Исследование характеристик тропического циклона Талим по данным глобальной прогностической модели GFS
Проведено исследование динамики развития тропического циклона Талим по данным глобальной прогностической модели GFS. В работе оценено содержание влаги в облаках, 3-х часовые суммы осадков, скорость ветра и температура воздуха в циклоне у поверхности Земли и на высотах 1,5 и 3 км. Выявлено, что изменение указанных параметров на разных высотах хорошо согласуется на всем протяжении жизненного цикла тропического циклона. Особое внимание уделено оценке изменений термодинамических характеристик циклона при переходе из стадии тропического во внетропический циклон.
Ключевые слова: циклон, прогностическая модель, давление, скорость ветра, траектория, потенциальная энергия.
Loshchenko K.A., Latyshev S.V.
A study was made of the dynamics of the development of the tropical cyclone Talim according to the global prognostic model GFS. The work assesses the moisture content in the clouds, 3-hour precipitation sum, wind speed and air temperature in the cyclone near the Earth's surface and at altitudes of 1.5 and 3 km. It was found that the change in these parameters at different altitudes is in good agreement throughout the life cycle of the tropical cyclone. Special attention is paid to the estimation of changes in the thermodynamic characteristics of the cyclone during the transition from the tropical to the extratropical cyclone stage.
Keywords: cyclone, prognostic model, pressure, wind speed, trajectory, potential energy.
Современный уровень развития численных моделей, геоинформационных систем и спутникового мониторинга существенно расширяет возможности их использования для анализа атмосферных процессов [1,3]. Рассмотрим это на примере динамики тропического циклона Талим, который с 9 по 23 сентября 2017 г. оказывал влияние на погодные условия юго-восточной Азии и дальневосточного побережья России.
|
|
|
Напомним, что тропические циклоны – интенсивные крупномасштабные атмосферные вихри, достигающие размеров от нескольких сотен до одной тысячи километров и более. Обычно зарождаются над водной поверхностью, примерно между 7–10 °с.ш. или 5–15°ю.ш., в местах мощных облачных скоплений («кластеров»), свидетельствующих об интенсивной атмосферной конвекции и характеризующихся слабой циклонической завихренностью [2].
В работе рассчитывались параметры атмосферы и океана на основе глобальной прогностической модели GFS с горизонтальным разрешением 33 км, которая позволяет исследовать мезомасштабную структуру атмосферных процессов на различных высотах тропосферы [6]. Методом сопоставления рассчитанных значений влагосодержания и потенциальной энергии конвективной неустойчивости со спутниковыми данными определялись наиболее активные зоны тропического циклона на разных стадиях его развития.
По выходным данным модели GFS тропический циклон Талим образовался 8 сентября 2017 года в районе 15°с.ш. и 142°в.д. Напомним, что основными факторами формирования тропического циклона являются прогрев океана до 26-27°С и значительная положительная энергия неустойчивости воздушной массы [2]. Фактически температура океана на момент образования Талима составила 30,5°С, что на 1,3°С выше климатических значений. Потенциальная энергия неустойчивости в центре циклона составила 893 Дж/кг, максимальные значения 2560 Дж/кг отмечались на северо-западной периферии циклона. Скорость ветра на момент образования циклона Талим в его центре не превышала 4 км/ч, а максимальных значений 53 км/ч достигала в восточной части циклона.
|
|
|
Были определены координаты центра циклона и скорость его смещения. Установлено, что с 9 по 23 сентября 2017 г. циклон сместился с 15°с.ш. до 57°с.ш., преодолев расстояние порядка 4600 км со средней скоростью около 14 км/ч. Первоначально циклон Талим смещался на северо-запад, а 14 сентября 2017 г., когда достиг категории супертайфуна, сменил направление на северо-восточное. Точка смены траектории движения циклона называется точкой поворота. Интересно, что момент смены направления смещения циклона совпал с максимальной стадией его развития (супертайфуна). В целом, траектория смещения циклона Талим хорошо согласуется с многолетними траекториями северотихоокеанских циклонов.
|
|
|
Рис.1. Координаты траектории смещения циклона Талим
09.09-23.09.2017 г. и карты приземного ветра по данным модели GFS на момент образования и заполнения циклона
По рассчитанным значениям атмосферного давления и скорости ветра в циклоне Талим определялись стадии его развития. Выявлено, что после образования 9 сентября 2017 г. циклон, которому была присвоена стадия тропической депрессии, уже на следующие сутки достиг критерия тропического шторма, 14 сентября критерия супертайфуна, затем быстро ослаб до тропического шторма и перешёл во внетропический циклон. Следует указать, что полученные нами результаты хорошо согласуются с данными Китайского, Японского и Дальневосточного прогностических центров по прогнозированию ураганов и указывают на высокую достоверность используемой модели. Также выявлено хорошее согласование изменений скорости ветра и атмосферного давления на разных стадиях развития циклона (рис.2а,в).
