Файл: Мамедов, Э. С. Тайфуны.pdf

Анализ фотографий и инфракрасных изображений облачности (позволяет пронаблюдать большое разнообразие мезоструктурных форм в системе тропических циклонов. Очень часто наблюдается ячеистая структура облачности [26, 27, 29, 30]. Широко распро­ странена облачность, имеющая полосную и грядовую структуру. Структура облачных систем тропических циклонов определяется стадией развития циклона, характером подстилающей поверхнос­ ти, широтой места, своеобразием конкретных условий атмосферных процессов, интенсивностью циркуляции.

Расположение гряд кучевообразных облаков и полос верхней перистой облачности дает возможность определить направление ветра на соответствующих уровнях, а при наличии поперечных полос можно определить зоны с большими скоростями ветра или своеобразные струйные течения, огибающие тропический циклон. Все это позволяет провести анализ не только строения конвектив­ ной облачности, но и структуры поля ветра [21, 30].

Следует отметить, что тропические циклоны даже в начальной стадии развития характеризуются изолированным сплошным об­ лачным массивом, что позволяет сравнительно легко обнаружить место их зарождения.

Вихревое строение облаков в формирующихся тропических ци­ клонах в северном полушарии возникает чаще всего вблизи 10—15° с. ш. и очень редко вблизи экватора.

Фотоснимки облачности со спутника позволяют отчетливо уви­ деть спиральную структуру облачной системы тропических цикло­ нов. В стадии максимального развития тропические циклоны име­ ют наибольшее количество спиралей. В исследуемых тайфунах число облачных спиралей достигло 3. ОчейЬ часто при максималь­ ном развитии тайфунов количество облачных спиралей невозмож­ но подсчитать, так как мощный облачный покров плотно закрыва­ ет ниже расположенные полосы, состоящие из кучево-дождевых облаков. На отдельных снимках их можно различить сквозь тон­ кий покров перистой облачности. Чем глубже и интенсивнее тай­ фун, тем больше в нем спиралевидных облачных полос.

Вцентральной части облачного массива тайфуна иногда можно различить круг, где спирали не прослеживаются. В среднем диа­ метр этого круга равен 170 км.

Внастоящее время доказана принципиальная возможность ис­ пользования спутниковой информации для решения обратных ме­ теорологических задач, т. е. восстановления полей ветра, давления, температуры и влажности воздуха по данным спутниковых наблю­ дений.

Вработах [19, 20] дано теоретическое решение задачи восста­ новления ветрового поля в циклонах и тайфунах по данным облач­ ности, полученным с искусственных спутников Земли.

Циркуляция воздушных частиц в тайфуне имеет довольно сложный характер. В зависимости от стадии развития тайфуна ли­ нии тока в области циклона могут иметь тот или иной вид спирали. По характеру облачных спиралей, видимых на снимках облачнос-

88

ти. можно определить линии тока в тайфуне. Уравнение линии тока в полярной системе координат можно записать следующим образом:

где г — радиус-вектор; <р — угол между радиусом-вектором и поло­ жительным направлением оси х; и и v —-тангенциальная и ради­ альная составляющая скорости перемещения воздушных частиц.

Для случая, когда u = cor, u = const, из уравнения (4.2) можно будет получить следующее уравнение:

и касательной к изобаре (изогипсе).

Уравнение (4.4) носит название уравнения логарифмической спирали. Если считать, что tga = — ^ (tga — линейная функция

расстояния, воздушные частицы движутся в центру тайфуна), то решение уравнения (4.2) будет иметь вид

уже было сказано, образуется «глаз бури», на границе которого воздушные частицы движутся строго по окружности. Значение

Как видно из (4.7), при ф= 0, r —R, при ср— >-оо г— wm. Это озна­ чает, что частицы воздуха от периферии тайфуна к «глазу бури» движутся по траектории, напоминающей гиперболическую спи­ раль. На границе «глаза бури» происходит как бы «накручивание» спирали (рис. 38).

89

В 85% случаев положения центров вихрей, определенные С По­ мощью фотографий со спутника, отличались не более чем на 180 км от положения центров, найденных с самолета [26, 30].

Определение положения центра тропического вихря не пред­ ставляет особого труда. Если имеется хорошо выраженный «глаз бури», положение центра определяется наиболее просто. В этом случае ошибки могут появиться лишь засчет искажения при фото­ графировании под большим углом.

В том случае, когда «глаз бури» четко нс выделяется, положе­ ние центра обнаруживается по сходимости спиралевид­ ных облачных полос.

Центр вихря может быть отождествлен с центром об­ лачной массы. Однако здесь следует иметь в виду, что облачная зона тропическо­ го циклона обладает асим­ метрией, в связи с чем точ­ ность определения «глаза бури» будет при этом зна­ чительно меньше.

По данным фотографии облачности можно выделить и определить местоположе­ ние зоны сильных ветров, связанной с районами мак­ симальной конвективной деятельности на периферии «глаза бури».

