Структура и эволюция тропических циклонов и их мезомасштабных аналогов в умеренных и высоких широтах

Глебова, Екатерина Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Структура и эволюция тропических циклонов и их мезомасштабных аналогов в умеренных и высоких широтах
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Структура и эволюция тропических циклонов и их мезомасштабных аналогов в умеренных и высоких широтах"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

Географический факультет

На правах рукописи УДК 551.515.2, 551.515.6 005055525

Глебова Екатерина Сергеевна

Структура и эволюция тропических циклонов и их мезомасштабных аналогов в умеренных и высоких широтах

25.00.30-Метеорология, климатология, агрометеорология

2 2 НОЯ 2012

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва-2012

005055525

Работа выполнена на кафедре метеорологии и климатологии географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Тросников Игорь Васильевич, доктор физико-математических наук, профессор

Рубинштейн Константин Григорьевич, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией моделирования циркуляции атмосферы и климата Гидрометцентра России

Переведенцев Юрий Петрович, доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой метеорологии, климатологии и экологии атмосферы Института экологии и географии Казанского государственного университета

ФГБУН Институт океанологии имени П.П. Ширшова Российской академии наук

Защита состоится «<2> » декабря 2012 года в часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.68 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, ауд. 1801 (E-mail: science@geogr.msu.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в Отделе диссертаций Научной библиотеки Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова по адресу: Ломоносовский проспект, дом 27, А-8.

Автореферат разослан «3 » ноября 2012 года

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.68

профессор

САВЕНКО B.C.

Общая характеристика работы

Актуальность исследования

Тропический циклон (ТЦ) — это общее обозначение для нефронтальных систем низкого давления синоптического масштаба над тропической или субтропической зоной океана с организованной конвекцией и четкой циклонической циркуляцией у поверхности (Holland, 1993).

Тропические циклоны являются одновременно и важным элементом циркуляции атмосферы в тропиках, и одним из наиболее опасных стихийных бедствий. В связи с катастрофическими последствиями прохождения ураганов в последние годы, проблема их изучения становится особенно актуальной. Неблагоприятные последствия, вызванные прохождением ТЦ, обусловлены преимущественно ветром ураганной силы и обильными осадками, приводящими к наводнениям, оползням и разрушениям построек, а также комплексом сопутствующих явлений (нагоном воды, засолением прибрежных территорий, опустошением сельскохозяйственных угодий). Тропические циклоны представляют собой угрозу жизни и здоровью людей, однако их социальное влияние не сводится только к непосредственным жертвам прохождения вихря. Уничтожение жилых домов, предприятий, посевов, скота и дорог приводит к голоду, безработице, утрате крова над головой и привычного уклада жизни тысяч местных жителей.

В связи с этим на первый план выходит необходимость своевременного и

детализированного прогноза траектории ТЦ, что позволило бы проводить

точечную, а не повсеместную эвакуацию населения и подготовку объектов

инфраструктуры, более выгодную, с экономической точки зрения. Важное

значение в настоящее время приобретает возвращение (на новом уровне, с

использованием современных мезомасштабных численных моделей

атмосферы) к моделированию взаимодействия ТЦ с другими синоптическими

объектами и подстилающей поверхностью, поскольку подобное взаимодействие

может существенно изменить траекторию и интенсивность тропического циклона. Получение сведений о детальной структуре вихря и ее трансформации в процессе развития циклона полезно с точки зрения прогноза ущерба, наносимого вихрем при прохождении над населенными пунктами, поскольку интенсивность ТЦ неодинакова в различных его частях и в разное время суток.

Несмотря на значительную удаленность России от тропической зоны, проблема изучения тропических циклонов стала предметом большого количества работ в отечественной литературе. В первую очередь, интерес к этим вихрям был вызван их нередким выходом на остров Сахалин и на Приморский край, хоть и не в фазе максимального развития, а в трансформированном виде. Кроме того, в умеренных и высоких широтах аналогом ТЦ могут служить мезомасштабные циклоны. Природа этих циркуляционных систем имеет как конвективную, так и бароклинную составляющие, что позволяет рассматривать их как переходное звено между тропическими и внетропическими циклонами. Интерес представляют также случаи трансформации ТЦ в полярно-фронтовой или его взаимодействия с внетропическими возмущениями, что может за несколько часов существенно изменить синоптическую ситуацию на Дальнем Востоке или в Западной Европе, а следовательно, и на Европейской территории России.

Целью работы является исследование особенностей эволюции тропических циклонов и их взаимодействия с другими синоптическими объектами и подстилающей поверхностью, а также составление сравнительной характеристики тропических циклонов с мезомасштабными циклонами умеренных и высоких широт.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Выбор гидродинамической модели и ее адаптация к северозападной части Тихого океана, различным регионам Атлантики и Европы.

Оценка качества воспроизведения метеорологических полей моделью и обоснование ее применимости для исследования тропических циклонов.

2. Выявление структуры тропических циклонов и их влияния на тепловой и радиационный баланс подстилающей поверхности. Диагностика интенсивности вихря на различных этапах развития по показателям спиральности.

3. Исследование взаимодействия тропических циклонов с другими атмосферными возмущениями (другие тропические циклоны, внетропические циклоны, полярный фронт) и с подстилающей поверхностью (архипелаги, поверхность океана).

4. Выявление на основе синоптических карт, данных анализа ЫСЕР и спутниковых снимков особенностей структуры и эволюции мезомасштабных циклонов высоких и умеренных широт.

5. Сопоставление характеристик и условий развития мезомасштабных циклонов над Черным, Средиземным морями и полярных мезоциклонов с типичными тропическими и средиземноморскими циклонами.

Научная новизна

1. Представлен детальный анализ внутрисуточных изменений структуры полей метеорологических величин в тропических циклонах.

2. Проанализированы различные сценарии взаимодействия тропических циклонов с полярным фронтом, полярно-фронтовыми возмущениями и другими тропическими циклонами.

3. Насколько известно автору, впервые в России для диагностики интенсивности тропических циклонов применены такие характеристики, как индекс спиральности и относительная спиральность.

4. Впервые проведена сравнительная характеристика пространственной организации и эволюции тропических циклонов, полярных

мезоциклонов, мезомасштабных циклонов умеренных широт и средиземноморских циклонов.

Методы исследования

Для решения поставленных задач проводился анализ спутниковых снимков, синоптических карт и карт полей метеорологических величин, построенных на основе данных реанализа, а также численные эксперименты с мезомасштабной атмосферной моделью высокого разрешения. В качестве такой модели использовалась мезомасштабная модель ЕТА, разработанная коллективом ученых под руководством профессора Мезингера в Университете Белграда и развиваемая далее в США, Бразилии, России. Был написан ряд программ по обработке полученных полей метеорологических величин (для построения вертикальных разрезов циклона, осреднения значений метеорологических величин по окружностям различных радиусов вихря, расчета характеристик спиральности, расчета потоков энергии на границе взаимодействующих циклонов и т.п.). Полученные карты, разрезы и графики анализировались и сопоставлялись с существующими ранее представлениями о структуре и эволюции тропического циклона. Для исследования особенностей эволюции тропических циклонов и их взаимодействия с другими вихрями и фронтами в работе широко использовался синоптический анализ.

Исходные данные

В качестве начальных и граничных условий для мезомасштабной

численной модели атмосферы ЕТА использовались данные анализа NCEP с

пространственным разрешением 1°. Исходными данными для анализа

особенностей структуры и эволюции ТЦ являлись результаты расчетов модели,

на основе которых в процессе исследования строились карты, вертикальные

разрезы и графики, рассчитывались необходимые характеристики. В модели

ЕТА и в полях анализа NCEP хорошо прослеживаются вихри, поведение

которых хорошо согласуется с поведением и динамикой реальных тропических

циклонов. Основным отличием между реальными и модельными вихрями

является недостаточная 'интенсивность последних. К работе привлекались спутниковые снимки, предоставленные НИЦ «Планета» или загруженные с сайтов метеорологических служб Японии и США, а также карты приземного анализа различных метеослужб.

Практическая значимость

Полученные результаты могут быть использованы для детализации прогноза изменения интенсивности тропических циклонов и их траекторий в различных синоптических и физико-географических условиях при составлении оперативных прогнозов погоды.

Личный вклад автора

Основные результаты диссертации получены автором лично и в соавторстве с Тросниковым И.В., Похил А.Э. и Левиной Г.В. Автор адаптировал модель ЕТА ко всем требуемым для расчета регионам, провел численные эксперименты, написал программы для обработки результатов интегрирования модели и выполнил синоптический анализ (на основе расчетов модели, данных NCEP, спутниковых снимков и синоптических карт) особенностей структуры и эволюции тропических,, мезомасштабных и средиземноморских циклонов. Результаты исследования приведены в 22 печатных работах (5 статьях в журнале, рекомендованном ВАК, 2 статьях в других журналах и 15 тезисах и статьях в трудах различных конференций).

Апробация работы

Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Вторая конференция молодых ученых гидрометеорологических служб стран-участников СНГ (Москва, 2006); семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"(НИВЦ МГУ, 2006); Международная конференция «Ломоносов - 2007» (Москва, МГУ, 2007); Международный Симпозиум «Физика атмосферы: наука и образование»

(Санкт-Петербург, 2007); Международная конференция «Мезопроцессы в метеорологии и атмосферном загрязнении» (Одесский Государственный Экологический Университет, Одесса, 2008); iTi Conference on Turbulence III (Universitá di Bologna, Bertinoro, Italy, 2008); Школа молодых ученых по механике сплошных сред (Пермь, 2009); Международная конференция «Михаил Арамаисович Петросянц и синоптическая метеорология» (МГУ, 2009); WSEAS/CIEO International Conference on Climate Change, Global Warming, Biological Problems and Natural Hazards (Faro, Portugal, 2010); семинар no моделированию и прогнозу крупномасштабных _ гидрометеорологических процессов и климата (Гидрометцентр России, 2011).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты оценки качества воспроизведения тропических циклонов мезомасштабной гидродинамической моделью ЕТА. Модельные атмосферные вихри отличаются малой интенсивностью, однако качественные особенности структуры и динамики, а также траектории хорошо согласуется с данными наблюдений.

2. Метеорологические поля в рассмотренных ТЦ достаточно асимметричны, причем наибольшая асимметрия отмечается для скорости ветра и давления, наименьшая - для температуры.

3. Для диагностики интенсивности и эволюции тропических циклонов показательными являются характеристики спиральности, в частности, относительная спиральность и индекс спиральности по Курганскому.

4. Результаты анализа на конкретных ТЦ ключевых сценариев эволюции ТЦ: пересечение ТЦ островов и полуостровов, процесс взаимодействия ТЦ и полярного фронта, взаимодействие тропического и полярно-фронтового циклона, взаимодействие двух тропических циклонов..

5. Сравнительная характеристика феноменологических особенностей и физико-синоптических механизмов развития полярных мезоциклонов, черноморского циклона (сентябрь 2005 г.), средиземноморских и тропических

циклонов на основе анализа синоптических карт, спутниковых снимков и данных реанализа NCEP.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Она включает 173 страницы текста, 195 иллюстраций, 14 таблиц, и список литературы из 212 наименований, в числе которых 100 отечественных, 101 иностранная работай 11 Интернет-ссылок.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю Тросникову Игорю Васильевичу за предоставленную свободу действий и доброе отношение. Автор также признателен Алле Эфраимовне Похил за плодотворное сотрудничество и моральную поддержку, Александру Викторовичу Кислову и Лыкосову Василию Николаевичу за внимательное отношение к работе и ценные критические замечания, а также Галине Владимировне Левиной за полезные консультации и активное сотрудничество. Автор посвящает работу своей семье.

Краткое содержание работы

Во введении изложена проблема численного моделирования структуры и эволюции тропических циклонов, показана ее актуальность, поставлена цель исследования и определены его задачи (см. общую характеристику работы).

Глава 1. Использование мезомасштабной численном модели атмосферы ЕТА для изучения тропических циклонов

Краткое описание модели. В данном исследовании использовалась региональная численная модель атмосферы ЕТА, разработанная коллективом авторов под руководством профессора Мезингера (Black, 1994; Janjic, 1994; Mesinger, 2005). Модель ЕТА неоднократно успешно применялась в Гидрометцентре России для расчета траекторий и эволюции тропических циклонов. В варианте модели, примененном в данной работе,

пространственное разрешение по горизонтали составляет примерно 0.2 градуса (около 22 км), имеются 45 уровней по вертикали. Подготовка начальных условий включает в себя горизонтальную интерполяцию данных в узлы сетки численной модели и вертикальную - на счетные уровни модели. Результаты расчетов представляются в виде полей метеорологических величин на стандартных изобарических поверхностях и на уровне подстилающей поверхности в заданном регионе в точках модельной сетки.

Адаптация модели к выбранному региону. При моделировании ТЦ модель ЕТА адаптируется к региону возникновения конкретного атмосферного вихря. Для целей данного исследования были выбраны два основных географических региона частого возникновения ураганных вихрей: северо-западная часть Тихого океана (область с центром в точке с глобальными координатами 25° с.ш., 135° в.д.) и бассейн Карибского моря с прилегающими областями Атлантического океана (центр расчетной области располагался в точке с координатами 31° с.ш. 81° з.д.). Размер областей расчета в рассмотренных далее случаях составлял 40°х40°. Шаг интегрирования модели по времени равнялся 90 с, удовлетворяя требованию вычислительной устойчивости. В качестве начальных данных и граничных условий использовались поля анализа NCEP с разрешением 1°. В граничных условиях использовалась климатическая (для данного дня) или фактическая (с осреднением за 5 предыдущих суток) температура поверхности океана (ТПО).

Применимость модели ЕТА для изучения эволюции тропических циклонов. Для всех исследованных ТЦ были проведены оценки успешности расчетов модели на основе сравнения фактических данных и прогностических полей метеорологических величин в конкретных случаях. Под «фактическими данными» понимаются результаты оценок максимальной скорости ветра и минимального давления в ТЦ, проводимых по методике Дворака с использованием спутниковых данных и предоставляемые центрами слежения за ТЦ.

Показано, что модель систематически завышает давление на уровне моря в центре ТЦ и занижает максимальную скорость ветра, что объясняется связью этих полей между собой. Поскольку уже в начальных данных анализа NCEP содержится ошибка в минимальном давлении в центре ТЦ 10-20 гПа, при их интерполяции на сетку модели и дальнейшем интегрировании возникают неточности. Поскольку основной задачей данного исследования является не разработка методов оперативного прогноза полей метеорологических величин, а изучение общих закономерностей структуры и эволюции ТЦ, допустимо пренебрегать отличием абсолютных значений метеорологических величин в ТЦ от фактических при реалистичном воспроизведении основных качественных особенностей пространственно-временной структуры.

Продемонстрировано, что модель ЕТА удовлетворительно воспроизводит тенденцию давления и пространственно-временное распределение скорости ветра. Воспроизводимая радиальная структура вихря соответствует классическим представлениям о строении ТЦ. Модель адекватно прогнозирует ослабление вихрей над сушей и их интенсификацию над океаном. Модель успешно воспроизводит траектории ТЦ на 2 суток вперед, включая скорость движения центра циклона, точки поворота и петли. Минимальная ошибка прогноза — 0-22 км, средняя - в пределах 60-90 км в зависимости от конкретного случая, а максимальная — 140-200 км. Модель хорошо воспроизводит наблюдаемое по спутниковым снимкам и в лабораторных экспериментах взаимодействие ТЦ между собой и с полярно-фронтовым циклоном, а также процесс трансформации ТЦ во внетропический циклон.

Воспроизводимые моделью ЕТА в период развития изучаемых ТЦ атмосферные вихри отличаются малой интенсивностью, однако их качественное поведение (ослабление и интенсификация, взаимодействие с другими синоптическими объектами и подстилающей поверхностью, трансформация во внетропический циклон с образованием атмосферных фронтов и перемещение) хорошо согласуется с поведением реальных ТЦ. Это

дает возможность использовать получаемые в численных экспериментах

результаты эволюции метеорологических полей для выявления

закономерностей развития ТЦ.

Глава 2. Условия зарождения, структура и эволюция тропических

циклонов. Диагностические хараетеристики интенсивности циклонов

В начале главы приведены современные представления о необходимых для

формирования ТЦ физико-синоптических условиях и охарактеризованы стадии

развития тропических циклонов.

Пространственно-временная неоднородность полей

метеорологических величин в тропических циклонах. В развитых ТЦ поля

метеорологических величин, как правило, асимметричны: максимальные

скорости ветра, потоки тепла, влаги и количества движения, наибольшая

кинетическая энергия наблюдаются в восточной или северо-восточной части

возмущения (для Северного полушария), где скорость перемещения циклона

складывается со скоростью ветра в нем.

