Тропический циклон — тип циклона, или погодной системы низкого давления, что возникает над теплой морской поверхностью и сопровождается мощными грозами, выпадением ливневых осадков и ветрами штормовой силы. Тропические циклоны получают энергию от поднятия влажного воздуха вверх, конденсации водяных паров в виде дождей и опускания более сухого воздуха, что получается в этом процессе, вниз. Этот механизм принципиально отличается от механизма внетропических и полярных циклонов, в отличие от которых тропические циклоны классифицируются как «циклоны с теплым ядром».

Термин «тропический» означает как географический район, где в подавляющем большинстве случаев возникают подобные циклоны, то есть тропические широты, так и формирование этих циклонов в тропических воздушных массах.

На Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии тропические циклоны называются тайфунами, а в Северной и Южной Америке — ураганами (исп. huracán, англ. hurricane), по имени индейского бога ветра Huracan. Принято считать, согласно шкале Бофорта, что шторм переходит в ураган при скорости ветра более 117 км/ч.

Тропические циклоны способны вызвать не только чрезвычайной силы ливни, но и большие волны на поверхности моря, штормовые приливы и смерчи. Тропические циклоны могут возникать и поддерживать свою силу только над поверхностью крупных водоемов, тогда как над сушей они быстро теряют силу. Именно поэтому прибрежные районы и острова в наибольшей степени страдают от вызванных ими разрушений, тогда как районы в глубине материков находятся в относительной безопасности. Однако вызванные тропическими циклонами ливневые дожди могут вызвать наводнения значительных масштабов несколько дальше от побережья, на расстоянии до 40 км. Хотя эффект тропических циклонов на человека часто бывает очень негативным, значительные количества воды могут прекращать засухи. Тропические циклоны переносят большое количество энергии от тропических широт в направлении умеренных, что делает их важной составляющей глобальных процессов циркуляции атмосферы. Благодаря им разница в температуре на различных участках поверхности Земли уменьшается, что позволяет существование более умеренного климата на всей поверхности планеты.

Много тропических циклонов образуются при благоприятных условиях из слабых атмосферных волнений, на возникновение которых влияют такие эффекты, как осцилляция Маддена-Джулиана, Эль-Ниньо и североатлантическая осцилляция. Другие циклоны, в частности субтропические, способны обретать характеристики тропических циклонов по мере развития. После момента образования, тропические циклоны движутся под действием преобладающих ветров; если условия остаются благоприятными, циклон набирает силу и образует характерную вихревую структуру с глазом в центре. Если же условия неблагоприятны или если циклон смещается на сушу, он довольно быстро рассеивается.

Структура

Тропические циклоны — относительно компактные штормы довольно правильной формы, обычно около 320 км в диаметре, с ветрами, дующими по спирали, сходящимися вокруг центральной области очень низкого атмосферного давления. За счет силы Кориолиса, ветры отклоняются от направления барического градиента и закручиваются против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном.

По структуре тропический циклон может быть поделен на три концентрические части. Внешняя часть имеет внутренний радиус 30-50 км, в этой зоне скорость ветров равномерно увеличивается по мере приближения к центру циклона. Средняя часть, которая имеет название стены глаза, характеризуется большими скоростями ветра. Центральная часть диаметром 30-60 км имеет название глаза, здесь скорость ветра уменьшается, движение воздуха имеет преимущественно нисходящий характер, а небо часто остается ясным^[2].

Глаз

Центральная часть циклона, в которой воздух опускается вниз, имеет название глаза. Если циклон достаточно сильный, глаз большой и характеризуется спокойной погодой и ясным небом, хотя волны на море могут быть исключительно большими^[3]. Глаз тропического циклона обычно правильной круглой формы, а его размер может быть от 3 до 370 км в диаметре^[4][5], однако чаще всего диаметр составляет примерно 30-60 км^[2]. Глаз у крупных зрелых тропических циклонов иногда заметно расширяется вверху, это явление получило название «эффекта стадиона»: если наблюдать изнутри глаза, его стена напоминает по форме трибуны стадиона^[6].

Глаз тропических циклонов характеризуется очень низким атмосферным давлением, именно здесь было зарегистрировано самое низкое значение атмосферного давления на уровне земной поверхности (870 гПа в тайфуне Тип)^[7]. Кроме того, в отличие от циклонов других типов, воздух глаза тропических циклонов очень теплый, всегда теплее, чем на той же высоте за пределами циклона^[8].

Глаз слабого тропического циклона может быть частично или полностью покрыт тучами, которые имеют название центрального плотного облачного покрова^[9]. Эта зона, в отличие от глаза сильных циклонов, характеризуется значительной грозовой активностью^[10].

Стена глаза

Стеной глаза называют кольцо плотных грозовых облаков, что окружает глаз. Здесь облака достигают наибольшей высоты в пределах циклона (до 15 км над уровнем моря), а осадки и ветры у поверхности сильнейшие. Однако максимальная скорость ветров достигается на несколько большей высоте, обычно около 300 м^[2]. Именно во время прохождения стены глаза над определенным районом циклон наносит наибольшие разрушения^[3].

Самые сильные циклоны (обычно категории 3 или больше) характеризуются несколькими циклами замены стены глаза в течение своей жизни. При этом старая стена глаза сужается до 10-25 км, а ей на замену приходит новая, большего диаметра, что постепенно заменяет собой старую. Во время каждого цикла замены стены глаза циклон слабеет (то есть ветры в пределах стены глаза слабеют, а температура глаза уменьшается), но с образованием новой стены глаза он быстро набирает силу до прежних значений^[11].

Внешняя зона

Внешняя часть тропического циклона организована в дождевые полосы — полосы плотных грозовых туч, которые медленно движутся к центру циклона и сливаются со стеной глаза. При этом в дождевых полосах, как и в стене глаза, воздух поднимается вверх, а в пространстве между ними, свободном от низких облаков, воздух опускается. Однако, сформированные на периферии циркуляционные ячейки менее глубокие, чем центральная, и достигают меньшей высоты.

Когда циклон достигает суши, вместо дождевых полос в пределах стены глаза в большей степени концентрируются потоки воздуха, из-за увеличения трения о поверхность. При этом значительно увеличивается количество осадков, что может достигать 250 мм за сутки^[2].

