научная статья по теме АТЛАНТИЧЕСКИЕ УРАГАНЫ И ПОГОДА В ЕВРОПЕ Энергетика

Текст научной статьи на тему «АТЛАНТИЧЕСКИЕ УРАГАНЫ И ПОГОДА В ЕВРОПЕ»

АТЛАНТИЧЕСКИЕ УРАГАНЫ И ПОГОДА В ЕВРОПЕ

Кандидат физико-математических наук А.Э. ПОХИЛ, кандидат географических наук Е.С. ГЛЕБОВА (ГУ "Гидрометцентр России")

В настоящей работе рассматривается интересный случай влияния атлантического тропического циклона на погоду Европы. Наблюдения за тропическими циклонами (ТЦ) Атлантики показали, что они способны вливаться в систему внетропических возмущений, усиливая их1. Взаимодействие тропических циклонов с полярным фронтом, при котором происходит выброс огромного количества накопленной вихрями энергии,

1 Pokhil A.E., Sitnikov I.G. Numerical experiments on the behaviour of a pair of interacting tropical cyclones and a tropical cyclone interacting with an anticyclone on the beta-plane. CAS/JSC Working Group on numerical experimentation. Research activities in atmospheric and oceanic modeling. Report № 30, april 2000. WMO/TD-N 987.

Рис. 1.

Фактическая (1) и прогностическая (2) траектории ТЦ Омар.

наблюдается довольно часто2. При этом тёплые и насыщенные влагой воздушные массы, сформировавшиеся над тропическими районами океана и принесённые тропическим вихрем, как правило, поступают в тёплый сектор полярно-фронтового циклона и выносятся в Европу. Благодаря наличию хорошо прогретой поверхности океана, с которой интенсивно испаряется влага, тропические циклоны обладают высокими энергетическими по-казателями3. Основным источником энергии тропического циклона служит скрытая теплота конденсации, выделяющаяся при фазовых переходах воды4.

В нашей работе показано, что задержавшейся в 2008 г. осенью Европа обязана урагану Омар, развивавшемуся с 13 по 18 октября в Атлантике. ТЦ Омар сформировался из тропической волны 13 октября 2008 г. на юго-востоке Карибского моря и смещался на северо-восток, постепенно усиливаясь. Его траектория пролегала по центральным районам Атлантики, что характерно для развивающихся осенью тропических циклонов. С определённого момента ТЦ Омар активно взаимодействовал с полярным фронтом, спускавшимся в низкие широты, и зародившимся на нём внетропическим возмущением синоптического масштаба.

Недостаточность данных наблюдений за тропическими циклонами представ-

2 Jones S.C. et al. The Extratropical Transition of Tropical Cyclones: Forecast Challenges, Current Understanding, and Future Directions // Weather and Forecasting. V.18. 2003.

3 Frank W.M. The Structure and Energetics of the Tropical Cyclone. Part 2. Dynamics and Energetics. // Mon. Wea. Rev. 105. 1977.

4 Frank W.M. Convective Fluxes in Tropical Cyclones // Journal of the Atmospheric Sciences. V. 34/ 1977.

44

© А.Э. Похил, Е.С. Глебова

с. ш.

65" 60° 55° 50° 45° 40° 35° 30° 25° 3. Д.

65° 60° 55° 50° 45° 40° 35° 30° 25° 3. Д.

30 м/с

60 м/с

Рис. 2.

Исходные поля 17 октября в 0 ч среднего времени по Гринвичу: а - ветра (м/с) на высоте 10 м над уровнем моря; б - кинетической энергии (м2/с2) на поверхности 850 гПа; в, г - скорости ветра (м/с) на изобарических поверхностях 850 гПа и 250 гПа соответственно.

ляет собой серьёзную проблему для исследователей этого явления. Без знания пространственно-временной структуры полей метеорологических величин в тропических циклонах и её динамики очень трудно правильно установить физические механизмы, влияющие на возникновение и развитие ураганов, а также на их взаимодействие с другими атмосферными структурами. Однако благодаря наличию разнообразных региональных моделей атмосферы высокого разрешения можно с достаточной точностью предсказывать поведение вихрей и изучать их энергетические характеристики. В данном случае для прогноза траекторий и динамики метеорологических полей в урагане Омар использовалась мезомасштабная

численная модель атмосферы ЕТА5. Она была адаптирована к двум областям: на начальной стадии развития циклона рассматривался район Карибского моря, а в период взаимодействия с полярным фронтом расчёты проводились для центральной части акватории Атлантического океана. Размер расчётных областей по широте и долготе достигал 40°*40°. Преимуществом данной модели является высокое пространственное разрешение (по горизонтали - 0.2°, по вертикали -45 уровней) и использование вертикаль-

5 Black T. The new NMC mesoscale Eta Model: Description and forecast examples // Weather and Forecasting. 1994. № 9; Janjic Z.I. The step-mountain eta coordinate model: Further developments of the convection, viscous sublayer, and turbulence closure schemes // Mon. Wea. Rev. 122. 1994; Mesinger F. Eta Model at NCEP: Challenges overcome and lessons learned: Lecture notes. Workshop on "Design and Use of Regional Weather Prediction Models". The Abdus Salam Internat. Centre for Theoretical Physics. Miramare. Trieste. Italy. 11-19 April 2005; Mesinger F. Numerical Methods: The Arakawa approach, horizontal grid, global, and limited-area modeling. General Circulation Model Development: Past, Present and Future. // Internat Geophysics Series. V. 70.