Известно, что опасные явления погоды в тропическом циклоне напрямую связаны с его потенциальной и кинетической энергией [4]. Количественно потенциальную энергию циклона можно оценить через расчётные значения индекса САРЕ, который характеризует энергию потенциальной неустойчивости и скорость восходящих потоков [6]. Было установлено, что в циклоне Талим энергия потенциальной неустойчивости была сравнительно небольшой и по значениям не превышала 2500 Дж/кг, чем можно объяснить относительно невысокий ущерб, нанесённый им по сравнению с прогнозируемым.
|
|
|
Другой важной составляющей энергетики тропического циклона является барический градиент, определяющий приток более теплого воздуха в центр циклона. Количественные значения барического градиента увеличивались от 1 гПа на момент образования циклона до 26 гПа в момент перехода тропического циклона во внетропический.
Важным параметром, определяющим энергию циклона, является прогрев поверхности океана и приземного слоя тропосферы. Циклон Талим находился в стадии тропического шторма до тех пор, пока температура поверхности океана превышала отметку 27 °С – критерия формирования тропических циклонов. При переходе тропического циклона во внетропический прогрев атмосферы и океана уменьшился в два раза (рис.2б).
черный цвет – стадии тропического циклона, серый – внетропический циклон
Рис.2. Изменение давления в центре циклона (а), температуры поверхности океана (б), максимальных значений скорости ветра в циклоне (в) и влагосодержания в облаках (г) на разных стадиях жизненного цикла тропического циклона Талим
На основе эмпирической зависимости ( 
были определены скорости восходящих потоков в циклоне. Установлено, что максимальных значений (86 м/с) они достигли на стадии перехода тропического шторма в тайфун 1 категории. Интересно, что в наиболее интенсивных тропических циклонах величины восходящих потоков достигали 130 м/с. Однако точно оценить скорости восходящих потоков, особенно в центре глаза бури, пока не удаётся [5].
Важно было охарактеризовать изменение характеристик циклона при переходе из стадии тропического циклона во внетропический. Установлено, что температура приземного слоя атмосферы и поверхности океана понизились в два раза, интенсивность восходящих потоков уменьшилась в 8-9 раз, влагосодержание облаков в 13 раз (рис.2г), а энергия потенциальной неустойчивости в 26 раз.
Таким образом, на примере анализа динамики тропического циклона Талим по данным глобальной прогностической модели GFS показана возможная реализация современных методов исследований атмосферных процессов. Определены характеристики и наиболее активные зоны тропического циклона Талим на разных стадиях его развития. Предложенная методика в настоящее время используется при обучении бакалавров и магистров метеорологов на кафедре метеорологии и охраны атмосферы географического факультета ИГУ.
Список использованной литературы
- Левина Г.В. Облачно-разрешающий численный анализ процесса генерации спиральности в условиях тропического циклогенеза / Г.В. Левина, Н.Н. Зольникова, Л.А. Михайловская // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2017. – Т.14. – №4. С.213–222.
- Риль Г. Климат и погода в тропиках: Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 605 с.
- Arsen’yev S.A. Mathematical modeling of tornadoes and squall storms / Arsen’yev S.A. // Geoscience Frontiers. –2011. – Vol. 2 (2). – pp. 215–221.
- Kilroy G. A unified view of tropical cyclogenesis and intensification / G. Kilroy, R.K. Smith, M.T. Montgomery // Quarterly J. Royal Meteorological Society. – 2016. – DOI:10.1002/qj.2934.
- Ooyama K.V. Conceptual Evolution of the theory and modeling of the tropical cyclone / K.V. Ooyama // J.Meteor. Soc. Japan. – 1982. – Vol. 60 (Feb.). – pp. 369–380.
6. Электронный ресурс– URL: / https://earth.nullschool.net/ (дата обращения 24.09.2017)
Информация об авторе
Лощенко Кристина Анатольевна – доцент, кафедра метеорологии и охраны атмосферы географического факультета, Иркутский государственный университет, г. Иркутск; e-mail: loshchenko@bk.ru
Латышев Сергей Вячеславович – аспирант, Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск; e-mail: lavserg@icloud.com.
Author
Loshenko Kristina Anatolvna – Associate Professor, Department of Meteorology and Atmospheric Protection, Geographical Faculty, Irkutsk State University, Irkutsk; e-mail: loshchenko@bk.ru
Latyshev Sergey Vyacheslavovich – post-graduate student, Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS, Irkutsk; e-mail: lavserg@icloud.com.
УДК 504.3.054 (571.53)
Найденов П.А.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 254; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!