Tropická cyklogeneze -Tropical cyclogenesis

Globální stopy tropických cyklónů mezi lety 1985 a 2005, označující oblasti, kde se tropické cyklóny obvykle vyvíjejí

Tropická cyklogeneze je vývoj a zesílení tropického cyklónu v atmosféře . Mechanismy, kterými dochází k tropické cyklogenezi, se výrazně liší od mechanismů, kterými dochází k cyklogenezi mírného pásma . Tropická cyklogeneze zahrnuje vývoj cyklónu teplého jádra v důsledku významné konvekce v příznivém atmosférickém prostředí.

Tropická cyklogeneze vyžaduje šest hlavních faktorů: dostatečně teplé povrchové teploty moře (alespoň 26,5 °C (79,7 °F)), nestabilita atmosféry, vysoká vlhkost v nižších až středních úrovních troposféry , dostatek Coriolisovy síly k vytvoření centra nízkého tlaku , již existující nízkoúrovňové ohnisko nebo rušení a nízký vertikální střih větru .

Tropické cyklóny mají tendenci se vyvíjet během léta, ale byly zaznamenány téměř každý měsíc ve většině pánví . Klimatické cykly jako ENSO a Madden-Julianova oscilace modulují načasování a frekvenci rozvoje tropických cyklón. Intenzita tropického cyklónu je omezena, což silně souvisí s teplotou vody podél jeho cesty.

Na celém světě se ročně vytvoří průměrně 86 tropických cyklónů intenzity tropických bouří. Z nich 47 dosahuje síly vyšší než 74 mph (119 km/h) a 20 se stává intenzivními tropickými cyklóny (intenzita alespoň kategorie 3 na stupnici Saffir-Simpson ).

Požadavky na vznik tropických cyklón

Hloubka izotermy 26 °C dne 1.10.2006

Existuje šest hlavních požadavků na tropickou cyklogenezi: dostatečně teplé povrchové teploty moře, nestabilita atmosféry, vysoká vlhkost v nižších až středních úrovních troposféry , dostatečná Coriolisova síla k udržení centra nízkého tlaku, již existující ohnisko nebo poruchy nízké úrovně a nízká vertikální střih větru . I když jsou tyto podmínky nezbytné pro vznik tropického cyklónu, nezaručují , že se tropický cyklón vytvoří.

Teplé vody, nestabilita a střední vlhkost

Vlny pasátů v Atlantském oceánu – oblasti sbíhajících se větrů, které se pomalu pohybují po stejné dráze jako převládající vítr – vytvářejí nestabilitu v atmosféře, která může vést ke vzniku hurikánů.

Normálně je teplota oceánu 26,5 °C (79,7 °F) v hloubce alespoň 50 metrů považována za minimum pro udržení tropického cyklónu . Tyto teplé vody jsou potřebné k udržení teplého jádra , které pohání tropické systémy. Tato hodnota je výrazně nad 16,1 °C (60,9 °F), což je celosvětová průměrná povrchová teplota oceánů.

Je známo, že tropické cyklóny vznikají, i když nejsou splněny normální podmínky. Například chladnější teploty vzduchu ve vyšší nadmořské výšce (např. na úrovni 500  hPa nebo 5,9 km) mohou vést k tropické cyklogenezi při nižších teplotách vody, protože je vyžadována určitá rychlost , aby byla atmosféra dostatečně nestabilní pro konvekci . . Ve vlhké atmosféře je tato rychlost zkreslení 6,5 °C/km, zatímco v atmosféře s relativní vlhkostí nižší než 100 % je požadovaná rychlost zkreslení 9,8 °C/km.

Na úrovni 500 hPa je průměrná teplota vzduchu v tropech -7 °C (18 °F), ale vzduch v tropech je na této úrovni normálně suchý, což dává vzduchu prostor pro mokrý teploměr nebo chladný, když se zvlhčuje. na příznivější teplotu, která pak může podporovat konvekci. Teplota vlhkého teploměru 500 hPa v tropické atmosféře −13,2 °C je nutná k zahájení konvekce, pokud je teplota vody 26,5 °C, a tento požadavek na teplotu se zvyšuje nebo snižuje proporcionálně o 1 °C v teplotě mořské hladiny na každý 1 °C. C změna při 500 hpa. Pod studeným cyklónem mohou teploty 500 hPa klesnout až na -30 °C, což může iniciovat konvekci i v nejsušších atmosférách. To také vysvětluje, proč je vlhkost ve středních úrovních troposféry , zhruba na úrovni 500 hPa, normálně požadavkem pro vývoj. Když se však suchý vzduch nachází ve stejné výšce, teploty při 500 hPa musí být ještě nižší, protože suché atmosféry vyžadují vyšší rychlost výpadků pro nestabilitu než vlhké atmosféry. Ve výškách blízko tropopauzy byla 30letá průměrná teplota (měřená v období od roku 1961 do roku 1990) -77 °C (-105 °F). Nedávným příkladem tropického cyklónu , který se udržoval nad chladnějšími vodami, byl Epsilon z období hurikánů v Atlantiku v roce 2005 .