В данной работе для отражения радиальной структуры и асимметрии

метеорологических полей в ТЦ его ТЦ принимался за центр семейства

концентрических окружностей, после чего вычислялись две функции

расстояния до центра вихря: средние по окружностям различных радиусов

значения и среднеквадратические отклонения (СКО). Расчеты проводились для

5 циклонов Атлантики 2005-2006 гг., однако в главе подробно рассмотрены

внутрисуточные изменения радиального распределения значений температуры,

влажности, давления и скорости ветра в модельном вихре, воспроизведенном в

период развития ТЦ "Вилма". Этот модельный вихрь был достаточно

интенсивен и его поведение полностью согласовалось с поведением реального

урагана "Вилма". Показано, что:

•Радиальный барический градиент в ТЦ зависит не только от глубины и

размеров циклона, но и от направления, по которому он вычисляется. В

восточной и северной частях возмущения градиент давления больше.

• Основным фактором, определяющим распределение температуры в вихре, является облачность.

• Поле скорости ветра менее отличается между циклонами с точки зрения пространственной структуры. Область штормовых ветров расположена в восточной части циклона, поскольку именно там собственная скорость вихря складывается со скоростью ветра в нем. Ось кольца штормовых ветров в развитых ТЦ расположена, как правило, на расстоянии 150 км от глаза бури.

• СКО метеорологических полей растет при удалении от центра вихря, то есть асимметричность увеличивается к периферии. Исключением являются поля давления и ветра, для которых СКО почти одинаково на окружностях всех радиусов.

На примере тропического циклона "Вилма" было рассмотрено также влияние тропических вихрей на изменение структуры теплового и радиационного баланса поверхности в районе их развития. Анализировались карты за срок 6, 12, 18 и 24 часа по Гринвичу, построенные по данным анализа КГСЕР с разрешением 1° для 22-23 октября 2005 года. Этот период развития циклона "Вилма" характеризовался пересечением вихрем полуострова Юкатан, что позволило оценить также различия во влиянии циклона на радиационный и тепловой баланс суши и моря.

Прохождение ТЦ приводит к резкому отклонению величин основных

радиационных показателей и турбулентных потоков от среднемноголетних

значений для конкретного месяца. Радиационный баланс в ТЦ ночью достигает

слабоотрицательных значений, причем в ТЦ над морем он больше, чем в ТЦ

над сушей. Днем радиационный баланс в зоне ТЦ очень мал (0-100 Вт/м2),

однако к периферии вихря он быстро возрастает в 2-3 раза - до фоновых

значений. В течение суток максимальная интенсивность турбулентного

теплообмена между атмосферой и океаном наблюдается в районе кольца

штормовых ветров, причем наибольшие значения потоков скрытого и явного

тепла достигаются в восточной части ТЦ. В дневные часы значения потока

скрытого тепла возрастают на 200-300 Вт/м2 по сравнению с ночными значениями. Поток явного тепла над морем в ночные часы направлен преимущественно от атмосферы к поверхности, а днем - наоборот. ТЦ сильно меняет тепловой баланс участков суши, над которыми он перемещается. В частности, круглосуточно наблюдаются высокие значения потоков явного тепла из атмосферы к поверхности, что связано со слабым прогревом суши в условиях низких значений радиационного баланса и одновременной адвекцией теплого воздуха с моря. После прохождения ТЦ отмечается быстрое (в течение суток) выравнивание значений потоков с фоновыми.

Показатели интенсивности тропических циклонов. В данном разделе в качестве показателей интенсивности ТЦ рассматриваются индекс спиральности и относительная спиральность.

М.В. Курганским (Курганский, 2008) был предложен индекс спиральности, полученный из уравнения баланса спиральности и представляющий собой скорость разрушения спиральности в приземном слое. Анализ уравнения баланса спиральности показывает, что ее генерация осуществляется выше верхней границы приземного слоя за счет сил плавучести, а диссипация - за счет мелкомасштабной турбулентности у поверхности. Таким образом, поток спиральности, направленный из свободной атмосферы к поверхности, характеризует ее сток. В разделе рассмотрен вывод формулы для индекса спиральности, имеющего вид:

где 5 — индекс спиральности (м4/с3), V — тангенциальная скорость ветра (м/с), г — радиус (м).

Очевидно, что величина Б пропорциональна мощности силы динамического давления (разрушительной силе вихря). Индекс спиральности рассчитывался на стандартной высоте 10 м над уровнем моря. При расчете

индекса учитывалась поступательная скорость движения урагана.

16.10

18.10 20.10

22.10

24.10

Рис. 1. Временной ход индекса спиральности в модельном циклоне "Вилма".

Сравнение с данными наблюдений за развитием ТЦ "Вилма" показало, что по динамике индекса спиральности хорошо прослеживаются моменты интенсификации и ослабления вихря. На графике (рис.1) выделяются три периода развития циклона: небольшое увеличение индекса спиральности, соответствующее развитию урагана над Карибским морем до пересечения полуострова Юкатан, понижение показателя 22 октября 2005 года (оно связано с пересечением ТЦ полуострова Юкатан, что сопровождалось увеличением шероховатости подстилающей поверхности и уменьшением потоков скрытого тепла) и резкий пик, отражающий выход модельного циклона в Мексиканский залив (период наибольшей интенсивности вихря).

Для диагностики интенсивности и эволюции ТЦ применялась относительная спиральность (Оау1е8-1опе8, 1990):

(2)

где и, V - компоненты скорости ветра в циклоне, а итеап, Утеап — компоненты скорости центра ТЦ.

Относительная спиральность рассчитывалась для нижнего трехкилометрового слоя, где происходит вток воздуха в ТЦ. Показано, что в

поле относительной спиральности прослеживается трансформация ТЦ во внетропический вихрь. Проведено исследование возможности использования характеристик спиральности для прогноза зарождения ТЦ, и обнаружено, что за 1-2 суток в районе формирования будущего вихря (на примере ТЦ «Ман-Ии») наблюдается увеличение относительной спиральности по сравнению с фоновой территорией на 100-150 м/с2.

Глава 3. Взаимодействие тропических циклонов с подстилающей поверхностью

Все ТЦ зарождаются над поверхностью океана в тропической зоне, однако оканчивать свое существование они могут по-разному. В некоторых случаях ТЦ пересекают архипелаги, выходят на сушу или попадают в районы с более низкой температурой поверхности воды, что приводит к их ослаблению и дальнейшему разрушению. Некоторые вихри проходят точку поворота и, двигаясь на северо-восток, регенерируют на полярном фронте или взаимодействуют с внетропическими циклонами. Иногда развитие ТЦ в Атлантическом океане и на северо-западе Тихого океана происходит сериями, что приводит к взаимодействию вихрей между собой. В данной главе приводятся результаты воспроизведения моделью различных сценариев взаимодействия ТЦ с подстилающей поверхностью.

Взаимодействие тропических циклонов с поверхностью океана. В начале раздела 3.1 на основе анализа литературы рассмотрены основные физические механизмы взаимодействия ТЦ с поверхностью океана. Далее приводится описание эксперимента на чувствительность траектории модельного ТЦ, воспроизведенного в период развития тихоокеанского ТЦ «Ман-Йи», и полей метеорологических величин в нем, к ТПО, а именно сопоставление результатов моделирования ТЦ с использованием климатической и фактической ТПО. Было сделано предположение о том, что включение в качестве граничных условий фактических значений ТПО приведет к улучшению прогноза, поскольку циклоны, развивавшиеся ранее, через

изменение ТПО оказывают воздействие на структуру и траекторию последующих вихрей.

В связи с небольшими различиями реальной и климатической ТПО, значительного улучшения прогноза не произошло, однако при использовании фактических значений ТПО динамика интенсивности модельного вихря больше соответствовала натурным данным. Траектория ТЦ, рассчитанная моделью с включенными данными о реальной температуре поверхности, в меньшей степени отличается от фактической.

Взаимодействие тропических циклонов с архипелагами и отдельными островами. В Северном полушарии наиболее интенсивный тропический циклогенез происходит в Карибском бассейне и на северо-западе Тихого океана. В этих районах имеются архипелаги (Филиппины, Большие и Малые Антильские острова) и отдельные крупные острова (Куба, Ямайка, Тайвань), отличающиеся гористым рельефом. В разделе рассмотрено изменение структуры метеорологических полей в ТЦ и их интенсивности на примере двух ураганов Атлантики ("Густав" и "Ханна", 2009) и двух тайфунов Тихого океана ("Джангми", 2008, и "Кецана", 2009), которые прошли над Большими Антильскими и Филиппинскими островами соответственно. С помощью мезомасштабной модели ЕТА удалось воспроизвести две пары похожих на них по своей эволюции модельных вихрей.

Установлено, что пересечение даже небольших по сравнению с размерами ТЦ участков суши оказывает существенное влияние на форму и структуру вихря (рис. 2). Генерация кинетической энергии в ТЦ над сушей резко снижается, что вызвано удалением ТЦ от океанического источника влаги и увеличением шероховатости подстилающей поверхности. При повторном выходе ТЦ на теплые воды океана снова начинается его углубление. При прохождении циклонов над островами и архипелагами происходят замедление поступательного движения вихря и нарушение симметричной циркуляции в вихре.

Глава 4. Взаимодействие тропических циклонов с другими синоптическими объектами и между собой

Взаимодействие тропических циклонов с полярно-фронтовыми циклонами и регенерация на полярном фронте. В разделе 4.1 приведен анализ взаимодействия атлантического ТЦ "Омар" с полярно-фронтовым возмущением на основе результатов расчетов модели и спутниковых снимков. Детально прослежен процесс сближения вихрей, трансформации структуры тропического циклона и его слияния с внетропическим возмущением. Показано, что теплые и насыщенные влагой воздушные массы, сформировавшиеся над тропическими районами океана и принесенные тропическим вихрем, поступили в теплый сектор полярно-фронтового циклона и были вынесены им в Европу.

Также было воспроизведено моделью взаимодействие тихоокеанского ТЦ «Ман-Йи» с полярным фронтом, сопровождавшееся искажением формы вихревой зоны, разрывом кольца завихренности и объединением его с зоной максимальных значений завихренности на полярном фронте.

Взаимодействие тропических циклонов между собой. ТЦ, развивающиеся в одном и том же регионе одновременно, способны взаимодействовать между собой. При этом наблюдается объединение изолиний давления, кинетической энергии, полей осадков, что позволяет предположить наличие обмена энергией и массой, в частности влагой, между ними. На картах линий тока в период взаимодействия прослеживается движение воздуха от одного циклона к другому, причем наиболее сильные потоки энергии и влаги отмечаются на концах линии, проведенной перпендикулярно направлению общих изобар циклонов. Для количественной оценки обмена энергией, определяющего характер взаимодействия вихрей, были проведены расчеты потоков кинетической энергии на границе взаимодействия тропических циклонов.

Рис. 2. Эволюция модельного ТЦ «Кецана». Поле завихренности на

изобарической поверхности 1000 гПа: а) в 6 часов ВСВ 25.09.2009 по данным расчета модели ЕТА; б) в 0 часов ВСВ 26.09.2009 по данным анализа NCEP; в) в 6 часов ВСВ 26.09.2009 по данным расчета модели ЕТА; г) в 18 часов ВСВ 26.09.2009 по данным расчета модели ЕТА; д) в 0 часов ВСВ 27.09.2009 по данным расчета модели ЕТА; е) в 6 часов ВСВ 27.09.2009 по данным расчета модели ЕТА.

Рис.3. Схема, поясняющая методику расчета обмена энергией между взаимодействуюищми тропическими циклонами.

Для расчета потоков кинетической энергии был выбран вертикальный прямоугольник, нижняя грань которого соединяет наиболее близкие точки общей для двух ТЦ изобары. Поток кинетической энергии через данный прямоугольник (рис. 3) осуществлялся по формулам:

н L

KEF = J| рЕк (ипх + vny yildz, (3)

о о

(«I,n>,) = (cosa,-sin«), (4)

где KEF- поток кинетической энергии на границе циклонов; р - плотность воздуха; Ек - удельная кинетическая энергия; и, v - составляющие скорости ветра; а - угол между отрезком, задающим нижнюю грань прямоугольника, и направлением на север; L, Н- длины сторон прямоугольника; пх, пу - проекции нормали к нижней грани прямоугольника на оси х и у. Как видно из приведенных выше формул, отрицательные значения потоков свидетельствуют о переходе энергии от «восточного» циклона к «западному», а положительные -в обратном направлении.

Рассмотрим результаты расчетов интегральной кинетической энергии и потока кинетической энергии, оцененных до высоты 250 гПа, на границе взаимодействующих в реальности и в модели циклонов "Парма" и "Мелор". Наиболее активное взаимодействие продолжалось в течение суток 6 октября. На рис. 4 и 5 видно, что в 1-3 часа ВСВ поток кинетической энергии в модели был направлен от "Мелора" к "Парме", что отчасти привело к увеличению интегральной кинетической энергии в последнем. В 4 часа ВСВ поток поменялся на противоположный, причем кинетическая энергия в "Мелоре" стала возрастать, а в "Парме" - убывать по величине. Сильное взаимодействие отмечалось и в конце суток, причем поток кинетической энергии через вертикальную плоскость был положительным, что отчасти оказало влияние на рост интегральной кинетической энергии в циклоне "Мелор".

Рис. 4. Интегральная кинетическая энергия (Дж) модельных вихрей "Парма" и "Мелор" 6.10.2009.

Рис. 5. Суммарный поток кинетической энергии (Дж/с) на границе модельных вихрей "Парма" и "Мелор" 6.10.2009.

Важно учитывать, что на графике представлен интегральный поток энергии через поверхность, складывающийся из разнонаправленных потоков на северо-западной и юго-восточной окраинах области взаимодействия. Потоки практически полностью компенсировали друг друга. Таким образом, вклад обмена энергией в интенсификацию или ослабление взаимодействующих ТЦ мал, а основную роль в их динамике, видимо, играет соотношение процессов генерации и диссипации энергии в самих вихрях. Взаимодействие двух вихрей, тем не менее, является важным фактором, определяющим их траектории, а следовательно, и варианты дальнейшей эволюции. Продемонстрировано, что в процессе взаимодействия происходит образование петли траектории слабого циклона под влиянием циркуляции более интенсивного.

Аналогичные расчеты проведены для атлантических ТЦ «Ханна» и «Густав».

Глава 5. Мезомасштабные циклоны внетропических широт

В начале главы приведен обзор литературы по полярным мезоциклонам (ПМ) и рассмотрена их классификация по механизмам образования.

Результаты исследования структуры и эволюции отдельных полярных мезоциклонов. Для исследования особенностей структуры и эволюции ПМ автором были проанализированы ежедневные спутниковые снимки Арктики в видимом диапазоне и синоптические карты за 2009-2011 годы. Для каждого обнаруженного циклона проводилась оценка синоптической ситуации, в которой произошло его образование, преобладание конвективного или бароклинного механизма зарождения (по особенностям облачности, наличию адвекции и горизонтального или вертикального градиента температуры, близости атмосферных фронтов и т.д.), размера, прослеживаемости на картах приземного анализа, продолжительности существования и особенностям эволюции. Для демонстрации эволюции типичного полярного мезоциклона в

главе рассмотрено несколько последовательных случаев развития ПМ в конце января — начале февраля 2010 года.

На основе анализа условий зарождения и эволюции ПМ 2009-2011 годов, а также в результате обобщения имеющихся литературных данных, были выделены наиболее характерные черты полярных мезоциклонов, а также их сходства и различия с тропическими циклонами (таблица 1).

Мюомасштабный циклон над Черным морем

В разделе 5.3 рассмотрены структура и особенности зарождения и эволюции мезомасштабного циклона, развивавшегося над Черным морем 25-29 сентября 2005 года по данным анализа NCEP и некоторым результатам расчетов модели ЕТА. Этот мезоциклон привлек внимание многих исследователей, благодаря своему длительному существованию над Черным морем, однако они сравнивали его только с тропическими циклонами. По мнению автора, было бы интересно взглянуть на этот необычный случай и под другим углом, сопоставив его также с мезомасштабными циклонами полярных широт и типичными средиземноморскими циклонами, поскольку в формировании каждой из указанных групп циклонов определенную роль играет конвекция над теплой водной поверхностью. В разделе 5.3. приводится также сопоставление черноморского циклона с типичными полярными мезоциклонами.

Сравнительная характеристивка мезомасштабного вихря над Черным морем с типичными средиземноморскими циклонами. В разделе 5.4. рассматривается зарождение и эволюция типичного средиземноморского циклона синоптического масштаба и приводится его сравнительная характеристика с черноморским мезоциклоном.

В таблице 2 приводятся основные черты черноморского мезомасштабного циклона с указанием, для каких еще вихрей с конвективным механизмом образования (полностью или отчасти) характерны эти черты. Хорошо видно,

что больше всего черноморский мезоциклон родственен полярным мезоциклонам, а в меньшей степени -тропическим и средиземноморским.

Таблица 1. Сравнительная характеристика тропических циклонов и полярных мезоци клонов.

