ф
тайфуны тихого океана —
"живые" самоорганизующиеся, разбивающиеся
и взаимодействующие системы
Кандидат физико-математических наук А. Э. ПОХИЛ
При исследовании реальных одновременно существующих тропических циклонов (ТЦ) в предыдущих1 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 имело место как бы "расталкивание" пары ТЦ. Встречались случаи длительного "топтания на месте" некоторых ТЦ, а также "странные" зигзаги, крутые повороты и даже возвратные перемещения ТЦ.
В данной статье представлены результаты исследования эволюции 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. Необычное поведение исследуемых тропических циклонов объясняется с помощью спутниковой информации и экспериментов, проведённых на простой баротропной модели2. Одним из
1 Похил А.Э. О поведении нескольких одновременных тропических циклонов в Тихом океане // Энергия: экономика, техника, экология. 2010. № 2; Похил А.Э. О некоторых условиях возникновения большого вихря и особенностях взаимодействия вихрей // Метеорология и гидрология. 1996. № 2.
2Зленко В.А. Гидродинамическая схема расчета траекторий тропических циклонов // Метеорология и гидрология. 1987. № 5.
первых исследователей взаимодействия вихрей конечного размера в вязкой жидкости был Гетлинг3. Математическими методами исследования динамики вихревых структур занимались значительно позже4. Некоторые исследования по взаимодействию пары вихрей проводились зарубежными авторами5.
На основании знаний, полученных при многолетней работе со спутниковой информацией, и огромного объёма экспериментов на численных и физических моделях6 стало возможным понимание
3 Гетлинг А.В. О взаимодействии вихрей конечного размера в вязкой жидкости. Препринт № 87-016, НИИ ядерной физики МГУ. Москва. 1987.
4 Алексеенко С.В., Куйбин П.А., Окулов В.Л. Введение в теорию концентрированных вихрей. Новосибирск. 2003; Борисов А.И., Мамаев И.С. Математические методы динамики вихревых структур. Москва, Ижевск. 2005.
5 HollandG. J. andDietchmayer G. S. On the Interaction of tropical - cyclone-scale vortices. III: Continuous 5 barotropic vortices; Lander M. and Holland G.J. On ы the interaction of tropical - cyclone-scale vortices. I: Г Observations; Ritchie E.A. and Holland G.J. On the | interaction of tropical - cyclone-scale vortices. II: § Discrete vortex patches // Quart. J. Roy. Meteorol. « Soc, 1993, v. 119, pp. 1381-1398, pp. 1347-1361, § pp. 1363-1379. 1
6Похил А.Э. Диагностика ветровых волн и волно- ® вых условий на акваториях Мирового океана по f спутниковой информации; Влияние структуры g парных вихрей на их траектории // Энергия: эко- § номика, техника, экология. 2009. № 10; 2010. № 9; m Похил А.Э. О необычном сезоне тайфунов в Ти- е хом океане // Метеорология и гидрология. 1996. ® № 3; Похил А.Э, Ситников И.Г., Зленко В.А, Г5
© А.Э. Похил 57
Рис. 1.
Траектории исследуемых ТЦ.
и объяснение некоторых "странностей" эволюции и перемещения таких вихревых образований, как ТЦ. Попытаемся пред-
о
ы Исследование взаимодействия атмосферных Г вихрей на численной модели // Энергия. 2010. | № 1; Похил А.Э., Сперанская А.А. Изучение тро-§ пических циклонов методами натурных наблю-» дений и лабораторного моделирования // МИГ. § 2006. № 7; Ситников ИГ, Похил АЭ, Тунего-
S ловец В.П. Тайфуны: Монография "Природные ® опасности России". Т. 5. Гл. 3. Гидрометеоро-f логические опасности / под ред. акад. Г.С. Го-g лицина. М.: Издательская фирма "КРУК" 2001; § A.E. Pokhil, A.D. Margolin. About possible variants of m the development of the atmosphere unstable states. I WMO Working Group on numerical experimentation. §" Research activities in atmospheric and oceanic ? modeling. Report № 39. 2009. WMO/TD, pp. 23-24.
ложить и проанализировать возможные объяснения некоторых ситуаций, казалось бы, необычного поведения ТЦ.
Проведённые расчёты на региональных численных моделях перемещения и эволюции реальных ТЦ, о которых пойдет речь в данной статье, и сопоставление их с реальными ситуациями будут рассмотрены в следующей статье.
Рассмотрим эволюцию пары ТЦ Пaр-ма и Мэлор. Траектории всех рассматриваемых ТЦ представлены на рис. 1.
27 сентября 2009 г. к востоку от Филиппин наблюдалось зарождение тропического циклона - будущего Пармы. 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 завих-
ф
ф
. г
и/т
Рис. 2.
Эволюция и перемещения
взаимодействующих пар ТЦ:
а, б, в... - снимки со спутников;
а', б', в'... - результаты экспериментов,
проведённых на простой баротропной
модели (Продолжение рис. 2 смотри
на стр. 62 и 63).
ренность. 28 сентября сформировались первые спиральные полосы в тропическом циклоне. В центре вихря видно также скопление облаков. 29 сентября циклон сместился на запад, облачность в нём увеличилась по площади и стала бо-
лее плотной, спиральные полосы стали стягиваться к центру вихря. К востоку от Пармы - на его "хвосте" - произошло зарождение нового тропического циклона - будущего Мэло-ра (рис. 2а). Между Пармой и Мэлором в этот момент наблюдался небольшой облачный вихрь, который к 1 октября исчез (рис. 2в). На спутниковых снимках (рис. 2а, б, в) видна динамика этих трёх образований.
