УДК 551.515.2
Вихри в глазе урагана Изабель
А. Э. Похил*
Исследован один из суперураганов — ураган Изабель, пересекавший Атлантический океан с 6 по 18 сентября 2003 г. Обнаружены необычные структуры в глазе урагана, имеющие образы вихрей (возможно, тороидальные образования — "бублики" — в определенном слое атмосферы), близкие по горизонтальным размерам к смерчам. Во время наблюдений диаметр глаза был 35—40 км, диаметры каждого из пяти вихрей — 9—12 км. Обнаружено циклоническое вращение системы вихрей вокруг центра циклона, оценена его скорость. Линейная скорость вращения системы вихрей со временем изменялась от 27—38 до 66—92 м/с. Объяснено возникновение максимумов на графике скоростей.
Тропические циклоны (тайфуны, ураганы) — наиболее разрушительные огромные природные вихри, возникающие в результате процесса энергетического обмена океана и атмосферы. Выход тропических циклонов на побережье представляет опасность для многих стран мира, приводит к человеческим жертвам и значительному экономическому ущербу. Решение задачи предупреждения тяжелых стихийных бедствий, являющихся последствиями тропических циклонов (ТЦ), в большой степени зависит от понимания процессов, происходящих в ТЦ.
Исследовался один из наиболее мощных суперураганов, наблюдавшийся в 2003 г., — ураган Изабель, принесший самые сильные ветры и самый большой штормовой нагон за весь период после мощных атлантических ураганов Хазель (1954 г.) и Чесапик-Потомак (1933 г.).
Тропический циклон Изабель пересек Атлантический океан с 6 по 18 сентября 2003 г. Он достиг стадии урагана с давлением в центре 910 гПа и максимальной скоростью ветра 85 м/с. Характеристики тропического циклона представлены в табл. 1, траектория показана на рис. 1а. Образовался ТЦ около 14° с. ш., 30° з. д. Океан был "перегрет", и на его поверхности (даже при временном осреднении 5 сут и пространственном осреднении 2,5 х 2,5°) наблюдались области (ядра) теплой воды с температурой более 29°С. Тропический циклон Изабель двигался в направлении таких теплых областей. 12 сентября ураган вышел прямо на ядро теплой воды с температурой поверхности океана (ТПО) 30°С. Крутой поворот на север-северо-запад около 23° с. ш. 14 сентября в 15 ч ТЦ совершил также к теплому ядру (30,5°С) на поверхности Атлантического океана. После прохождения ТЦ Изабель ТПО в разных точках вдоль его траектории понизилась на 1,5—2,5°С.
* Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации.
Таблица 1
Характеристики тропического циклона Изабель (6—19 сентября 2003 г.)
Дата Срок, ч (МСВ) Стадия Долгота, град з. Широта, град с. рт1ш гПа Ктах, узлы Смещение
направление скорость узлы
6 13 Т8 14,0 34,0 1005 35—45 3 11
15 Т8 13,6 34,5 1005 35—45 3 12
21 Т8 13,4 35,4 1000 45—55 3 10
7 3 Т8 13,4 36,1 997 50—60 3 9
9 8Т8 13,7 37,1 994 55—65 3 9
15 Ж 14,5 37,7 987 65—80 3С3 9
21 ик 15,2 39,1 984 70—85 3С3 13
8 3 ик 16,1 40,2 979 80—100 3С3 13
9 ик 16,9 41,4 970 90—110 3С3 14
15 ик 17,2 42,6 962 100—120 3С3 12
21 ик 17,9 43,7 952 110—135 3С3 12
9 3 ик 18,5 44,5 948 115—140 3С3 11
9 ик 19,1 45,7 948 115—140 3С3 12
15 ик 19,6 46,9 948 115—140 3С3 12
21 ик 20,3 47,8 948 115—140 3С3 11
10 3 ик 20,6 48,8 948 115—140 3С3 12
9 ик 20,9 50,2 948 115—140 3 12
15 ик 21,3 50,9 948 115—140 3 10