Тропические циклоны также образуют облачный покров на очень больших высотах (возле тропопаузы) за счет центробежного движения воздуха на этой высоте^[13]. Этот покров состоит из высоких перистых облаков, которые движутся от центра циклона и постепенно испаряются и исчезают. Эти облака могут быть достаточно тонкими, чтобы через них можно было видеть солнце и могут быть одним из первых признаков приближения тропического циклона^[14].

Размеры

Одним из наиболее распространенных определений размера циклона, которое применяется в различных базах данных, является расстояние от центра циркуляции до наиболее внешней замкнутой изобары, это расстояние имеет название радиуса внешней замкнутой изобары (англ. radius of outermost closed isobar, ROCI) . Если радиус меньше двух градусов широты, или 222 км, циклон классифицируется как «очень маленький» или «карликовый». Радиус от 3 до 6 градусов широты, или от 333 до 667 км, характеризует циклон «средних размеров». «Очень большие» тропические циклоны имеют радиус свыше 8 градусов широты, или 888 км^[12]. Согласно такой системе мер, на северо-западе Тихого океана возникают самые большие на Земле тропические циклоны, примерно вдвое больше тропических циклонов Атлантического океана^[15].

Другими методами определения размеров тропических циклонов являются радиус, на котором существуют ветры силы тропического шторма (примерно 17,2 м/с), и радиус, на котором относительный ротор скорости ветра составляет 1×10⁻⁵ с^−1[16][17].

Механизм

Главным источником энергии тропического циклона служит энергия испарения, которая освобождается при конденсации водяных паров. В свою очередь, испарение океанской воды протекает под действием солнечной радиации. Таким образом, тропический циклон можно представить как большую тепловую машину, для работы которой необходимы также вращение и притяжение Земли^[13]. В метеорологии, тропический циклон описывается как тип конвекционной системы на мезошкале, развивающийся при условии наличии мощного источника тепла и влаги.

Теплый влажный воздух поднимается вверх преимущественно в пределах стены глаза циклона, но также частично в пределах других дождевых полос. Это воздух расширяется и охлаждается по мере поднятия, в результате его относительная влажность, высокая уже у поверхности, увеличивается ещё больше, вследствие чего большая часть накопленной влаги конденсируется и выпадает в виде дождя. Воздух продолжает охлаждаться и терять влагу с поднятием до тропопаузы, где он теряет практически всю влагу и перестаёт охлаждаться с высотой. Это воздух опускается вниз до океанской поверхности, где снова увлажняется и снова поднимается. При благоприятных условиях, полученная в этом процессе энергия несколько преувеличивает её расходы, эта избыточная энергия тратится на увеличение объёмов восходящих потоков, увеличение скорости ветров и ускорение процесса конденсации, то есть ведёт к образованию положительной обратной связи^[19]. Для того, чтобы условия оставались благоприятными, тропический циклон должен находиться над теплой океанской поверхностью, которая даёт необходимую влагу; когда же циклон проходит участок суши, он не имеет доступа к этому источнику и его сила быстро падает^[20]. Вращение Земли добавляет этому конвекционному процессу закручивание в результате эффекта Кориолиса — отклонения от направления ветра направлении барического градиента^[21][22][23].

Механизм тропических циклонов существенно отличается от механизма других атмосферных процессов тем, что требует глубокой конвекции, то есть такой, что захватывает большой диапазон высот^[24]. При этом, восходящие потоки захватывают почти всё расстояние от поверхности океана до тропопаузы, с горизнотальними ветрами, ограниченными преимущественно в приповерхностном слое толшиной до 1 км^[25], тогда как большая часть остальной 15-километровой толщи тропосферы в тропических районах используется для конвекции. Однако тропосфера более тонка на более высоких широтах, а количество солнечного тепла там меньше, что ограничивает зону благоприятных условий для тропических циклонов тропическим поясом. В отличие от тропических циклонов, внетропические циклоны получают энергию преимущественно от горизонтальных градиентов температуры воздуха, что существовали до них^[24].

Прохождение тропического циклона над участком океана приводит к существенному охлаждению приповерхностного слоя, как из-за потери тепла на испарение, так из-за активного перемешивания теплых приповерхностных и холодных глубоких слоев и получения холодной дождевой воды. Также на охлаждение влияет плотный облачный покров, что закрывает океанскую поверхность от солнечного света. Вследствие этих эффектов, за несколько дней, за которые циклон проходит определенный участок океана, приповерхностная температура на ней существенно падает. Этот эффект приводит к возникновению отрицательной обратной связи, что может привести к потере силы тропического циклона, особенно если его движение медленное^[26].

Общее количество энергии, которая выделяется в тропическом циклоне среднего размера, составляет около 50-200 эксаджоулей (10¹⁸ Дж) в день^[19] или 1 ПВт (10¹⁵ Вт). Это примерно в 70 раз больше потребления всех видов энергии человечеством, в 200 раз больше мирового производства электроэнергии и соответствует энергии, что высвобождалась бы от взрыва 10-мегатонной водородной бомбы каждые 20 минут^[19][27].

Жизненный цикл

Формирование

Во всех районах мира, где существует активность тропических циклонов, она достигает максимума в конце лета, когда разница температуры между океанской поверхностью и глубинными слоями океана наибольшая. Однако, сезонные картины несколько отличаются в зависимости от бассейна. В мировом масштабе, май является наименее активным месяцем, сентябрь наиболее активным, а ноябрь является единственным месяцем, когда одновременно активны все бассейны^[28].

Важные факторы

Процесс формирования тропических циклонов все ещё не до конца понятен и является предметом интенсивных исследований^[29]. Обычно можно выделить шесть факторов, необходимых для образования тропических циклонов, хотя в отдельных случаях циклон может образоваться и без некоторых из них.

В большинстве случаев, для формирования тропического циклона нужна температура приповерхностного слоя океанской воды не менее 26,5 °C на глубине не менее чем 50 м^[30]; такая температура воды является минимально достаточной, чтобы вызвать нестабильность в атмосфере над ней и поддержать существование грозовой системы^[31].

Другим необходимым фактором является быстрое охлаждение воздуха с высотой, что делает возможным высвобождение энергии конденсации, главного источника энергии тропического циклона^[30].