Role maximální potenciální intenzity (MPI)

Kerry Emanuel vytvořil kolem roku 1988 matematický model pro výpočet horní hranice intenzity tropického cyklónu na základě teploty povrchu moře a atmosférických profilů z nejnovějších běhů globálních modelů . Emanuelův model se nazývá maximální potenciální intenzita neboli MPI. Mapy vytvořené z této rovnice ukazují oblasti, kde je možná tvorba tropických bouří a hurikánů, na základě termodynamiky atmosféry v době posledního běhu modelu. Toto nebere v úvahu vertikální střih větru .

Schematické znázornění proudění kolem oblasti nízkého tlaku vzduchu (v tomto případě hurikán Isabel ) na severní polokouli. Síla tlakového gradientu je znázorněna modrými šipkami, Coriolisovo zrychlení (vždy kolmé na rychlost) červenými šipkami

Coriolisova síla

Pro tropickou cyklogenezi je normálně potřeba minimální vzdálenost 500 km (310 mil) od rovníku (asi 4,5 stupně od rovníku). Coriolisova síla uděluje proudu rotaci a vzniká, když vítr začne proudit směrem k nižšímu tlaku vytvořenému již existující poruchou. V oblastech s velmi malou nebo žádnou Coriolisovou silou (např. v blízkosti rovníku) jsou jedinými významnými atmosférickými silami síla tlakového gradientu (rozdíl tlaků, který způsobuje, že vítr fouká z vysokého na nízký tlak) a menší tření . platnost; tyto dva samy o sobě by nezpůsobily rotaci ve velkém měřítku potřebnou pro tropickou cyklogenezi. Existence významné Coriolisovy síly umožňuje rozvíjejícímu se víru dosáhnout gradientní rovnováhy větru. Toto je stav rovnováhy nalezený ve zralých tropických cyklónech, který umožňuje latentnímu teplu soustředit se v blízkosti jádra bouře; to má za následek udržení nebo zesílení víru, pokud jsou ostatní vývojové faktory neutrální.

Nízká úroveň rušení

Ať už se jedná o prohlubeň v Intertropické zóně konvergence (ITCZ), tropickou vlnu , širokou povrchovou frontu nebo hranici odtoku , k zahájení tropické cyklogeneze je vyžadován útvar nízké úrovně s dostatečnou vířivostí a konvergencí. I při dokonalých podmínkách na horní úrovni a požadované nestabilitě atmosféry zabrání nedostatek povrchového ohniska rozvoji organizované konvekce a nízké hladiny. Tropické cyklóny se mohou tvořit, když se menší cirkulace v zóně intertropické konvergence spojí a spojí.

Slabý vertikální střih větru

Vertikální střih větru menší než 10 m/s (20  kt , 22 mph) mezi povrchem a tropopauzou je upřednostňován pro rozvoj tropických cyklón. Slabší vertikální smyk způsobí, že bouře roste svisle do vzduchu rychleji, což pomáhá bouři se rozvíjet a zesílit. Pokud je vertikální smyk příliš silný, bouře nemůže vystoupit na svůj plný potenciál a její energie se rozprostře na příliš velkou plochu na to, aby ji bouře zesílila. Silný střih větru může tropický cyklón „rozfoukat“, protože vytlačí střední teplé jádro z povrchové cirkulace a vysuší střední úrovně troposféry , čímž zastaví vývoj. V menších systémech může vývoj významného mezoměřítkového konvekčního komplexu v prostředí se smykem vyslat dostatečně velkou hranici odtoku, aby zničil povrchový cyklón. Mírný střih větru může vést k počátečnímu rozvoji konvekčního komplexu a povrchu nízko podobným středním zeměpisným šířkám, ale musí se uvolnit, aby mohla pokračovat tropická cyklogeneze.

