Атлантические тропические циклоны становятся все сильнее и, как показывают последние события, уже одним своим появлением способны не на шутку испугать население прибрежных районов США. Благодаря надежным документальным данным, собранным за последние десятилетия, есть уверенность, что ураганы здесь усиливаются. Скорее всего, это связано с увеличением температуры поверхности Атлантического океана.
В то же время данных об изменении силы тропических циклонов в других регионах мира собрано до сих пор недостаточно, а имеющиеся данные обрывочны. Потому до сих пор не удавалось уверенно связать увеличение ярости циклонов с изменением температур на Земле.
Сотрудники Флоридского университета сумели преодолеть это препятствие и показать, что тенденцию к увеличению силы демонстрируют циклоны всех бассейнов – но не всякой силы.
Для этого Джеймс Элснер и его коллеги провели кропотливый анализ архивных данных спутниковой съемки за последние 25 лет. Статья ученых опубликована в последнем выпуске журнала Nature.
Оценка силы тропического шторма проводится, как правило, по силе ветра, которой тот достигает в пиковой фазе развития циклона. Однако простое измерение силы ветра и усреднение параметров циклонов за большой промежуток времени показало неизменность их количества и средней силы.
числовая характеристика случайных величин, применяемая в математической статистике. Квантилью порядка p называется число, которое с вероятностью p случаяная величина не превосходит. Например, квантиль порядка 0,99 распределения скорости ветра в ураганах - это такая скорость, которую превосходят лишь 1% урагнов.
Некоторые квантили имеют собственные имена. Например, квантиль порядка 0,5 называют медианой, квантиль порядка 0,25 - квартилью, или нижней квартилью, 0,75 - верхней квантилью. Квантиль порядка 0,1 носит название (нижней) децили, а 0,9 - верхней децили. Квантили порядка 0,01 т 0,99 - нижняя и верхняя центиль, соответственно.
Как оказалось, все высшие квантили силы ветра быстро растут. Например, квантиль порядка 0,7 – то есть скорость ветра в 30% самых сильных за год ураганов — увеличивается в среднем со скоростью 3 м/c, или около 11 км/ч за десятилетие. Это очень быстрый рост. Например, категории ураганов по принятой в США шкале их силы отличают друг от друга всего 15–20 км/ч разницы в максимальной силе ветра.
Как показывает результат флоридских учёных, шажок в очередную категорию опасности «типичный» ураган совершает каждые один--два десятка лет.
И наблюдается это по всему мировому океану. Рост самых сильных ураганов (Элснер определял квантили до порядка 0,99) ещё быстрее, правда, ограничен он в основном бассейнами северо-западной Атлантики и северной части Индийского океана.
Получив этот результат, исследователи попытались увязать его с потеплением океанических вод. Элснер воспользовался измерениями поверхностных температур морей и океанов, предоставленными Центром исследования и предсказания климата имени Хэдли. Эти данные он усреднил сначала по каждому бассейну, а потом и в глобальном масштабе. Причем сделал он это отдельно для каждого сезона.
Как оказалось, повышение температуры на один градус Цельсия приводит к увеличению количества сильных тропических штормов примерно на треть.
Например, если в середине 70-х годов каждый год в мире наблюдалось в среднем тринадцать предельно сильных циклонов, то в наши дни их количество уже приближается к двадцати.
Прежде такие выводы сделать никому не удавалось не только потому, что данные о тропических циклонах, температурах морей и силе ветра были разрознены. До сих пор исследователи искали тренды в средних и медианах – параметрах, ценность которых, по мнению Элснера, сопоставима со средней температурой по больнице.
Обычно тропические циклоны имеют небольшой (по сравнению с другими циклонами) размер, составляющий около 200-300 километров в диаметре, в то же время давление в центре циклона опускается до 0,95 (а иногда и до 0,9) атмосфер, оба эти фактора обеспечивают очень большие барические градиенты. Ветры достигают силы шторма и урагана. Сила Кориолиса (отклоняющая сила вращения Земли) является причиной возникновения вращения циклона, следовательно ветры в тропических циклонах северного полушария дуют против часовой стрелки, а южного полушария - по часовой стрелке.
Скорость ветра в спиральных завихрениях воздуха достигает 240-320 км/ч. В штилевом центре, «глазе» циклона находится тёплый воздух, который опускается к поверхности земли (или воды). Размеры такого глаза в поперечнике могут быть от 6,5 до 48 км. Наличие в центре тёплого воздуха способствует понижению атмосферного давления у поверхности. Тёплый влажный воздух закручивается спиралью вокруг «глаза». Конденсация вызывает образование кучево-дождевых облаков, сопровождаемое выделением тепла, что в свою очередь усиливает спиральное восхождение воздуха вокруг центра циклона.
В нижних слоях воздушные массы втекают внутрь циклона, в высоких слоях эта конвергенция (сходимость) поля ветра перекрывается ещё более сильной дивергенцией (расходимостью). Это приводит к сильному восходящему движению воздуха во всей области циклона и к развитию мощной облачной системы с обильными ливневыми осадками и грозами.
От мощных облаков свободна только небольшая (диаметром от 8 километров) внутренняя часть циклона, называемая глаз бури или глаз тайфуна.
Тропические циклоны возникают главным образом во внутритропической зоне над перегретыми океаническими площадями. При этом такая зона должна находиться не менее чем в 5° от экватора (в подавляющем большинстве случаев не менее чем в 10° от экватора), чтобы отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса) была достаточно велика.
Сформировавшиеся тропические циклоны движутся вместе с воздушными массами с востока на запад, при этом постепенно отклоняясь к высоким широтам.
Основной источник энергии тропических циклонов - выделение тепла при конденсации водяного пара в восходящем воздушном потоке, этим так же объясняется то что попадая на сушу, они быстро затухают. Часть тропических циклонов выходит за пределы тропиков, поворачивая при этом к востоку и их свойства в дальнейшем приближаются к свойствам внетропических циклонов.
Ураганная активность в Атлантике обычно наблюдается с начала июня по конец ноября, время существования тропических циклонов может достигать трех недель. По подсчётам метеорологов, в районе Атлантики в среднем за сезон образуется 10 тропических штормов, из них 6 превращаются в ураганы, а два — в сильные ураганы.
Почти все тайфуны формируются в области до 30° от экватора, причем 87% всех тайфунов формируются в области до 20° от него. Так как вращение тропических циклонов инициируется и поддерживается за счет силы Кориолиса, то циклоны почти никогда не возникают и не перемещаются в области 10° от экватора, где сила Кориолиса слаба. Возникновение тропических циклонов в этой области возможно только если имеются другие факторы вызывающие вращение, однако такие условия очень редки и вероятность возникновения тропического циклона в этих широтах оценивается как менее чем один циклон в течение века.
Чтобы выяснить сами механизмы усиления тропических циклонов при потеплении воды, учёным ещё предстоит учесть ещё уйму факторов: близость суши к району возникновения циклона, интенсивность горизонтальных воздушных потоков, распространяющих тепло, изменение температуры верхних слоев атмосферы, кориолисовы силы и многое-многое другое. Работа здесь только начинается.
Что же касается географических различий в темпах роста силы ураганов, то они, по мнению Элснера, объясняются просто различными исходными температурами.
Бассейны, бывшие в начале холоднее, нагреваются быстрее тёплых, а потому и сила штормов здесь растет быстрее. Страшно представить, что ждёт Арктику, средняя температура которой растёт в два--три раза быстрее, чем в целом по планете.