Также для образования тропического циклона необходима высокая влажность воздуха в нижних и средних слоях тропосферы; при условии большого количества влаги в воздухе создаются более благоприятные условия для образования нестабильности^[30].

Ещё одной характеристикой благоприятных условий является низкий вертикальный градиент ветра, поскольку большой градиент ветра приводит к разрыву циркуляционной картины циклона^[30].

Тропические циклоны обычно возникают на расстоянии не менее 550 км или 5 градусов широты от экватора — только там сила Кориолиса бывает достаточно сильной для отклонения ветра и закручивания вихря^[30].

И наконец, для образования тропического циклона обычно нужна уже существующая зона низкого давления или волнений погоды, хотя и без циркуляционного поведения, характерного для зрелого тропического циклона^[30]. Такие условия могут быть созданы низкоуровневыми и низкоширотными вспышками, которые ассоциируются с осцилляцией Маддена-Джулиана^[32].

Районы формирования

Большинство тропических циклонов в мире формируются в пределах экваториального пояса (межтропического фронта) или его продолжения под действием муссонов — муссонной зоны низкого давления^[33][34][35]. Районы, благоприятные для формирования тропических циклонов, также возникают в пределах тропических волн, где возникает около 85 % интенсивных циклонов Атлантического океана и большинство тропических циклонов на востоке Тихого океана^[36][37][38].

Подавляющее большинство тропических циклонов формируется между 10 и 30 градусами широты обоих полушарий, причем 87 % всех тропических циклонов — не далее 20 градусов широты от экватора^[39][40]. Из-за отсутствия силы Кориолиса в экваториальной зоне, тропические циклоны очень редко формируются ближе 5 градусов от экватора^[39], однако это все же случается, например с тропическим штормом Вамэй 2001 года и циклоном Агни 2004 года^[41][42].

Время формирования

Сезон тропических циклонов на севере Атлантического океана длится с 1 июня по 30 ноября, достигая пика в конце августа и в сентябре^[28]. По статистике, большинство тропических циклонов образовались здесь в районе 10 сентября. На северо-востоке Тихого океана этот сезон длится дольше, но с максимумом в те же времена^[43]. На северо-западе Тихого океана тропические циклоны образуются в течение всего года, с минимумом в феврале-марте и с максимумом в начале сентября. На севере Индийского океана тропические циклоны возникают чаще всего с апреля по декабрь, с двумя пиками — в мае и в ноябре^[28]. В Южном полушарии сезон тропических циклонов длится с 1 ноября до конца апреля, с пиком с середины февраля до начала марта^[28][44].

Движение

Взаимодействие с пассатами

Движение тропических циклонов вдоль поверхности Земли зависит прежде всего от преобладающих ветров, возникающих вследствие глобальных циркуляционных процессов; тропические циклоны увлекаются этими ветрами и движутся вместе с ними^[46]. В зоне возникновения тропических циклонов, то есть между 20 параллелями обоих полушарий, они движутся на запад под действием восточных ветров — пассатов.

В тропических районах северной части Атлантического океана и на северо-востоке Тихого океана пассаты образуют тропические волны, начинающиеся от африканского побережья и проходящие через Карибское море, Северную Америку и затухающие в центральных районах Тихого океана^[37]. Эти волны являются местом возникновения большой части тропических циклонов этих регионов^[36].

Эффект Кориолиса

Вследствие эффекта Кориолиса вращение Земли не только вызывает закручивание тропических циклонов, но и влияет на отклонение их движения. Из-за этого эффекта тропический циклон, что движется на запад под действием пассатов при отсутствии других сильных воздушных потоков, отклоняется к полюсам^[47]. Поскольку восточные ветры прилагаются к циклонному движению воздуха на его полярной стороне, сила Кориолиса там сильнее, и в результате тропический циклон оттягивается к полюсу. Когда тропический циклон достигает субтропического хребта, западные ветры умеренного пояса начинают уменьшать скорость движения воздуха на полярной стороне, но разница в расстоянии от экватора между различными частями циклона достаточно большая, чтобы суммарная сила Кориолиса была направлена к полюсу. В результате тропические циклоны Северного полушария отклоняются на север (до поворота на восток), а тропические циклоны Южного полушария — на юг (также до поворота на восток)^[22].

Взаимодействие с западными ветрами умеренных широт

Когда тропический циклон пересекает субтропический хребет, который является зоной высокого давления, его путь обычно отклоняется в зону низкого давления с полярной стороны хребта. Попав в зону западных ветров умеренного пояса, тропический циклон имеет тенденцию двигаться с ними на восток, проходя момент изменения курса (англ. recurvature)^[48]. Тайфуны, движущиеся через Тихий океан на запад к берегам Азии, часто меняют курс у берегов Японии на север, а затем на северо-восток, захваченные юго-западными ветрами с Китая или Сибири. Много тропических циклонов также отклоняются из-за взаимодействия с внетропическими циклонами, движущимися в этих районах с запада на восток. Примером изменения курса тропическим циклоном служит тайфун Йоке 2006 года (на изображении), который двигался по описанной траектории^[49].

Выход на сушу

Формально считается, что циклон проходит над сушей, если это случается с его центром цикруляции, независимо от состояния периферийных областей^[50]. Штормовые условия обычно начинаются над определенным участком суши за несколько часов до выхода на сушу центра циклона. В этот период, то есть до формального выхода тропического циклона на сушу, ветры могут достигнуть своей наибольшей силы — в таком случае говорят о «прямом ударе» тропического циклона о берег^[50]. Таким образом, момент выхода циклона на берег фактически означает середину штормового периода для районов, где это случается. Меры безопасности должны приниматься до момента достижения ветрами определенной скорости или до момента достижения определенной интенсивности дождя, а не быть связанными с моментом выхода тропического циклона на сушу^[50].

Взаимодействие циклонов

Когда два циклона приближаются друг к другу, их центры циркуляции начинают вращаться вокруг общего центра. При этом два циклона приближаются друг к другу и в конце концов сливаются. Если циклоны разного размера, больший будет доминировать в этом взаимодействии, а меньший будет вращаться вокруг него. Этот эффект носит название эффекта Фудзивары, в честь японского метеоролога Сакухея Фудзивары^[51].

