Тропічний циклон, також званий тайфуном або ураганом, інтенсивний круговий шторм, який виникає над теплими тропічними океанами і характеризується низьким атмосферним тиском, сильними вітрами та сильними дощами. Забираючи енергію з поверхні моря і зберігаючи свою силу, поки вона залишається над теплою водою, тропічний циклон створює вітри, які перевищують 119 км (74 милі) на годину. У екстремальних випадках швидкість вітру може перевищувати 240 км (150 миль) на годину, а пориви можуть перевищувати 320 км (200 миль) на годину. Ці сильні вітри супроводжують проливні дощі та руйнівне явище, відоме як штормовий нагон, висота поверхні моря, яка може досягати 6 метрів (20 футів) вище нормального рівня. Таке поєднання сильних вітрів і води робить циклони серйозною небезпекою для прибережних районів тропічних і субтропічних районів світу. Щороку протягом пізніх літніх місяців (липень-вересень у Північній півкулі та січень-березень у Південній півкулі) циклони вражають такі віддалені регіони, як узбережжя Мексиканської затоки Північної Америки, північно-західна Австралія, східна Індія та Бангладеш.
Тропічні циклони відомі під різними назвами в різних частинах світу. У північній частині Атлантичного океану та східній частині Тихого океану вони називаються ураганами, а в західній частині Північної Тихого океану, навколо Філіппін, Японії та Китаю, шторми називаються тайфунами. У західно-південній частині Тихого океану та Індійському океані їх по-різному називають: сильними тропічними циклонами, тропічними циклонами або просто циклонами. Усі ці різні назви відносяться до одного типу шторму.
Відомі під різними назвами в різних частинах світу. У північній частині Атлантичного океану та східній частині Тихого океану вони називаються ураганами, а в західній частині Північної Тихого океану, навколо Філіппін, Японії та Китаю, шторми називаються тайфунами. У західно-південній частині Тихого океану та Індійському океані їх по-різному називають: сильними тропічними циклонами, тропічними циклонами або просто циклонами
Анатомія циклону
Тропічні циклони — це компактні круглі шторми, зазвичай близько 320 км (200 миль) у діаметрі, вітри яких обертаються навколо центральної області низького атмосферного тиску. Вітри керуються цим ядром низького тиску та обертанням Землі, яке відхиляє шлях вітру за допомогою явища, відомого як сила Коріоліса. У результаті тропічні циклони обертаються проти годинникової стрілки (або циклонічному) у Північній півкулі та за годинниковою стрілкою (або антициклонічному) у Південній півкулі.
Поле вітру тропічного циклону можна розділити на три області. По-перше, це зовнішня область у формі кільця, яка зазвичай має зовнішній радіус приблизно 160 км (100 миль) і внутрішній радіус приблизно від 30 до 50 км (20 до 30 миль). У цьому регіоні швидкість вітру рівномірно посилюється в напрямку до центру. Швидкість вітру досягає свого максимального значення у другому регіоні, на очній стінці, яка зазвичай знаходиться на відстані 15-30 км (10-20 миль) від центру шторму. Очна стінка, у свою чергу, оточує внутрішню область, звану оком, де швидкість вітру швидко зменшується, а повітря часто спокійне.
Характерною особливістю тропічних циклонів є око, центральна область чистого неба, тепла температура та низький атмосферний тиск. Зазвичай атмосферний тиск на поверхні Землі становить близько 1000 мілібар. Однак у центрі тропічного циклону він зазвичай становить близько 960 мілібарів, а в дуже інтенсивний «супертайфун» у західній частині Тихого океану він може становити всього 880 мілібар. На додаток до низького тиску в центрі, існує також швидка зміна тиску через шторм, причому більшість коливань відбувається поблизу центру. Ця швидка зміна призводить до великої сили градієнта тиску, яка відповідає за сильні вітри, присутні в стінці ока.