65° 60° 55° 50° 45' 40° 35' 30' 25' 3. Д.

30 м/с*

Рис. 3.

Расчётные поля на 12 ч модельного времени 17 октября: а, б - кинетической энергии (м2/с2) на изобарических поверхностях 850 гПа и 250 гПа соответственно;

65° 60' 55° 50° 45° 40° 35° 30° 25° 3. Д.

50 м/с*

в - давления (гПа) на уровне моря и температуры воздуха (°С) на высоте 2 м; г -завихренности (10-5 с-1) на поверхности 850 гПа; д, е - ветра (м/с) на поверхностях 850 гПа и 250 гПа соответственно.

ной координаты п, введение которой позволяет более точно описывать рельеф подстилающей поверхности и определять вертикальные потоки, что в свою очередь повышает точность расчёта количества осадков.

В качестве начальных данных и граничных условий использовались поля анализа NCEP (Национальный центр экологического прогнозирования США) с разрешением 1°. Граничные условия в модели обновляются каждые 6 часов, благодаря чему возникающие при интегрировании модели ошибки, связанные с неточностью начальных данных, не выходят за пределы допустимой величины, а сама модель получает свежую информацию о меняющихся условиях циркуляции из глобальной модели. Модель позволяет сделать прогноз траектории и эволюции тропического циклона на несколько суток вперёд. Результаты расчётов выдаются с дискретностью в 6 ч. Шаг модели по времени - 90 с, то есть значения метеорологических величин вычисляются для каждого момента времени через интервал в полторы минуты. После окончания интегрирования полученные результаты визуализируются и анализируются. Выходные данные модели представлены в виде прогностических полей основных метеорологических характеристик (давления, геопотенциала, температуры, влажности воздуха, скорости ветра) на разных высотах. По прогностическим полям через каждые 6 ч строились карты давления на уровне моря, накопленных за 6 ч осадков, скорости ветра на уровне 10 м, ветра на изобарических поверхностях 850 и 250 гПа, интегральной влажности, завихренности на изобарических поверхностях 850 и 250 гПа, температуры воздуха на высоте 2 м. К исследованию привлекались также спутниковые снимки облачности за соответствующие даты, полученные со спутников МЕТЕоЗДТ-7, МЕТЕОБАТ-9, GOES-E, GOES-W и предоставленные ГУ НИЦ "Планета".

Рис. 4.

Расчётные поля на 18 ч модельного времени 17 октября: а - кинетической энергии (м2/с2) на поверхности 850 гПа; б - вихря (10-5 с-1) на поверхности 850 гПа; в - давления (гПа) на уровне моря и температуры воздуха (°С) на высоте 2 м.

50 100 150 200 250 300 350 400 м2/с2

65" 60° 55" 50" 45" 40" 35° 30" 25" 3. Д.

-10 -5 0 5 10 15 20 25 10"5С-1

Эволюция тропического циклона Омар

Рассмотрим подробнее эволюцию ТЦ Омар. 13-14 октября циклон практически не менял своего положения, однако усиливался и 1 4 октября превратился в тропический шторм, центр которого располагался в 125 милях от Кюрасао. Затем вихрь начал двигаться на северо-восток почти по прямой линии. При таком перемещении прогноз траекторий тропических циклонов обычно успешен на 2-3 суток, что и демонстрирует сопоставление фактической и прогностической траектории ТЦ Омар (рис. 1).

1 5 октября Омар достиг стадии урагана. Максимальная интенсивность циклона была зарегистрирована 16 октября при прохождении вихря над Виргинскими островами. Сильный юго-западный вертикальный сдвиг ветра вызвал быстрое ослабление вихря до стадии тропического шторма. Затем, в связи с временным ослаблением вертикального сдвига ветра, циклон на короткий срок усилился до урагана, а 18 октября вновь превратился в тропический шторм.

Можно было предположить, что к быстрому ослаблению урагана привело его движение над холодной поверхностью океана, в результате чего осталась лишь небольшая область пониженного давления. Такой вывод можно было сделать при наблюдении эволюции ТЦ по спутниковым снимкам. Казалось, что 21 октября над Западными Азорскими островами циклон разрушился. Однако попробуем предложить другой вариант объяснения эволюции ТЦ в данной ситуации, основанный на имеющихся знаниях о взаимодействии вихревых систем и результатах расчётов на численных моде-лях6 (см. также сноску 1).

6 Похил А.Э. О взаимодействии тропических циклонов в Тихом океане //Метеорология и гидрология. 1990. № 6; Похил А.Э. О необычном поведении тропических циклонов в Тихом океане

Рис. 5.

Расчётные поля на 12 ч модельного времени 19 октября:

а - влажности (г/м3) на поверхности 850 гПа;

б - вихря (10-5 с-1) на поверхности 850 гПа; в -давления (гПа) на уровне моря и температуры воздуха (°С) на высоте 2 м.

Анализ результатов расчёта модели

В 0 ч модельного времени 17 октября Омар уже обладал хорошо выраженной структурой тропического циклона: в центре располагался малооблачный глаз бури со штилем, а вокруг отмечалось усиление ветра до 22 м/с на высоте 10 м и до 25-30 м/с на изобарической поверхности 850 гПа.

Давление, по оценкам модели, было довольно высоким. Области максимальных значений скорости ветра (рис. 2а) на всех высотах соответствовал максимум кинетической энергии. На верхней границе планетарного пограничного слоя максимум кинетической энергии (550 м2/с2)7 приходился на область, занятую тропическим циклоном Омар, а также на возмущение внет

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»