Рассеяние

Тропический циклон может потерять свои характеристики несколькими путями. Один из этих путей — движение над сушей, что отрезает его от необходимого для питания источника теплой воды, вследствие этого тропический циклон быстро теряет силу^[52]. Большинство сильных тропических циклонов теряют свою силу и превращаются в неорганизованную зону низкого давления через день, иногда два дня, или же превращаются во внетропические циклоны. Иногда тропический циклон может восстановиться, если ему удастся вновь попасть в теплые океанские воды, как это случилось с ураганом Иван. Если тропический циклон пройдет над горами даже в течение короткого времени, его ослабление существенно ускорится^[53]. Много жертв от тропических циклонов случается именно в горных районах, поскольку тропический циклон, что быстро теряет силу, высвобождает огромное количество дождевой воды^[54], что приводит к разрушительным наводнениям и оползням, как это случилось с ураганом Митч в 1998 году^[55]. Кроме того, тропический циклон будет терять силу, если он находится в одном районе слишком долго, поскольку из-за интенсивного испарения и перемешивания слоя воды толщиной до 60 м, приповерхностная температура может упасть на величину порядка 5 °C^[56], а без теплого приповерхностного слоя воды тропический циклон не может выжить.

Тропический циклон также может рассеяться, если он попадет на новый участок моря, температура которого ниже 26,5 °C. Такой тропический циклон потеряет свои тропические характеристики (то есть грозовой круг вокруг центра и теплое ядро) и превратится в остаточную зону низкого давления, что может существовать в течение нескольких дней. Этот механизм рассеяния является главным на северо-востоке Тихого океана^[57].

Ослабление или рассеивание тропического циклона также может случиться вследствие сильного вертикального градиента ветра, что сдвигает ось конвекционной тепловой машины и нарушает её работу^[58].

В результате взаимодействия с западными ветрами умеренных широт и более характерными для умеренных районов атмосферными фронтами, тропический циклон может превратиться во внетропический, подобная трансформация обычно занимает 1-3 дня^[59]. Внетропические циклоны обычно характеризуются более высоким давлением внутри и слабыми ветрами^[2]. Однако даже если тропический циклон «рассеялся» или превратился во внетропический, скорость ветров в нём всё ещё может быть штормовой, а иногда даже и ураганной, а количество осадков может составить более 10 см. Очень интенсивные внетропические циклоны, образованные из тропических, периодически угрожают западному побережью Северной Америки, а в отдельных случаях и Европе; примером таких штормов был ураган Айрис 1995 года^[60].

Также тропический циклон может слиться с другой зоной низкого давления. Такой процесс увеличивает эту зону низкого давления, хотя она может уже не быть тропическим циклоном^[58]. Исследования 2000-х гг. также привели к гипотезе, что к ослаблению и рассеиванию тропического циклона может привести большое количество пыли в атмосфере^[61].

Эффект

За последние два века тропические циклоны привели к гибели 1,9 млн человек в мире вследствие своего прямого эффекта. Кроме прямого эффекта на жилые дома и экономические объекты, тропические циклоны разрушают объекты инфраструктуры, включая дороги, мосты, линии электропередач, чем наносят огромный экономический ущерб пораженным районам^[62][63]. Определенный негативный эффект от тропических циклонов проявляется уже в море, поскольку они вызывают сильные волны, прекращают мореходство и иногда приводят к кораблекрушениям^[64].

Ветер

Прямым эффектом от тропических циклонов на суше являются штормовые ветры, способные уничтожать автомобили, здания, мосты и другие искусственные сооружения. Время, в течение которого определенное место остается под действием циклона, зависит как от размеров циклона, так и от скорости его движения, обычно это время составляет несколько часов. Сильнейшие постоянные ветры в пределах циклона обычно локализованы в центре его передней части и для сильных тропических циклонов превышают 70 м/с. За время прохождения тропического циклона могут быть повреждены или разрушены даже хорошо построенные капитальные здания. Минимальная скорость ветра, при которой тропический циклон считается ураганом, составляет около 28 м/с, ветер такой силы создаёт давление на вертикальную стену в 718 Па, а более типичные для ураганов ветры скоростью 55 м/с — давление в 3734 Па. Таким образом, здания с большой площадью стен испытывают во время прохождения тропического циклона действие огромной силы, особенно если их стены крупнейшей площади ориентированы перпендикулярно ветру^[2].

Кроме сильных постоянных ветров, в момент выхода на сушу для тропических циклонов также характерны особенно сильные локализованные ветры и порывы ветра. Хотя трение о поверхность земли уменьшает скорость ветра, оно значительно увеличивает турбулентность движения воздуха, часто приводя к спуску наиболее быстрых высотных воздушных потоков до уровня поверхности. Другой механизм возникновения порывов в пределах тропического циклона подобен механизму микропорывов, характерных для нециклонных гроз. Ветер в пределах таких порывов часто направлен против направления ветра на близлежащих участках, но в случае совпадения направлений обоих, его скорость может достигать около 100 м/с^[2].

Штормовой прилив

Худшим по количеству жертв эффектом от тропических циклонов исторически был штормовой прилив, то есть поднятие уровня моря под действием циклона, что в среднем приводит примерно к 90 % жертв^[65]. Штормовой прилив вызывается в первую очередь трением воздуха о поверхность воды и может достигать свыше 6 м, иногда затапливая большие прибрежные территории. Этот механизм нагона воды особенно эффективен в мелких заливах и устьях рек. Например, крупнейший по числу жертв в истории циклон Бхола в 1970 году привел к гибели 300—500 тыс. человек в Восточном Пакистане из-за 9-метрового штормового прилива и затопления островов мелкой дельты Ганга. У циклонов Северного полушария максимальный штормовой прилив случается в переднем правом секторе циклона, у циклонов Южного — в переднем левом. К трению ветра также прилагается увеличение уровня воды под действием низкого атмосферного давления циклона, что поднимает его уровень ещё примерно на 1 м. Если же циклон выходит на сушу во время прилива, эти эффекты накладываются друг на друга, приводя к наиболее разрушительным последствиям^[2].