Тропічний циклон - це вихор, що швидко обертається, який виникає в тропічних широтах над поверхнею океанів, з яких він отримує енергію для розвитку
Горизонтальні вітри всередині ока, з іншого боку, легкі. Крім того, спостерігається слабке опускання, або осідання, оскільки повітря втягується в очну стінку на поверхні. Коли повітря спадає, воно злегка стискається і нагрівається, так що температура в центрі тропічного циклону приблизно на 5,5 °C (10 °F) вища, ніж в інших регіонах шторму. Оскільки тепле повітря може утримувати більше вологи до того, як утвориться конденсат, на оці циклону зазвичай немає хмар. Повідомлення про те, що повітря всередині ока є «гнітючим» або «спекотним», швидше за все, є психологічною реакцією на швидку зміну від сильного вітру та дощу в очні стінки до спокою в оці.
Очна стінка
Найбільш небезпечна і руйнівна частина тропічного циклону – це очна стінка. Тут вітри найсильніші, опади найсильніші, а глибокі конвективні хмари піднімаються близько до поверхні Землі на висоту 15 000 метрів (49 000 футів). Як зазначалося вище, сильні вітри викликаються швидкими змінами атмосферного тиску біля ока, що створює велику силу градієнта тиску. Найбільшої швидкості вітри насправді досягають на висоті близько 300 метрів (1000 футів) над поверхнею. Ближче до поверхні вони сповільнюються тертям, а вище 300 метрів вони послаблюються ослабленням сили горизонтального градієнта тиску. Це ослаблення пов’язане з температурною структурою шторму. Повітря тепліше в ядрі тропічного циклону, і ця вища температура призводить до зниження атмосферного тиску в центрі з висотою повільніше, ніж в навколишній атмосфері. Зменшений контраст атмосферного тиску з висотою призводить до ослаблення горизонтального градієнта тиску з висотою, що, у свою чергу, призводить до зменшення швидкості вітру.
Тертя об поверхню, крім зниження швидкості вітру, змушує вітер повертатися всередину до області найнижчого тиску. Повітря, що надходить в око низького тиску, охолоджується шляхом розширення і, в свою чергу, витягує тепло і водяну пару з поверхні моря. Області максимального нагріву мають найсильніші висхідні потоки, а очна стінка демонструє найбільшу вертикальну швидкість вітру під час шторму — до 5-10 метрів (16,5-33 футів) на секунду або від 18 до 36 км (11-22 милі) на годину. . Хоча такі швидкості набагато менші, ніж у горизонтальних вітрів, висхідні потоки є життєво важливими для існування високих конвективних хмар, вбудованих у стінку ока. Велика частина сильних опадів, пов’язаних із тропічними циклонами, надходить саме від цих хмар. Рух повітря в очній стінці вгору також змушує око бути ширше угорі, ніж на поверхні. Коли повітря рухається по спіралі вгору, воно зберігає свій кутовий момент, який залежить від відстані від центру циклону та швидкості вітру навколо центру. Оскільки швидкість вітру зменшується з висотою, повітря має віддалятися від центру бурі, коли воно піднімається. Коли висхідні потоки досягають стабільної тропопаузи (верхня межа тропосфери, приблизно 16 км [10 миль] над поверхнею), повітря виходить назовні. Сила Коріоліса відхиляє цей вихідний потік, створюючи широку антициклонічну циркуляцію вгорі. Тому горизонтальна циркуляція у верхніх рівнях тропічного циклону протилежна циркуляції біля поверхні.
Дощові смуги
На додаток до глибоких конвективних клітин (компактних областей вертикального руху повітря), що оточують око, часто є вторинні клітини, розташовані смугами навколо центру. Ці смуги, які зазвичай називають смугами дощу, обертаються в центрі шторму. У деяких випадках смуги дощу нерухомі відносно центру рухомого шторму, а в інших випадках вони, здається, обертаються навколо центру. Смуги хмар, що обертаються, часто асоціюються з видимим коливанням штормової доріжки. Якщо це станеться, коли тропічний циклон наближається до берегової лінії, можуть виникнути великі відмінності між прогнозованим і фактичним виходом на берег.