Příznivé žlabové interakce

Omezený vertikální střih větru může být pozitivní pro tvorbu tropických cyklón. Když je koryto horní úrovně nebo minimum horní úrovně zhruba stejného rozsahu jako tropická porucha, systém může být systémem horní úrovně nasměrován do oblasti s lepším rozptylem nahoře, což může způsobit další rozvoj. Slabší horní cyklóny jsou lepšími kandidáty na příznivou interakci. Existují důkazy, že slabě střižené tropické cyklóny se zpočátku vyvíjejí rychleji než nestřižené tropické cyklóny, i když to přichází za cenu vrcholu intenzity s mnohem slabšími rychlostmi větru a vyšším minimálním tlakem . Tento proces je také známý jako baroklinická iniciace tropického cyklónu. Vlečné horní cyklony a horní žlaby mohou způsobit další odtokové kanály a napomáhat procesu intenzifikace. Rozvíjející se tropické poruchy mohou pomoci vytvořit nebo prohloubit horní koryta nebo horní minima v jejich brázdě v důsledku odtokového paprsku vycházejícího z rozvíjejícího se tropického narušení / cyklonu.

Existují případy, kdy velká koryta střední šířky mohou pomoci s tropickou cyklogenezí, když proudový proud horní úrovně prochází na severozápad od vyvíjejícího se systému, což napomůže divergenci nahoře a přítoku na povrchu a roztočí cyklón. Tento typ interakce je častěji spojován s poruchami již v procesu rekurvace.

Časy formace

Světové vrcholy aktivity

Celosvětová aktivita tropických cyklónů vrcholí koncem léta, kdy jsou teploty vody nejteplejší. Každá kotlina má však své vlastní sezónní vzory. V celosvětovém měřítku je nejméně aktivním měsícem květen, naopak nejaktivnějším měsícem září.

V severním Atlantiku dochází k výrazné sezóně hurikánů od 1. června do 30. listopadu, která ostře vrcholí od konce srpna do října. Statistickým vrcholem severoatlantické hurikánové sezóny je 10. září. Severovýchodní Pacifik má širší období aktivity, ale v podobném časovém rámci jako Atlantik. V severozápadním Pacifiku jsou tropické cyklóny po celý rok, s minimem v únoru a vrcholem na začátku září. V severoindické pánvi jsou bouře nejčastější od dubna do prosince, s vrcholy v květnu a listopadu.

Na jižní polokouli aktivita tropických cyklónů obecně začíná na začátku listopadu a obecně končí 30. dubna. Aktivita na jižní polokouli vrcholí v polovině února až začátkem března. Prakticky veškerá aktivita na jižní polokouli je vidět z jižního afrického pobřeží na východ, směrem k Jižní Americe. Tropické cyklóny jsou vzácné události napříč jižním Atlantickým oceánem a daleko na jihovýchodě Tichého oceánu.

Délky a průměry sezón
Umyvadlo
Začátek sezóny

Konec sezóny
Tropické
cyklóny
Ref
Severní Atlantik 1. června 30. listopadu 14.4
východní Pacifik 15. května 30. listopadu 16.6
Západní Pacifik 1. ledna 31. prosince 26.0
Severoindický 1. ledna 31. prosince 12
Jihozápadní Indián 1. července 30. června 9.3
australský region 1. listopadu 30. dubna 11.0
Jižní Pacifik 1. listopadu 30. dubna 7.1
Celkový: 96,4

Neobvyklé oblasti formace

Hurikán Pablo se zformoval v extrémním severovýchodním Atlantiku během sezóny 2019 .

Střední zeměpisné šířky

Oblasti dále než 30 stupňů od rovníku (s výjimkou blízkosti teplého proudu) obvykle nevedou k vytváření nebo posilování tropických cyklón a oblasti více než 40 stupňů od rovníku jsou často vůči takovému vývoji velmi nepřátelské. Primárním limitujícím faktorem je teplota vody, i když faktorem je také vyšší smyk v rostoucích zeměpisných šířkách. Tyto oblasti jsou někdy navštěvovány cyklóny pohybujícími se k pólu z tropických šířek. Ve vzácných případech, jako je Pablo v roce 2019 , Alex v roce 2004 , Alberto v roce 1988 a hurikán severozápadního Pacifiku z roku 1975 , se v této oblasti mohou vytvořit nebo zesílit bouře. Tropické cyklóny typicky podstoupí extratropický přechod po návratu k pólům a typicky se stanou plně extratropickými po dosažení 45–50˚ zeměpisné šířky. Většina extratropických cyklónů má tendenci znovu zesílit po dokončení přechodného období.