Смерчи

Широкая вихревая картина тропического циклона и возникновение сильного вертикального градиента ветра вследствие трения о поверхность земли вызывает смерчи. Смерчи также могут возникать вследствие мезовихрей стены глаза, структур тропического циклона относительно небольшого масштаба, образующихся после его выхода на сушу^[66].

Ливни

Тропические циклоны всегда ассоциируются со значительными количествами атмосферных осадков, в первую очередь в районе стены глаза и дождевых полос циклона. Обычно количество осадков составляет несколько сантиметров в час, со вспышками значительно большего уровня. Общие количества осадков за время прохождения циклона в 500—1000 мм дождя не являются необычными. Такие количества осадков очень легко переполняют дождевую канализацию и приводят к наводнениям. Вызванные дождями наводнения особенно опасны в горных районах, как из-за увеличения количества осадков вследствие поднятия воздуха, так и, особенно, из-за концентрации дождевых потоков вдоль оврагов и устьев рек, как это случилось во время прохождения ураганом Митч территории Гондураса в 1998 году.

Другим источником ливневых дождей, не связанным со стеной глаза, является выпадение воды из облаков высотного покрова циклона, что случается в случае попадания этих облаков в зону низкого давления более высоких широт. Например, в результате такого эффекта, остаткам восточнотихоокеанского урагана Октав удалось проникнуть в пустынные районы Аризоны, где количество осадков за три дня составило более 200 мм, почти годовую норму осадков для этих районов^[2].

Значительные ливни и штормовые пприливы также часто приводят к возникновению участков стоячей воды, что при условиях тропического климата легко приводит как к распространению инфекций из-а контактов с водой, так и к увеличению количества комаров, которые также разносят болезни. Болезни распространяются также в перенаселенных лагерях для беженцев, потерявших жилье в результате ураганов^[62].

Поддержание теплового и гидрологического баланса

Хотя тропические циклоны приводят к значительным жертвам и разрушениям, они являются важными факторами в режиме осадков тех районов, где они существуют, поскольку они приносят осадки в районы, которые в противном случае оставались бы засушливыми^[67]. Также тропические циклоны помогают поддерживать тепловой баланс, изменяя градиент в температуре и влажности между тропическими и субтропическими районами Земли. Штормовые приливы и перемешивание океанской воды тропическими циклонами также важны для поддержки морской флоры и фауны. Даже разрушение искусственных сооружений часто оказывается полезным, поскольку вызывает восстановление и улучшение районов, многие из которых экономически очень неблагополучны^[68].

Исследование и классификация

Бассейны и организации

Основные районы возникновения тропических циклонов составляют семь фактически обособленных непрерывных зон, которые имеют название бассейнов, их список приведен в таблице справа. Самым активным бассейном является северо-западный тихоокеанский, где ежегодно возникает 25,7 тропических циклонов силы тропического шторма или более из 86 в мире. Наименее активным является северо-индийскоокеанский бассейн, где ежегодно случается лишь 4-6 тропических циклона^[70].

За период наблюдений было зарегистрировано всего несколько случаев возникновения тропических циклонов или подобных им явлений в других районах мирового океана. Первым официально признанным из них стал циклон Катарина, образовавшийся 26 марта 2004 года на юге Атлантического океана, который позже вышел на сушу в Бразилии с ветрами, эквивалентными 2-й категории по шкале Саффира-Симпсона. Поскольку этот циклон сформировался в районе, где раньше тропические циклоны никогда не регистрировались, бразильские метеорологические агентства сначала считали его внетропическим, но впоследствии переклассифицировали в тропический^[71].

Роль главных центров, занимающихся наблюдением и предупреждением тропических циклонов, выполняют шесть региональных специализированных метеорологических центров (англ. Regional Specialized Meteorological Centers, RSMC). Эти центры испоняют обязанности по поручению Всемирной метеорологической организации и отвечают за выпуск официальных предупреждений, образовательных публикаций и рекомендаций относительно мер подготовки в своих районах ответственности. В дополнение к ним существует также шесть Центров предупреждения о тропических циклонах (англ. Tropical Cyclone Warning Centers, TCWC), также уполномоченных Всемирной метеорологической организацией, но с более низким статусом и меньшими районами ответственности^[72].

Региональные специализированные метеорологические центры и центры предупреждения о тропических циклонах, однако, являются не единственными организациями, которые занимаются распространением информации о тропических циклонах. Так, Объединенный американский военно-морской центр по предупреждению тайфунов (англ. Joint Typhoon Warning Center, JTWC) даёт советы относительно всех бассейнов, за исключением Североатлантического, для целей Правительства США^[73]; Филиппинское управление атмосферных, геофизических и астрономических служб (англ. Philippine Atmospheric, Geophysical and Astronomical Services Administration, PAGASA) даёт советы и предоставляет имена тропическим циклонам, что приближаются к Филиппинам^[74]; Канадский ураганный центр (англ. Canadian Hurricane Center, CHC) отпускает советы относительно остатков ураганов, которые могут угрожать Канаде^[75].

Наблюдение

Наблюдение за тропическими циклонами является трудной задачей, поскольку они возникают над океаном, где редко имеются метеорологические станции, к тому же они быстро развиваются и передвигаются. Наблюдение за тропическим циклоном с поверхности обычно возможно только если он проходит через острова; иногда можно наблюдать с океанского судна. Обычно измерения в реальном времени видны на периферии циклона, где условия менее катастрофические, но такие измерения не позволяют оценить реальную силу циклона. Поэтому во время прохождения тропического циклона по суше, группы метеорологов часто отправляются в районы его предполагаемого прохождения с целью проведения наблюдений как можно ближе к центру циклона^[76].

В океане за тропическими циклонами наблюдают с помощью метеорологических спутников, способных получать изображения в видимом и инфракрасном диапазонах, обычно с интервалами 15-30 минут. Когда циклон приближается к суше, за ним можно наблюдать с помощью метеорологических радаров. С помощью радаров удобно получать информацию о расположении циклона в момент выхода на сушу и его интенсивности практически в реальном времени, то есть каждые несколько минут^[77].

