прогнозы ураганов всегда сопряжены с неопределенностью. Прогнозисты предоставляют диапазон возможных траекторий и интенсивностей, чтобы отразить эту неопределенность.

Влияние изменения климата на ураганы

Ожидается, что изменение климата окажет значительное влияние на ураганы. Хотя общее количество ураганов может и не увеличиться, ожидается, что интенсивность самых сильных ураганов возрастет. Изменение климата также может привести к тому, что ураганы будут двигаться медленнее и вызывать больше осадков.

Потенциальные последствия

• Увеличение интенсивности: Более теплые воды океана предоставляют больше энергии для ураганов, что ведет к увеличению их интенсивности.
• Повышение уровня моря: Повышение уровня моря усугубляет штормовые нагоны, увеличивая риск прибрежных наводнений.
• Замедление движения: Некоторые исследования показывают, что ураганы движутся медленнее, что приводит к увеличению количества осадков и наводнениям.
• Изменения в траекториях ураганов: Изменение климата может изменять траектории ураганов, потенциально подвергая риску новые территории.

Научное сообщество активно исследует связь между изменением климата и ураганами, чтобы лучше понять эти потенциальные последствия.

Примеры разрушительных ураганов по всему миру

Ураганы причинили огромные разрушения по всему миру. Вот несколько примеров:

• Ураган Катрина (2005, США): Один из самых дорогостоящих ураганов в истории США, причинивший масштабный ущерб Новому Орлеану и побережью Мексиканского залива.
• Тайфун Хайян (2013, Филиппины): Супертайфун, который опустошил Филиппины, вызвав повсеместные разрушения и гибель людей.
• Ураган Мария (2017, Пуэрто-Рико): Катастрофический ураган, причинивший огромный ущерб Пуэрто-Рико и парализовавший инфраструктуру острова.
• Циклон Идай (2019, Мозамбик, Зимбабве, Малави): Разрушительный циклон, вызвавший обширные наводнения и перемещение населения в Мозамбике, Зимбабве и Малави.
• Циклон Наргис (2008, Мьянма): Причинил катастрофические разрушения и большое количество жертв в Мьянме.

Это лишь несколько примеров разрушительного воздействия, которое могут оказывать ураганы. Понимание науки об ураганах имеет решающее значение для защиты сообществ и смягчения рисков, связанных с этими мощными штормами.

Готовность к стихийным бедствиям: защита себя и своего сообщества

Готовность к урагану необходима для защиты себя, своей семьи и своего сообщества. Вот несколько шагов, которые вы можете предпринять:

• Знайте свой риск: Узнайте, живете ли вы в районе, уязвимом для ураганов.
• Разработайте план: Создайте план готовности к урагану, который включает маршруты эвакуации, запасы на случай чрезвычайной ситуации и стратегии связи.
• Соберите припасы: Соберите набор для готовности к урагану, включающий еду, воду, медикаменты, аптечку первой помощи и фонарик.
• Будьте в курсе: Следите за прогнозами погоды и предупреждениями из официальных источников, таких как Национальный ураганный центр (NHC) и местные агентства по чрезвычайным ситуациям.
• Следуйте приказам об эвакуации: Если отдан приказ об эвакуации, немедленно эвакуируйтесь.

Предприняв эти шаги, вы можете значительно повысить свои шансы остаться в безопасности во время урагана.

Заключение: понимание и уважение к силе ураганов

Ураганы — это мощные и сложные погодные системы, которые могут иметь разрушительные последствия. Понимая научные основы формирования, усиления и поведения ураганов, мы можем улучшить нашу способность прогнозировать эти штормы, готовиться к их последствиям и защищать наши сообщества. Поскольку изменение климата продолжает влиять на погодные условия, как никогда важно инвестировать в исследования ураганов и готовность к стихийным бедствиям, чтобы смягчить риски, связанные с этими грозными силами природы. От теплых вод Атлантики до бескрайних просторов Тихого океана мировое сообщество должно сотрудничать, чтобы понять и уважать силу ураганов.