21 ик 21,2 50,9 948 120—145 3 10
11 3 ик 21,3 50,9 948 125—156 3 12
9 ик 21,3 53,7 936 125—155 3 9
15 ик 21,4 54,5 930 130—160 3 8
21 ик 21,6 55,3 921 140—170 3 8
12 3 ик 21,6 56,1 924 140—170 3 8
9 ик 21,7 57,0 921 140—170 3 8
15 ик 21,6 57,8 924 140—170 3 8
21 ик 21,8 58,6 920 140—170 3 8
13 3 ик 21,8 59,5 923 140—170 3 8
9 ик 22,0 60,4 935 130—160 3 8
15 ик 22,2 61,5 935 130—160 3 9
21 ик 22,6 62,6 932 140—170 3С3 10
14 3 ик 23,0 63,7 932 140—170 3С3 10
9 ик 23,3 65,2 938 140—170 3С3 11
15 ик 23,2 66,3 939 135—165 3С3 10
21 ик 24,1 67,4 933 135—165 3С3 11
15 3 ик 24,5 68,3 933 135—165 3С3 11
9 ик 24,8 69,0 940 130—160 3С3 9
15 ик 25,2 69,4 945 120—145 3С3 7
21 ик 25,6 70,0 949 110—135 С3 7
16 3 ик 26,1 70,2 949 105—130 С3 6
9 ик 26,6 70,7 956 100—120 С3 6
15 ик 27,4 71,2 959 90—110 СС3 7
21 ик 27,8 71,4 959 90—110 СС3 7
17 3 ик 28,5 71,7 957 95—115 СС3 7
9 ик 29,4 72,2 956 95—115 СС3 8
15 ик 30,0 72,6 956 95—115 СС3 8
21 ик 31,1 73,3 957 90—110 СС3 12
18 3 ик 31,9 73,9 956 90—110 СС3 12
9 ик 33,1 74,7 967 90—110 С3 12
15 ик 34,4 75,7 956 85—105 С3 16
21 ик 36,2 77,1 960 80—105 С3 21
19 3 8Т8 37,7 78,0 972 55—65 СС3 20
15 ТО 42,0 80,7 997 30—40 С 26
Примечание. Т8 — тропический шторм, 8Т8 — сильный тропический шторм, ии. — ураган,
ТО — тропическая депрессия.
На материк (восточную часть штата Северная Каролина) ураган Иза-бель вышел во второй половине дня 18 сентября, давление в центре было 956 гПа, скорость ветра 43—53 м/с (наблюдались порывы ветра до 55—60 м/с). Двигался он в северном — северо-западном направлении со скоростью 10—12 узлов. Под сильным воздействием ветра и штормового нагона находились области, расположенные главным образом в районе центра шторма и восточнее от него. Берег Северной Каролины подвергся сильному размыванию и эрозии; волны здесь достигали высоты более 6 м, штормовой нагон — 1,8—2,8 м. Ураган двигался в северо-западном направлении вплоть до центральных районов штата Виргиния, где перешел в категорию тропического шторма с частыми порывами ветра, достигавшими ураганной силы, и продолжал перемещаться на северо-запад со скоростью около 15 узлов. Далее ТЦ Изабель продолжил движение в северо-западном направлении и вышел на запад Пенсильвании. Проливные дожди, наблюдавшиеся от внешних границ ТЦ Изабель, дошли до юго-восточных областей Пенсильвании, и на протяжении второй половины 19 сентября продолжали распространяться в северо-западном направлении. В юго-западных областях выпало более 76 миллиметров осадков. Разрушающее действие ветра охватывало большую территорию, были вырваны с корнем тысячи деревьев, повалены столбы линий электропередач, телефонных линий; повреждено, размыто или снесено водой несколько тысяч жилых и административных зданий и причалов. Сотни дорог, включая и некоторые из главных шоссе, были блокированы упавшими деревьями. Более 2 миллионов потребителей остались без электричества. В центральных и восточных районах Виргинии были эвакуированы и размещены в различных убежищах несколько тысяч человек. Только в одном округе штата был нанесен урон, оценивающийся в 350 млн. долларов. 9 смертей связываются с ураганом Изабель. Превратившись во внетропический циклон, Изабель вышел на озера Эри, Гурон и затем на Канаду. Длина его пути составила более 5,5 тыс. км.