Критерий Тропический циклон Полярный мезоциклон

Диаметр 400-600 км 100-200 км

Район формирования Тропическая зона океана Приполярные районы (над свободной ото льда поверхностью или на границе суши и воды)

Период зарождения Теплое время года Холодное время года

Продолжительность существования 5-7 суток Несколько часов - 2 суток

Преобладающий механизм формирования Конвективный Конвективный или бароклинный

Основной фактор развития Высокая ТПО, отсутствие вертикального сдвига ветра Высокий вертикальный градиент температуры и влажности, наличие высотной ложбины

Наличие атмосферных фронтов Только после трансформации во внетропический циклон При бароклинном механизме формирования

Наличие теплого ядра Есть При конвективном механизме формирования

Взаимодействие парных вихрей Взаимное вращение без слияния Взаимное вращение, возможно слияние

Взаимодействие с внетропическими циклонами Способны вливаться в систему внетропического циклона синоптического масштаба, приводя к обострению температурного контраста и реинтенсификации циклона.

Таблица 2. Место черноморского мезоциклона среди циклонов конвективной природы.

Критерий Мезомасштабный циклон над Черным морем Для каких еще групп циклонов характерен

Диаметр 250-300 км Полярные мезоциклоны

Внешний вид Облачная спираль ТЦ, полярные мезоциклоны

Район формирования Открытая водная поверхность (Черное море) ТЦ, полярные мезоциклоны, СРЗМЦ

Период зарождения Холодный период года Полярные мезоциклоны, СРЗМЦ

Продолжительность существования 5 суток ТЦ, СРЗМЦ

Механизм формирования Конвективный и бароклинный Полярные мезоциклоны, СРЗМЦ

Основной фактор развития Высокий вертикальный градиент температуры и влажности, наличие высотной ложбины Полярные мезоциклоны, СРЗМЦ

Синоптические условия в период формирования Высотная ложбина, заток холодного воздуха в средней тропосфере Полярные мезоциклоны, СРЗМЦ

Наличие атмосферных фронтов Нет ТЦ, чисто конвективные полярные мезоциклоны

Наличие теплого ядра Есть ТЦ чисто конвективные полярные мезоциклоны

Распределение вертикальной скорости Максимальные значения в центре Полярные мезоциклоны, СРЗМЦ

Наличие кольца завихренности Нет Полярные мезоциклоны, СРЗМЦ

Влияние на ТПО Понижение ТЦ

Эволюция при выходе на сушу Заполнение ТЦ, полярные мезоциклоны

Заключение

Основные выводы, сделанные по результатам проведенного исследования:

1. Показано, что воспроизводимые моделью ЕТА в период развития изучаемых тропических циклонов атмосферные вихри отличаются малой интенсивностью, однако их поведение хорошо согласуется с поведением реальных ТЦ.

2. В большинстве рассмотренных случаев метеорологические поля в ТЦ достаточно асимметричны, причем наибольшая асимметрия отмечается для скорости ветра и давления, наименьшая — для температуры.

3. Тропический циклон приводит к резкому отклонению величин основных радиационных показателей и турбулентных потоков от среднемноголетних значений для конкретного месяца. После прохождения ТЦ отмечается быстрое (в течение суток) выравнивание значений потоков с фоновыми.

4. Для диагностики интенсивности и эволюции тропических циклонов показательными являются характеристики спиральности, в частности, относительная спиральность и индекс спиральности по Курганскому.

5. В зависимости от физико-географических и синоптических условий в районе развития ТЦ возможны различные варианты эволюции вихря. При этом к ключевыми сценариям можно отнести пересечение ТЦ островов и полуостровов, процесс взаимодействия ТЦ и полярного фронта, взаимодействие тропического и полярно-фронтового циклона. В процессе взаимодействия двух ТЦ происходит изменение траектории более слабого циклона под влиянием циркуляции более интенсивного, что приводит к образованию петли траектории слабого вихря. На конкретных примерах показано, что ТЦ способны обмениваться между собой энергией, влагой и массой, однако на границе раздела двух циклонов происходит компенсация противоположно направленных потоков, поэтому усиления одного вихря за счет другого практически не наблюдается.

6. Предложена сравнительная характеристика условий зарождения и

особенностей эволюции полярных мезоциклонов, средиземноморских циклонов и ТЦ на основе анализа синоптических карт и спутниковых снимков и определено место мезоциклона над Черным морем (сентябрь 2005 года) среди циклонов конвективной природы. Показано, что черноморский мезоциклон по характеру развития и особенностям структуры является родственным полярным мезоциклонам.

Список статей автора по теме диссертации

1. Е.С. Глебова, Г.В. Левина, А.Д. Наумов, И.В. Тросников. Расчет спиральных характеристик поля скорости развивающегося тропического циклона. «Метеорология и гидрология», №9,2009 год.

2. Похил А.Э., Глебова Е.С. Влияние тропического циклона Омар на погоду в Европе. «Метеорология и гидрология», №9,2010 год.

3. Лаврова A.A., Глебова Е.С., Тросников И.В., Казначеева В.Д. Моделирование эволюции серии средиземноморских циклонов с помощью региональной атмосферной модели, «Метеорология и гидрология», №6, 2010 год.

4. Глебова Е.С., Похил А.Э. Об изменении структуры тропического циклона при прохождении над островами. «Метеорология и гидрология», №7,2011 год.

5. Похил А.Э., Глебова Е.С. О взаимодействии тайфунов между собой и с другими атмосферными структурами. «Метеорология и гидрология», №9, 2011 год.

6. Похил А.Э, Глебова Е.С. Трансформация гидродинамических полей в тропическом циклоне над островами. «Физические проблемы экологии», 2011 год.

7. Похил А.Э., Глебова Е.С., Смирнов A.B. Расчет на мезомасштабных моделях ЕТА и WRF (NMM) взаимодействия тропических циклонов с

полярными фронтами и струйными течениями. «Труды Гидрометцентра России», 2011 год.

Список тезисов и трудов конференций по теме диссертации

1. Е.Глебова. Численное моделирование тропических циклонов с помощью мезомасштабной модели ЕТА и анализ их энергетических характеристик. Тезисы Второй конференции молодых ученых гидрометеорологических служб стран-участников СНГ, Москва, 2006

2. Е. Глебова. Пространственная неоднородность полей метеорологических величин в тропических циклонах. Тезисы конференции «Ломоносов - 2007», Изд-во Географического факультета МГУ, 2007

3. Е. Глебова. Пространственная неоднородность полей метеорологических величин в тропических циклонах. Тезисы Международного Симпозиума «Физика атмосферы: наука и образование», Санкт-Петербург, 2007.

4. G Levina, Е. Glebova, A. Naumov, I. Trosnikov. Application of helical characteristics of the velocity field to evaluate the intensity of tropical cyclones. Proceedings of the iTi Conference on Turbulence III. 4 pages. Springer "Progress in Turbulence", 2010

5. E.Glebova, I.Trosnikov. Helicity as an indicator of tropical cyclone's intensity. Report on Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling,1 page, Contributions for the 2008 WGNE Blue, Canada, 2008

6. E.C. Глебова, Г.В. Левина, M.B. Курганский, А.Д. Наумов, И.В. Тросников. Расчет спиральных характеристик поля скорости развивающегося тропического циклона. Тезисы конференции «Мезопроцессы в метеорологии и атмосферном загрязнении», 1 стр., Одесский Государственный Экологический Университет, Одесса, 2008

7. G Levina, Е. Glebova, A. Naumov, I. Trosnikov. Application of helical

characteristics of the velocity field to evaluate the intensity of tropical cyclones.

Тезисы /71 Conference on Turbulence III., 2008

8. Глебова Е.С., Левина Г.В. Относительная спиральность как индикатор зарождения и интенсивности циклонов. Тезисы школы молодых ученых по механике сплошных сред, 2009 год, Пермь.

9. E.Glebova, A.Pokhil. Atlantic hurricanes and European weather. Report on Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling,! page, Contributions for the 2010 WGNE Blue, 2010.

10. Глебова E.C. Использование характеристик спиральности поля скорости ветра в исследовании развития и зарождения тропических и средиземноморских циклонов. Тезисы конференции «Михаил Арамаисович Петросянц и синоптическая метеорология», МГУ, 2009

11. Глебова Е.С. Взаимодействие тропического шторма «Омар» с полярно-фронтовым циклоном. Тезисы конференции «Михаил Арамаисович Петросянц и синоптическая метеорология», МГУ, 2009

12. Глебова Е.С. Взаимодействие тропических циклонов с полярным фронтом. Тезисы конференции «Современные геофизические и географические исследования на Дальнем Востоке России», ДГУ, 2010

13. Ekaterina Glebova. Application of helical and energetic characteristics of the velocity field to predict and evaluate tropical cyclones' formation and development. Proceedings of the 3"' WSEAS/CIEO International Conference on Climate Change, Global Warming, Biological Problems and Natural Hazards, pp. 25-29, WSEAS Press, Portugal.

14. E.Glebova, A.Pokhil. On the evolution of tropical cyclones over islands. Report on Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling, 1 page, Contributions for the 2011 WGNE Blue, 2011.

15. A.Pokhil, E.Glebova. Investigation and movement of tropical cyclones interacting with each other and with different atmospheric structures based on the ETA-model calculations. Report on Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling,1 page, Contributions for the 2011 WGNE Blue, 2011.

Подписано в печать:

08.11.2012

Заказ № 7812 Тираж - 150 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Глебова, Екатерина Сергеевна

Введение.

Глава 1. Использование мезомасштабной численной модели атмосферы ЕТА для изучения тропических циклонов.

1.1. Краткое описание модели.

1.2. Оценка качества расчетов метеорологических полей моделью ЕТА в умеренных широтах.

1.3. Адаптация модели к выбранному региону.

1.4. Применимость модели ЕТА для изучения эволюции тропических циклонов.

Глава 2. Условия зарождения, структура и эволюция тропических циклонов. Диагностические характеристики интенсивности циклонов.

2.1. Условия зарождения тропических циклонов.

2.2. Эволюция тропических циклонов.

2.3. Пространственно-временная неоднородность полей метеорологических величин в тропических циклонах.

2.3.1. Радиальная зависимость метеорологических величин в тропических циклонах.

2.3.2. Суточный ход теплового баланса в тропическом циклоне на примере урагана "Вилма".

2.4. Показатели интенсивности тропических циклонов.

2.4.1. Вертикальный поток спиральности и относительная спиральность как мера интенсивности тропических циклонов.

2.4.1.1. Вывод уравнения баланса спиральности и расчетных формул для потока спиральности (по Курганскому [33]).

2.4.1.2. Изменение индекса спиральности при зарождении и развитии тропического циклона.

2.4.2. Относительная спиральность, ее расчет и динамика в период развития тропического циклона.

2.4.2.1. Результаты расчетов относительной спиральности в период развития тропического циклона "Ман-Йи".

2.4.2.2. Использование индекса спиральности и относительной спиральности как предикторов зарождения тайфуна.

Глава 3. Взаимодействие тропических циклонов с подстилающей поверхностью

3.1. Взаимодействие тропических циклонов с поверхностью океана.

3.1.1. Необходимость использования фактических значений ТПО при моделировании тропических циклонов.

3.1.2. Результаты экспериментов.

3.2. Взаимодействие тропических циклонов с архипелагами и отдельными островами.

3.2.1.Эволюция метеорологических полей в тропическом циклоне "Кецана"

3.2.2. Эволюция метеорологических полей в урагане "Джангми".

3.2.3. Эволюция метеорологических полей в тропических ураганах "Ханна" и "Густав".

Глава 4. Взаимодействие тропических циклонов с другими синоптическими объектами и между собой.

4.1. Взаимодействие тропических циклонов с полярно-фронтовыми циклонами и регенерация на полярном фронте.

4.1.1. Взаимодействие тропического циклона "Омар" с полярно-фронтовым циклоном.

4.1.2. Взаимодействие тропического циклона "Ман-Йи" с полярным фронтом.

4.2. Взаимодействие тропических циклонов между собой.

4.2.1. Взаимодействие тропических циклонов "Мелор" и "Парма".

4.2.2. Обмен энергией между циклонами.

4.2.3. Взаимодействие циклонов "Ханна" и "Густав". Влияние подстилающей поверхности на показатели интегральной кинетической энергии в циклоне "Густав".

Глава 5. Мезомасштабные циклоны внетропических широт.

5.1. Краткие сведения о мезомасштабных циклонах во внетропических широтах.

5.2. Результаты исследования структуры и эволюции отдельных полярных мезоциклонов.

5.3. Мезомасштабный циклон над Черным морем.

5.4. Сравнительная характеристика мезомасштабного вихря над Черным морем с типичными средиземноморскими циклонами.

5.4.1. Формирование средиземноморских циклонов.

5.4.2. Структура и эволюция средиземноморского циклона.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Структура и эволюция тропических циклонов и их мезомасштабных аналогов в умеренных и высоких широтах"

Актуальность проблемы

Тропические циклоны - это интенсивные вихри синоптического и субсиноптического масштаба, зарождающиеся в тропической атмосфере. Они являются одновременно и важным элементом циркуляции атмосферы в тропиках, и одним из наиболее опасных стихийных бедствий.

По определению, данному Г. Холландом [134], тропический циклон - это общее обозначение для нефронтальных систем низкого давления синоптического масштаба над тропической или субтропической зоной океана с организованной конвекцией и четкой циклонической циркуляцией у поверхности.

Ежегодно в мире зарождается не более сотни тропических циклонов, что существенно меньше количества циклонов умеренных широт, возникающих на полярном и арктическом фронтах в обоих полушариях. Кроме того, средняя продолжительность жизни тропического вихря не превышает 4-7 суток. Несмотря на это, тропические циклоны оказывают огромное влияние на население и хозяйство стран Карибского бассейна, Индии, Австралии, Мадагаскара, Юго-Восточной Азии [19]. Согласно подсчетам американских специалистов [117], из всех природных катаклизмов второй половины 20 века тропические циклоны унесли больше всего человеческих жизней.

Неблагоприятные последствия, вызванные прохождением тропического циклона, обусловлены преимущественно ветром ураганной силы и обильными осадками, приводящими к наводнениям, оползням и разрушениям построек, а также комплексом сопутствующих явлений, например, нагоном воды, засолением прибрежных территорий, опустошением сельскохозяйственных угодий. Иногда выход тропического циклона на сушу может стать косвенной причиной экологической катастрофы, как это случилось в Новом Орлеане в

2005 году под влиянием урагана Катрина. Тогда на ряде химических заводов произошла утечка ядовитых веществ, попавших затем в водотоки и водоемы города. Концентрация токсических соединений в воде была настолько высока, что ее нельзя было не только использовать для питья, но даже близко подходить к водным объектам.

Безусловно, тропические циклоны представляют собой угрозу жизни и здоровью людей, однако их социальное влияние не сводится только к непосредственным жертвам прохождения вихря. Уничтожение жилых домов, предприятий, посевов, скота и дорог приводит к голоду, безработице, утрате крова над головой и привычного уклада жизни тысяч местных жителей. В связи с этим на первый план выходит необходимость своевременного и детализированного прогноза траектории тропического циклона с учетом конкретной синоптической ситуации, что позволило бы проводить точечную, а не повсеместную эвакуацию населения, более выгодную, с экономической точки зрения.

Ураганы имеют и биологическое значение, которое заключается в способности вихрей переносить на большие расстояния семена и споры растений, а иногда -даже довольно крупных животных. Вероятно, именно тропические циклоны содействовали заселению многих вулканических и коралловых островов, возникавших в океанах, и миграции растений и животных. Например, ураган 1865 года принес в Гваделупу пеликанов, которые раньше там не водились. Тропические циклоны играют роль и в развитии сельского хозяйства отдельных регионов: уничтожая посевы в одних частях света, они приносят живительную влагу в другие [188].

В связи с катастрофическими последствиями прохождения ураганов в последние годы, проблема их изучения становится особенно актуальной. Год от года возникают все новые задачи, связанные с прогнозированием тропических циклонов, моделированием механизмов их развития и диссипации, а также исследованием причин их зарождения. Ученые США, Японии, Китая, Индии, России, Австралии и других стран уже успели пролить свет на ряд поставленных теоретических и практических проблем. К настоящему моменту человечество научилось достаточно точно прогнозировать траектории перемещения ураганов с заблаговременностью 2-3 суток, были выполнены работы по изучению физических законов развития тропических циклонов, было получено довольно полное представление об их структуре. Крупные успехи в исследовании ураганов не были бы достигнуты без многочисленных рядов данных наблюдений, накопленных почти за три четверти века. Данные поступали в архивы из разнообразных источников: с искусственных спутников Земли, с самолетов, совершавших полеты к центру ураганов, с сети наземных синоптических и аэрологических станций. Тем не менее, одной из острых проблем изучения тропических циклонов остается острая нехватка данных наблюдений, связанная с затруднениями при проведении измерений в самом циклоне и большой разреженностью сети метеорологических станций в океанах. В связи с этим значительная роль в изучении детальной структуры и поведения тропических циклонов принадлежит численному моделированию с использованием региональных гидродинамических моделей атмосферы.