Также измерения в реальном времени проводят с помощью специально оборудованных самолётов, отправляющихся к циклону. В частности, такие полеты регулярно проводят «охотники за ураганами»^[78] на самолетах WC-130 Геркулес и WP-3D Орион. Эти самолёты залетают в циклон и получают данные как напрямую, так и посредством сбрасываемых зондов, оборудованных GPS и датчиками температуры, влажности и давления, которые проводят измерение между безопасной для полетов высотой и поверхностью океана. В начале 21 века к этих методам был добавлен Aerosonde — небольшой беспилотный самолет, способный получать метеорологическую информацию на небольших высотах, опасных для человека. Первое испытание этого прибора произошло при исследовании атлантического тропического шторма Офелия в 2005 году^[79].

Прогнозирование

Поскольку на движение тропического циклона влияют зоны низкого и высокого давления вокруг него, для прогнозирования его пути необходимо спрогнозировать динамику развития этих зон в течение жизни циклона. Для этого обычно используют измерение скорости и силы ветров, усредненные на всей толще тропосферы. Если градиент ветра относительно большой, наилучшие результаты получаются при помощи значения скорости ветра на уровне 700 мбар (на высоте около 3000 м над уровнем моря). При этом краткосрочные флуктуации ветра в пределах циклона усредняют^[80]. Сейчас для более точного прогнозирования пути тропических циклонов широко используются комьютерные симуляции. Улучшение методов измерения вместе с улучшением понимания атмосферных процессов за последние десятилетия привело к увеличению точности прогнозирования пути тропических циклонов^[81]. Однако точность прогнозирования их силы всё ещё остаётся достаточно низкой^[82], что приписывают неполному пониманию факторов, которые влияют на развитие тропических циклонов.

Классификация по силе

По критерию силы тропические циклоны классифицируют в три главные группы: тропические депрессии, тропические штормы и наиболее интенсивные циклоны, название которых варьирует в зависимости от бассейна («тайфун» на северо-западе Тихого океана, «ураган» на северо-востоке Тихого и в Атлантическом океанах^[50] и модификации названий тропических штормов с помощью терминов «очень жестокий» или «интенсивный» в остальных бассейнах). Если тропический циклон попадает из одного бассейна в другой, его классификация соответственно меняется: например, ураган Йоке в 2006 году превратился в «тайфун Йоке» в момент перехода через международную линию перемены дат из северо-восточного в северо-западный район Тихого океана. Каждая из систем классификации, отчёт о которых приведён в таблице внизу раздела, использует несколько другую терминологию также для подгрупп каждой из этих категорий.

Тропическая депрессия

«Тропической депрессией» называется организованная циклонная система с четко выраженной приповерхностной циркуляцией и максимальными постоянными ветрами до 17 м/с (33 узла). Такая система не имеет глаза и обычно не имеет спиральной организации более мощных тропических циклонов^[13]. Обычно тропические депрессии не получают собственных имен, исключением являются тропические депрессии, формирующиеся в зоне ответственности Филиппин^[83].

Тропический шторм

«Тропическим штормом» называется организованная циклонная система с чётко выраженной приповерхностной циркуляцией и максимальными постоянными ветрами между 17 м/с (33 узла) и 32 м/с (63 узла). Обычно эти тропические циклоны развивают выразительную спиральную форму, хотя глаз часто всё ещё не образуется. Начиная с этого уровня, тропические циклоны получают собственные имена в зависимости от страны, в зоне ответственности которой тропический циклон достигает такой силы^[13].

Циклоны высшей силы

Наивысшей категорией классификации тропических циклонов является «ураган» или «тайфун» (часть классификаций при этом сохраняют названия «циклонный шторм» или «тропический циклон»), что характеризуется постоянными ветрами от 33 м/с (64 узла)^[13] (тайфуны с постоянными ветрами со скоростью более 67 м/с, или 130 узлов, также называются «супертайфунами» Объединенным центром предупреждения о тайфунах^[84]). Тропический циклон такой силы обычно развивает четко выраженный глаз в центре циркуляции, который можно увидеть на спутниковых снимках как относительно небольшое круглое пятно, свободное от облаков. Стена глаза этих циклонов составляет от 16 до 80 км в ширину и характеризуется ветрами, что по оценкам могут доходить примерно до 85 м/с (165 узлов)^[85].

Слово «тайфун» используется сейчас на северо-западе Тихого океана, оно, вероятно, происходит от слияния похожих по произношению слов из нескольких языков. Одно из них — греческое слово Тифон (Τυφών, чудовище, что ассоциировалось с бурей), что попало в урду, персидский, арабский как طوفان, ţūfān^[86] и в европейские языки, в частности английский^[87]. Другое — китайское слово taifeng (toifung на языке юэ, 颱風 — «большой ветер») и связанное японское taifu (台風). Слово же «ураган», который используется в Атлантическом океане и на северо-востоке Тихого, происходит от имени бога ветра Хуракана (Huracan или Jurakan) в мифологии майа, что прошло через испанский язык как huracán^[88].

Наименование

Для различения многих тропических циклонов, которые могут существовать одновременно и активно двигаться, те из них, которые достигают силы тропического шторма, получают имена собственные^[91]. В большинстве случаев имя тропического циклона остаётся на все время его существования, однако в особых случаях их переименовывают, пока они всё ещё сохраняют активность.

Имена тропическим циклонам даются из официальных списков, которые отличаются в зависимости от региона и составляются заранее. Эти списки составляются или комитетами Всемирной метеорологической организации, или национальными метеорологическими организациями, которые занимаются наблюдением за тропическими циклонами. Имена наиболее разрушительных тропических циклонов становятся закреплёнными и выводятся из обращения, а им на замену вводятся новые.

В дополнение, в некоторых странах существует числовая или кодовая классификация тропических циклонов. Например в Японии циклон имеет номер, под которым он появился на протяжении сезона, например 台風第9号 — «тайфун номер 9».