Blízko rovníku

Oblasti v rámci přibližně deseti stupňů zeměpisné šířky od rovníku nezažijí významnou Coriolisovu sílu , životně důležitou složku tvorby tropických cyklónů. Několik tropických cyklónů však bylo pozorováno, jak se tvoří do pěti stupňů od rovníku.

Jižní Atlantik

Kombinace střihu větru a nedostatku tropických poruch z intertropické zóny konvergence (ITCZ) velmi ztěžuje jižní Atlantik podporu tropické aktivity. Bylo zde pozorováno nejméně 5 tropických cyklónů, například – slabá tropická bouře v roce 1991 u pobřeží Afriky poblíž Angoly , hurikán Catarina , který v roce 2004 dopadl na pevninu v Brazílii o síle 2. kategorie , menší bouře v lednu 2004 nacházející se východně od Salvador, Brazílie a tropická bouře Iba v březnu 2019. Předpokládá se, že lednová bouře dosáhla intenzity tropické bouře na základě rozptylových měření větru.

Středozemní a Černé moře

Bouře, které se svou strukturou podobají tropickým cyklónům, se někdy vyskytují ve středomořské pánvi . Příklady těchto „ středomořských tropických cyklón “ vytvořených v září 1947, září 1969, září 1973, srpnu 1976, lednu 1982, září 1983, prosinci 1984, prosinci 1985, říjnu 1994, lednu 1995, říjnu 1996, září 2005, září 2006, listopad 2011, listopad 2014, listopad 2017, září 2018, září 2020, listopad a prosinec 2020. Diskutuje se však o tom, zda tyto bouře byly tropického charakteru.

Černé moře příležitostně vytvořilo nebo podpořilo bouře, které začínají cyklonální rotaci a které se zdají být podobné tropickým cyklonům pozorovaným ve Středomoří. Dvě z těchto bouří dosáhly intenzity tropické bouře a subtropické bouře v srpnu 2002 a v září 2005.

Někde jinde

Tropická cyklogeneze je extrémně vzácná v dalekém jihovýchodním Tichém oceánu, kvůli chladnému moři-teploty povrchu generované Humboldtovým proudem a také kvůli nepříznivému střihu větru ; jako takové neexistují žádné záznamy o tom, že by tropický cyklón zasáhl západ Jižní Ameriky. Bylo však pozorováno, že se několik systémů vyvíjelo v oblasti východně od 120° západní délky , což je oficiální východní hranice povodí jižního Pacifiku . 11. května 1983 se v blízkosti 110°W vyvinula tropická deprese , která byla považována za nejvýchodněji se tvořící tropický cyklón jižního Pacifiku, jaký byl kdy pozorován v satelitní éře. V polovině roku 2015 byl počátkem května identifikován vzácný subtropický cyklón , mírně poblíž Chile , ještě dále na východ než tropická deprese z roku 1983. Tento systém byl výzkumníky neoficiálně nazván Katie . Další subtropický cyklón byl identifikován na 77,8 stupně západní délky v květnu 2018, těsně u pobřeží Chile. Tento systém byl výzkumníky neoficiálně pojmenován Lexi . V lednu 2022 byl těsně u chilského pobřeží spatřen subtropický cyklón, který výzkumníci pojmenovali Humberto .

Víry byly u pobřeží Maroka hlášeny již v minulosti. Je však diskutabilní, zda jsou skutečně tropického charakteru.

Tropická aktivita je také extrémně vzácná ve Velkých jezerech . V září 1996 se však nad Huronským jezerem vytvořil bouřkový systém , který vypadal jako subtropický nebo tropický cyklón . Systém vyvinul ve svém středu strukturu podobnou oku a mohl to být krátce subtropický nebo tropický cyklón.

