Тропические циклоны – это атмосферные вихри, образующиеся в тропических широтах и имеющие пониженное атмосферное давление в центральной части. Диаметр тропических циклонов составляет в среднем 100 – 300 км. Барические градиенты в тропических циклонах велики; ветер достигает силы шторма – от 110 до 123 км/ч. Во всей области тропического циклона присутствуют сильные восходящие движения воздуха и развивается мощная облачная система с обильными ливневыми осадками и грозами [1]. Таким образом, тропический циклон – это природное явление, достаточно опасное для человека и требующее детального изучения.
Тайфуны обычно проводят свой жизненный цикл в тропических широтах. Из-за этого большая часть территории России не страдает от последствий, вызываемых тропическими циклонами. Единственная территория страны, которая периодически находится под влиянием данных атмосферных вихрей, это Дальний Восток. Причем тропические циклоны могут выходить сюда, как в своей непосредственно тропической форме, так и в форме внетропических циклонов после регенерации на полярном фронте. Второй вариант наблюдается значительно чаще [2].
Циклоны, влияющие на погоду Дальнего Востока России образуются в Тихом океане и в течение своего жизненного цикла также причиняют ущерб Филиппинам, Тайвани, Китаю, Корее и Японии. Воздействие этих атмосферных вихрей сопровождается сильными дождями с количеством осадков, сравнимых по критерию со стихийными явлениями, а также сильными ветрами, иногда достигающими в прибрежных районах ураганной силы.
В год в пределах изучаемой территории образуется около 30 тайфунов. Причем до дальневосточной территории России ежегодно в среднем доходит 2 – 4 циклона. Каждый из вихрей приносит с собой ухудшение погодных условий: резкое усиление ветра и выпадение большого количества осадков, нередко приводящее к наводнениям.
Именно поэтому основной целью данной работы является детальное изучение и прогнозирование всех стадий развития тропического циклона и элементов погоды, связанных с ним, для предотвращения ущерба или его минимизации. В противном случае некорректный или несвоевременный прогноз может повлечь за собой катастрофические последствия для всех сфер жизнедеятельности [2].
Прогноз траектории перемещения тропических циклонов является одной из самых сложных задач при их рассмотрении. Большинство образующихся циклонов имеют сходные траектории движения. Поскольку тропические циклоны зарождаются в северном полушарии на южной стороне Азорского и Северотихоокеанского антициклонов, то в соответствии с характером движения воздушных масс в таких системах ураганы и тайфуны движутся над океаном сначала к западу, а затем, по мере приближения к восточным берегам Северной Америки и Азии, начинают смещаться к северо-западу и северу [1].
Но помимо стандартных траекторий иногда встречаются тайфуны-аномалии. В данной работе подробно рассмотрен именно такой случай.
Материалы и методы исследования
В качестве основного рассматриваемого циклона был взят тайфун Лайонрок, существовавший в Тихом океане с 18 по 30 августа 2016 года. Данный тайфун имел достаточно необычную траекторию перемещения. Его петлеобразность, скорее, является исключением из общепринятых правил перемещения циклонов.
В более ранних исследованиях автора [2] считалось, что необычная траектория тайфуна Лайонрок (рисунок 1) связана только с синоптическими процессами.
Рис. 1. Траектория перемещения тайфуна Лайонрок [4]
До 19 августа шторм двигался в северо-западном направлении. Следующие пять дней Лайонрок перемещался на юго-запад в связи с зарождением барической системы повышенного давление северо-западнее прохождения циклона. Достигнув своей самой южной точки траектории 26 августа, тайфун продолжал набирать интенсивность. В то же время он начал движение на северо-восток в связи с углублением внетропического циклона на северо-востоке Китая. 28 августа Лайонрок достиг своей максимальной интенсивности с минимальным давлением равным 940 гПа. 30 августа тайфун резко повернул на северо-запад в связи с усиливающимся охотоморским антициклоном, который заблокировал движение тропического циклона на север, и над Японским морем трансформировался во внетропический циклон [2, 3].
Рис. 2. Траектория перемещения тропического шторма Миндулл (а) и Компасу (б) [4]
Рис. 3. Взаимодействие тайфуна Лайонрок с тропическими штормами Миндулл и Компасу, 20 августа 2016 (а) и 21 августа 2016 (б) [5]
Но по мере изучения процессов, происходящих с циклоном Лайонрок, было принято решение о продолжении его изучения с акцентом на влиянии на него двух других барических образований пониженного давления – тропических штормов Миндулл и Компасу, существовавших в пределах изучаемой территории с 17 по 23 августа 2016 года и с 18 по 21 августа 2016 года соответственно. Траектории штормов Миндулл и Компасу представлены на рисунках 2а и 3б.