Несмотря на значительную удаленность России от тропической зоны, проблема изучения тропических циклонов достаточно давно стоит перед отечественными метеорологами. В первую очередь, интерес к этим экзотическим вихрям вызван их нередким выходом на остров Сахалин и на Приморский край, хоть и не в фазе максимального развития, а в трансформированном виде. Кроме того, в умеренных широтах своеобразным аналогом тропических циклонов могут служить так называемые квазитропические циклоны, а в арктических -полярные депрессии (полярные мезоциклоны), которые нередко развиваются и над акваторией российских морей - Баренцева, Карского, Охотского. Природа этих циркуляционных систем имеет как конвективную, так и бароклинную составляющие, что позволяет рассматривать их как переходное звено между тропическими и внетропическими циклонами [178]. Это небольшие вихри мезомасштаба, не всегда, но часто напоминающие на спутниковых снимках тропические циклоны с характерными облачными спиралями и глазом бури в центре. Большая интенсивность при малом размере делает прогноз этих вихрей необходимым, но затруднительным, в частности по уже упомянутой выше причине — дефициту данных наблюдений над океанами.

Для европейских и отечественных исследователей интерес представляют также случаи трансформации тропического циклона в полярно-фронтовой или его взаимодействия с внетропическими возмущениями, что может за считанные часы существенно изменить синоптическую ситуацию в Западной Европе, а следовательно, и на Европейской территории России.

История изучения тропических циклонов и обзор литературы

Ранние исследования

Первые письменные упоминания о тропических ураганах в Европе относятся к 17 веку и принадлежат перу выдающегося офицера английского флота, пирата Уильяма Дампира. Именно Дампир впервые, на заре развития метеорологии, в книге "A DiscourseofTradewinds, Seasons, Tides, d. с. intheTorridZone" [112] на основе одного из своих судовых журналов описал разрушительную силу тропических ураганов, с которыми ему довелось встретиться в течение плаваний.

Долгое время не было известно, что сильный ветер был связан с существованием крупного атмосферного вихря. Только в 1821 году метеоролог Уильям Редфилд из Новой Англии совершил экспедицию к месту прохождения тропического циклона в штате Коннектикут и по направлению падения деревьев в разных частях исследуемой территории высказал предположение о том, что ветер циркулировал против часовой стрелки. Его идея вскоре была поддержана британским инженером Уильямом Рейдом, сопоставившим характер разрушений с наблюдениями за направлением ветра на судах.

Развитие авиации положило начало новому этапу изучения ураганов. В США во Флориде до сих пор существует группа так называемых «охотников за тайфунами» [4,44], совершающих полеты к вихрю и проводящие измерения в нем. Непосредственные наблюдения специалистов и измерения контактными методами на самолетах-лабораториях позволили исследовать структуру тропических циклонов и лучше понять физические механизмы, управляющие ими.

Самолеты-лаборатории регулярно совершали полеты к тропическим циклонам в 50-70-х годах 20 века. Большинство наших знаний о деталях внутренней структуры и динамике штормов основано на данных, собранных этими специально оборудованными самолетами. Среди ранних работ, основанных на полученных при самолетном зондировании данных, можно отметить статьи Малкуса и Риля [159] и Ла Сера и Хокинса [151], изучавших термические и динамические параметры развивающегося и развитого шторма на примере ураганов «Дэйзи» и «Клео» соответственно. Ученые сделали первый шаг на пути к пониманию того, что структура, параметры и поведение различных тропических циклонов могут варьироваться в широких пределах. Шеа и Грей [129] впервые осреднили данные более 500 радиальных полетов в ураганы с целью изучения структуры, динамики и изменчивости внутреннего ядра.

Любопытные результаты были получены в работах Кинана и Тэмплтона [142], проанализировавших данные радиозондирования за 1958-1975 гг. и обнаруживших различия в структуре австралийских, атлантических и западно-тихоокеанских тропических циклонов. Например, они показали, что наиболее теплыми образованиями до уровня 180 гПа являются тайфуны северо-западной части Тихого океана, а вот в верхней тропосфере и стратосфере тропические циклоны Австралии на 8° холоднее атлантических циклонов, являющихся самыми теплыми вихрями на данной высоте. Самая высокая тропопауза наблюдается в австралийских циклонах, а самая низкая - в ураганах Атлантики. Наиболее интенсивными признаны тайфуны (ураганы северо-западной части Тихого океана), а самыми слабыми - австралийские тропические циклоны.

Огромную роль в изучении тропических ураганов, а именно их структуры, траекторий и периодов развития, сыграли спутниковые наблюдения, предоставившие ученым возможность наблюдать ураганы сверху и оценивать их пространственные масштабы. Кроме того, измерения, проводимые со спутников, позволяют рассчитывать минимальное давление в центре вихря и максимальную скорость ветра в нем по методике Дворака, что является основой для составления сводок об интенсивности тропического циклона.

Авиационные, аэрологические и спутниковые наблюдения произвели настоящий переворот в теории тропического циклогенеза. Они позволили на практике оценить справедливость гипотез и проследить процесс зарождения, развития и разрушения тропического циклона. С их внедрением в практику исследований в периодической литературе появилось множество работ, посвященных тропическим циклонам.

Широко известна основополагающая статья Риля [181], посвященная тропическому циклогенезу. В своей работе Риль рассматривал пояс низкого давления (экваториальную ложбину), в которой образуется струйное течение, воздух в котором движется с запада на восток. В течении образуются вихри, перемещающиеся на запад и рассматриваемые как волны, из которых иногда развиваются тропические циклоны. Риль предположил, что зарождение и развитие тропических циклонов связано с взаимодействием двух потоков воздуха с разным моментом импульса.

Тропические циклоны - это элемент общей циркуляции атмосферы, поэтому их нельзя рассматривать отдельно от других синоптических и климатических процессов. Так, была обнаружена квазидвухлетняя периодичность интенсивности тропических циклонов, связанная с квазидвухлетним колебанием в стратосфере. Грей, Лэндлер и Ву [126,148,198] показали, что в годы с Эль-Ниньо наблюдается заметное уменьшение активности тропического циклогенеза, а максимальной интенсивности вихри достигают в более высоких широтах. Количество тропических циклонов коррелирует также с осадками в зоне Сахеля [127,150] в Западной Африке: число интенсивных вихрей возрастает во влажные годы. Раппин и Морган [173] исследовали взаимодействие тропических циклонов со струйными течениями, происходящее в слое оттока.

Прогноз траектории и интенсивности циклонов

На ранних этапах изучения тропических циклонов наиболее важным, с практической точки зрения, являлся прогноз траектории вихря, его интенсивности (минимального давления в центре и максимальной скорости ветра), штормового нагона воды и количества осадков. Помимо синоптического метода, уже в конце 60-х годов в службе прогноза погоды начали применять и прогностические модели. Прогностическая модель тропического циклона - это вычислительный алгоритм, который использует метеорологические данные для прогноза будущего состояния вихря.

Можно выделить три типа моделей: статистические, динамические или статистическо-динамические [187,189]. Динамические модели основаны на уравнениях гидротермодинамики и интегрируются на мощных суперкомпьютерах, что позволяет рассчитать метеорологические поля на несколько суток вперед. Первые динамические модели, используемые для прогноза тропических циклонов, появились в 1970-1980-х годах, причем основное внимание уделялось прогнозу нагона воды, а траектории прогнозировались хуже, чем в статистических моделях. Статистические модели прогнозируют эволюцию тропического циклона более схематично путем экстраполяции значений метеовеличин во времени. Статистико-динамические модели пользовались наибольшей популярностью в 1970-1990-х. В настоящее время к динамическим и статистико-динамических моделям добавилось активное использование ансамблевых методов, что позволяет снизить ошибки прогноза, по сравнению прогнозом на основе одного расчета моделью. Например, опыт JointTyphoonWarningCenter показал, что суперансамблевые методы являются очень мощным инструментом прогнозирования траекторий тропических циклонов [199].

Статистические модели. В Национальном Центре слежения за ураганами США первая статистическая модель, HURRAN (HurricaneAnalogTechnique), появилась в 1969 году [110]. Она основывалась на сформированной базе данных ураганов Северной Атлантики, информацию из которой использовала для поиска штормов со сходными траекториями. Для подбора подходящих аналогов оценивались положение центра, направление и скорость движения вихря. Этот метод давал хорошие прогнозы для штормов, развивавшихся южнее 25 параллели и еще не успевших пройти точку поворота.

С 1972 для прогнозирования траекторий начала применяться статистическая модель CLIPER (theClimatologyandPersistence) [143]. В настоящее время, в эру господства динамических прогнозов, прогноз CLIPER используется для сопоставления качества прогноза динамической модели и синоптика. С 1979 года в оперативную практику была внедрена модель SHIFOR (TheStatisticalHurricanelntensityForecast), которая осуществляет климатологический и инерционный прогноз будущей интенсивности тропического циклона и его движения [110].

В плане прогноза траекторий тропических циклонов долгое время пальма первенства принадлежала статистическим моделям, прогнозы динамических моделей стали сопоставимы с ними по качеству только в конце 1980-х, а в 1990-х годах окончательно утвердилось главенство динамических моделей.

Статистико-динамические модели. В 1970-1990 годах в Национальном центре слежения за ураганами и NCEP активно развивалась серия статистико-динамических моделей NHC73, NHC83, NHC90, NHC91 и NHC98 [168,187], которые применяли уравнения регрессии на основе выходных данных модели CLIPER или более поздних моделей, основанных на примитивных уравнениях.

Для прогноза интенсивности в Национальном центре слежения за ураганами долгое время применялась схема SHIPS theStatisticalHurricanelntensityPredictionScheme), берущая выходные данные из GlobalForecastSystem (GFS), например вертикальный сдвиг ветра, температуру поверхности океана, климатологию, поведение циклона, а с помощью уравнений регрессии рассчитывающая прогностическую интенсивность циклона. Похожая модель STIPS (StatisticallntensityPredictionSystem), но учитывающая взаимодействие вихрей с сушей, была разработана для северозападной части Тихого океана и для Южного полушария. Версия модели SHIPS, учитывающая ослабление тропического циклона над сушей, известна под именем Decay SHIPS (DSHIPS) [110].

Модель LGEM (LogisticGrowthEquationModel) использует те же входные данные, что и SHIPS, но в ней имеется упрощенная динамическая прогностическая схема. С 2004 года в оперативном режиме используется также модель r-CLIPER (RainfallClimatologyandPersistence), способная рассчитывать распределение количества осадков в тропическом циклоне на основе микроволновых данных об осадках, полученных с полярно-орбитального спутника над океаном, и измерений осадков на суше. В Национальном центре слежения за ураганами и JointTyphoonWarningCenter используются также статистические модели для расчета радиуса максимальных ветров на пять суток вперед.

Динамические модели

В 1972 была создана первая модель, прогнозирующая штормовой нагон на шельфе США, - SPLASH

SpecialProgramtoListtheAmplitudeofSurgesfromHurricanes) [139]. В 1978 была внедрена в оперативную практику первая модель прогноза траекторий, основанная на динамике атмосферы, с подвижной мелкой сеткой - MFM (movablefine-mesh) [189]. Применялась и QLM (Quasi-LagrangianLimitedAreamodel) - многоуровневая модель, основанная на примитивных уравнениях, в которой используется декартова сетка, а граничные условия берутся из данных GFS [110].

В начале 1980-х было обнаружено, что усвоение спутниковых данных о ветре, полученных в различных диапазонах спектра, способно улучшить прогноз траекторий тропических циклонов. В связи с этим была внедрена модель урагана Лаборатории Геофизической Гидродинамики (GFDL), которая применялась в исследовательских целях с 1973 года по середину 1980-х [153]. Было показано, что она хорошо справляется с задачей прогноза ураганов, поэтому спустя в 1995 году модель была преобразована в оперативную для американской службы погоды, использующуюся для прогноза как траектории, так и интенсивности тропического циклона.

Модель ВАМ (BetaAdvectionModel) применяется в оперативной практике с 1987 [110], в ней учитывается ведущий поток, осредненный для слоя 850-200 гПа, и бета-эффект, вызывающий смещение шторма на северо-восток в связи с различием силы Кориолиса в различных частях вихря. Чем больше размер тропического циклона, тем больше влияние бета-эффекта. Начиная с 1990 года, использовалось три версии ВАМ: the ВАМ shallow (BAMS) с осреднением ветра в слое 850-700 гПа, the ВАМ Medium (ВАММ) с осреднением ветра в слое 850-400 гПа, и ВАМ Deep (BAMD) с осреднением ветра в слое 850-200 гПа. Для слабого тропического циклона с плохо развитой грозовой деятельностью в центре, BAMS дает хорошие результаты, поскольку слабые шторма переносятся ведущим потоком в нижнем слое. По мере развития вихря целесообразно применять, ВАММ и BAMD. Если прогноз трех версий модели похож, синоптик может быть достаточно уверен в прогнозе, а в случае расхождения результатов расчета - возникают сомнения в направлении траектории. Большие различия между прогнозами моделей могут возникнуть и в случае наличия сильного сдвига ветра в атмосфере, который может отразиться также на прогнозе интенсивности тропического циклона .Зарубежные исследования механизмов развития и структуры тропического циклона

Благодаря развитию численного моделирования, стал возможен не только расчет траекторий и интенсивности тропических циклонов на основе достаточно полных систем уравнений гидротермодинамики, что позволило улучшить качество и заблаговременность прогноза, но и исследование физических механизмов развития вихрей.

История численного моделирования тропических циклонов может быть разбита, согласно Оояме [49], на три этапа:

1) балансовые модели;

2) модели, основанные на примитивных уравнениях;

3) модели, явно вычисляющие циркуляционные ячейки масштаба кучевого облака.

Балансовые модели основаны на рассмотрении необычно интенсивного вращения частиц, которым характеризуется развитый циклон. В развитом циклоне движение квазисбалансировано (то есть ветер близок к градиентному) для всех масштабов, за исключением отдельных облаков, а следовательно, любое скопление облаков будет строго контролироваться сбалансированным движением вихря. Хотя организованная конвекция в облачной стене глаза бури и в спиральных дождевых полосах относится к мезомасштабным процессам, она определяется динамикой не мезопроцессов, а потока более крупного масштаба. Динамика и термодинамика влажной конвекции в балансовой модели представлена в неявной форме, а первичная (азимутальная) и вторичные (радиальная и вертикальная) циркуляции сбалансированного вихря - в явной форме. Такая концепция неприменима к ранней стадии развития тропического циклона, когда интервал между масштабами конвективных облаков и сбалансированным движением слишком велик и никак не может использоваться при исследовании процесса циклогенеза. Тем не менее, по мере возрастания интенсивности вихря, упрощение обретает справедливость. При использовании балансовых моделей важно помнить о том, что интерпретацию результатов можно производить только после достижения циклоном зрелости. На завершающей стадии интенсификации и для стадии развитого циклона результаты численного моделирования на основе балансовой модели не только реалистичны, но позволяют установить взаимосвязь наблюдаемых характеристик в тропическом циклоне.

Концепция сбалансированного вихря ограничена или даже неверна в областях со слабой инерционной устойчивостью, в слое оттока (где градиент давления меняет знак) и в пограничном слое. Таким образом, начали разрабатываться модели, основанные на системе примитивных уравнений. Термодинамические аспекты влажной конвекции, которая развивается главным образом по вертикали, в них все еще параметризуются, однако использование примитивных уравнений требует, чтобы динамика процессов масштаба отдельного облака, особенно в слагаемых горизонтального ускорения, была переведена из неявной формы в явную. Модель оказывается способной описывать мезомасштабную организацию облаков (стену глаза, дождевые полосы), однако вычисления становятся более сложными в связи с возникновением численной неустойчивости при использовании шагов масштаба облака, хотя само облако по вертикали учитывается параметрически.

При использовании примитивных уравнений нет ограничений на то, чтобы начинать моделирование с очень слабых возмущенных начальных условий, однако существует множество вариаций моделей и сильная зависимость от особенностей технической реализации алгоритма. Важную роль играет выбор способа параметризации конвективных облаков. При слабой завихренности или при ее отсутствии вертикальные циркуляционные ячейки масштаба кучевого облака являются определяющим фактором в формировании конвективных систем мезометеорологического масштаба. Параметризация облаков, основанная на термодинамических соображениях, не обеспечивает получения необходимых эффектов, таких, как опускание воздуха в дождевых полосах.