Коли тропічний циклон виходить на сушу, поверхневе тертя збільшується, що, у свою чергу, збільшує зближення повітряного потоку в стінку ока та вертикальний рух повітря, що відбувається там. Підвищена конвергенція та підйом насиченого вологою повітря є причиною проливних дощів, пов’язаних із тропічними циклонами, які можуть перевищувати 250 мм (10 дюймів) за 24-годинний період. Іноді шторм може зупинитися, дозволяючи сильні дощі тривати над місцевістю протягом кількох днів. У надзвичайних випадках повідомлялося про загальну кількість опадів 760 мм (30 дюймів) за п’ятиденний період. Життя циклону Система циркуляції проходить послідовність етапів, переростаючи в зрілий тропічний циклон. Шторм починається як тропічна хвиля, яка зазвичай виникає, коли нещільно організовані купчасто-дощові хмари на східній хвилі починають проявляти ознаки слабкої циркуляції. Коли швидкість вітру збільшується до 36 км (23 милі) на годину, шторм класифікується як тропічна депресія. Якщо циркуляція продовжує посилюватися і швидкість вітру перевищує 63 км (39 миль) на годину, то система називається тропічним штормом. Коли максимальна швидкість вітру перевищує 119 км (74 милі) на годину.
Дощові смуги
На додаток до глибоких конвективних клітин (компактних областей вертикального руху повітря), що оточують око, часто є вторинні клітини, розташовані смугами навколо центру. Ці смуги, які зазвичай називають смугами дощу, обертаються в центрі шторму. У деяких випадках смуги дощу нерухомі відносно центру рухомого шторму, а в інших випадках вони, здається, обертаються навколо центру. Смуги хмар, що обертаються, часто асоціюються з видимим коливанням штормової доріжки. Якщо це станеться, коли тропічний циклон наближається до берегової лінії, можуть виникнути великі відмінності між прогнозованим і фактичним виходом на берег.
Коли тропічний циклон виходить на сушу, поверхневе тертя збільшується, що, у свою чергу, збільшує зближення повітряного потоку в стінку ока та вертикальний рух повітря, що відбувається там. Підвищена конвергенція та підйом насиченого вологою повітря є причиною проливних дощів, пов’язаних із тропічними циклонами, які можуть перевищувати 250 мм (10 дюймів) за 24-годинний період. Іноді шторм може зупинитися, дозволяючи сильні дощі тривати над місцевістю протягом кількох днів. У надзвичайних випадках повідомлялося про загальну кількість опадів 760 мм (30 дюймів) за п’ятиденний період. Життя циклону Система циркуляції проходить послідовність етапів, переростаючи в зрілий тропічний циклон. Шторм починається як тропічна хвиля, яка зазвичай виникає, коли нещільно організовані купчасто-дощові хмари на східній хвилі починають проявляти ознаки слабкої циркуляції. Коли швидкість вітру збільшується до 36 км (23 милі) на годину, шторм класифікується як тропічна депресія. Якщо циркуляція продовжує посилюватися і швидкість вітру перевищує 63 км (39 миль) на годину, то система називається тропічним штормом. Коли максимальна швидкість вітру перевищує 119 км (74 милі) на годину.
Формування
Паливо для тропічного циклону забезпечується перенесенням водяної пари і тепла від теплого океану до повітря, що лежить вище, в першу чергу за рахунок випаровування з поверхні моря. Коли тепле вологе повітря піднімається вгору, воно розширюється і охолоджується, швидко насичується і виділяє приховане тепло через конденсацію водяної пари. Стовп повітря в ядрі збурення, що розвивається, підігрівається і зволожується цим процесом. Різниця температур між теплим повітрям, що піднімається, і більш прохолодним середовищем призводить до того, що повітря, що піднімається, стає плавучим, ще більше посилюючи його рух вгору.
