научная статья по теме РЕГИОНАЛЬНЫЕ ТРОПИЧЕСКИЕ ЦИКЛОГЕНЕЗЫ В ПОЛЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МИРОВОГО ОКЕАНА Космические исследования

Текст научной статьи на тему «РЕГИОНАЛЬНЫЕ ТРОПИЧЕСКИЕ ЦИКЛОГЕНЕЗЫ В ПОЛЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МИРОВОГО ОКЕАНА»

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ТРОПИЧЕСКИЕ ЦИКЛОГЕНЕЗЫ В ПОЛЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МИРОВОГО ОКЕАНА © 2010 г. Е. А. Шарков*, И. В. Покровская

Учреждение Российской академии наук Институт космических исследований РАН, Москва

*Е-таИ: e.sharkov@mail.ru Поступила в редакцию 31.05.2009 г.

На основе анализа результатов дистанционных и гидрологических наблюдений за 1983—2006 гг. рассмотрены основные характерные структурные особенности циклогенеза тропических циклонов (ТЦ), возникших в циклоногенерирующих акваториях Мирового океана (региональные циклогене-зы), а также проведен поиск жесткой границы при их формировании в поле поверхностной температуры океана (ТПО), как среднемесячной многолетней (контактные измерения температуры в верхнем квазиоднородном слое океана), так и средней трехмесячной (дистанционные спутниковые ИК-измерения температуры скин-слоя океана) каждого анализируемого года. Показано, что региональные циклогенезы обладают своеобразными диапазонами поверхностных температур, при которых происходят процессы генерации первичных форм ТЦ ("размытые" диапазоны, "экстремумы с хвостами", "дельтаобразные" формы гистограмм). При этом показан устойчивый характер статистических гистограмм интенсивности распределений генезиса ТЦ от температуры поверхности океана в момент перехода в зрелые формы тропических возмущений (ТПО — среднемесячные многолетние значения) как при выборке за 21 год (1983—2003 гг.), так и выборке за 5 лет (2002—2006 гг.) во всех активных акваториях Мирового океана. Таким образом, использование единого критерия на температуру отсечки, определяемую дистанционными ИК-измерениями по циклоногенерирую-щим акваториям Мирового океана, непродуктивно.

Ключевые слова: тропические циклоны, температура поверхности океана, циклоногенерирующие акватории.

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы в проблеме дистанционного зондирования (ДЗ) Земли формируется своеобразное направление, цель которого заключается в детальном исследовании параметров окружающей геофизической среды по отношению к различным временным фазам эволюции природных катастроф. И в первую очередь, это относится к природным атмосферным катастрофам, таким как тропические циклоны (ТЦ), воздействие которых приводит к значительным материальным ущербам.

Дистанционное изучение первичных форм ТЦ и окружающей их геофизической среды занимает особое место в программах дистанционного мониторинга тропических возмущений. Прежде всего, следует отметить задачи прогнозирования возникновения первичных форм возмущения и последующего перехода индивидуального первичного тропического возмущения в развитую форму ТЦ, а также детального дистанционного исследования структурных, динамических и термодинамических особенностей тропического возмущения непосредственно в момент резкой (и неожиданной для наблюдателей) интенсификации

одной из первичных форм. Впечатляющим примером такой ситуации может служить резкая интенсификация тропического циклона Ка^та, повлекшая за собой большой материальный ущерб.

Однако попытки дистанционного исследования первичных форм тропических возмущений сталкиваются с целым рядом трудностей, и, в первую очередь, с отсутствием общепризнанной физической модели этого сложного геофизического явления и соответственно необходимых геофизических параметров, подлежащих измерению. Несмотря на значительные усилия исследователей по наблюдению и регистрации отдельных (и фрагментарных) оптических и ИК-изображе-ний тропических вихревых возмущений в различных фазах (см. например, Шарков, 1997, 2006; 8Иагкоу, 1998, 2000), общепринятых дистанционных критериев "близости" геофизической среды к генерации индивидуального тропического возмущения и к кризисному моменту перехода в развитую форму пока не существует. Принципиально новым шагом в изучении дистанционных критериев генезиса ТЦ следует считать результаты комплексных многочастотных оптико-микроволновых спутниковых исследований эволюции

оптического образа ТЦ в поле интегрального водяного пара, при анализе которых обнаружен фундаментальный вклад горизонтального переноса водяного пара джетовыми потоками (Шар-ков и др., 2008а, б; Ким и др., 2008).