Одна из первых моделей с явным воспроизведением структуры тропических циклонов была построена Ямасаки [200]. Немного позже появился цикл работ, посвященных численному моделированию эволюции тропических циклонов [144,184]. Разрабатывались как балансовые модели (в них полное уравнение для радиального компонента скорости заменялось уравнением градиентного ветра), так и модели, основанные на примитивных уравнениях гидротермодинамики. Общей чертой всех этих моделей была параметризация конвекции с помощью вариаций метода Куо и гипотезы условной неустойчивости второго рода.

Ямасаки и Розенталь [184] положили начало третьему этапу моделирования тропических циклонов, вычисляя явно циркуляционные ячейки масштаба облака. Результаты моделирования показали формирование линии шквалов на ранней стадии и совместную интенсификацию первичной и вторичных циркуляций циклона на поздней стадии. В настоящее время наблюдается тенденция к детализации моделей как за счет уменьшения шага, так и за счет более широкого учета синоптических условий. Тем не менее, важно осознавать, что построение физически более совершенной модели не гарантирует нахождение ответа на вопрос о генезисе тропического циклона, остающегося процессом вероятностным.

В 1971 году Энтисом, Розенталем и Троутом [102] была реализована первая трехмерная модель эволюции тропического циклона, причем исследователям удалось смоделировать такие характерные черты зрелого вихря, как спиральные полосы и резко асимметричный отток воздуха в верхних слоях. В 1974 году была создана 11-уровенная модель Курихары и Тулея [146], конвекция в которой параметризовалась методом приспособления.

До начала 1960-х годов численное моделирование и теоретические построения формирования тропического циклона начинали прямо с процесса условной неустойчивости второго рода, надеясь проследить образование тропического циклона из отдельных конвективных облаков. В противоположность этим воззрениям, более поздние модели и гипотезы отталкивались от состояния динамического равновесия и развивались в обратном порядке, двигаясь к проблеме генезиса. В результате был достигнут существенный прогресс в понимании динамики тропических циклонов, о чем свидетельствует способность объяснять и численно моделировать многие важнейшие аспекты тропического циклона в динамически согласованных рамках. Основой прогресса является понимание механизмов интенсификации и поддержания циклона как совместного развития организованной влажной конвекции и вихря циклонического масштаба, то есть первичной и вторичной циркуляций.

Несмотря на появление трехмерных моделей, осесимметричные модели интенсивно развивались и использовались в исследовательских целях для проверки новых схем параметризации конвекции.

С осесимметричными и трехмерными моделями тропических циклонов проводились эксперименты по чувствительности вихря к изменению внешних параметров: температуры поверхности океана, интенсивности испарения, шероховатости поверхности, выделению дополнительного количества скрытой теплоты в стене и вне облачной стены глаза (моделирование «засева» облаков йодистым серебром). Ряд моделей использовался для моделирования выхода тропического циклона на сушу путем изменения испарения и шероховатости подстилающей поверхности.

Только в 1980-х годах трехмерные модели стали применяться не только для исследования, но и для прогноза перемещения тропических циклонов, причем, в связи с вычислительными трудностями, наибольшей популярностью пользовался экономичный метод вложенных сеток.

В настоящее время существуют версии мезомасштабных моделей, приспособленные специально для прогноза погоды в тропической зоне и предлагающие схему инициации вихря [202]. Одной из таких моделей является HWRF (TheHurricaneWeatherResearchandForecasting), развитая в NOAA, Лаборатории Морских исследований, университетах Род-Айленда и Флориды. Модель была внедрена в оперативную практику в 2007 году. Несмотря на улучшение прогноза траекторий тропических циклонов, прогноз интенсивности, как и прежде, оказывается хуже, чем тот, что дают статистические модели.

Большинство моделей прогноза траекторий, за исключением CLIPER, используют в качестве начальных данных и граничных условий расчеты глобальных моделей прогноза погоды, например GFS, которая выдает расчеты за 0, 6, 12 и 18 часов по Гринвичу. В половине случаев прогнозов NHC выпускает прогнозы спустя три часа после этих сроков, так что "ранние" модели — NHC90, ВАМ и LBAR — запускаются с использованием прогноза двенадцатичасовой давности для данного срока. "Поздние" модели, такие как GFDL, завершают счет уже после выпуска штормового предупреждения.

Ни одна из моделей не способна дать идеальный прогноз, что связано как с особенностями ее физического и динамического блоков, так и с неточностью используемых в качестве начальных данных измерений метеорологических величин. Уменьшить ошибку прогноза позволяет использование ансамблевых методов прогноза траекторий и интенсивности тропических циклонов, широко распространенное в мире.

Так, JMA создала 11-членный ансамбль, известный как theTyphoonEnsemblePredictionSystem (TEPS), составляющий прогноз на 132 часа вперед. Это позволило уменьшить ошибку прогноза положения центра циклона на 5 суток вперед на 40 км.

Ансамбльмоделей The Florida State Super Ensemble (FSSE) включает 11 глобальныхмоделей: 5 созданныхвуниверситетеФлориды, the Unified Model, the GFS, the NOGAPS, the United States Navy NOGAPS, the Australian Bureau of Meteorology Research Centre (BMRC) model, and Canadian Recherche en Prévision Numerique (RPN) model. Применение этого ансамбля значительно повысило качество прогноза траекторий, интенсивности и осадков [172].

Отечественные исследования тропических циклонов

Отечественные исследования тропических циклонов можно подразделить на несколько основных направлений.

Значительная часть работ была посвящена изучению условий зарождения и интенсификации тропических циклонов путем математического и лабораторного моделирования. Хаин и Агренич [96] рассматривали популярную гипотезу влияния условной неустойчивости второго рода на формирование вихрей и роль трения. Основная идея условной неустойчивости второго рода заключается в том, что взаимодействие движений масштаба конвективного облака, сопровождающихся выделением скрытой теплоты конденсации, с движениями масштаба синоптического вихря происходит посредством механизма трения о поверхность, в результате которого в пограничном слое появляется направленная к центру вихря составляющая скорости и происходит конвергенция водяного пара в центральной части вихря. Исследователи провели численные эксперименты с осесимметричной моделью и обнаружили, что только при наличии трения в модели появлялся вихрь, в котором присутствовали глаз бури и облачная стена вокруг него. В отсутствие трения вихрь также формировался, однако он отличался более крупными размерами и в нем не было глаза бури и стены глаза.

В дальнейших исследованиях Хаин [95] рассматривал влияние влажности воздуха и начального вихря на зарождение и развитие тропического циклона. Автор провел численные эксперименты на осесимметричной двенадцатислойной гидростатической модели тропического циклона и показал, что для каждой величины начального вихря существует критическое значение относительной влажности, ниже которого тропический циклон не развивается. Повышение относительной влажности на несколько процентов способно перевести неразвивающееся тропическое возмущение в развивающееся или сократить по времени начальную стадию развития вихря, приведя к его быстрой интенсификации. Хаин продемонстрировал, что увеличение начального вихря позволяет тропическому циклону развиться при меньших значениях относительной влажности. Роль начального вихря, по мнению исследователя, заключается, помимо адвекции момента количества движения, в обеспечении длительного времени достаточного испарения с поверхности, конвергенции влаги к центру тропического циклона и доведения ее величины до уровня, необходимого для возникновения мощной конвекции в достаточно узкой области. Хаин доказал, что при превышении относительной влажностью отметки 90% тропический циклон способен зародиться и развиться без начального вихря из состояния покоя.

Пермяков в 1992 году [51] попытался описать необходимые условия зарождения тропических циклонов, введя безразмерные параметры, определяющие условия нагревания воздуха в тропическом циклоне (формирование теплого ядра) и позволяющие предсказать усиление тропического возмущения до депрессии или шторма. В дальнейших исследованиях [52,53] он изучил условия

20 формирования тропического циклона в геострофическом потоке и показал, что условия формирования ТЦ, как условия формирования замкнутых линий тока в пограничном слое и свободной атмосфере или замкнутых изобар, можно выразить в виде соотношения двух безразмерных параметров, связывающих интенсивность и пространственный масштаб локализованного источника тепла в пограничном слое, скорость фонового геострофического потока, градиент температуры в свободной атмосфере и параметр Кориолиса. При этом критические значения параметров зависят от горизонтального распределения интенсивности в источнике тепла. Вертикальные движения, связанные с конвергенцией трения в пограничном слое, в свободной стратифицированной атмосфере приводят к развитию ядра холодного воздуха, что способствует усилению конвекции, проникающей в средние слои атмосферы, и дальнейшему развитию тропического циклона.

Покровская и Шарков [59,60] на основе статистического анализа данных о тропических циклонах в Мировом океане с 1988 по 1992 годы попытались объяснить колебания интенсивности тропического циклогенеза. Они показали, что амплитудные вероятностные характеристики глобального циклогенеза обладают устойчивой внутригодовой изменчивостью и могут быть описаны в рамках двух последовательных пуассоновских приближений с устойчивыми параметрами интенсивности потока.

Известно, что за последние десятилетия заметно улучшился прогноз траекторий тропических циклонов, однако в прогнозе максимальной интенсивности тропических циклонов достичь успехов так и не удается. Тем не менее, Петровой Л.И. были сделаны попытки оценить максимальную потенциальную интенсивность тропических циклонов по разным гидродинамическим моделям на основе натурных данных [55,56]. Было показано, что в ряде случаев интенсивность ТЦ в моделях не соответствует фактической, что связано с неучетом в настоящее время в моделях ряда особенностей структуры ТЦ и их окружения. Как правило, модели завышают максимальную потенциальную интенсивность вихрей, поскольку не учитывают факторы, препятствующие ее достижению: апвеллинг, вертикальные сдвиги ветра, наличие задерживающих слоев и т.п. В некоторых случаях модели не учитывают особенности термодинамической структуры ядра ТЦ и взаимодействие вихря с окружающей средой, в связи с чем рассчитываемая интенсивность оказывается ниже наблюдаемой.

Лебедев и Петрова [35] в 1994 году опубликовали статью, в которой привели результаты исследования влияния энергии неустойчивости на возникновение и интенсификацию тропических циклонов. Согласно мнению авторов, при наличии энергии неустойчивости, обеспечивающей формирование тропического шторма или урагана, в 90% случаев около уровня конденсации наблюдаются задерживающие слои, препятствующие конвекции. При отсутствии и преодолении такого задерживающего слоя конвекция затухает в результате формирования задерживающего слоя после частичной реализации энергии неустойчивости. По мнению авторов, для циклогенеза важна полная реализация энергии неустойчивости при разрыве задерживающих слоев, формирующихся при конвекции или уже имеющихся до ее начала.

В дальнейших исследованиях Лебедев показал, что воздушная масса с неустойчивой стратификацией обладает определенным резервом падения давления (РПД), на который при соответствующих условиях может понизиться ее давление на уровне подстилающей поверхности. Если разность начального давления и РПД превышает давление, характерное для тропического шторма или урагана, то их формирование исключено, а если меньше — формирование возможно, но не обязательно произойдет. Наличие РПД, достаточного для образования урагана, является всего лишь дополнением к необходимым условиям зарождения урагана. Было также установлено, что процесс глубокой атмосферной конвекции при формировании ТЦ протекает в три этапа, качественно отличающихся друг от друга, причем на каждом из этих этапов конвекция может прекратиться и ураган не сформируется.

Нетреба в 1997 году опубликовал результаты интересного лабораторного моделирования тропических циклонов и их траекторий [48]. Предложенный метод лабораторного моделирования атмосферных вихрей во вращающейся жидкости был основан не на разности температуры в слое, а на использовании химических реакций с выделением газа во вращающейся жидкости, имитирующих динамические эффекты выделения тепла при атмосферной конденсации. Таким образом, для создания пузырьковой конвекции использовались таблетки мукалтина, при соприкосновении с водой которых выделяется углекислый газ. Сила плавучести в данном случае пропорциональна расходу газа, причем при повышении температуры на каждые 10 градусов расход газа и сила плавучести удваиваются. В природе поток скрытого тепла от поверхности удваивается при повышении ее температуры на каждые 10 градусов (в диапазоне 0.+30°С). В лабораторной модели образовывались узкие зоны восходящих потоков. Для определения характеристик масштабов взаимодействия и завихренности конвективных элементов таблетки подвешивались на нитях, по закручиванию которых вычислялась угловая скорость вращения в области источника. С ростом температуры наблюдалось усиление циклонического вращения в толще жидкости и антициклональный отток в приповерхностном слое. При превышении 25°С отмечалось сближение и слияние конвективных элементов с образованием более крупных, которые, в свою очередь, также сливались, образовав в результате интенсивный вихрь, напоминающий тропический циклон. Было показано, что для формирования вихря из отдельных конвективных элементов необходимо соблюдение двух условий: превышение температурой воды отметки 25°С и высокая плотность конвективных элементов (расстояние между ними не должно превышать диаметра поперечного среза самих струй). Характерная траектория тропического циклона в лабораторной модели была воспроизведена с помощью помещения в воду льда, имитирующего субтропический антициклон.

А.В. Кисловым было проведено исследование климатологии завихренности и циклогенеза в атмосфере тропиков Северного полушария [27,28]. Для характеристики штормов и ураганов была применена аномалия вертикальной компоненты вихря, за которую принимались отклонения от среднего значения завихренности на 4 стандартных отклонения. Было продемонстрировано, что межгодовая изменчивость числа аномалий, превышающих 4 стандартных отклонения, значимо коррелирует с явлением Эль-Ниньо (Ла-Нинья). Кроме того, в ходе исследований была построена композиционная модель интенсивного тропического возмущения, анализ которой показал, что основной вклад в прирост завихренности обеспечивают те составляющие уравнения эволюции вихря, которые входят в его геострофическую часть. Поставлен правомерный вопрос: способны ли численные модели атмосферы, ориентированные на моделирование условий, не слишком сильно отклоняющихся от некоторого среднего уровня, адекватно воспроизводить интенсивные атмосферные вихри.

Вторая обширная группа исследований была направлена на изучение взаимодействия тропических циклонов друг с другом. Интерес к этой теме не угасает до сих пор, что связано с многообразием синоптических ситуаций, в исходе которых траектории тропических циклонов приобретают причудливую форму, а прогноз поведения вихрей затрудняется. Так, Похил А.Э., Ситников И.Г., Зленко В.А., Полякова И.В. [63-67,73-78,84,85] занимались постановкой численных экспериментов по исследованию взаимодействия атмосферных вихрей на баротропных и бароклинных моделях. Были найдены критические соотношения, вызывающие изменение вида взаимодействия (притяжение-расталкивание); были обнаружены колебательные движения центров вихрей при сближении их на расстояние, близкое к радиусу максимального ветра; наблюдалось подавление одного вихря другим, образование вторичных областей завихренности; было выяснено влияние бета-эффекта на

24 взаимодействие вихрей, выражавшееся в изменении траекторий вихрей. При сравнении результатов экспериментов с баротропной и бароклинной моделями было обнаружено, что при переходе от баротропной модели к бароклинной вид взаимодействия вихрей не изменяется, прекращение взаимодействия происходит на меньших расстояниях, а максимальное удаление вихрей друг от друга в баротропной модели больше, чем в бароклинной.

Петрова Л.И. И Хохлова A.B. [57] моделировали эффект Фудзивары (взаимного вращения взаимодействующих тропических циклонов) в рамках полуэмпирической модели перемещения тропического циклона («шайба» в потоке жидкости) и показали, что он часто маскируется фоновым потоком. Каждый из взаимодействующих циклонов добавляет некоторую составляющую к фоновому потоку для другого. Было выяснено, что чем интенсивнее циклоны и чем меньше расстояние между ними, тем сильнее взаимодействие. По данным наблюдений был сделан вывод о том, что при взаимодействии вихрей западный циклон обычно замедляется, а восточный ускоряется.

Первое время исследователи рассматривали циклоны только равной интенсивности, однако в природе такие случаи почти не встречаются. Более того, интенсивность каждого из вихрей может меняться в период взаимодействия под влиянием сложившихся в конкретный момент условий окружающей атмосферы. Необходимо изучать каждую пару (или даже трио) взаимодействующих циклонов отдельно, постепенно накапливая материал.

Во многих работах рассматривались особенности траекторий движения тайфунов в зависимости от региона развития [25] и от окружающих синоптических условий [24,29,38,39,75]. Например, особое внимание ученых Гидрометцентра привлекли тайфуны, выходящие на Дальний Восток РФ, поэтому некоторые исследования касались выявлению характерных черт и траекторий этих вихрей [30]. Было показано, что во всех случаях выхода ТЦ в южные районы Дальнего Востока России имеет место наличие высотного субтропического антициклона. В зависимости от положения центра этого антициклона меняется и траектория вихря. Важным моментом является слияние высотной части ТЦ с южной оконечностью подвижной высотной ложбины умеренных широт, что зачастую соответствует трансформации ТЦ во внетропический циклон.

Фалькович, Хаин и Гинис исследовали развитие и перемещение тропических циклонов и их взаимодействие в совместной модели атмосферы и океана [8890].