Для визуализации взаимодействия рассматриваемых барических образований целесообразно представить спутниковые снимки (рисунки 3а и 3б) в соответствующие даты для оценки взаимовлияния циклонов друг на друга. Источником спутниковых снимков является веб-ресурс Zoom Earth, использующий систему наблюдения за Землей EOSDIS.
На перемещение тропических циклонов в пространстве влияет больше количество факторов. Для объяснения взаимовлияния циклонов на перемещение было введено понятие «эффект Фудзивара». Присутствие других тропических циклонов в радиусе влияние рассматриваемого шторма будет влиять на движение шторма, потому что циклоны будут взаимодействовать друг с другом. На деле это приведет к тому, что штормы будут вращаться друг вокруг друга [6, 7]. Именно такую картину можно наблюдать в динамике на рисунках 3а и 4б: циклоны попарно взаимодействуют и искажают траектории друг друга.
Эффект Фудзивары – достаточно редкое явление. К тому же он проявляется на незначительное время, как, например, в данном случае, на период в несколько суток. Но, несмотря на это, он имеет колоссальное влияние на все тропические циклоны, участвующие во взаимодействии. Это проявляется как в изменении интенсивности тайфунов, так и в коррекции их траекторий.
Рис. 4. Результаты моделирования температуры и давления (а), температуры и ветра (б), осадков и давления (в), функции тока (г), 20 августа 2016
Рис. 5. Результаты моделирования температуры и давления (а), температуры и ветра (б), осадков и давления (в), функции тока (г), 21 августа 2016
На примере тайфуна Лайонрок можно увидеть, что до взаимодействия с двумя тропическими штормами он также достигал стадии развития тропического шторма. Просуществовав в стадии шторма 4 дня (с 18 по 21 августа), он имел тенденцию к заполнению и выходу на территорию юго-востока Китая. Но, получив достаточный приток энергии от штормов Компасу и Миндулл при взаимодействии соответственно 20 и 21 августа (рисунки 3а и 3б), Лайонрок изменил свою траекторию перемещения, повернув до более южной составляющей. Также взаимодействие посредством эффекта Фудзивары повиляло на стадию развития тайфуна: уже через день после взаимодействия, к 23 августа, Лайонрок от стадии тропического шторма углубился до стадии тайфуна.
В подтверждение спутниковым снимкам взаимодействие тропических штормов было также изучено с использованием мезомасштабной гидродинамической модели WRF-ARW.
В качестве исходных данных были использованы данные анализа модели GFS с шагом сетки 0,25˚ за период с 17 августа по 30 августа 2016 года для постановки начальных и граничных условий при моделировании тайфуна Лайонрок и тропических штормов Миндулл и Компасу. Для моделирования была выбрана область, охватывающая регион 10˚ – 50˚ с. ш.,110˚ – 160˚ в. д. Данные моделирования за период с 17 августа по 30 августа 2016 года сохранялись через каждые три часа.
На рисунках 4а-г и 5а-г представлены результаты моделирования наиболее показательных сочетаний метеорологических характеристик изучаемой области.
Результаты исследования и их обсуждение
Исходя из результатов, представленных на рисунках 4а-г и 5а-г, можно сделать вывод о том, что на изменение траектории тайфуна Лайонрок в большей степени влиял именно шторм Миндулл. Максимальное проявление их взаимовлияния изображено на рисунках 5а-г. Здесь можно увидеть, что барические образования имеют общую замкнутую изобару в поле давления (рисунки 5а, 5в) и соответствующую циркуляцию ветра (рисунок 5б). Также отчетливо заметно проявление связи двух циклонов в поле функции тока (рисунок 5г).
Аналогичного явного проявления влияния тропического шторма Компасу на тайфун Лайонрок не прослеживается. Они не имеют отдельной замкнутой изобары в поле давления (рисунок 4а, 4в), нет аналогичной циркуляции в поле ветра (рисунок 4б) и не прослеживаются изолинии, объединяющие циклоны в поле функции тока (рисунок 4г).
В дальнейшем планируется продолжение изучения влияния эффекта Фудзивары с применением мезомасштабной модели WRF-ARW, где будут исследованы метеорологические элементы тайфуна Лайонрок и тропических штормов Миндулл и Компасу в моменты их взаимодействия. Но уже на данный момент можно опровергнуть теорию о том, что на тайфун Лайонрок повлияли оба тропических шторма: и Миндулл, и Компасу.