Площадь, занятая сильными ветрами, зависит от диаметра циклона. Чем больше диаметр циклона, тем меньше будет пло­ щадь зоны сильных ветров относительно всей площади тайфу­ на [2 1 ].

На некоторых фотографиях район сильных ветров вблизи цент­ ра тайфуна выглядит в виде светлого круга. Существует связь между максимальной скоростью ветра, глубиной циклона и диа­ метром облачного массива. С увеличением диаметра облачного массива давление в центре циклона понижается, а максимальная скорость ветра возрастает (рис. 39).

В работе [52] исследовалась зависимость между давлением в центре тропического циклона и размером его облачной системы, разделенной на четыре категории.

Уравнения регрессии для расчета давления в центре тайфуна для различных категорий облачных систем имеют вид:

р , = — 0 ,2 2 d - - 0 ,6 5 d + 1 0 0 1 ,

р, = - 0,25rf2 - 4,55rf + Ш02,

90

хорошо.

Для определения направления движения тропических циклонов можно использовать следующие правила [2 1 ]:

1 ) тропический циклон перемещается перпендикулярно линии асимметрии облачного покрова так, что меньшая полуось облачно­ го массива от центра направлена влево;

2 ) тропический циклон перемещается в направлении, перпенди­ кулярном линии шквала;

3) циклон перемещается в направлении, перпендикулярном линии асимметрии области максимальных скоростей ветра у по­ верхности земли, определяемой по светлому кругу на фотографии облачности вблизи центра;

4) на участке траектории до точки поворота тайфун смещается под углом 70° влево от большой оси эллипса облачного массива. После точки поворота тайфуна на обратную ветвь траектории на­ правление смещения тайфуна отклоняется на 30° вправо от боль­ шой оси эллипса облачного массива. Угол отклонения траектории

91

тайфуна вправо от большой оси эллипса будет тем больше, чем восточнее расположена ось полярной ложбины.

Использование спутниковых данных об облачности позволило выяснить некоторые особенности эволюции тайфунов при выходе их на полярный фронт.

Характерным признаком приближения тайфуна к фронту явля­ ется изменение его облачного массива, который вытягивается в сто­ рону фронта, принимая овальный вид. Количество верхней облач­ ности уменьшается, и она становится более тонкой. Сквозь нее можно проследить полосы или разрывы в нижней облачности. Об­ лачный массив тайфуна при приближении к фронту в большинстве

Рис. 40. Зависимость между шириной полосы фронтальной облачности и контрастами температур в зоне холодного по­

лярного фронта.

случаев уменьшается. Часто сохраняется небольшая облачная полоса и всегда в его южной и юго-восточной части. Направление перемещения тайфуна происходит вправо по отношению к боль­ шой оси эллипса облачного вихря.

При выходе тайфуна на полярный фронт происходит резкое уве­ личение облачности и запасы энергии влажнонеустойчивости тай­ фуна дополняются энергией неустойчивости горизонтального рас­ положения воздушных масс. В связи с этим заполнение тайфуна может на некоторое время замедлиться. Если тайфун выходит на

Имеется связь между шириной фронтальной облачности в зоне полярного фронта и контрастами температур на уровне изобариче­ ской поверхности 500 мб. Чем шире полоса фронтальной облачно­

92

сти. тем больше контрасты температур в зоне фронта. Зависимость между шириной фронтальной облачности и контрастами темпера­ тур на карте АТ500 в зоне фронта показана на рис. 40.

4. Численные методы прогноза перемещения тайфунов

Большинство численных методов прогноза перемещения тайфу­ нов также основано на определении ведущего потока и смещении затем циклонического вихря в направлении этого потока с опреде­ ленной скоростью.

Численные методы прогноза перемещения тайфунов развива­ лись как советскими, так и зарубежными учеными. Для кратко­ срочного прогноза перемещения центров тайфунов использовались как одноуровенные, так и многоуровенные модели [41—43, 54, 55, 60, 64, 65, 67, 6 8 ]. Некоторыми исследователями для прогноза пере­ мещения тайфунов использовались методы динамики твердого тела [38]. Большие исследования ведутся учеными в области моделиро­ вания тайфунов [1 0 , 16].

Применение численных методов для прогноза движения тропи­ ческих циклонов, имеющих большую концентрацию изобар (изо­ гипс), представляет огромные трудности. В целях их устранения

Большинство авторов искусственно выделяют тайфун из общего потока и отдельно прогнозируют так называемое остаточное поле давления (без тайфуна), после чего указанный тайфун смещают в направлении вычисленного ведущего потока. Следует отметить, что разделение поля давления на две части является не вполне обоснованным. В системе общей циркуляции атмосферы тайфун играет такую же роль, как и внетропический циклон. При углуб­ лении или заполнении тайфуна характер циркуляции на высоте может резко измениться. В связи с этим численные модели, в ко­ торых циклон заменен вихрем, не меняющим интенсивности в те­ чение периода прогнозирования, являются слишком грубыми.

Использование гидродинамических методов прогноза переме­ щения и эволюции тайфунов связано с целым рядом трудностей. Это, во-первых, слабая метеорологическая освещенность районов

93