Идентичная динамика хорошо воспроизведена на модели (см. сноску 2) в работах автора7 (см. также сноску 1), где промоделировано взаимодействие трёх вихрей. Результаты двух экспериментов с вихрями различной интенсивности представлены на рис. 2а, в. В этих экспериментах при определённом соотношении характеристик вихрей и расстояний между ними средний слабый вихрь разрывается двумя боковыми. При этом восточный и западный вихри усиливаются за счёт него (см. табл. 1). Между двумя вихрями организуется множество маленьких вихрей, в результате чего начинается расталкивание пары основных вихрей, что и происходит в реальной ситуации (рис. 2а, б, в): 30 сентября Парма приобретает статус тайфуна (в центре вихря появляется глаз бури), и его циркуляция охватывает значительную по площади территорию, что хорошо видно на
7 Похил А.Э., Ситников И.Г., Галкин С.А. Взаимодействие трех идеальных вихрей в численной модели и поведение группы реальных тропических циклонов Тихого океана // МИГ. 1997. № 2.
Ф
ф
Таблица 1
Характеристики тропических циклонов 2009 г.
ПАРМА МЭЛОР
Дата Срок Стадия Давление (гПа) Скорость ветра (м/с) Стадия Давление (гПа) Скорость ветра (м/с)
29.09.09 00.00 ТБ 996 9
12.00 ТБ 992 10 ТБ 998 9
30.09.09 00.00 ТБ 990 12 ТБ 996 9
12.00 ТУ 960 19 ТБ 992 12
1.10.09 00.00 ТУ 920 27 ТУ 975 17
12.00 ТУ 920 27 ТУ 955 20
2.10.09 00.00 ТУ 940 23 ТУ 935 24
12.00 ТУ 950 20 ТУ 935 24
3.10.09 00.00 ТУ 955 19 ТУ 935 24
12.00 ТУ 970 17 ТУ 935 24
4.10.09 00.00 БТБ 975 15 ТУ 915 27
12.00 БТБ 975 15 ТУ 910 28
5.10.09 00.00 БТБ 980 14 ТУ 910 28
12.00 БТБ 975 15 ТУ 910 28
6.10.09 00.00 БТБ 975 15 ТУ 930 24
12.00 БТБ 990 13 ТУ 940 22
7.10.09 00.00 ТБ 996 9 ТУ 940 22
12.00 ТБ 996 9 ТУ 945 22
8.10.09 00.00 ТБ 996 9 БТБ 975 15
12.00 ТБ 996 9 БТБ 980 15
9.10.09 00.00 12.00 ТБ ТБ 996 998 9 9 БТБ 980 14
10.10.09 00.00 12.00 ТБ ТБ 1000 1000 9 9
11.10.09 00.00 12.00 ТБ ТБ 1000 1000 9 9
спутниковых снимках (рис. 2б). В то же время и в ТЦ Мэлор наблюдается уплотнение облачности и формирование спиралевидной структуры (стадия ТБ - тропический шторм).
1 октября Парма превращается в супертайфун с давлением в центре 920 гПа (табл. 1). Западная часть его облачности накрыла Филиппины (рис. 2в). Центральная часть циклона располагалась восточнее архипелага, на долготе западной окраины Новой Гвинеи. В это время центр
Мэлора, достигшего стадии ТY (тайфун, Р = 955 гПа), находился на долготе восточной окраины Новой Гвинеи (рис. 2в). 2 октября Мэлор на тёплом (около 30°) цирке ТПО (температура поверхности океана) ещё углубился. У него появился глаз бури (Р = 935 гПа) -рис. 2г. Оба тайфуна продолжали перемещаться на запад. Центральная часть Пармы подошла близко к Филиппинам. На периферии циклона хорошо видны открытые конвективные ячейки. В поле облачности прослеживается слабое взаимодействие циркуля-ций циклонов (ячейки выстраиваются по потоку).
3 октября Мэлор стал стационарным в стадии ТY с давлением в центре 935930 гПа. В это время центр Пармы находится над северным побережьем Филиппин. К северу от архипелага проходит холодный фронт, к которому приближается Парма (рис. 2д). 4 октября центр Пармы прошел над Филиппинами. Потеряв часть своей энергии и превратившись в БТБ (сильный тропический шторм) с давлением
--" в центре 975-980 гПа, он
вплотную приблизился к фронтальной зоне: началось его взаимодействие с полярным фронтом. Его облачность слилась с облачностью полярного фронта (рис. 2е). Давление в центре Мэлора при этом достигло 915 гПа, а к 12 часам - 910 гПа (см. табл. 1). Он приобрёл большой четко выраженный глаз и начал быстро перемещаться на запад-северо-запад вокруг антициклона, расположенного восточнее него в центральной части Тихого океана, приближаясь к Парме. 5 октября Парма, вый-
ф
ф
дя на теплые воды Южно-Китайского моря (Т = 30°), несколько углубилась, в то время как Мэлор достиг стадии супертайфуна с давлением в центре 910 гПа. К этому моменту центры двух ТЦ располагались на расстоянии около 1500 км, и началось их взаимодействие. При таком большом расстоянии между центра-
ми ТЦ взаимодействие оказалось возможным при существующем соотношении мощностей и размеров ТЦ (см. табл. 1)
Одновременно траектория Пармы совершает петлеобразные и возвратные перемещения вследствие одновременного взаимодействия с "хвостом" фронтальной зоны и супертайфуном Мэлор ("перетягива
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.