Якщо поверхня моря занадто прохолодна, не буде достатньо тепла, а швидкість випаровування буде занадто низькою, щоб забезпечити тропічний циклон достатньо палива. Постачання енергії також буде припинено, якщо теплий поверхневий шар води не буде достатньо глибоким, оскільки тропічна система, що розвивається, змінить нижній океан. Дощ, що падає з глибоких конвективних хмар, охолодить поверхню моря, а сильні вітри в центрі шторму створять турбулентність. Якщо в результаті змішування прохолодна вода з-під поверхневого шару виходить на поверхню, подача палива для тропічної системи буде видалена. Вертикальний рух теплого повітря сам по собі недостатній для початку формування тропічної системи. Однак, якщо тепле, вологе повітря потрапить у вже існуючі атмосферні порушення, відбудеться подальший розвиток. Оскільки повітря, що піднімається, нагріває ядро порушення як шляхом виділення прихованого тепла, так і прямої теплопередачі від поверхні моря, атмосферний тиск у центрі порушення стає нижчим. Зменшення тиску спричиняє посилення приземних вітрів, що, у свою чергу, збільшує паро- і теплообмін і сприяє подальшому підйому повітря. Нагрівання ядра і посилення приземних вітрів, таким чином, підсилюють один одного в механізмі позитивного зворотного зв’язку.
Інтенсифікація
Динаміка тропічного циклону залежить від того, що зовнішній вигляд шторму прохолодніше, ніж його ядро, тому необхідно, щоб температура атмосфери знижувалася досить швидко з висотою. Тепле насичене повітря, що піднімається в центрі циркуляції, має тенденцію продовжувати підніматися до тих пір, поки навколишнє повітря холодніше і важче. Цей вертикальний рух дозволяє розвиватися глибоким конвективним хмарам. Повітря, що піднімається в ядрі, також забирає повітря з навколишньої атмосфери на висоті близько 5000 метрів (16000 футів). Якщо це зовнішнє повітря відносно вологе, циркуляція буде продовжувати посилюватися. Якщо він достатньо сухий, він може випарувати частину крапель води в висхідній колоні, що призведе до того, що повітря стане холоднішим, ніж навколишнє повітря. Це охолодження призведе до утворення сильних низхідних потоків, які порушують висхідний рух і гальмують розвиток.
Для розвитку швидкого обертання, характерного для тропічних циклонів, центр низького тиску повинен бути розташований на відстані не менше 500 км (300 миль) від екватора. Якщо початкове збурення надто близько до екватора, то вплив сили Коріоліса буде занадто малим, щоб забезпечити необхідний спін. Сила Коріоліса відхиляє повітря, яке втягується в поверхневий центр низького тиску, створюючи циклонічне обертання. У Північній півкулі напрямок результуючої циркуляції навколо мінімуму проти годинникової стрілки, а в Південній — за годинниковою стрілкою. Останньою вимогою для інтенсифікації тропічних циклонів є невелика зміна швидкості вітру з висотою над поверхнею. Якщо вітри надто сильно збільшуються з висотою, ядро системи більше не буде вертикально вирівняне над теплою поверхнею, яка забезпечує її енергію. Ділянка, що нагрівається, і поверхневий центр низького тиску розсунуться, і механізм позитивного зворотного зв’язку, описаний вище, буде пригнічено. Умови в тропіках, які сприяють розвитку тропічних циклонів, включають, як правило, незначні коливання температури з півночі на південь. Ця відносна відсутність градієнта температури призводить до того, що швидкість вітру залишається відносно постійною з висотою.
