УДК 551.515.2« 1970/99»
О некоторых характеристиках максимального ветра и траекториях тропических циклонов за 30 лет (1970—1999 гг.)
Е. М. Добрышман*, Т, Г. Иванидзе**, Т. С. Кружкова**, М. Е. Макарова**
Описывается банк данных о тропических циклонах (ГЦ), созданный по материалам за 30 лет (1970—1999 гг.) в Гидрометцентре России. Приводятся некоторые характеристики максимального ветра; описываются особенности траекторий ТЦ и объясняются феноменальные случаи их перемещения из одного региона активности в другой.
По наносимому ущербу тропические циклоны (ТЦ) соперничают с землетрясениями. В недавно вышедшем пятом томе серии "Природные опасности России" тайфунам посвящена отдельная глава [8]. Крупномасштабным атмосферным вихрям, приносящим ущерб, нет однозначного определения и названия. Поэтому в Гидрометцентре России тайфуны, ураганы, тропические штормы, тропические циклоны объединены одним названием — тропические циклоны. Несмотря на огромное количество литературы о ТЦ (достаточно напомнить об издаваемой ВМО серии "Tropical Cyclone Programme", — вышло более сорока номеров, где опубликованы краткие заметки более сотни авторов) проблема ТЦ далека от разрешения. В настоящее время нецелесообразно приводить обширный список литературы, поскольку в Интернете на сайтах Tropical Cyclone, Typhoon, Tropical Storm, Hurricane можно найти свыше 1000 наименований.
Информация о ТЦ накапливается в ряде крупных метеорологических центров в США, Японии, Австралии и Англии. Единой методики сбора и представления данных нет. И хотя многие основные характеристики — особенно статистические — многократно публиковались, постепенное накопление материала позволяет уточнять и углублять знания о ТЦ,
В статье кратко описывается банк данных о ТЦ за 30 лет наблюдений (с 1970 по 1999 г. включительно), приводятся характеристики максимального ветра и некоторые особенности траекторий ТЦ.
1. Исходный материал, структура банка данных и простейшие статистические параметры
В отделе глобального анализа и прогноза погоды Гидрометцентра России на базе ПЭВМ создан банк данных о тропических циклонах за послед-
* Институт физики атмосферы Российской академии наук.
** Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации.
ние тридцать лет, полученных на основе оперативного мониторинга, — "Тропические циклоны Мирового океана за период 1970—1999 гг." ("ТЦМО 1970—1999 гг."). Была проанализирована вся информация о ТЦ, которая по международным каналам связи непрерывно поступала и поступает из мировых и региональных метеорологических центров в Гидрометцентр России. Эта информация включает следующие сведения:
1 — дата и срок наблюдения (МСВ), 2 — стадия развития, 3 — имя ТЦ, 4 — координаты центра ТЦ, 5 — минимальное атмосферное давление в центре ТЦ (гПа), максимальная скорость ветра вблизи центра ТЦ (м/с), радиус (кл<) скоростей ветра и некоторые прогностические характеристики ТЦ.
Традиционно существует следующее деление Мирового океана на регионы зарождения тропических циклонов:
в Северном полушарии:
— северо-запад Тихого океана (I регион),
— северо-восток Тихого океана (И регион),
— Атлантический океан (III регион),
— север Индийского океана (IV регион),
в Южном полушарии:
— юг Индийского океана (V регион),
— юг Тихого океана (VI регион).
Следует заметить, что за десятилетие 1970—1979 гг., главным образом в Южном полушарии, часто отсутствовали данные о тех или иных параметрах ТЦ. Для региона V нет данных о 6 тропических циклонах, отмечавшихся в январе 1970 г., для региона II — практически всех данных о 5 тропических циклонах (известно лишь, что они были в 1988 г.). Всего в банке содержатся данные о 2460 ТЦ, возникших в 1970—1999 гг.
Приведение информации к единому виду было основано на фиксации следующих стадий развития тропических циклонов:
— тропическая депрессия (ТД), скорость ветра 15—17 м/с,
— тропический шторм (ТШ), скорость ветра 18—23 м/с;
— сильный тропический шторм (СТШ), скорость ветра 24—32 м/с,
— тропический циклон (ТЦ), скорость ветра более 32 м/с.
Для удобства пользования банком данных "ТЦМО 1970—1999 гг." и обеспечения компактного способа хранения и достаточно быстрого поиска интересующего фрагмента информации создана поисково-информационная система, позволяющая достаточно просто осуществить поиск разных параметров и статистических характеристик ТЦ, необходимых потребителям.
Определенное представление о банке данных ТЦ дает рис. 1, на котором указаны шесть регионов массового зарождения ТЦ (римские цифры), подробно описанные в [5, 6]. Справа от номера региона показаны: общее число ТЦ, зародившихся в данном регионе за 30 лет; год и отмечавшееся максимальное и минимальное число зародившихся ТЦ; а также среднее число ТЦ, образовавшихся в этом регионе за год. Слева от номера региона приведены два числа: отношение (%) числа ТЦ, зародившихся в регионе, к общему числу ТЦ в данном полушарии и по отношению к общему числу ТЦ за 30 лет (2460 ТЦ). Центры маленьких кружков являются математическими ожиданиями географических координат зарождения ТЦ в регионе. 6
Рис. 1. Схематическое представление банка данных Гидрометцентра России "ТЦМО 1970—1999 гг." (подробности в тексте).
