УДК 551.515.2
Об интересных случаях взаимодействия пары тропических циклонов и полярного фронта
А. Э. Похил*
Исследуется эволюция серий тропических циклонов 2009 г. в Тихом океане. Анализируется необычное поведение реальных одновременно существующих тропических циклонов (ТЦ). Исследуется механизм взаимодействия пары тропических циклонов, имеющих разную интенсивность. Рассматриваются случаи тройственного взаимодействия пары ТЦ и полярного фронта, трансформация и регенерация ТЦ вследствие вхождения в область холодного фронта. Динамика групп реальных тропических циклонов сопоставляется с поведением идеальных циклонических вихрей в экспериментах на численной модели. Предлагаются варианты объяснения исчезновения и появления вихрей, а также петель, зигзагов и крутых поворотов при их перемещении.
Введение
При исследовании реальных одновременно существующих тропических циклонов (ТЦ) в прежних [7, 9] и настоящей работах автором наблюдались интересные ситуации: при сближении двух вихревых образований одно из них исчезает; в других случаях, напротив, вблизи уже существующего ТЦ возникает новое образование; в некоторых случаях имеет место как бы "расталкивание" пары ТЦ. Наблюдались случаи длительного "топтания на месте" некоторых ТЦ, а также "странные" зигзаги, крутые повороты и даже воз врат ные пе ре ме ще ния ТЦ.
Цель и методика
В данной работе исследуется эволюция серий тропических циклонов: взаимодействие их между собой и с полярным фронтом. Рассматриваются случаи сложного взаимодействия пары ТЦ и полярного фронта, трансформация и регенерация ТЦ вследствие вхождения в область холодного фронта. В прежних исследованиях на основании численного эксперимента с не сколь ки ми близ ко рас положен ны ми рас преде лен ны ми цик ло ни чес ки ми вихрями [8, 11] родилась гипотеза об одной из возможных причин возникновения тайфуна: взаимодействие пары или нескольких слабых вихрей при определенных условиях может привести к объединению их в один большой или к усилению одного из взаимодействующих образований до ста дии мощ но го вих ря.
* Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации; e-mail: AEPokhil@yandex. ru.
В данной работе представлены примеры именно таких ситуаций. Необычное поведение исследуемых тропических циклонов объясняется с помощью спутниковой информации и экспериментов, проведенных на простой баротропной модели [4].
Одним из первых исследователей взаимодействия вихрей конечного размера в вязкой жидкости был Гетлинг [3]. Математическими методами исследования динамики вихревых структур значительно позже занимались авторы работ [1, 2]. Некоторые результаты изучения взаимодействия пары вихрей также представлены в работах зарубежных авторов [17, 18, 20].
На основании знаний, полученных при многолетней работе со спутниковой информацией [7, 9, 11], и огромного числа экспериментов на численных [8—10, 12, 14, 19] и физических [13] моделях стало возможным понимание и объяснение некоторых странностей эволюции и перемещения таких вихревых образований, как ТЦ.
Попытаемся предложить и проанализировать возможные объяснения некоторых ситуаций, казалось бы, необычного поведения ТЦ. Результаты расчетов на региональных численных моделях ЕТА и WRF перемещения и эволю ции реаль ных ТЦ, о кото рых по й дет речь в дан ной ра боте, и сопоставление их с реальными ситуациями будут рассмотрены в следующей статье.
Эволюция пары ТЦ Парма и Мелор
На рис. 1 представлены траектории всех рассматриваемых в статье тропических циклонов. Тайфун Кетцана, существовавший с 25 по 29 сентября 2009 г., и прошедший над Филиппинами, сформировал довольно сложное поле температуры поверхности океана (ТПО) на данной акватории. Однако оно успело выровняться до подхода ТЦ Парма.
27 сентября 2009 г. к востоку от Филиппин наблюдалось зарождение тропического циклона — будущего тайфуна Парма. На спутниковых снимках отмечалось уплотнение кучево-дождевой облачности, появление покрова перистых облаков на высотах и объединение кластеров облаков в вихревую структуру. В поле облачности проявилась начальная завихренность. 28 сентября произошло формирование первых спиральных полос в тропическом циклоне. В центре вихря также наблюдалось скопление облаков. 29 сентября циклон сместился на запад, облачность в нем увеличи-лась по площади и стала более плотной, спиральные полосы стали стягиваться к центру вихря. К востоку от ТЦ Парма на его "хвосте" произошло зарождение нового тропического циклона — будущего тайфуна Мелор (рис. 2а). Между ТЦ Парма и Мелор в этот момент наблюдался небольшой облачный вихрь, который к 1 октября исчез (рис. 2д). На спутниковых снимках (рис. 2а, в, д) представлена динамика этих трех образований.
Идентичная динамика хорошо воспроизведена с помощью численной модели [4] в работах автора [8, 11], где рассматривается взаимодействие трех вихрей (рис. 26, г). На рисунках представлены результаты двух экспериментов с вихрями разной интенсивности. В этих экспериментах при определенном соотношении характеристик вихрей и расстояний между ними средний слабый вихрь разрывается двумя боковыми. При этом восточный и западный вихри усиливаются за счет него, как и реальные ТЦ
120° в. д. 140 160
Рис. 1. Траектории тропических циклонов в Тихом океане в сентябре и октябре 2009 г.
1 — Кетцана, 2 — Парма, 3 — Мелор, 4 — Непартак,5 — Лупит.