Ряд работ сотрудников Тихоокеанского океанологического института ДО РАН был посвящен исследованию влияния прохождения тропических циклонов на верхний слой океана. Поталова, Тархова и Пермяков на основе климатических данных и данных реанализа оценили вклад ТЦ в потоки тепла, влаги, импульса и механической энергии ветра над Японским и Охотским морями [62]. Оценки проведены для двух ТЦ, выходивших на акватории этих морей. Было показано, что при движении ТЦ над акваториями обоих морей тепло- и влагообмен между поверхностью воды и атмосферой возрастает примерно в 3 раза. Также отмечалось значительное динамическое воздействие ТЦ на верхний слой воды, при котором поток механической энергии ветра превышает фоновые среднемесячные значения в 10 раз и больше. На примере дальневосточных циклонов авторы продемонстрировали выраженную зависимость степени возмущения верхнего слоя океана от интенсивности циклона, его размера и динамики развития.

Третьим направлением исследований тропических циклонов в СССР и России являлось изучение структуры тропического циклона. Большой цикл работ Е.М. Добрышмана [12-17] был посвящен созданию и результатам расчетов с гидродинамической моделью поля ветра в глазе тайфуна. Добрышман продемонстрировал, что только центральную часть тропических циклонов можно считать осесимметричной. На основании натурных наблюдений и численных экспериментов было показано, что глаз бури представляет собой достаточно устойчивое образование. Вокруг центральной части тайфуна могут происходить достаточно интенсивные случайные или регулярные (суточные) изменения полей метеорологических величин, которые способны исказить форму глаза бури, однако стена глаза и сам глаз бури исчезают лишь при затухании тайфуна или при его трансформации в полярно-фронтовой циклон. Устойчивость глаза обеспечивается равновесием между энергообразующими и диссипативными процессами.

Проведенные Добрышманом расчеты показали большое разнообразие отклика поля ветра в центре ТЦ на возмущение поля давления. Помимо интенсивности возмущения, большую роль при этом играют форма возмущения, скорость роста возмущения по радиусу и закон затухания возмущения по высоте.

По результатам одного из проведенных исследований радиального профиля давления на уровне моря в тайфуне Добрышман выделил четыре области с различными значениями градиентов давления и разной динамикой. Было показано, что в области глаза существуют различные режимы, определяемые взаимосвязью адвекции, кривизны изобар и центростремительного ускорения. В области крутого роста давления ветер дует к центру, но центростремительное ускорение и кривизна при обязательном условии сохранения момента импульса создают и усиливают тангенциальный компонент скорости, препятствуя созданию «коллапса» в центре. В этой области формируется кольцо штормовых ветров. В области плавного уменьшения барического градиента начинает действовать ускорение Кориолиса, которое нарушает осевую симметрию и создает узкие сектора увеличения горизонтального и вертикального компонентов скорости ветра. В области нулевого барического градиента действует сила Кориолиса, сильно нарушающая симметрию. Для этой зоны характерны облачные «хвосты», прослеживаемые по спутниковым снимкам тайфунов. В связи с тем, что тайфун активно перемещается над океаном, необходимо учитывать скорость перемещения его центра: в той части вихря, где

27 скорость ветра относительно центра ТЦ складывается со скоростью движения самого ТЦ, ветер будет сильнее, что следует учитывать при прогнозе нагонов воды.

Добрышман и Турбаевская [20,21] продолжили исследования влияния силы Кориолиса на осесимметричность ТЦ. Они показали также, что радиальный профиль вихря не зависит от движения тайфуна, а распределение спиральности — зависит.

П. Блэк и A.B. Литинецкий опубликовали результаты измерений самолетов-лабораторий в урагане Гилберт, которые проводились в рамках совместного проекта СССР и США [4]. Б.С. Юрчак [100] проводил радиолокационное исследование глаза ТЦ Ирвинг при прохождении над Тонкинским заливом. Было обнаружено влияние изменения расстояния до побережья на интенсивность вихря. Было также отмечено, что перед интенсификацией вихря наблюдалось уменьшение диаметра глаза бури, в момент максимальной интенсивности он приобретал правильную округлую форму. А в конце интенсификации отмечалось появление колец конвективной облачности вокруг глаза тропического циклона.

Современные направления исследования тропических циклонов

В настоящее время упор в исследованиях делается на изучение причин развития тропических циклонов. Эмануэль [117] указывает, что главной проблемой является изучение не условий возникновения, а условий интенсификации вихрей. Научное сообщество ищет ответ на вопрос, отчего же всего 10% тропических возмущений продолжают развиваться и достигают как минимум стадии тропического шторма; чем эти депрессии отличаются от других и каковы ключевые факторы, приводящие к формированию урагана. Для решения этих вопросов была предложена, в частности, теория турбулентного вихревого динамо, активно развиваемая несколькими группами ученых из США и России.

Установление зависимости между параметрами возмущения и состоянием атмосферы в районе ее образования, возможно, позволило бы применять активные воздействия на тропические циклоны на начальных этапах их формирования.

Механизм турбулентного вихревого динамо [42,43] предполагает передачу энергии в крупные масштабы от мелкомасштабной спиральной турбулентности, образующейся во влажной конвективно-неустойчивой атмосфере под действием силы Кориолиса. В пользу возможного существования такого эффекта свидетельствуют проведенные измерения спиральности в пограничном слое, где был обнаружен ее перенос по спектру в сторону малых масштабов. Этот перенос может ослаблять каскад энергии и способствовать формированию крупномасштабных структур. Необходимым условием достижения динамо-эффекта является выделение тепла в ограниченной области, что характерно для тропических депрессий.

Впервые концепция спиральности была предложена Бетчовым [3]. Концепция завоевала популярность среди исследователей конвекции. В 1983 году Левич и Цинобер [5,37] ввели понятие «спирального циклогенеза»: тропические кластеры облаков, мезомасштабные конвективные комплексы (МКК) и линии шквалов развиваются из источников энергии конвективного масштаба, которые самоорганизуются в системы более крупных масштабов путем переноса энергии от мелких масштабов к крупным. Лилли [156] отмечал, что большая спиральность подавляет каскадный переход энергии от крупных масштабов кмелким, поэтому спиральные конвективные ячейки, получающие спиральность из окружающей среды, противостоят диссипации и живут дольше обычных грозовых ячеек. Монтгомери [165] описал процесс формирования тропического циклона как укрупнение конвективных ячеек и провел расчеты спиральности, чтобы предсказать развитие конвекции в тропическом циклоне.

По мере накопления данных о мезомасштабных циклонах умеренных и высоких широт, в связи с их несомненным сходством с тропическими циклонами, ведутся исследования физических механизмов зарождения и развития этих циркуляций, и в частности, полярных мезоциклонов. В России этим вопросом уже несколько лет занимаются специалисты Института физики атмосферы [9,10,45]. Подробный обзор литературы по мезомасштабным циклонам умеренных и высотых широт приводится в главе 5.

Предпосылки к формулировке цели и задач исследования

Важное значение в настоящее время приобретает возвращение (на новом уровне, с использованием современных мезомасштабных численных моделей атмосферы) к моделированию взаимодействия тропических циклонов с другими синоптическими объектами и подстилающей поверхностью, поскольку подобное взаимодействие может существенно изменить траекторию, интенсивность и поведение тропического циклона. Определение закономерностей эволюции циклонов в конкретных синоптических и физико-географических условиях позволит более точно оценивать риск выхода вихря в населенные пункты и нанесение им ущерба и проводить эвакуацию населения и имущества точечно. Получение сведений о детальной структуре вихря и ее трансформации в процессе развития циклона может быть интересно как с точки зрения накопления новых знаний о тропических циклонах, так и с точки зрения прогноза ущерба, наносимого вихрем при прохождении над населенными пунктами, поскольку интенсивность тропического циклона неодинакова в различных его частях и в разное время суток.

Таким образом, видно, что в основной массе отечественных и зарубежных статей и монографий рассматривались отдельные механизмы развития тропических циклонов. Недостаточно внимания уделялось исследованию многообразия физико-географических и синоптических условий, в которых происходит эволюция вихрей, а также сопоставлению циклонов конвективной природы разных масштабов между собой.

Целью работы является исследование особенностейэволюции тропических циклонов и их взаимодействия с другими синоптическими объектами и подстилающей поверхностью, а также составление сравнительной характеристики тропических циклонов с мезомасштабными циклонами умеренных и высоких широт.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и последовательно решены следующие задачи:

1. Выбор гидродинамической модели и ее адаптация к северо-западной части Тихого океана, различным регионам Атлантики и Европы. Оценка качества воспроизведения метеорологических полей в тропиках и умеренных широтах и обоснование применимости модели для исследования тропических циклонов.

2. Выявление структуры тропических циклонов и их влияния на тепловой и радиационный баланс подстилающей поверхности региона развития. Диагностика интенсивности вихря на различных этапах развития по показателям спиральности.

4. Выявление на основе синоптических карт, данных анализа >ГСЕР и спутниковых снимков особенностей структуры и эволюции мезомасштабных циклонов высоких и умеренных широт.

5. Сопоставление условий развития полярных мезоциклонов и тропических циклонов.

6. Сопоставление характеристик мезомасштабных циклонов над Черным и Средиземным морями с типичными тропическими и средиземноморскими циклонами.

Объектом исследования являются тропические циклоны и их аналоги в умеренных и полярных широтах. Предмет исследования - структура и различные варианты эволюции тропических циклонов.

Научная новизна

2. Проанализированы различные сценарии взаимодействия тропических циклонов сполярно-фронтовыми возмущениями и другими тропическими циклонами, сопровождающиеся обменом энергией и массой между этими системами.

3. Впервые в России для диагностики интенсивности тропических циклонов применены такие характеристики, как индекс спиральности и относительная спиральность.

4. Впервые проведена комплексная сравнительная характеристика пространственной организации и эволюции тропических циклонов, полярных мезоциклонов, мезомасштабных циклонов умеренных широт и средиземноморских циклонов.

Методы исследования

Для решения поставленных задач проводился анализ спутниковых снимков, синоптических карт и карт полей метеорологических величин, построенных на основе данных реанализа, а также численные эксперименты с мезомасштабной атмосферной моделью высокого разрешения. В качестве такой модели использовалась мезомасштабная модель ЕТА, разработанная коллективом ученых под руководством профессора Мезингера в Университете Белграда и развиваемая далее в США, Бразилии, России [85,105-106,130]. Был написан ряд программ по обработке полученных полей метеорологических величин (для построения вертикальных разрезов циклона, осреднения значений метеорологических величин по окружностям различных радиусов вихря, расчета характеристик спиральности, расчета потоков энергии на границе взаимодействующих циклонов и т.п.). Полученные карты, разрезы и графики анализировались и сопоставлялись с существующими ранее представлениями о структуре и эволюции тропического циклона.

Исходные данные

В качестве начальных данных для мезомасштабной численной модели атмосферы ЕТА использовались данные анализа NCEP с пространственным разрешением 1°. Исходными данными для анализа особенностей структуры и эволюции тропических циклонов являлись результаты расчетов модели, на основе которых в процессе исследования строились карты, вертикальные разрезы и графики, рассчитывались необходимые характеристики. В модели ЕТА и в полях анализа NCEP хорошо прослеживаются вихри, поведение которых совпадает с поведением и динамикой реальных тропических циклонов. Единственным отличием между реальными и модельными вихрями является недостаточная интенсивность последних.

К работе привлекались спутниковые снимки, предоставленные НИЦ «Планета» или загруженные с сайтов метеорологических служб Японии и США, а также синоптические карты различных метеослужб.

Практическая значимость

Личный вклад автора

Основные результаты диссертации получены автором лично и в соавторстве с Тросниковым И.В., Похил А.Э. и Левиной Г.В.

Автор адаптировал модель ЕТА ко всем требуемым для расчета регионам, провел численные эксперименты, написал программы для обработки результатов интегрирования модели и выполнил подробный анализ особенностей структуры и эволюции тропических, мезомасштабных и средиземноморских циклонов. Итоги исследования приведены в 22 печатных работах (5 статьях в журнале из списка ВАК, 2 статьях в других журналах и 15 тезисах и статьях в трудах различных конференций).

Апробация работы

Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1) Вторая конференция молодых ученых гидрометеорологических служб стран-участников СНГ, Москва, 2006

2) Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи", НИВЦ МГУ, 2006.

3) Конференция «Ломоносов - 2007», Москва, МГУ, 2007

4) Международный Симпозиум «Физика атмосферы: наука и образование», Санкт-Петербург, 2007.

5) «Мезопроцессы в метеорологии и атмосферном загрязнении», Одесский Государственный Экологический Университет, Одесса, 2008

6) iTi Conference on Turbulence III., Universitä di Bologna, Bertinoro, Italy, 2008

7) Школа молодых ученых по механике сплошных сред, Пермь, 2009

8) «Михаил АрамаисовичПетросянц и синоптическая метеорология», МГУ, 2009

9) WSEAS/CIEO International Conference on Climate Change, Global Warming, Biological Problems and Natural Hazards, Faro, Portugal, 3-5 Nov. 2010.

10) Семинар по моделированию и прогнозу крупномасштабных гидрометеорологических процессов и климата (Гидрометцентр России), 2011

Структура работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, 195 иллюстраций, 14 таблиц, заключения и списка литературы.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Глебова, Екатерина Сергеевна

Основные выводы, сделанные по результатам проведенного исследования:

1. Для расчета метеорологических полей и траекторий тропических циклонов выбрана мезомасштабная гидродинамическая модель ЕТА. Воспроизводимые ею в период развития изучаемых тропических циклонов атмосферные вихри отличаются малой интенсивностью, однако их поведение хорошо согласуется с поведением реальных тропических циклонов.

3. Тропический циклон оказывает существенное влияние на изменение структуры теплового и радиационного баланса региона, в котором он развивается, приводя к отклонению величин основных радиационных показателей и турбулентных потоков от среднемноголетних значений для конкретного месяца. После прохождения тропического циклона отмечается быстрое (в течение суток) выравнивание значений потоков с фоновыми.

5. В зависимости от физико-географических и синоптических условий в районе развития ТЦ возможны различные варианты эволюции вихря. При этом к ключевыми сценариям можно отнести пересечение ТЦ островов и полуостровов, процесс взаимодействия ТЦ и полярного фронта, взаимодействие тропического и полярно-фронтового циклона. В процессе взаимодействия двух тропических циклонов происходит изменение траектории более слабого циклона под влиянием циркуляции более интенсивного, что приводит к образованию петли траектории слабого вихря. На конкретных примерах показано, что тропические циклоны способны обмениваться между собой энергией, влагой и массой, однако на границе раздела двух циклонов происходит компенсация противоположно направленных потоков, поэтому усиления одного вихря за счет другого практически не наблюдается.

6. Предложена сравнительная характеристика условий зарождения и особенностей эволюции полярных мезоциклонов и ТЦ на основе анализа синоптических карт и спутниковых снимков.

7. Рассмотрена эволюция мезоциклона над Черным морем, развивавшегося в сентябре 2005 года, и проведено сопоставление его феноменологических характеристик и физико-синоптических механизмов развития с полярными мезоциклонами, средиземноморскими циклонами синоптического масштаба и тропическими циклонами. Показано, что черноморский мезоциклон по характеру развития и особенностям структуры является родственным полярным мезоциклонам.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю Тросникову Игорю Васильевичу за предоставленную свободу действий и доброе отношение. Автор признателен Алле Эфраимовне Похил за плодотворное сотрудничество и моральную поддержку, Александру Викторовичу Кислову и Лыкосову Василию Николаевичу за внимательное отношение к работе и ценные критические замечания, а также Галине Владимировне Левиной за полезные консультации и активное сотрудничество.

Заключение

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Глебова, Екатерина Сергеевна, Москва

1. Алексеев В.В., Баранов П.А, Метальников A.A. Физическоемоделирование системы главных волн и термического следа тропического циклона// Энергоперенос в вихревых циркуляционных течениях. Минск: ИТМО АН БССР, 1986, с. 145-154.

2. Алексеев В.В., Метальников A.A. Физическое моделирование термического следа тропического циклона. Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1990, том 26, №2, с. 177-182.

3. Бетчов Р., Криминале В. Вопросы гидродинамической устойчивости. Пер. с англ. М. : Мир, 1971. - 350 с.

4. Блэк П., Литинецкий A.B. Поля метеовеличин в урагане Гилберт по данным измерений самолетов-метеолабораторий. «Метеорология и гидрология», 1993, №2, с. 27-37.

5. Брановер Г.Г., Цинобер А.Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. М. Наука, 1970, 379с.

6. Бугаева В.В. Анализ южного циклона. Труды Гидрометцентра СССР, 1972, вып. 107.

7. Васильев В.И. Исследование изменчивости общего содержания озона в зоне действия тропических циклонов. «Метеорология и гидрология», 2005, №12, с. 28-39.