Затемненные вокруг кружков области на рис. 1 — эллипсы — соответствуют ереднеквадратическим отклонениям координат от центра. "Прижатые" к экватору овалы проведены через максимально удаленные от центра координаты зародившихся в данном регионе ТЦ. Внутри овала слева от эллипса — число ТЦ, зародившихся между эллипсом и овалом; справа — отношение этого числа к общему числу ТЦ, зародившихся в регионе,
В Северном (СП) и Южном (ЮП) полушариях приведены: общее число ТЦ и его отношение (%) к общему числу ТЦ на Земле; годы и наибольшее и наименьшее число ТЦ на полушариях, а также их среднее число за год. Наконец, указано глобальное число ТЦ, годы и наибольшее, наименьшее и среднее за год число ТЦ. (Более подробная статистика имеется в [5].)
Обратим внимание на следующие детали (рис. 1). Относительное число ТЦ, зародившихся вне изображенных на рис. 1 эллипсов, колеблется от 28% в VI регионе до 39% в III: так что на долю каждого эллипса (средне-квадратических отклонений от центра), занимающего площадь менее 20% овала в любом регионе, приходится 60—70% зародившихся ТЦ. Расчет этих же показателей по десятилетиям 1970—1979, 1980—1989, 1990—1999 гг. не выявил существенных отклонений. Поскольку объем выборок невелик, то разброс в 11% можно считать несущественным. Следовательно, интервал 60—70% зарождения ТЦ в "среднеквадратическом эллипсе" можно в известной мере считать устойчивой характеристикой. То, что все овалы "прижаты" к экватору и "вспучены" к полюсам, понятно: экватор — разделительная линия, через которую ТЦ не могут переходить, и на экваторе ТЦ не могут зарождаться.
50° с.ш.
Чй
го
; о о
Рис. 2. Координаты зарождения ТЦ и среднее многолетнее поле ТПО (°С) в августе в северо-западной части Тихого океана.
В каждом регионе вытянутость овалов вдоль круга широты различная. В I и V регионах относительно меридиана центра овал почти симметричен, во II сильно вытянут на запад, в IV несколько вытянут на запад, в VI — сильно вытянут на восток, в III — несколько смещен на восток. Такая структура областей зарождения ТЦ связана с основным необходимым признаком зарождения ТЦ. Как было установлено Э. Пальменом в 1948 г. [10], ТЦ зарождаются только над океаном, температура поверхности которого превышает критическое значение « 27,8°С. Просмотр климатических карт температуры поверхности океана (ТПО) показывает хорошее соответствие расположения овалов положению изотермы 27°С. Для примера приводим рис. 2, на котором показаны координаты зарождения всех 790 ТЦ в I регионе и среднее многолетнее поле ТПО в августе.
Овалы I и II, а также V и VI областей зарождения ТЦ пересекаются (или практически соприкасаются). Это говорит о возможности зарождения ТЦ почти вдоль всей внутритропической зоны конвергенции в Мировом океане [1]. За 30 лет в общей сложности в заштрихованной на рис. 1 области в Тихом океане возникли 9 ТЦ, из них 3 отнесены к I региону, остальные — ко II, в аналогичной области в Южном полушарии возникли 27 ТЦ, из них 9 отнесены к V региону и 18 — к VI. Таким образом, схема на рис. 1 позволяет отчетливо видеть районы зарождения ТЦ, в том числе и области с максимальной вероятностью их зарождения.
2. Некоторые характеристики максимального ветра в ТЦ
Максимальный ветер Утлк, фиксируемый в ТЦ, определяется по отношению к Земле, а не к центру ТЦ, который сам обычно движется со скоростью У0, намного меньшей Утах. Радиус, где наблюдается Утах, различен в разных ТЦ и, вообще говоря, может меняться в каждом ТЦ на разных ста-
днях его развития. Этот радиус (гтах) находится за внутренней стеной глаза ТЦ в пределах 40—150 км. Считается, что основной вклад в Fmax вносит тангенциальный компонент скорости относительно центра ТЦ. Радиальный компонент также должен существовать (вток в области стены глаза обязателен для поддержания восходящих конвективных движений). Так что вектор максимального ветра относительно центра ТЦ не строго перпендикулярен радиусу, а направлен внутрь ТЦ. Если ТЦ сам движется в каком-то направлении, то относительно Земли вектор скорости максимального ветра может быть направлен не только к центру. На рис. 3 показана схема формирования вектора скорости относительно Земли (жирная стрелка) как равнодействующей трех компонентов: тангенциального (25 м/с), радиального (10 м/с) относительно центра ТЦ и вектора скорости перемещения центра ТЦ (10 м/с = 840 км/сут). Как видно, на rmax скорость ветра относительно Земли меняется от 18 до 36,4 м/с. Разрушительная сила, которую, в грубом приближении, можно считать пропорциональной кинетической энергии, меняется в четыре раза.
На рис. 3 видно, что резкие изменения скорости ветра (от 18 до 32 м/с) происходят в сравнительно узком секторе и являются наибольшими по сравнению с другими секторами, т. е. сектор резкого увеличения скорости гораздо уже, чем сектор затухания.
В табл. 1 приведены средние значения скорости
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.