Изменения активности со временем

Долговременные тенденции

Наиболее исследованным бассейном является Атлантический, поэтому наибольшее количество имеющихся данных по активности тропических циклонов в прошлом касается именно этого бассейна. Ежегодное число атлантических тропических штормов выросло с 1995 года, но эта тенденция не является глобальной: среднее ежегодное число тропических циклонов остается на уровне 87 ± 10. Однако глобальные выводы делать трудно ввиду отсутствия исторических данных относительно некоторых бассейнов, особенно Южного полушария^[93]. В целом, нет уверенности относительно тенденции увеличения числа тропических циклонов. Одновременно, данные указывают на увеличение числа ураганов наибольшей силы. Количество энергии, выделяемое типичным ураганом, выросло в мире примерно на 70 % за период примерно с 1975 по 2005 годы, это увеличение состоит из 15-процентного увеличения максимальной скорости ветра и из 60%-го увеличения средней продолжительности жизни тропических циклонов^[94]. Подобные же данные были получены в другой работе, которая показала снижение общего числа тропических циклонов во всех бассейнах, кроме Североатлантического, и одновременно существенное увеличение относительного и абсолютного количества очень сильных тропических циклонов^[95]. По другим данным, скорость ветра самых сильных тропических циклонов увеличилась с 63 м/с в 1981 году до 70 м/с в 2006 году^[96].

Другой заметной тенденцией является увеличение финансовых убытков от тропических циклонов, в частности на Атлантическом океане, где пять из десяти самых разрушительных ураганов случились с 1990 года. Однако, по данным ВМО, эти изменения происходят преимущественно из-за роста населения и развития прибрежных районов^[97]. В прошлом, в том числе из-за угрозы ураганов, прибрежные районы не имели большой численности населения за пределами главных портов, и лишь с развитием туризма в конце 20 века плотность населения в прибрежных районах значительно увеличилась. Этот же вывод подтверждается отсутствием тенденции увеличения убытков от атлантических ураганов за 1900—2005 года в случае их нормализации на совокупный доход населения прибрежных районов^[98]. При этом наименее разрушительным был период 1970—1990-х гг., а наиболее разрушительным — период 1926—1935 гг. и период 1996—2005 гг.^[92][99] Рекордным же по числу тропических штормов на этом бассейне был сезон 2005 года (28 тропических штормов), за которым следует сезон 1933 года (21 тропический шторм). Также активными были периоды начала 19 века и период 1870—1899 гг., но неактивными периоды 1840—1870 и 1900—1925 гг.^[100]

В доспутниковую эру часть ураганов оставалась незамеченной или их сила неизвестной по причине отсутствия удобных методов наблюдения, что может по меньшей мере частично объяснять тенденцию к увеличению как числа, так и силы тропических циклонов^[101]. В частности, до 1960 года тропические циклоны, что не достигали населенных районов, могли быть замечены случайно с самолёта или судна, но регистрировались лишь при условии, что команда уведомляла о тропическом циклоне по возвращении^[101] и могла отличить тропический циклон от других атмосферных явлений.

Также имелось предположение, что число и сила атлантических ураганов может следовать 50-70-летнему циклу вследствие североатлантической осцилляции. В частности, авторы одной работы реконструировали сильные ураганы с начала 18 века и нашли пять периодов продолжительностью по 40-60 годов с 3-5 сильными ураганами в год, разделенных шестью периодами с 1,5-2,5 сильными ураганами в год продолжительностью по 10-20 лет^[102].

Данные исследований по реконструкции истории тропических цилонов указывают на колебания активности сильных ураганов в районе Мексиканского залива за период порядка нескольких столетий или тысячелетий^[103][104]. В частности, активность в период 3000-1400 гг. до н. э. и за последнее тысячелетие была ниже активности в период с 1400 года до н. э. до 1000 года н. э. примерно в 3-5 раз. Эти колебания объясняют долговременными изменениями в расположении Азорского антициклона^[104], что в свою очередь влияет на силу североатлантической осцилляции^[105]. По этой гипотезе, существует отрицательная связь между количеством тропических циклонов в Мексиканском заливе и на атлантическом побережье США. В спокойные периоды, северо-восточное расположение Азрского антициклона приводит к увеличению числа ураганов, достигающих Атлантического побережья. В более активные периоды большее число ураганов достигает Мексиканского залива. Эти колебания подтверждаются, в частности, образованием значительно более сухого климата на Гаити около 3200 лет назад по данным ¹⁴C^[106], изменением климата Великих равнин в течение позднего Голоцена из-за увеличения количества тропических циклонов в долине реки Миссисипи, и увеличением влажности на мысе Кейп-Код за последние 500—1000 лет.

Глобальное потепление

Из-за увеличения зарегистрированного числа атлантических тропических циклонов и их силы начиная примерно с 1995 года, выдвигались предположения о связи активности тропических циклонов с глобальным потеплением. Так, по данным исследований Лаборатории геофизической гидродинамики NOAA на основе компьютерных симуляций, в течение следующего столетия можно ожидать увеличение силы сильнейших ураганов из-за нагрева земной атмосферы^[107]. К такому же выводу пришли и члены Международной экспертной группы по вопросам изменения климата в четвёртом докладе, опубликованном в 2007 году, по данным которого вероятность увеличения интенсивности тропических циклонов в 21 веке является высокой, причем вероятным является и антропогенное влияние на этот процесс^[108]. По данным исследований 2005 года известного метеоролога Керри Эмануэля, «потенциальная разрушительность ураганов» (приблизительная мера их общей энергии) сильно зависит от приповерхностной температуры моря, что увеличивается в том числе вследствие глобального потепления, и это увеличение будет продолжаться в будущем^[109]. Однако в работах 2008 года он прогнозирует уменьшение ожидаемой частоты тропических циклонов^[110][111].

Важной проблемой в определении возможного эффекта глобального потепления на частоту и силу тропических циклонов является несоответствие наблюдаемого увеличения силы тропических циклонов и прогнозируемой величины этого увеличения из-за повышения температуры^[112]. Считается общепризнанным, что достаточно высокие температуры морской поверхности являются важными для развития тропических циклонов^[113]. Однако, по данным компьютерного моделирования, потепление на 2 °C, замеченное за последнее столетие, должно было бы привести к увеличению силы тропических циклонов на половину категории или на 10 % по индексу потенциальной силы разрешений, тогда как наблюдаемое увеличение индекса составляет 75-120 %^[109]; подобные выводы были получены и другими авторами^[114].

По официальному сообщению Американского метеорологического общества от 1 февраля 2007 года, «наблюдения за тропическими циклонами предоставляют данные как в поддержку, так и против наличия заметного антропогенного сигнала в тропическом циклоногенезе»^[115]. Хотя связь между глобальным потеплением и тропическими циклонами остаётся спорной^[116], в целом исследователи соглашаются, что межсезонные вариации являются значительными, а потому рекорды отдельного тропического циклона или сезона не могут быть приписаны глобальному потеплению^[116][117].