С другой стороны, уже достаточно давно (Грей, 1985) сложилось представление о наборе так называемых "необходимых" (и в значительной степени феноменологических) геофизических параметров, при которых должна происходить генерация мезо-масштабных вихревых устойчивых систем в тропической атмосфере (в климатологическом аспекте). Этот набор считается своего рода классическим и является непременным атрибутом большинства изданий, касающихся обсуждения вопросов генерации ТЦ (см. например, Палмен, Ньютон, 1973; Тараканов, 1980; Голицын, 2008; Добрышман, Макарова, 2004). Одним из главных пунктов этого набора (его часто называют "первым необходимым условием для возникновения тайфунов") (см., например, Тараканов, 1980; Голицын, 2008; Добрышман, Макарова, 2004) являются высокие значения поверхностной температуры океана (ТПО), обязательно превышающие 26°С (26.3°—26.8°С). Это так называемая критическая температура, или температура "отсечки" ("cutoff"), при глубоком верхнем квазиоднородном слое океана (глубоком термоклине). Однако следует сказать, что при этом каких-либо серьезных экспериментально обоснованных доказательств авторы не приводят, ссылаясь на теоретическое указание Палмена, сделанное в 1948 г. и воспроизведенное в 1969 г. (Палмен, Ньютон, 1973)1. Кроме того, авторы, как правило, не поясняют, какое температурное поле они имеют в виду: измеренное стандартными океанологическими методами на глубине 1—2 м или дистанционными (ИК-тепловыми и микроволновыми) методами — т.н. температуру скин-слоя. Вопросы о количественном значении температуры "резкой отсечки" ("sharp cutoff") и о физических причинах появления критической температуры дискутируются на самых различных уровнях — начиная от научной литературы и кончая научно-популярными публикациями и Интернет-сайтами, предназначенными для широкой аудитории.

Существует и другие точки зрения. Например, ряд авторов (Henderson-Sellers et al., 1998) называют подобное представление "заблуждением" ("fallacy"), при этом, однако, так же не представляя соответствующих строгих экспериментальных доказательств. В работе (Голицын, 2008) автор полагает целесообразным считать "первым необходимым условием для возникновения ТЦ" не ТПО, а "поток энергии от океана в атмосферу

1 Отметим, что авторы работы (Добрышман и др., 2002) приводят, ссылаясь на этого же автора, совсем иную критическую температуру — 27.8°С.

величиной в 700 Вт/м2 и выше". Хотя эту величину автор непосредственно получает при достаточно равновесных условиях (уравнения Клайперо-на—Клаузиуса) и при средних тропических климатологических параметрах.

Указанная проблема (поиск "критической" температуры), разумеется, достаточно актуальна для проблем ДЗ, поскольку при доказательстве наличия "резкой отсечки" в поле поверхностной температуры Мирового океана возможно создание своего рода автоматических дистанционных обнаружителей, которые могли бы существенно упростить решения проблем пространственно-временной предсказуемости кризисных ситуаций.

В предыдущих публикациях (Шарков, Покровская, 2006а, б) авторы настоящей работы на основе анализа результатов дистанционных и гидрологических наблюдений за 1983—2003 гг. показали, что основной характерной структурной особенностью циклогенеза первичных и развитых (тропических циклонов) форм тропических возмущений, возникших в акваториях Мирового океана (рассмотрение велось в глобальном масштабе и по полушариям), является отсутствие жесткой границы при их формировании в поле ТПО, рассматриваемой как среднемесячная многолетняя (контактные измерения температуры в верхнем квазиоднородном слое океана), так и средняя трехмесячная (дистанционные измерения температуры скин-слоя океана) каждого конкретного анализируемого года. Также был продемонстрирован устойчивый характер статистических гистограмм распределений ТПО в момент перехода в зрелые формы (тропический шторм — ТШ) тропических возмущений (ТПО — среднемесячные многолетние значения) как при выборке за 21 год (1983—2003 гг.), так и при выборке за 5 лет (1999—2003 гг.) в акваториях Мирового океана. Кроме того, авторы предположили, что при рассмотрении ситуации в региональной цикло-ногенерирующей акватории влияние температурного поля будет (в зависимости от гидрологических и географических условий) весьма значительным, что, несомненно, отразится на форме и количественных характеристиках гистограмм.

Цель настоящей работы — на основе сопоставления пространственно-временных полей генерации начальных форм ТЦ в поле ТПО, определенных при помощи стандартных контактных океанологических измерений и полей перехода тропического возмущения из начальной стадии в зрелую с использованием спутниковых ИК-изме-рений по шести региональным циклоногенери-рующим акваториям Мирового океана за период 1983—2006 гг., представить экспериментальные результаты (выраженные в детальных гистограммах), указывающие на наличие достаточно широкого (и для каждого региона своеобразного) диа-

пазона ТПО, при которых происходят процессы генерации зрелых форм и отсутствие "критической" (пороговой) температуры в региональных масштабах тропического циклогенеза .

ДАННЫЕ НАБЛЮДЕНИЙ И МЕТОДИКА ИХ ОБРАБОТКИ

При внимательном анализе вопрос о сопоставлении генезиса ТЦ и поля ТПО представляется достаточно сложным и неоднозначным, поскольку необходимо корректно учитывать пространственно-временную изменчивость двух стохастических процессов — поля ТПО и глобального тропического циклогенеза, которые обладают существенно различной временной вариабельностью (Sharkov, 2000; Timmermann, 2003; Питербарг, 1989; Semmer etal., 2008). Поэтому подходы могут быть совершенно различными, и соответственно результаты исследований трудно сопоставить между собой. Могут быть подходы группового (множественного) циклогенеза или индивидуального циклогенеза, приуроченные к полям ТПО различной пространственно-временной масштабности (начиная от недели и сезона вплоть до года и пяти лет) (Sharkov, 2000; Web

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