Vnitrozemská intenzifikace

Tropické cyklóny obvykle začaly slábnout bezprostředně po přistání a někdy dokonce před pádem na pevninu, protože ztrácejí tepelný motor poháněný mořem a tření zpomaluje větry. Za určitých okolností si však tropické nebo subtropické cyklóny mohou udržet nebo dokonce zvýšit svou intenzitu po dobu několika hodin v tom, co je známé jako efekt hnědého oceánu . Nejpravděpodobněji k tomu dochází na teplých vlhkých půdách nebo bažinatých oblastech, s teplými teplotami na zemi a plochým terénem, ​​a když podpora na horní úrovni zůstává vhodná.

Vliv rozsáhlých klimatických cyklů

Vliv ENSO

Smyčka anomálií povrchové teploty moře (SST) v tropickém Pacifiku
Účinky ENSO na distribuci hurikánů.

El Niño (ENSO) posouvá oblast (teplejší voda, vrtání nahoru a dolů na různých místech v důsledku větrů) v Pacifiku a Atlantiku, kde se tvoří více bouří, což má za následek téměř konstantní hodnoty akumulované energie cyklónů (ACE) v kterékoli povodí. Událost El Niño typicky snižuje tvorbu hurikánů v Atlantiku a dalekém západním Pacifiku a australských oblastech, ale místo toho zvyšuje pravděpodobnost v centrálním severním a jižním Pacifiku a zejména v oblasti tajfunu na západě severního Pacifiku.

Tropické cyklóny v severovýchodním Pacifiku a severním Atlantiku jsou oba generovány z velké části tropickými vlnami ze stejného vlnobití.

V severozápadním Pacifiku posouvá El Niño vznik tropických cyklónů na východ. Během epizod El Niño mají tropické cyklóny tendenci se tvořit ve východní části pánve, mezi 150° východní délky a mezinárodní datovou linií (IDL). Ve spojení se zvýšením aktivity v severním a středním Pacifiku (IDL na 140° západní délky ) a v jižním a středním Pacifiku (východně od 160° východní délky ) dochází k čistému nárůstu rozvoje tropických cyklónů poblíž mezinárodní datové linie na obou stranách rovníku. Zatímco neexistuje žádný lineární vztah mezi silou El Niño a tvorbou tropických cyklónů v severozápadním Pacifiku, tajfuny vznikající během let El Niño mívají delší trvání a vyšší intenzitu. Tropická cyklogeneze v severozápadním Pacifiku je potlačena západně od 150° východní délky v roce následujícím po události El Niño.

Vliv MJO

5denní průběžný průměr MJO. Všimněte si, jak se s časem pohybuje na východ.

Obecně platí, že zvýšení západního větru spojené s oscilací Madden-Julian vede ke zvýšené tropické cyklogenezi ve všech pánvích. Jak se oscilace šíří ze západu na východ, vede k východnímu pochodu v tropické cyklogenezi s časem během letní sezóny na této polokouli. Existuje však inverzní vztah mezi aktivitou tropických cyklónů v západní části Tichého oceánu a severním Atlantiku. Když je jedna nádrž aktivní, druhá je normálně tichá a naopak. Zdá se, že hlavní příčinou je fáze Madden-Julianovy oscilace nebo MJO, která je normálně v opačných režimech mezi dvěma pánvemi v daném okamžiku.

Vliv rovníkových Rossbyho vln

Výzkum ukázal, že uvězněné rovníkové Rossbyho vlnové balíčky mohou zvýšit pravděpodobnost tropické cyklogeneze v Tichém oceánu, protože v této oblasti zvyšují nízké západní větry , což pak vede k větší vířivosti nízké úrovně. Jednotlivé vlny se mohou pohybovat rychlostí přibližně 1,8  m/s (4 mph), i když skupina má tendenci zůstat nehybná.

Sezónní předpovědi

Od roku 1984 vydává Colorado State University sezónní předpovědi tropických cyklónů pro oblast severního Atlantiku s výsledky, které jsou podle nich lepší než klimatologie. Univerzita tvrdí, že pro tuto pánev nalezla několik statistických vztahů, které, jak se zdá, umožňují předpovědi počtu tropických cyklónů na velké vzdálenosti. Od té doby řada dalších vydala sezónní předpovědi pro celosvětové povodí. Prediktory souvisí s regionálními oscilacemi v globálním klimatickém systému: Walkerova cirkulace , která souvisí s El Niño–jižní oscilací ; severoatlantická oscilace ( NAO); arktická oscilace ( AO); a tichomořský severoamerický vzor (PNA).

Viz také

Reference

externí odkazy