Эль-Ниньо

Большинство тропических циклонов формируется в районе экваториального пояса, после чего они двигаются на запад в зону пассатов, отклоняясь на север, пересекая субтропический хребет и, попадая в зону западных ветров умеренного пояса, поворачивают на восток^[118]. Однако расположение как экваториального пояса, так и субтропического хребта зависит от Эль-Ниньо, вследствие чего от него зависят и пути тропических циклонов. Районы к западу от Японии и Кореи испытывают гораздо меньше тропических циклонов за сезон с сентября по ноябрь во время Эль-Ниньо или в обычные годы. В годы Эль-Ниньо прорыв тропических циклонов через субтропический хребет происходит около 130 градусов в. д., в результате тропические циклоны угрожают островам Японского архипелага или вообще не находят суши на своем пути^[119]. В годы Эль-Ниньо вероятность удара тропического циклона по Гуаму составляет лишь треть от средней за много лет^[120]. Эффект Эль-Ниньо проявляется даже на Атлантическом океане, где активность тропических циклонов снижается благодаря увеличению градиента ветра^[121]. В годы Ла-Нинья, районы формирования тропических циклонов и место их поворота на север двинулись на запад со сдвигом субтропического хребта, что увеличивает вероятность выхода тропических циклонов на сушу в Китае^[119].

Солнечная активность

По данным некоторых исследований, на активность тропических циклонов может влиять и солнечная активность. Небольшое количество солнечных пятен вызывает снижение температуры верхних слоев атмосферы, что приводит к нестабильности, благоприятной для формирования тропических циклонов. По результатам анализа исторических данных было показано, что вероятность достижения атлантическими тропическими циклонами побережья США увеличивается с 25 % в годы максимальной солнечной активности до 64 % в годы минимальной солнечной активности. Однако, теория влияния солнечной активности по состоянию на 2010 год не является общепринятой и не используется для прогнозирования тропических циклонов^[122].

Рекордные тропические циклоны

Рекордным по числу жертв тропическим циклоном считается циклон Бхола 1970 года, который прошёл по плотно населенной Дельте Ганга и убил от 300 тыс. до 500 тыс. человек^[123], а потенциальное число прямых и косвенных жертв от этого циклона может достигать миллиона^[124]. Это огромное число жертв стало следствием вызванного циклоном штормового прилива^[123]. В целом Северо-Индийскоокеанский бассейн исторически лидировал по числу жертв^[62][125], хотя и является наименее активным бассейном. В других районах мира рекорд поставил тайфун Нина, что убил около 100 тыс. жителей Китая в 1975 году в результате наводнения, смывшего 62 дамбы, включая дамбу Баньцяо^[126]. Великий ураган 1780 года был рекордным по числу жертв в Североатлантическом бассейне, он убил 22 тыс. жителей Малых Антильских островов^[127], а Галвестонский ураган 1900 года с 6-12 тыс. жертв был рекордным на территории США^[128]. Тропический циклон не должен быть очень сильным, чтобы вызвать большое количество жертв, особенно если жертвы случаются вследствие наводнения или оползня. Так, тропический шторм Тельма в 1991 году убил несколько тысяч жителей Филиппин^[129], а неназванная тропическая депрессия 1982 года (позже — ураган Пол) убила около 1000 жителей Центральной Америки^[130].

Самым дорогим в мире по абсолютным убыткам тропическим циклоном является ураган Катрина 2005 года^[131], что нанёс прямые убытки в результате разрушения имущества на 81,2 млрд долларов (по ценам 2008 года)^[132] и общих убытков более чем на 100 млрд долларов (по ценам 2005 года)^[131]; этот же ураган привел к гибели по меньшей мере 1836 человек в Луизиане и Миссисипи^[132]. Второе место по убытками занимает ураган Эндрю, что нанёс ущерб на 40,7 млрд долларов США (по ценам 2008 года), третьим был ураган Айк с убытками в 31,5 млрд долларов США (по ценам 2008 года).

Наиболее интенсивным тропическим циклоном за всю историю наблюдений был тайфун Тип 1979 года на северо-западе Тихого океана, что достиг минимального атмосферного давления в 870 гПа (653 мм рт. ст.) и максимальных постоянных ветров в 165 узлов (85 м/с)^[133]. Однако рекорд максимальных постоянных ветров этот тропический циклон разделяет с тремя другими: тайфуном Кейт 1997 года на северо-западе Тихого океана и атлантическими ураганами Камилла и Аллен^[134]. Камилла была единственным тропическим циклоном за всю историю наблюдений, что вышел на сушу с ветрами такой силы, то есть постоянными ветрами в 165 узлов (85 м/с) и порывами в 183 узлов (94 м/с)^[135]. Хотя зарегистрированная скорость ветра тайфуна Нэнси 1961 года составляла 185 узлов (95 м/с), более поздние исследования показали, что измерения скорости ветра на период его прохождения (в 1940—1960-е годы) были завышенными, поэтому эти значения больше не признаются как рекордные^[85]. Аналогично, зарегистрированная скорость порыва ветра, вызванного тайфуном Пака на острове Гуам составила 205 узлов (105 м/с), что было бы вторым значением скорости ветра у поверхности за пределами смерча, но эти данные были отброшены из-за повреждения ветром анемометра^[136].

Кроме рекорда по интенсивности, тайфун Тип удерживает рекорд по размеру: диаметр его ветров силы тропического шторма составляет 2170 км. Наименьшим тропическим циклоном силы тропического шторма был тропический шторм Марко 2008 года, что имел диаметр ветров силы тропического шторма лишь в 37 км^[137]. Он отобрал рекорд малейшего тропического циклона у циклона Трейси 1974 года с диаметром ветров силы тропического шторма в 48 км.

Ураганом с наибольшей продолжительностью жизни был ураган Джон 1994 года, просуществовавший 31 день. Однако до появления спутниковых данных в 1960-е годы время жизни большинства тропических цилонов оставалась недооценённой^[138]. Джон также имеет самый длинный путь в 13 280 км среди всех тропических циклонов, для которых известен этот параметр^[139].

Примечания