8. Глебова Е.С., Левина Г.В., Наумов А.Д., Тросников И.В.Расчет спиральных характеристик поля скорости развивающегося тропического циклона. «Метеорология и гидрология», 2009, №9, с. 14-26.

9. Голицын Г.С. Статистика и энергетика тропических циклонов // Докл. РАН. 1997. Т.354, №4, с.535-538.

10. Ю.Голицын Г.С. Ураганы, полярные и тропические, их энергия и размеры, количественный критерий возникновения. Известия РАН. «Физика атмосферы и океана», 2008, Т.44, №5, с.579-590.

11. П.Дегтярев А.И. Воздействие летнего индийского муссона на образование тропических циклонов над акваториями морей Юго-Восточной Азии.300

12. Метеорология и гидрология», 1999, №7, с. 52-57.

13. Добрышман Е.М. О нестационарной модели глаза тайфуна. «Метеорология и гидрология», 1995, №12, с.5-19.

14. И.Добрышман Е.М. Гидродинамическая модель нестационарных процессов в глазе тайфуна. «Метеорология и гидрология», 1996, №12, с.5-18.

15. И.Добрышман Е.М. Гидродинамическая модель поля ветра в глазе тайфуна. «Метеорология и гидрология», 1997, №12, с.5-18.

16. Добрышман Е.М. Стационарная гидродинамическая модель поля ветра в центре тайфуна. «Метеорология и гидрология», 1998, №11, с.5-18.

17. Добрьішман Е.М. Влияние возмущений поля давления на структуру поля ветра в центральной части тайфуна. «Метеорология и гидрология», 2000, №1, с.16-31.

18. Добрышман Е.М. Гидродинамическая модель поля ветра в тайфуне. «Метеорология и гидрология», 2002, №12, с.5-18.

19. Добрышман Е.М., Иванидзе Т.Г., Кружкова Т.С., Макарова М.Е. О некоторых характеристиках максимального ветра и траекториях тропических циклонов за 30 лет (1970-1999 гг.). «Метеорология и гидрология», 2002, №4, с. 5-16.

20. Добрышман Е.М., Макарова М.Е. Тайфуны как активная составляющая регионального климата. «Метеорология и гидрология», 2004, №6, с. 4958.

21. Добрышман Е.М., Турбаевская Н.К. Вычисление поля ветра и спиральности в неподвижном и движущемся тайфунах. «Метеорология и гидрология», 2006, №4, с. 47-58.

22. Добрышман Е.М., Турбаевская Н.К. Гидродинамическая модель поля ветра в движущемся тайфуне. «Метеорология и гидрология», 2007, №4, с.5-13.

23. Ефимов, В. В. Численное моделирование квазитропического циклона над Черным морем / В. В. Ефимов, М. В. Шокуров, Д. А. Яровая // Известия

24. РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. - Т. 43, N6.-0. 723-743.301

25. Иванидзе Т.Г., Кружкова Т.С., Макарова М.Е. О связи характеристик тропических циклонов с особенностями циркуляции атмосферы и физико-географическими условиями в районах их деятельности. «Метеорология и гидрология», 2003, №9, с. 32-45.

26. Информационный сборник №37. Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов.под ред. к.г.н. Веселовой Г.К., М.; Обнинск: ИГ-СОЦИН, 2010, -161 с.

27. Кислов A.B. Статистика и география тропического циклогенеза Восточного полушария. «Метеорология и гидрология», 2004, №9, с.5-13.

28. Кислов A.B. Климатология завихренности и циклогенез в атмосфере тропиков Северного полушария. «Метеорология и гидрология», 2005, №12, с. 40-46.

29. Кружкова Т.С., Иванидзе Т.Г. Макарова М.Е. Статистические характеристики тропических циклонов в годы противоположных экстремумов их повторяемости. «Метеорология и гидрология», 2001, №12, с. 13-23.

30. Кружкова Т.С., Иванидзе Т.Г. Макарова М.Е. Особенности выхода тропических циклонов на Дальний Восток России в период с 1970 по 1999 г. «Метеорология и гидрология», 2003, №8, с.27-3 5.

31. Курганский М.В. Генерация спиральности во влажной атмосфере. Известия РАН, Физика атмосферы и океана, 1993, том 29, №4, с. 464-469.

32. Курганский М.В. Генерация завихренности во влажной атмосфере. Известия РАН, Физика атмосферы и океана, 1998, том 34, №2, с. 175-181.

33. Курганский М.В. Вертикальный поток спиральности в атмосферных302вихрях как мера их интенсивности. Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2008, том 44, № 1,с. 67-74.

34. Лаврова A.A., Глебова Е.С., Тросников И.В., Казначеева В.Д. Моделирование эволюции серии средиземноморских циклонов с помощью региональной атмосферной модели. «Метеорология и гидрология», 2010, №6, с. 5-15.

35. Лебедев С.Л., Петрова Л.И. Оценка возможности возникновения тропического циклона по энергии неустойчивости. «Метеорология и гидрология», 1994, №5, с.68-76.

36. Левина Г.В. О параметризации спиральной турбулентности для численных моделей интенсивных атмосферных вихрей. Доклады АН, 2006, том 411, №3, с. 400-404.

37. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика . (2-е издание). М. Физматлит, 1959.

38. Макарова М.Е., Иванидзе Т.Г. Некоторые особенности сезона тропических циклонов в 2005 г. «Метеорология и гидрология», 2006, №12, с.5-14.

39. Макарова М.Е., Иванидзе Т.Г., Кружкова Т.С. Особенности траекторий и некоторых характеристик тропических циклонов с разными видами окончательной стадии существования в 1970-1999 годах. «Метеорология и гидрология», 2003, №11, с.25-36.

40. Машкович С.А. О чувствительности численного прогноза траекторий тропических циклонов к погрешностям данных об их исходных координатах. «Метеорология и гидрология», 2003, №1, с. 42-48.

41. Минина Л.С. О возникновении и развитии тайфунов. «Метеорология и гидрология», 1983, №11, с. 5-14.

42. Моисеев С.С. и др. Физический механизм усиления вихревых возмущений в атмосфере. Доклады АН, 1983, том 237, №3, с. 549-553.

43. Моисеев С.С., Руткевич П.Б., Тур A.B., Яновский В.В. Вихревое динамо вконвективной среде со спиральной турбулентностью. Журнал303экспериментальной и теоретической физики, 1988, том 94, выпуск 2, с. 144-153.

44. Молэн П.А. Охотники за тайфунами. Пер. с фр. Москва : Мир, 1967. -332 с.

45. Мохов И.И., Акперов М.Г., Лагун В.Е., Луценко Э.И. Интенсивные арктические мезоциклоны. Известия РАН. «Физика атмосферы и океана», 2007, Т.43, №3, с.291-297.

46. Наумов А.Д., Николаева A.B. Использование региональной ЕТА-модели для прогноза траекторий тропических циклонов по данным Гидрометцентра России. «Метеорология и гидрология», 2003, №10, с.33-40.

47. Нерушев А.Ф. Влияние тропических циклонов на региональную изменчивость общего содержания озона. «Метеорология и гидрология», 1996, №2, с.33-40.

48. Нетреба С.Н. Физическое моделирование атмосферных вихрей во вращающейся жидкости. «Метеорология и гидрология», 1997, №8, с.35-44.49.0ояма К.В. Об основных проблемах теории тропических циклонов. Москва, «Мир», 1985, с. 32-47.

49. Пальмен Э., Ньютон Ч. Циркуляционные системы атмосферы. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1973, с. 476-528.

50. Пермяков М.С. Необходимые условия развития тропического циклона. «Метеорология и гидрология», 1992, №7, с.54-60.

51. Пермяков М.С., Маликова Н.П., Поталова Е.Ю., Тархова Т.И. Связь термодинамических параметров атмосферы с циклогенезом в тропических широтах северо-западной части Тихого океана. «Метеорология и гидрология», 2005, №2, с.61-67.

52. Пермяков М.С., Поталова Е.Ю. Условия формирования тропических циклонов в геострофическом потоке. «Метеорология и гидрология», 2005, №12, с.18-27.

53. Петрова Л.И. О радиальном профиле скорости ветра во внешней зоне тропического циклона. «Метеорология и гидрология», 2002, №6, с.33-38.

54. Петрова Л.И. Условия полной реализации резерва падения давления воздушной массы, определяющего возможную максимальную интенсивность тропического циклона. «Метеорология и гидрология», 2008, №4, с.5-14.

55. Петрова Л.И. Об оценках максимальной потенциальной интенсивности тропических циклонов. «Метеорология и гидрология», 2010, №6, с. 16-25.

56. Петрова Л.И., Хохлова A.B. Моделирование эффекта Фудзивары в рамках полуэмпирической модели перемещения тропического циклона. «Метеорология и гидрология», 1991, №10, с.53-61.

57. Петрова Л.И. и др. Влияние суши на изменение траекторий ТЦ. "Метеорология и гидрология", 1988, №10, с. 72-80.

58. Покровская И.В., Шарков Е.А. Внутригодовая изменчивость глобального тропического циклогенеза. «Метеорология и гидрология», 1994, №4, с.20-28.

59. Покровская И.В., Шарков Е.А. Межгодовая изменчивость тропического циклогенеза в Тихоокеанском бассейне. «Метеорология и гидрология», 1996, №3, с.40-49.

60. Попова Т., Рункану Т., Тэнцер Т., Шаров В. Средиземноморские циклоны в поле облачности. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1975 год.

61. Поталова Е.Ю., Тархова Т.И., Пермяков М.С. Некоторые оценки воздействия тропических циклонов на верхний слой Японского и Охотского морей. «Метеорология и гидрология», 2007, №4, с. 14-20.

62. Похил А.Э. О взаимодействии тропических циклонов в Тихом океане. «Метеорология и гидрология», 1990, №6, с.60-67.

63. Похил А.Э. О возникновении и разрушении вторичных вихрей в процессе взаимодействия двух тропических циклонов. «Метеорология и гидрология», 1991, №9, с.34-41.

64. Похил А.Э. О некоторых условиях возникновения большого вихря и305особенностях взаимодействия вихрей. «Метеорология и гидрология», 1996, №2, с.24-32.

65. Похил А.Э. О необычном сезоне тайфунов в Тихом океане. «Метеорология и гидрология», 1996, №3, с.32-39.

66. Похил А.Э. Исследование влияния характеристик бароклинной 15-уровенной модели на взаимодействие модельных вихрей. «Метеорология и гидрология», 2003, №9, с.22-27.

67. Похил А.Э. Вихри в глазе урагана Изабель. «Метеорология и гидрология», 2005, №12, с. 47-54.

68. Похил А.Э., Глебова Е.С. Влияние тропического циклона Омар на погоду в Европе. «Метеорология и гидрология», 2010, №9, с. 36-43.

69. Похил А.Э., Глебова Е.С. Об изменении структуры тропического циклона при прохождении над островами. «Метеорология и гидрология», 2011, №7, с. 5-15.

70. Похил А.Э., Глебова Е.С. О взаимодействии тайфунов между собой и с другими атмосферными структурами. «Метеорология и гидрология», 2011, №9, с. 5-18.

71. Похил А.Э., Зайченко М.Ю. Исследование влияния структуры инициализированного вихря на расчет перемещения ТЦ на основе ЕТА-модели. «Метеорология и гидрология», 2005, №2, с. 68-77.

72. Похил А.Э., Николаева A.B. Численные эксперименты с парой взаимодействующих вихрей с помощью бароклинной модели. «Метеорология и гидрология», 2002, №3, с.21-28.

73. Похил А.Э., Никольская H.A. Об особенностях поведения некоторых тайфунов в Тихом океане в сезон 1994 года. «Метеорология и гидрология», 1997, №3, с. 19-23.

74. Похил А.Э., Полякова И.В. Взаимодействие пары циклонических вихрей в баротропной модели атмосферы. «Метеорология и гидрология», 1992, №2, с. 40-50.

75. Похил А.Э., Полякова И.В. О влиянии структуры взаимодействующих306вихрей на их перемещение. «Метеорология и гидрология», 1994, №7, с. 17-23.

76. Похил А.Э., Ситников И.Г., Галкин С.А. Взаимодействие трех идеальных групп вихрей в численной модели и поведение группы реальных тропических циклонов Тихого океана. «Метеорология и гидрология», 1997, №2, с. 28-32.

77. Похил А.Э., Ситников И.Г., Зленко В.А. Полякова И.В. Численные эксперименты по исследованию взаимодействующих атмосферных вихрей. «Метеорология и гидрология», 1990, №4, с. 21-28.

78. Похил А.Э., Сперанская А.А. Изучение тропических циклонов методами натурных наблюдений и лабораторного моделирования. «Метеорология и гидрология», 2006, №7, с. 16-23.

79. Похил А.Э., Чернявский Е.Б. О реакции океана на перемещение тропических циклонов. «Метеорология и гидрология», 1986, №7, с.55-61.

80. Ситников И.Г. Гидродинамический прогноз крупномасштабных полей и траекторий тропических циклонов в низких широтах / Тропическая метеорология. Труды Третьего Международного Симпозиума, стр. 252265, 1987 г.

81. Ситников И.Г, Зленко В.А. Опыт численного прогноза траекторий тропических циклонов. «Метеорология и гидрология», 1987, №8, с. 40-47.

82. Ситников И.Г, Похил А.Э. Взаимодействие тропических циклонов между собой и с другими барическими образованиями (часть 1). «Метеорология и гидрология», 1998, №5, с.36-44.

83. Ситников И.Г, Похил А.Э. Взаимодействие тропических циклонов между собой и с другими барическими образованиями (часть 2). «Метеорологияи гидрология», 1999, №7, с.36-51.307

84. Ситников И.Г., Титов М.Н., Зленко В.А. Результаты прогнозов траекторий тропических циклонов по численной модели Гидрометцентра СССР / Тропическая метеорология. Труды Третьего Международного Симпозиума, стр. 252-265, 1987 г.

85. Тараканов Г.Г. Тропическая метеорология. -Д.: Гидрометеоиздат, 1980 г.

86. Фалькович А.И. Исследование влияния бета-эффекта и ведущего потока на траекторию тропического циклона. «Метеорология и гидрология», 1992, №2, с. 15-22.

87. Фалькович А.И., Хаин А.П., Гинис И.Д. Исследование развития и перемещения тропических циклонов в модели океан-атмосфера. «Метеорология и гидрология», 1992, №2, с.23-39.

88. Фалькович А.И., Хаин А.П., Гинис И.Д. Развитие и движение двух взаимодействующих тропических циклонов в совместной модели атмосферы и океана со вложенными движущимися сетками. «Метеорология и гидрология», 1993, №7, с.44-51.

89. Федоров К.Н. О медленной релаксации термического следа урагана в океане. Докл. АН СССР. 1979, том 245, №4, с. 960-963.

90. Хаин А.П. Численное моделирование выхода тропических циклонов на сушу. «Метеорология и гидрология», 1981, №9, с. 67-74.

91. Хаин А.П. Математическое моделирование тропических циклонов. JL: Гидрометеоиздат, 1984 год.

92. Хаин А.П. Тропические циклоны // Руководство по краткосрочным прогнозам погоды, часть 1, Госкомгидромет, 1986 год.

93. Хаин А.П. Влияние влажности воздуха и начального вихря на зарождение и развитие тропических циклонов. «Метеорология и гидрология», 1983, №12, с. 62-68.

94. Хаин А.П., Агренич Е.А. О роли трения воздуха о подстилающую поверхность в развитии тропических циклонов. «Метеорология и гидрология», 1983, №10, с. 39-43.

95. Хаин А.П., Сутырин Г.Г. Тропические циклоны и их взаимодействие с308океаном. Гидрометеоиздат, Д., 1983 год.

96. Хромов С.П. К вопросу о трансформации тропических циклонов в умеренных широтах. «Метеорология и гидрология», 1940, №4.

97. Шулейкин В.В. Расчет развития движения и затухания тропических ураганов и главных волн, создаваемых ураганами. Л.: Гидрометеоиздат, 1978,-95 с.

98. Юрчак Б.С. Радиолокационное исследование глаза тропического циклона Ирвинг при прохождении над Тонкинским заливом. «Метеорология и гидрология», 1997, №6, с. 17-32.

99. Alderman Е., Droegemeier К, Davies-Jones R. A Numerical simulation of Cyclic Mesocyclogenesis. J. Atmos. Sci., 1999, vol.56, is. 13, pp. 20452069.

100. Anthes, R. A., Rosenthal, S. L. and. Trout, J. W. Preliminary results from an asymmetries model of a tropical cyclone. Mon. Wea. Rev., 1971, vol. 99, pp. 744-758.

101. Betts, A. K., and M. J. Miller.A new convective adjustment scheme. Part II: Single column tests using GATE wave, BOMEX and arctic air-mass data sets. Quart. J. Roy. Meteor. Soc.,1986, vol.112, pp. 693-709.