Розсіювання
Тропічні циклони розсіюються, коли вони більше не можуть добувати достатньо енергії з теплої океанської води. Як згадувалося вище, тропічний циклон може сприяти власній загибелі, викликаючи глибші та прохолодніші води океану. Крім того, шторм, який рухається по суші, різко втратить джерело палива і швидко втратить інтенсивність.
Тропічний циклон, який залишається над океаном і рухається у вищі широти, змінить свою структуру і стане позатропічним, коли він зустрінеться з більш прохолодною водою. Перетворення з тропічного циклону на екстратропічний відзначається збільшенням діаметра шторму і зміною форми з круглої на кому або v-подібну в міру реорганізації його дощових смуг. Позатропічний циклон зазвичай має вищий центральний тиск і, отже, має меншу швидкість вітру. Позатропічні циклони, які підживлюються зміною температури з півночі на південь, слабшають і розсіюються за кілька днів.
Пошкодження тропічного циклону
Горизонтальний вітер
Сильні вітри викликають одні з найбільш драматичних і згубних наслідків, пов’язаних з тропічними циклонами. У найбільш інтенсивних тропічних циклонах тривалі вітри можуть досягати 240 км (150 миль) на годину, а пориви можуть перевищувати 320 км (200 миль) на годину. Тривалість часу, протягом якого дане місце піддається впливу екстремальних вітрів, залежить від розміру шторму та швидкості, з якою він рухається. Під час прямого удару тропічного циклону область може витримувати сильні вітри протягом кількох годин. У цей час навіть найбільш міцні будівлі можуть почати зазнавати пошкоджень. Сила вітру швидко зростає з його швидкістю. Тривалий вітер зі швидкістю 100 км (62 милі) на годину створює тиск 718 паскалей (15 фунтів на квадратний фут), тоді як приблизне подвоєння швидкості вітру до 200 км (124 милі) на годину збільшує тиск майже в п’ять разів до 3734 паскалей. Будівля з великою площею поверхні звернена до вітру може піддаватися величезним зусиллям. Деяка локальна мінливість пошкодження, яка часто спостерігається під час тропічних циклонів, пов’язана з напрямком, в якому дивляться будівлі відносно переважаючого вітру.
Горизонтальні вітри, пов’язані з тропічним циклоном, мають різну силу залежно від області шторму, в якій вони відбуваються. Найсильніші вітри розташовані в правому прямому квадранті шторму, виміряно вздовж лінії, по якій рухається шторм. Посилення вітрів у цьому квадранті пов’язане з адитивною дією вітрів від атмосферного потоку, в який вбудований шторм. Наприклад, під час урагану, що наближається до східного узбережжя Сполучених Штатів, найвищі та найбільш шкідливі вітри розташовані на північний схід від центру шторму.
Торнадо Інтенсивні тривалі вітри, що присутні поблизу центру тропічних циклонів, є відповідальними за нанесення великої шкоди, але є ще одна небезпека вітру, пов’язана з цими штормами — торнадо. Більшість тропічних хвилювань, які досягають інтенсивності шторму, пов’язані з торнадо, коли вони виходять на берег, хоча торнадо, як правило, слабкіше, ніж ті, що спостерігаються на Середньому Заході Сполучених Штатів. Кількість торнадо різна, але близько 75 відсотків тропічних циклонів генерують менше 10. Найбільша кількість смерчів, пов’язаних із тропічним циклоном, становила 141, про що повідомлялося в 1967 році, коли ураган Бьюла обрушився на узбережжя Мексиканської затоки Техасу в Сполучених Штатах.
Використана література:
«Молодий вчений» • Шемонаєв В.Ю., Корощенко М.М. Національний університет «Одеська морська академія»
https://issuu.com/sciencesofeurope/docs/sciences_of_europe_vol_3__no_66__2021_/s/12013945
https://subject.com.ua/geographic/geo/252.html
https://www.greelane.com/uk/наука-технологія-математика/наука/what-is-a-tropical-cyclone-3443930/