Парма и Мелор (см. табл. 1). Между двумя вихрями организуется множество малых вихорьков (рис. 26, г) [19], в результате чего начинается расталкивание пары основных вихрей. Именно такая динамика ТЦ наблюдалась в реальной ситуации (рис. 2а, в, д): 30 сентября ТЦ Парма усилился и приобрел статус тайфуна (в центре вихря появился глаз бури), и его циркуляция охватила значительную по площади территорию, что хорошо наблюдалось по спутниковым снимкам. В то же время и в ТЦ Мелор (рис. 2в) наблюдалось уплотнение облачности и формирование спиралевидной структуры (стадия тропического шторма).
Далее 1 октября ТЦ Парма превратился в супертайфун с давлением в центре 920 гПа. Западная часть его облачности накрыла Филиппины (рис. 2д). Центральная часть циклона располагалась восточнее архипелага, на долготе западной окраины Новой Гвинеи. В это время центр ТЦ Мелор, достигшего стадии тайфуна с давлением р = 955 гПа, находился на долготе восточной окраины Новой Гвинеи (рис. 2д).
2 октября ТЦ Мелор на теплом участке океана (температура поверхности океана ~30°С) углубился еще больше. У него появился глаз бури (р = 935 гПа) (рис. 2е). Оба тайфуна продолжали перемещаться на запад. Центральная часть ТЦ Парма подошла близко к Филиппинам. На периферии циклона хорошо видны открытые конвективные ячейки. В поле облачности прослеживается слабое взаимодействие циркуляций циклонов (ячейки выстраиваются по потоку, рис. 2е, ж).
Рис. 2. Спутниковые снимки тропических циклонов в Тихом океане с 29 сентября по 5 октября 2009 г. (ОМ8, видимый диапазон; а, в, д—«), результаты расчета с помощью численной модели эволюции трех взаимодействующих идеальных вихрей разной интенсивности [8] (поля завихренности через 6 ч; б, г), а также часть траектории тропического циклона Парма над севером Филиппин (к).
3 октября ТЦ Мелор стационировал в стадии тайфуна с давлением в центре 935—930 гПа. В то же время центр Пармы находится над северным побережьем Филиппин. К северу от архипелага проходил холодный полярный фронт, к которому приближался ТЦ Парма (рис. 2з). 4 октября центр Пармы прошел над севером Филиппин. Потеряв часть своей энергии и став сильным тропическим штормом с давлением в центре 975—
Таблица 1
Характеристики тропических циклонов Парма и Мелор в сентябре — октябре 2009 г.
Дата Срок, ч ВСВ Парма Мелор
стадия р, гПа V,м/c стадия р, гПа V,м/с
29 IX 0 Т8 996 9
12 Т8 992 10 Т8 998 9
30 0 Т8 990 12 Т8 996 9
12 ТУ 960 19 Т8 992 12
1 X 0 ТУ 920 27 ТУ 975 17
12 ТУ 920 27 ТУ 955 20
2 0 ТУ 940 22 ТУ 935 24
12 ТУ 950 20 ТУ 935 24
3 0 ТУ 955 19 ТУ 935 24
12 ТУ 970 17 ТУ 935 24
4 0 8Т8 975 15 ТУ 915 27
12 8Т8 975 15 ТУ 910 28
5 0 8Т8 980 14 ТУ 910 28
12 8Т8 975 15 ТУ 910 28
6 0 8Т8 975 15 ТУ 930 24
12 8Т8 990 13 ТУ 940 22
7 0 Т8 996 9 ТУ 940 22
12 Т8 996 9 ТУ 945 22
8 0 Т8 996 9 8Т8 975 15
12 Т8 996 9 8Т8 980 15
9 0 Т8 996 9 8Т8 980 14
12 Т8 998 9
10 0 Т8 1000 9
12 Т8 1000 9
11 0 Т8 1000 9
12 Т8 1000 9
Примечание. р — давление в центре циклона; V— максимальная скорость ветра; здесь и в табл. 2 стадии циклона: ТО — тропическая депрессия, Т8 — тропический шторм, 8Т8 — сильный тропический шторм, ТУ — тайфун.
980 гПа, циклон вплотную приблизился к фронтальной зоне — началось их взаимодействие. Его облачность слилась с облачностью фронта (рис. 2з). Давление в центре ТЦ Мелор в это время достигло 915 гПа, а к 12 ч -910 гПа (табл. 1). Он приобрел большой четко выраженный глаз и начал быстро перемещаться на запад-северо-запад, приближаясь к ТЦ Парма.
5 октября ТЦ Парма, выйдя на теплые воды Южно-Китайского моря (Т = 30°С), несколько углубился (рис. 2и), в то время как ТЦ Мелор оставался в стадии супертайфуна с давлением в центре 910 гПа. К этому моменту центры двух ТЦ располагались на расстоянии около 1500 км, именно в это время началось их взаимодействие. При таком большом расстоянии между центрами ТЦ взаимодействие оказалось возможным при существующем соотношении мощностей и размеров ТЦ (табл. 1).
Одновременно ТЦ Парма совершал петлеобразные и возвратные перемещения, являвшиеся следствием одновременного взаимодействия с "хвостом" фронтальной зоны и супертайфуном Мелор ("перетягивание каната" — кто победит). На спутниковых снимках видно тройное взаи-
Рис. 3. Спутниковые снимки тропических циклонов в Тихом океане с 6 по 11 октября 2009 г. (ОМ8, видимый диапазон; а, в, д—з), а также результаты расчета с помощью численной модели эволюции двух взаимодействующих идеальных вихрей разной интенсивности [10, 12]: поля завихренности через 6 ч для трех экспериментов (б; 1—3 — номера экспериментов) и траектории этих вихрей (г).
модействие двух тайфунов и полярного фронта. В течение 5 и 6 октябр
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.