При наблюдении за перемещением ТЦ Изабель над океаном на снимках со стационарного спутника ООЕБ-12 в видимой области спектра в микроволновом диапазоне были обнаружены необычные структуры в глазе урагана (рис. 1б) [8]. Это был отрезок времени с наиболее низким давлением (910—920 гПа) и наибольшими скоростями ветра (70—85 м/с) в ТЦ, именно в это время ТЦ Изабель вышел на теплое ядро воды с ТПО 30°С.
Образование вихревых структур происходит около границы глаза урагана, где имеют место огромные градиенты скоростей, интенсивная турбулентность и встречаются восходящие и нисходящие потоки, пульсации скорости здесь достигают огромных значений. К примеру, измеренные в один и тот же срок скорости, фиксируемые различными международными агентствами, имеют разброс до 50—60%. В урагане Изабель максимальная скорость, измеренная в один срок наблюдений, имела разброс 20—30%, и это не является ошибкой измерений или неточностью определения скоростей.
Одна из возможных причин образования таких структур — конвективная неустойчивость. Анализ показывает [1—3], что циркуляционные процессы в тропиках носят характер резких колебаний "взрывного" типа с продолжительностью несколько дней. По-видимому, механизм образова-
ния вихрей в глазе урагана также взрывной и определяется моментом, при котором достигаются определенные критические значения чисел Фруда и Струхаля. (Всюду механизм обмена в пограничных слоях — взрывной механизм.) По-видимому, в глазе (возможно, и во всем вихре ТЦ) имеют место определенные самопроизвольные колебания, имеющие характерный период (скорее всего даже целый диапазон частот), который определяется параметрами ТЦ.
Диаметр облачной структуры ТЦ Изабель во время наблюдений был 1000—1200 км. 12 сентября в 3 ч давление в центре урагана Изабель достигало 921 гПа и максимальвая скорость ветра — 70—85 м/с. В 12 ч 45 мин в глазе ТЦ, как уже говорилось, были обнаружены необычные структуры: глаз урагана выглядел кругом, разбитым на пять секторов, в каждом из которых имело место овальное образование, занимавшее большую часть сектора [8]. На рис. 2 представлены увеличенные фрагменты, вырезанные из общего снимка, представляющие глаз ТЦ Изабель. Структуры, обнаруженные в глазе, имели образы вихрей (возможно, это были тороидальные образования в определенном слое атмосферы — "бублики"), близкие по горизонтальным размерам к смерчам. Скорее всего, они находились в верхних слоях тропосферы, но во впадине относительно верхних слоев облаков. Это подтверждается тем, что в момент наблюдений тень от стены глаза была видна с восточной стороны, в то время как солнце находилось на востоке. Если бы вихри находились над глазом в куполе облачности (иногда наблюдается купол облачности высотой до 3 км [14]), то в момент наблюдений тень должна была быть с западной стороны. Кроме системы из 5 вихрей в глазе ТЦ Изабель имел место также центральный вихрь, скорее всего он был антициклоническим.
Надо отметить, что обычно смерчи образуются вследствие конвективной неустойчивости атмосферы [5, 6]. В мощных грозовых облаках, являющихся генераторами смерчей, в средней тропосфере на высотах 4—8 км могут образовываться мезомасштабные вихри (мезоциклоны) с первоначальным диаметром до 10 км, которые в результате интенсификации способны перерасти в смерчи. Максимальные скорости ветра достигают 130 м/с, а по косвенным оценкам — 200—300 м/с. Скорость вертикальных движений
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.