102. Billing H. et al. Evolution of a hurricane-like cyclone in the Mediterranean sea. Beitr. Phys. Atmos., 1983, vol.56, pp. 508-510.

103. Black, T. L. The new NMC mesoscale Eta Model: Description and forecast examples. Weather Forecasting, 1994, №9, pp. 265-278.

104. Brand S. Interaction of Binary Tropical Cyclones of the Western North Pacific Ocean. Journal of Applied Meteorology, 1970, vol.9, pp. 433-441.

105. Brand S. The Effects on a Tropical Cyclone of Cooler Surface Waters Due to Upwelling and Mixing Produced by a Prior Tropical Cyclone. Journal of Applied Meteorology, 1971, vol. 10., Is. 5, pp. 865-874.

106. Brand S., Blelloch J.W., Schertz D.C. State of the Sea Around Tropical Cyclones in the Western North Pacific Ocean. Journal of Applied Meteorology, 1975, vol.14, Is. 1, pp. 25-30.

107. Businger, S. 1985. The synoptic climatology of polar low outbreaks. Tellus37A. 419-432.

108. Chan, Johnny C. L. and Jeffrey D. Kepert (2010). Global Perspectives on Tropical Cyclones: From Science to Mitigation. World Scientific, pp. 288-292. ISBN 978-981-4293-47-1.

109. Charney J.G., Eliassen A. On the growth of the hurricane depression. J. Atmos. Sci., 1964, vol.21, pp. 68-75.

110. Dampier W. A Discourse of Trade winds, Seasons, Tides, d. c. in the Torrid Zone. 1697.

111. Demaria M., Kaplan J. Sea Surface Temperature and the Maximum Intensity of Atlantic Tropical cyclones. Journal of Climate, 1993, vol. 7, Is. 9, pp. 1324-1334.

112. Davies-Jones J., Burgess D., and Foster M. Test of helicity as a tornado forecast parameter. /In: Preprints of 16th Conference "Severe Local Storms" (Kananaskis Park, Alberta), Boston, MA, Amer. Met. Soc., 1990, pp. 588-592.

113. Egger J. Alpine Lee Cyclogenesis: Verification of Theories. J. of Atmos. Sciences, 1988, vol. 45, №15, pp. 2187-2203.

114. Emanuel Kerry A.: The Finite-Amplitude Nature of Tropical Cyclogenesis. . J. Atmos. Sci., vol.42, №22, 1989, pp. 3431-3456.

115. Emanuel, K. A. Divine Wind: The history and science of hurricanes. Oxford Univ. Press, New York, 2005, 304 pp.

116. Evans J., Ryan B., McGregor J. A Numerical Exploration of the Sensitivity of Tropical Cyclone Rainfall Intensity to Sea Surface Temperature. Journal of Climate, 1994, vol.7, pp. 616-623.

117. Fels, S. B., and M. D. Schwarzkopf. The simplified exchange approximation: A new method for radiative transfer calculations. J. Atmos. Sci., 1975, vol.32, pp. 1475-1488.

118. Fisher, E.L. The Exchange of Energy Between the Sea and the Atmosphere in Relation to Hurricane Behavior. Journal of Atmospheric

119. Sciences, 1958, vol. 15, Issue 2, pp.164-171.310

120. Frank W.M. Convective Fluxes in Tropical Cyclones. J. Atmos. Sci., 1977, vol. 34, pp. 1554-1568.

121. Frank W.M. The Structure and Energetics of the Tropical Cyclone. I. Storm Structure. Mon. Wea. Rev., 1977, vol. 105, pp. 1119-1135.

122. Frank W.M. The Structure and Energetics of the Tropical Cyclone. II. Dynamics and energetics. Mon. Wea. Rev., 1977, vol. 105, pp. 1136-1150.

123. Fujiwhara, Sakuhei. The natural tendency towards symmetry of motion and its application as a principle in meteorology. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1921, 47 (200), pp. 287-293.

124. Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (2011-01-28). "Operational Hurricane Track and Intensity Forecasting". National Oceanic and Atmospheric Administration.

125. Gray, W.M. Atlantic seasonal hurricane frequency: Part I. El Nino and 30 mb quasi-biennial oscillation influences. Mon. Wea. Rev., 1984, vol.112, pp.1649-1668.

126. Gray, W.M. Strong Association between West African Rainfall and U.S. Landfall Atlantic seasonal hurricane frequency: Part II Forecasting its variability. Mon. Wea. Rev., 1990, vol. 112, pp. 1669-1683

127. Gray W., Klotzbach Ph. Summary of 2005 Atlantic tropical cyclone activity and verification of author's seasonal and monthly forecasts. 18 November 2005.

128. Gray, W.M., and D. Shea. The hurricane's inner-core region. Part II: Thermal stability and dynamic characteristics. J. Atmos. Sci., 1973, vol. 30, pp.1544-1564.

129. Hack J., Shubert W.: Nonlinear Response of Atmospheric Vortices to Heating Organized Cumulus Convection. J. Atmos. Sci., 1986, 15, vol.43, pp. 1559-1573.

130. Harrold, T. W. and Browning, K. A. 1969. The polar low as a baroclinic disturbance. Q. J . R. Meteorol. Soc.,95. 710-723.

131. Haurwitz B. The motion of binary tropical cyclones. Arch. Meteor.311

132. Geophys. Bioklim., 1951, A4, pp. 73-86.

133. Holland, G. Analytic model of the wind and pressure profiles in hurricanes. Mon. Wea. Rev., 1980, vol.108, ,pp. 1212-1218.

134. Holland, G.J. (1993): "Ready Reckoner" Chapter 9, Global Guide to Tropical Cyclone Forecasting, WMO/TC-No. 560, Report No. TCP-31, World Meteorological Organization; Geneva, Switzerland.

135. Hoskins B.J. And Valdes P.J. On the existence of storm tracks. J. Atmos. Sciences, 1990, vol. 47, pp. 1854-1864.

136. Hubert L.F. Frictional filling of hurricanes. Bull. Amer. Meteorol. Soc., 1955, vol. 36, pp. 440-445.

137. Janjic, Z. I. Nonlinear advection schemes and energy cascade on semi-staggered grids. Mon. Wea. Rev., 1984, vol.112, pp.1234-1245.

138. Janjic, Z. I.The step-mountain eta coordinate model: Further developments of the convection, viscous sublayer, and turbulence closure schemes. Mon. Wea. Rev., 1994, vol.122, pp. 927-945.

139. Jelesnianski, C. P., J. Chen, and W. A. Shaffer (April 1992). "SLOSH: Sea, lake, and Overland Surges from Hurricanes. NOAA Technical Report NWS 48". National Oceanic and Atmospheric Administration, p. 2.

140. Jones S.C. et al. The extratropical transition of tropical cyclones: Forecast challenges, current understanding, and future directions. Weather and Forecasting, 2003, vol. 18, pp. 1052-1092.

141. Jordan C.L. Marked changes in the characteristics of the eye of intense typhoons between the deeping and filling stages. Journal of Meteorology, 1961, vol.18, pp. 779-789.

142. Keenan T.D., Templeton J.I.: A Comparison of Tropical Cyclone, Hurricane and Typhoon Mass and Moisture Structure. Mon. Wea. Rev., 1983, vol. 11, №.2, pp. 320-327.

143. Knaff J.A, Zehr R.M., Goldberg M.D., Kidder S.Q. An Example of

144. Temperature Structure Differences in Two Cyclone Systems Derived from the

145. Advanced Microwave Sounder Unit. Weather and Forecasting, 2000, vol. 15,312pp. 476-483.

146. Kuo Y.H. Et al. Simulation of a Mesoscale Cyclone over the Mediterranean Sea. Thesis for COSMIC conference, 2002. http://www.cosmic.ucar.edu/2002Conference/Abstracts/KuoYH6l.pdf

147. Kurihara Y. Budget analysis of a tropical cyclone simulated in an axisymmetric numerical model. J. Atmos. Sci., 1975, vol.32, pp.25-59.

148. Kurihara Y., Tuleya R.E. A numerical simulation study on the genesis of a tropical cyclone. Mon. Wea. Rev., 1981, vol.109, pp. 1629-1659.

149. Lacis, A. A., and J. E. Hansen.A parameterization of the absorption of solar radiation in the earth's atmosphere. J. Atmos. Sci., 1974, vol.31, pp.118133.

150. Lander M.: Comments on "A GCM Simulation of the Relationship between Tropical-Storm Formation and ENSO." Notes and Correspondence, 1993, July, pp. 2137-2143.

151. Landsea, C.W. A climatology of intense (or major) Atlantic hurricanes. Mon. Wea. Rev., 1993, vol.121, pp.1703-1713

152. Landsea, C.W. and W.M. Gray. The strong association between Western Sahelian monsoon rainfall and intense Atlantic hurricanes. J. Climate, 1992, №5, pp.435-453.

153. La Seur N.E., Hawkins H.F. An analysis of hurricane Cleo 1958 based on data from research reconnaissance aircraft. Mon. Wea. Rev., 1963, vol.91, pp. 694-709.

154. Leipper D.L. Observed ocean conditions and hurricane Hilda, 1964. J. Atmos. Sci., 1967, vol. 24, №2, pp. 182-195.

155. Le Marshall, J. F., L. M. Leslie, and A. F. Bennett (1996). "Tropical Cyclone Beti an Example of the Benefits of Assimilating Hourly Satellite Wind Data". Australian Meteorological Magazine 45: 275.

156. Levina G.V., Burylov I.A. Numerical simulation of helical-vortex effects in Rayleigh-Benard convection // Nonlinear Processes in Geophysics. 2006, vol.13, pp. 205-222.

157. Lilly D.K. The structure, energetics and propagnation of rotating convective storms. Part II: Helicity and storm stabilization. Journal of Atmos. Sciences, 1986, vol. 43, №2.

158. Lyall IT. 1972. The polar low over Britain. Weather 27: 378-390.

159. Maeda A. Changes of water temperature near Ocean Weather Station "T" before and after passage of a typhoon. Journal of Oceanography, 1971, vol. 27, №3, pp. 109-115.

160. Malkus J.S., Riehl H. On the dynamics and energy transformations in steady-state hurricanes. 1960, Tellus, 12, pp. 1-20.

161. McFadden J.D. Sea surface temperature in the wake of hurricane Betsy (1965). Mon. Wea. Rev., 1967, vol. 95, №5, pp. 299-302.

162. Michaud L.M. Total Energy Equation Method for Calculating Hurricane Intensity. Meteorol.Atmos.Phys., 2001, vol.78, pp. 35-43.

163. Mollinari J. and Vollaro D. Extreme Helicity and Intense Convective Towers in Hurricane Bonnie, Mon. Wea. Rev, 2008, vol. 136, pp. 4355-4372.

164. Montgomery et al. A Vortical Hot Tower Route to Tropical Cyclogenesis, Journal of Atmospheric Sciences, 2006, vol. 63, pp. 355-386.

165. Mullen. S. L. 1979. An investigation of small synoptic scale cyclones in314polar airstreams. Mon. Wea. Rev. 107, 1636-1647.

166. Mullen, S. L. 1983. Explosive cyclogenesis associated with cyclones in polar airstreams. Mon. Wea. Rev. 111. 1537-1553.

167. National Hurricane Center (July 2009). "Technical Summary of the National Hurricane Center Track and Intensity Models". National Oceanic and Atmospheric Administration, pp. 1-7.

168. Ooyama, K. Numerical simulation of the life cycle of tropical cyclones. J. Atmos. Sci., 1969, 26, pp.3^10.

169. Pilcher H. and Schaffhauser A. The synoptic meaning of helicity. Meteorol. Atmos. Phys., 1998, vol. 66, pp. 23-34.

170. Radinovic D. Mediterranean cyclones and their influence on the weather and climate. Geneva, WMO, PSMP Rep. Ser., 1987, №24.

171. Rappin E., Morgan M.C., and Tripoli G.J. The Impact of Outflow Environment on Tropical Cyclone Intensification and Structure. J. Atmos. Sci., 2011, vol.68, pp. 177-194.

172. Rasmussen, E. 1979. The polar low as an extratropical C1SK disturbance. Quart. J. Meteor. Soc. 105, 531-549.

173. Rasmussen, E. 198 1. An investigation of a polar low with a spiral cloud structure. J. Armos. Sci. 38, 1785-1 792.

174. Rasmussen. E. 1983. A review of mesoscale disturbances in cold air masses. In Mesoscale Meleorology Theories, Observations and Models. Edited by D. K. Lilly and T. Gal-Chen. Reidel Publishing Co. 247-283, 781 pp.

175. Rasmussen. E. 1985. A case study of a polar low development over the315

176. Barents Sea. Tellus. Polar Low Special Issue: 37A, 407418.

177. Rasmussen, E. A. and J. Turner, 2003: Polar Lows: Mesoscale Weather Systems in the Polar Regions. Cambridge University Press, 612 pp.

178. Reed. R. J. 1979. Cyclogenesis in polar airstreams. Mon. Wea. Rev. 107, 38-52.

179. Riehl H. Waves in the easterlies and the polar front in the tropics. Misc. Rep. No. 17, Department of Meteorology, University of Chicago, 1945, 79 pp.

180. Riehl H. On the formation of typhoons. Journal of Meteorology, 1948, vol. 5, №6.

181. Riehl H., Malkus J.S. Some aspects of hurricane Daisy, 1958. Tellus, 1961, 13, pp. 181-213.

182. Ritchie E.A., Holland G.J. Scale Interactions during the Formation of Typhoon Irving. Mon. Wea. Rev., 1997, vol. 125, pp. 1377-1396.

183. Rosenthal S.L. Numerical simulation of tropical cyclone development with latent heat release by resolvable scales I: Model description and preliminary results. J. Atmos. Sei., 1978, vol.35 , pp. 258-271.

184. Sampson, Charles R., John A. Knaff, and Mark DeMaria (2006-03-01). "A Statistical Intensity Model Consensus For the Joint Typhoon Warning Center".

185. Simpson et al. Mesoscale Interactions in Tropical Cyclone Genesis. Mon. Wea. Rev., 1997, pp. 2643-2661.

186. Simpson, Robert H. (2003). Hurricane!: coping with disaster : progress and challenges since Galveston, 1900. American Geophysical Union, p. 110. ISBN 978-0-87590-297-5.

187. Sugg Arnold L. Beneficial Aspects of the Tropical Cyclone. J. Atmos. Sei., 1968, vol. 7, pp. 39-45.

188. Shuman, Frederick G. "History of Numerical Weather Prediction at the National Meteorological Center". Weather and Forecastingö 19896 4 (3), pp. 286-296.

189. Tayan M. et al. March 1987 Cyclone (Blizzard) over the Eastern316

190. Mediterranean and Balkan Region associated with blocking. Mon. Wea. Rev., 1998. vol. 126, pp. 3036-3048.

191. Thorncrofit C. and Jones S.C. The extratropical transitions of hurricanes Felix and Iris in 1995. Mon. Wea. Rev., 2000, vol. 128, pp. 947-972.

192. Tory K.J. et al. Prediction and Diagnosis of Tropical Cyclone Formation in an NWP System. Part I: The Critical Role of Vortex Enhancement in Deep Convection. J. Atmos. Sci., 2006, vol. 63, pp. 3077-3090.

193. Tory K.J. et al. Prediction and Diagnosis of Tropical Cyclone Formation in an NWP System. Part II: A Diagnosis of Tropical Cyclone Chris Formation. J. Atmos. Sci., 2006, vol. 63, pp. 3091-3113.

194. Trigo J.F. Et al. Climatology of Cyclogenesis Mechanisms in the Mediterranean. Mon. Wea. Rev., 2002, vol. 130, pp. 549-569.

195. Walsh K. Objective Detection of Tropical Cyclones in High-Resolution Analyses. Mon. Wea. Rev., 1997, vol.125, Is. 8, pp. 1767-1779.

196. Wilhelmsen. K. 1981. The polar low near the Norwegian coast. Twh. Rep. no. 55. The Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway.

197. Wilhelmsen. K. 1985. Climatological study of galeproducing polar lows near Norway. Tellu.s 37A, 451-459.

198. Wu G., Lau N.: A GCM Simulation of the Relationship between Tropical-Storm Formation and ENSO. Mon. Wea. Rev., 1992, vol.120, pp. 958-977.

199. Yamaguchi, Munehiko and Takuya Komori (2009-04-20). "Outline of the Typhoon Ensemble Prediction System at the Japan Meteorological Agency". Japan Meteorological Agency, pp. 14-15.

200. Yamasaki M. A preliminary experiment of the tropical cyclone without parameterizing the effects of cumulus convection. J. Meteor. Soc. Japan, 1977, vol. 55, pp. 11-30.

Информация о работе

Глебова, Екатерина Сергеевна
кандидата географических наук
Москва, 2012
ВАК 25.00.30

Диссертация

Структура и эволюция тропических циклонов и их мезомасштабных аналогов в умеренных и высоких широтах - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы