ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТАЙФУННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ИНФРАСТРУКТУРУ ПРИМОРСКОГО КРАЯ

Страницы 1 2

Введение

Каждый год в определенном регионе мира происходят сильные речные наводнения, прорывы плотин, землетрясения, штормы и ураганы, лесные и торфяные пожары.

Каждое стихийное бедствие имеет свои особенности, тип ущерба, масштабы разрушений, масштабы бедствий и человеческих жертв. Каждое бедствие оставляет свой след в окружающей среде по-своему. Знание причин и видов стихийных бедствий позволяет значительно уменьшить разного рода ущерб при своевременном принятии защитных мер и разумном поведении населения.

Одной из основных проблем, которая сегодня выходит на первый план, является правильное прогнозирование возникновения и развития опасных природных процессов метеорологического характера для заблаговременного оповещения органов власти и населения о приближающейся опасности. Очень важно и крайне необходимо анализировать и оценивать последствия опасных атмосферных явлений для более качественного прогноза, чтобы сузить зону поражения и оказать своевременную помощь пострадавшим.

Особую опасность для Приморского края представляют собой тропические циклоны (тайфуны). Тропический циклон представляет собой атмосферный вихрь, формирующийся в тропических широтах, с пониженным атмосферным давлением в центральной части. 

Тропический циклон — это опасное для человека природное явление, поэтому требует детального изучения и детального анализа. Оценка последствий прохождения тропических циклонов по территории Приморского края является темой данного исследования. 

При борьбе со стихийными бедствиями обеспечивается высокий уровень организованности, четкие и продуманные действия федеральных и местных органов власти, управлений и подразделений МЧС, сил специального назначения и средств других министерств и ведомств в сочетании с умелыми действиями населения, происходит сокращение человеческих потерь и материального ущерба, более эффективно реализуемые мероприятия по ликвидации их последствий — всё это обуславливает актуальность данной работы.

Предметом исследования является инфраструктура Приморского края.

Объект – тайфуны и их воздействие на инфраструктуру Приморского края.

Цель данной работы состояла в том, чтобы оценить воздействие тайфунной деятельности на инфраструктуру Приморского края.

В соответствии с поставленной целью были определены задачи:

• Рассмотреть, что такое «опасные природные процессы» и как их классифицируют;
• Узнать особенности тропических циклонов и изучить их развитие;
• Отбор тех циклонов, которые в силу своей траектории повлияли на изменение погодных условий в Приморском крае; 
• Исследовать и оценить влияние тайфунной деятельности на инфраструктуру Приморского края.

Выпускная квалификационная работа бакалавра состоит из введения, трёх глав, заключения. Список использованных источников содержит 33 наименования. 

В первой главе представлены общие сведения об опасных природных процессах, рассмотрена их классификация.

Во второй главе содержится информация о тропических циклонах, их строении, стадиях развития и влиянии на Дальний Восток России.

В третьей главе приводятся результаты анализа тайфунов, нанёсших материальный ущерб инфраструктуре Приморского края и дан анализ частоты попадания муниципальных образований Приморского края под воздействие тайфунной деятельности, а также понесённый материальный ущерб. 

1. Опасные природные процессы и их классификация

1.1 Понятие «опасные природные процессы»

История развития земной цивилизации неразрывно связана с опасными природными процессами, явлениями, стихийными бедствиями и катастрофами. В современном лексиконе эти явления называются природными чрезвычайными ситуациями (ЧС). 

Природная чрезвычайная ситуация – обстановка на определенной территории или акватории, сложившаяся в результате возникновения источника природной чрезвычайной ситуации, который может повлечь или повлек за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью и/или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. 

Источник природной ЧС – опасное природное явление или процесс, в результате которого на определенной территории или акватории произошла или может возникнуть чрезвычайная ситуация. 

Поражающий фактор источника природной чрезвычайной ситуации – составляющая опасного природного явления или процесса, вызванная источником природной чрезвычайной ситуации и характеризуемая физическими, химическими, биологическими действиями или проявлениями, которые определяются или выражаются соответствующими параметрами [15].

Взаимодействие сложных систем является основным источником опасных природных процессов (ОПП). Спектр взаимодействия достаточно разнообразен, что создаёт множество различных по генезису, длительности, интенсивности и масштабности различных экстремальных явлений. 

Опасный природный процесс – изменение состояния, состава и свойств окружающей среды и/или ее компонентов, которое по своей интенсивности, масштабу и продолжительности приводит или потенциально может привести к ухудшению состояния окружающей среды, условий обитания человека, а также развитию чрезвычайной ситуации и нанести ущерб его хозяйственной деятельности.

Опасные природные процессы (ОПП) – это нелинейные, а порой и экстремальные, явления взаимодействия природных систем или процессов с социальными и экологическими системами, в результате которых возникают поражающие факторы, наносящие ущерб и потери обществу и природе. Опасный природный процесс достаточно разнообразен, что создает множество различных по генезису, длительности, интенсивности и масштабности различных экстремальных явлений [15].

Окружающая среда – совокупность средств обитания и общественно-производственной деятельности человека, включающая окружающую природную среду и элементы культурной или социально-экономической среды, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство.

Окружающая природная среда – совокупность чисто природных и измененных деятельностью человека элементов естественной среды, оказывающих непосредственное или опосредованное воздействие на человека.

Опасное природное явление – событие природного происхождения или результат деятельности природных процессов, которые по своей интенсивности, масштабу распространения и продолжительности могут вызвать поражающее воздействие на людей, объекты экономики и окружающую природную среду. 

Стихийное бедствие – разрушительное природное и/или природно-антропогенное явление или процесс значительного масштаба, в результате которого может возникнуть или возникла угроза жизни и здоровью людей, произойти разрушение или уничтожение материальных ценностей и компонентов окружающей природной среды [3].

Опасные природные процессы – частые явления в нашей стране, наибольшее их число обусловлено:

• наводнениями – 34 %; 
• ураганами, бурями, тайфунами, смерчами – 19 %; 
• сильными или особо длительными дождями – 14 %; 
• землетрясениями – 8 %; 
• сильными снегопадами и метелями – 8 %; 
• оползнями и обвалами – 5 % [15]. 

1.2 Классификация опасных природных процессов

Каждое стихийное природное бедствие имеет свою физическую сущность и только ему присущие причины возникновения, движущие силы, характер и стадии развития, особенности воздействия на окружающую среду. Однако, несмотря на резкие отличия стихийных бедствий друг от друга, им присущи и общие черты – большой пространственный размах, значительное влияние на окружающую среду, сильное психологическое воздействие на человека.

На Земле существенное влияние на опасные природные явления оказывают экзогенные и эндогенные процессы. 

Экзогенные процессы разрушают, преобразуют земную кору, переносят рыхлые и растворимые продукты разрушения, осуществляемого водой, ветром, ледниками. Разрушительные действия экзогенных процессов нежелательны и опасны для человека. К таким опасным явлениям относятся, например, сели – грязекаменные потоки. Опасны и оползни, которые тоже приводят к разрушению различных построек, нанося ущерб хозяйству, унося жизни людей. Среди экзогенных процессов необходимо отметить и выветривание, которое приводит к выравниванию рельефа.

Эндогенные процессы поднимают отдельные участки земной коры и способствуют образованию крупных форм рельефа – мегаформ и макроформ. Главный источник энергии эндогенных процессов – внутренняя теплота в недрах Земли. Эти процессы вызывают движение магмы, вулканическую деятельность, землетрясения, медленные колебания земной коры. 

Таблица 1 — Классификация опасных природных процессов [15]

По генезису (происхождению) ОПП бывают: 

Космогенные: 

• гелиомагнитные (корпускулярные (прерывные, изменчивые) и электромагнитные); 
• вещественные и импактные (метеорные потоки, ударное, ударновзрывное и взрывное кратерирование); 
• гравитационные. 

Космогенно-климатические: 

• климатические циклы; 
• длительные колебания уровня Мирового океана (тектонические и гляциоизостатические (очень медленные вертикальные и горизонтальные движения земной поверхности на территориях древнего и современного оледенения); 
• кратковременные колебания уровня океана и явление Эль-Ниньо (аномальное потепление поверхностных вод Тихого океана у берегов Эквадора и Перу, случающееся один раз в несколько лет); 
• современное потепление климата; 
• проблема озоновых дыр. 

Атмосферные: 

• метеогенные воздействия (атмосферные фронты, циклоны, антициклоны, пассаты, муссоны, западные ветры и вихри, порождающие ОПП следующего типа: бури, штормы, ураганы, тромбы (торнадо), смерчи, шквалы, местные ветры, затяжные и интенсивные ливни, грозы, град, туманы);
• опасные природные явления в атмосфере зимнего времени: 
• сильный снегопад, метель;
• ледовые явления (гололед, гололедица, мороз, обледенение);
• опасные природные явления в атмосфере летнего времени (жара, засухи, суховеи). 

Метеогенно-биогенные (природные пожары – степные, лесные, подземные). 

Гидрологические и гидрогеологические: 

• наводнения (половодья и паводки); 
• ледовые опасные явления (зажоры, заторы, наледи, подземные льды, ранние прибрежные льды, сплошной ледяной покров в портах, оледенение судов и портовых сооружений, морские и горные льды, термокарст – процесс неравномерного проседания почв и подстилающих горных пород вследствие вытаивания подземного льда); 
• ветровые гидрологические воздействия: тайфуны, сильные волнения на море, ветровой нагон, волновая абразия берегов морей и океанов;
• опасные явления у побережий (цунами, сильный тягун в портах). Подземные воды и их воздействие (колебания уровня грунтовых вод, колебания уровня вод закрытых водоемов, карст, суффозия). 

Геологические: 

• эндогенные (возникающие в недрах твердой Земли); 
• тектонические (длительные колебания уровня Мирового океана, извержение вулканов, землетрясения, горные удары, разжижение грунта); 
• геофизические (геопатогенные, радиогенные) и геохимические (ореолы месторождений); 
• экзогенные (протекающие на поверхности и при поверхностной зоне Земли); 
• выветривание; 
• склоновые процессы (обвалы, камнепады, осыпи, курумы, оползни, сели, лавины, пульсирующие ледники, плоскостной склоновый смыв, крип, солифлюкция, дефлюкция, просадка лёссовых пород, эрозия склонов, эрозия речных берегов);
• завальные и ледниковые наводнения; 
• ветровая эрозия почв (пыльные бури).

По масштабу проявления ОПП бывают:

• всемирные (Всемирный потоп);
• континентальные (гибель Атлантиды);
• национальные (землетрясение в армянском городе Спитак);
• региональные (вулканы, реки);
• районные и местные.

По продолжительности ОПП подразделяются на:

• мгновенные (секунды, минуты) – импактные землетрясения, возникшие в результате столкновения метеорита, астероида, кометы или иного небесного тела с Землей;
• кратковременные (часы, дни) – шквалы, атмосферные явления, паводки;
• долговременные (месяцы, годы) – космогенные (имеющие космическое происхождение), климатические;
• вековые (десятки, сотни лет) – климатические, эвстатические (медленные изменения, например уровня Мирового океана), космогенные.

По характеру воздействия ОПП подразделяются на:

• оказывающие преимущественно разрушительное действие (ураганы, тайфуны, смерчи, землетрясения, нашествие насекомых, например, саранчи и др.);
• оказывающие преимущественно парализующее (останавливающее) действие для движения транспорта (снегопад, ливень с затоплением, гололед, гроза, туман);
• оказывающие истощающее воздействие (снижают урожай, плодородие почв, запас воды и других природных ресурсов);
• стихийные бедствия, способные вызвать технологические аварии (природно-технические катастрофы) (молнии, гололед, обледенение, биохимическая коррозия и др.).

Некоторые явления могут быть многоплановыми. Например, наводнение может быть разрушительным для города, парализующим – для затопленных автодорог и истощающим – для урожая.

По площади проявления (контуру влияния) ОПП подразделяются на: точечные (импактные), линейные (овраги, оползни, сели, лавины), площадные (землетрясения, вулканы, наводнения), объемные (магнитные бури, атмосферные явления).

По тяжести последствий ОПП подразделяются на:

• легчайшие;
• легкие, слабые;
• средние;
• тяжелые, сильные;
• уничтожающие [15].

1.3. Опасные природные процессы в атмосфере

Атмосферные процессы порождают опасные природные явления метеорологического характера (рисунок 1).

 

Рисунок 1 – Опасные природные процессы метеорологического характера [15]

Сильные ветры, значительные перепады атмосферного давления и большое количество осадков могут вызвать разрушения и человеческие жертвы. Опасные атмосферные явления связаны с возможностью образования циклонов, ураганов и торнадо.

Опасные атмосферные вихри. В порядке уменьшения энергии и размеров к ним относятся циклоны, тайфуны, шквалы, смерчи (торнадо). Они зарождаются вокруг мощных восходящих потоков теплого влажного воздуха (циклоны и тайфуны – над океанами), быстро вращаются против часовой стрелки в Северном и по часовой стрелке в Южном полушариях, при этом смещаются вместе с окружающей воздушной массой. По пути в благоприятных условиях подпитки влагой они могут усиливаться, но раньше или позже теряют энергию и гаснут.

Особенности систем низкого давления способствуют усилению разрушительных сил центра циклонов. На движущийся над земной поверхностью воздух оказывают влияние рельеф местности и встречающиеся на его пути предметы. Например, непосредственно на земной поверхности и близ нее существует сила трения, которая заставляет потоки воздуха завихряться внутрь к области низкого давления. Это создает циклонические формы. Они компенсируются воздушными потоками, поднимающимися из центра области низкого давления. Эти восходящие потоки на высоте охлаждаются, что увеличивает влажность воздуха. Таким образом, в любом регионе низкого давления возникают облака и высокая влажность, являющиеся характерной чертой не только циклонов, но и вообще ураганов. Циклоны могут иногда достигать в поперечнике 800 км и больше, хотя такие размеры являются редкими. Циклоны обычно делят на две главных категории: среднеширотные и тропические (тайфуны) [15].

Классификация интенсивности тропических циклонов весьма относительна. Отдельные циклоны могу пройти все перечисленные выше стадии, но лишь небольшой процент из них достигает интенсивности, соответствующей последней стадии. В разных районах Земного шара тропические циклоны имеют свое название. На Дальнем востоке их называют тайфунами, в северной части Атлантики – ураганами, в Австралии – вилли-вилли, в Океании – вилли-вау, на Филиппинах – багио (рисунок 2).

 

Рисунок 2 – Местные названия тропических циклонов [14]

2. Тропические циклоны и их развитие

2.1 Тропические циклоны

Тропический циклон представляет собой атмосферный вихрь в тропических широтах с пониженным атмосферным давлением в центральной части и штормовыми скоростями ветра. Во всей области тропического циклона присутствуют сильные восходящие движения воздуха и развивается мощная облачная система с обильными ливневыми осадками и грозами. От мощных облаков свободна небольшая внутренняя часть тропического циклона радиусом до 50 км, называемая «глазом бури». Самым характерным для этой зоны является то, что температура воздуха в центре выше на 6 – 15°С по сравнению с периферией глаза бури. 

Развитый тропический циклон распространяется по вертикали до высоты 13–15 км. Связанная с тропическим циклоном циркуляция захватывает всю тропосферу. Интенсивность циркуляции наиболее значительна в нижней тропосфере, с высотой она уменьшается. 

Место формирования тропических циклонов всегда связано с высокой температурой поверхности воды (свыше 26°C), где вода перегрета относительно воздуха более чем на 2°С. Это приводит к усилению испарения, повышению влажности воздуха, что определяет накопление тепловой энергии в атмосфере и способствует вертикальному подъему воздуха. Появляющаяся мощная тяга увлекает все новые и новые объемы воздуха, нагревшиеся и увлажнившиеся над водной поверхностью [14]. 

Тропические циклоны переносят большое количество энергии от тропических широт в направление умеренных, что делает их важной частью общей циркуляции атмосферы. Благодаря им разница в температуре воздуха уменьшается, что обеспечивает существование более умеренного климата на всей поверхности планеты.   

2.2 Районы возникновения тропических циклонов  

Районы возникновения тропических циклонов лежат между 20-й и 5-й широтами в каждом полушарии. Между 5-й широтой и экватором тропические циклоны наблюдаются редко, так как сила Кориолиса, отклоняющая перемещение циклона с востока на запад (рисунок 3), здесь слишком мала, чтобы могла развиться сильная циклоническая циркуляция. Тропические циклоны развиваются только над поверхностью океанов; над сушей они не образуются. Но если возникший циклон попадает на сушу, здесь он быстро затухает. Продолжительность существования отдельных тропических циклонов от нескольких суток до 2–3 недель. 

  

Рисунок 3 – Основные траектории перемещения тропических циклонов [14]  

Тропические циклоны при зарождении имеют вид небольших и неглубоких депрессий со слабой силой ветра. Зародившись, они начинают двигаться к западу. При движении их размеры, глубина и скорость ветра увеличиваются. У некоторых циклонов этот процесс идет очень быстро, и они развиваются в ураганы. 

Через некоторое время траектория циклонов изгибается к северо-западу, затем к северу и, наконец, к северо-востоку (в северном полушарии) (рисунок 3). Некоторые из них обрушиваются на сушу, другие существуют только над океанами. 

Чаще всего тропические циклоны возникают в северной части тропической зоны Тихого океана. Среднее годовое количество циклонов здесь около 30. Больше всего их наблюдается в конце лета: в августе и сентябре (рисунок 4, кривая 1). Значительно реже возникают циклоны в северной части тропической зоны Атлантического океана. Здесь среднее годовое количество циклонов составляет примерно десять. Наибольшая повторяемость также отмечается в августе и сентябре (рисунок 4, кривая 2). Примерно столько же циклонов возникает в юго-западной части тропической зоны Тихого океана. Здесь наибольшее число их возникновения отмечается в январе (рисунок 4, 

кривая 3). В Индийском океане циклоны возникают реже: в среднем наблюдается 2–3 циклона в год. Здесь ход повторяемости циклонов по месяцам имеет бимодальный характер, то есть наблюдается два максимума: в мае и в ноябре (рисунок 4, кривые 4 и 5) [14]. 

Традиционно существует следующее деление Мирового океана на регионы зарождения тропических циклонов в Северном полушарии: 

• Северо-запад Тихого океана (I регион) 
• Северо-восток Тихого океана (II регион) 
• Атлантический океан (III регион) — Север Индийского океана (IV регион) в Южном полушарии: 
• Юг Индийского океана (V регион) 
• Юг Тихого океана (VI регион) 
• Юг Атлантического океана (VII регион) [13]. 

 

 

Рисунок 4 – Годовой ход повторяемости возникновения циклонов в различных районах тропической зоны. 1 — северная часть тропической зоны Тихого 

океана, 2 — северная часть тропической зоны Атлантики, 3 — юго-западная часть тропической зоны Тихого океана, 4 — Аравийское море, 5 — Бенгальский залив, n — среднее месячное число циклонов [14]   

Если скорость ветра тропического циклона превышает 60 км/ч, то ему присваивается личное имя. Делают это для того, чтобы не путать их, особенно когда в одном регионе действует одновременно несколько тропических штормов. 

Тропические циклоны — сравнительно редкое явление. Их 

возникновение зависит от наличия определенных условий в атмосфере и на подстилающей поверхности. В исходный момент времени на приземной синоптической карте начальное циклоническое возмущение может быть представлено ложбиной или небольшой областью пониженного давления, очерченной одной замкнутой изобарой.  

Образование замкнутой циркуляции – только начало формирования циклона. Для длительного поддержания циклонической циркуляции необходимо снабжать молодой циклон энергией. Энергию циклон получает с поверхности океана. 

Тропические циклоны образуются там, где наблюдаются высокая температура поверхности воды (выше 26˚С), а разность температур вода – воздух более 2˚С. Это приводит к усилению испарения, увеличению запасов влаги в воздухе, что определяет накопление тепловой энергии в атмосфере и способствует вертикальному подъему воздуха. 

Основной механизм передачи энергии состоит из цепочки фазовых превращений воды. Влажный воздух, вовлеченный в сильно развитую конвекцию во влажно-неустойчивой атмосфере, в процессе конденсации выделяет большое количество тепла. Тепло переходит в кинетическую энергию циклона. Происходит диссипация кинетической энергии за счет трения, но циклон непрерывно пополняется новыми порциями энергии, поступающими через механизм конвекции. Если поступление энергии больше её диссипации, циклон развивается, если диссипация равна поступлению энергии, то циклон остается в неизменном состоянии, если диссипация больше поступления энергии, то циклон заполняется. 

Таким образом, тропические циклоны образуются при сочетании следующих условий: 

• наличие начального циклонического возмущения; 
• температура поверхности океана не менее 26 °С, а разность 
• температур вода – воздух более 2˚С; 
• неустойчивость атмосферы, благоприятная для развития конвекции [22]. 

2.3 Эволюция тропических циклонов  

Существует большое количество классификаций тропических циклонов, в основном – по интенсивности, которая определяется скоростью ветра. Во Всемирной метеорологической организации принято следующее разделение тропических циклонов по стадиям их развития (таблица 2).  

Таблица 2 – Классификация тропических циклонов по стадиям эволюции [22] 

 

Шкала Саффира-Симпсона, основанная на скорости ветра и используемая в Карибском море, Мексиканском заливе, Северной Атлантике, восточной и центральной части северной части Тихого океана, измеряет силу урагана по шкале от 1 до 5:

• ураган 1 категории – ураган с максимальной устойчивой скоростью ветра 75–90 миль в час;
• ураган 2 категории – ураган с максимальной устойчивой скоростью ветра 154–177 км/ч;
• ураган 3 категории – ураган с максимальной установившейся скоростью ветра 178–209 км/ч;
• ураган 4 категории – ураган с максимальной устойчивой скоростью ветра 130–150 миль в час (210–249 км/ч);

ураган 5 категории – ураган с максимальной устойчивой скоростью ветра более 150 миль в час (249 км/ч). [20]

В процессе развития циклон может менять интенсивность и от тропического возмущения эволюционировать до урагана. Но не все циклоны достигают ураганной силы. 

Тропические циклоны имеют четыре стадии развития. 

1. Стадия формирования. 

Стадия начинается с появления первой замкнутой изобары. В этой стадии ветры не достигают ураганной силы, а давление в центре циклона на уровне моря не ниже 1000 гПа. Циклон перемещается с востока на запад. В стадии формирования есть два типа развития циклона: медленный и взрывной. Медленный тип формируется несколько суток, взрывной – не более 12 часов; за это время циклон очерчивается несколькими замкнутыми изобарами. 

1. Стадия молодого циклона. 

Вторая стадия развития начинается, когда давление в центре падает ниже 1000 гПа и хотя бы в одном месте в циклоне ветер достигнет ураганной силы. Возможны также два типа развития. При первом типе после короткого периода ураганного ветра в одной из частей циклона он начинает быстро заполняться и затем долгое время существует в виде слабой депрессии. При втором типе развития циклон резко углубляется, давление в центре быстро падает. Вокруг центра ураганные ветры образуют плотное кольцо. Из шкваловых облаков образуется система, состоящая из сходящихся у центра узких спиральных полос, которые охватывают небольшую область. 

1. Стадия зрелости. 

Прекращение падения давления в центре циклона означает начало стадии зрелости. В этой стадии не происходит дальнейшее увеличение скорости ветра. Зона ураганных ветров растет вширь. Если в стадии молодого циклона ураганные ветры занимают площадь радиусом 30–50 км, то в стадии зрелости эта площадь увеличивается до радиуса 300–350 км. Для стадии зрелости характерно нарушение симметрии. Область штормов распространяется вправо от направления движения центра значительно дальше, чем влево. Стадия зрелости обычно длится несколько дней. Отмечены случаи существования циклона в этой стадии около недели. В этой стадии можно встретить разные по размерам циклоны. Есть циклоны радиусом 100–200 км, но также наблюдались циклоны с радиусом 1000 км. 

1. Стадия затухания. 

Начало заполнения циклона является началом последней стадии его жизни. Чаще всего затухание начинается с того момента, когда тропический циклон покидает тропические широты и постепенно заполняется. После выхода в умеренные широты циклон может превратиться в циклон внетропических широт. Может случиться и так, что тропический циклон, оставаясь в тропиках, входит на материк. Здесь он заполняется, однако при этом успевает произвести много разрушений. Только в очень редких случаях тропические циклоны заполняются над океанами [22].  

2.4 Структура тропических циклонов  

Примерная структура тропического циклона была известна давно, однако только в последнее время появились достаточно надежные данные наблюдений и спутниковые снимки, которые значительно помогли уточнить распределение метеорологических величин в тропических циклонах. Начиная с середины XX века специально оборудованные самолеты начали совершать полеты внутри тропических циклонов и обеспечили данные, на основе которых можно представить структуру тропического циклона. Самолётные исследования ураганов выполняют, так называемые, «охотники за ураганами» (Hurricane Hunters) и выполняют полёты только в определённых зонах тропических циклонов, удачно маневрируя в областях неураганных ветров. 

Далее будут рассмотрены основные метеорологические параметры тропических циклонов. 

1. Приземное давление. 

Давление в центре тропических циклонов обычно составляет 950–960 гПа. Рекордно низкое давление в центре циклона достигло 877 гПа. Для тропических циклонов характерны большие градиенты давления: 14–17 гПа/100 км. В отдельных циклонах градиенты достигали 60 гПа/100 км [22].  

1. Ветер. 

В циклонах северного полушария ветры направлены против часовой стрелки, в южном полушарии – по часовой стрелке. Максимальные скорости ветра у поверхности земли в области тропического циклона могут достигать 360 км/ч. Скорость ветра в центре циклона небольшая и, как правило, находится в пределах 0–18 км/ч. С удалением от центра скорость увеличивается, достигая на некотором расстоянии максимальных значений. Расстояние пояса максимальных ветров от центра циклона может быть самым различным: от 10 до 150 км. Далее к периферии циклона скорость ветра снова уменьшается. 

С высотой скорость ветра в тропическом циклоне убывает. До высоты поверхности 500 гПа скорость ветра убывает незначительно, выше этого уровня она уменьшается намного быстрее. На уровне 200 гПа скорость ветра примерно в два раза меньше, чем на уровне 500 гПа (рисунок 5). 

 

  

Рисунок 5 – Схема строения тропического циклона [14] 

1. Температура воздуха. 

Тропические циклоны имеют теплую центральную часть. Вблизи поверхности наблюдаются слабые температурные градиенты. Приземный воздух при приближении к центру циклона увеличивает свое теплосодержание. Это происходит из-за того, что тропический циклон получает большое количество энергии от сильно возмущенной поверхности океана. При этом огромное количество воды выбрасывается в воздух в виде брызг. Трудно определить границу, где кончается океан и начинается атмосфера. На периферии циклона волнение меньше и перенос тепла не так активен. 

Вне глаза бури температура примерно одинакова, внутри его – значительно выше. В зоне интенсивного выпадения осадков она несколько ниже, чем в окружающих районах. Зона увеличенных градиентов температуры обычно наблюдается на границе области, окружающей глаз бури. На изобарической поверхности 850 гПа температура воздуха в центре циклона выше окружающей примерно на 2 – 3 ˚С, 700 гПа – на 5 – 6˚С, 500 гПа – на 7 – 8 ˚С и на 300 гПа – на 9 – 10 ˚С. 

1. Облака. 

В тропических циклонах развивается мощная облачность, причем в центре обычно имеется безоблачное пространство, называемое глазом бури. Однако глаз бури не полностью лишен облаков. Здесь часто обнаруживаются облака на разных уровнях. Но по сравнению с остальными частями тропического циклона в глазе бури их намного меньше. 

Окаймляет глаз бури стена облаков, имеющая большую вертикальную протяженность, часто достигающая 15 км. Стена состоит из кучево-дождевых облаков, слившихся в полосы. Облачные полосы в хорошо развитом циклоне могут достигать длины в среднем 300–400 км. В одном циклоне их может быть несколько (рисунок 6). 

 

  

Рисунок 6 — Схематический вертикальный разрез тропического циклона Стрелками показано движение воздуха, идущее вниз в центральной воронке и вверх по спирали – по ее бокам; косая штриховка – главное и второстепенные облака; вертикальные штрихи – дождь [14] 

1. Осадки. 

Сведения об осадках во время прохождения тропических циклонов противоречивы. Это объясняется большими трудностями проведения точных измерений во время штормовой погоды. При измерении на суше из-за сильных ветров в осадкомер поступает вода, поднятая с поверхности земли и водоемов. При измерении на морских судах во время шторма трудно отделить осадки от морских брызг. 

За время прохождения через станцию тропического циклона выпадает в среднем примерно 500 мм осадков. В отдельных случаях их количество может достигать 2500 мм. Для сравнения в большинстве районов умеренных широт годовое количество осадков составляет в среднем 600–800 мм. Получается, что количество осадков, выпадающих при прохождении одного тропического циклона, обычно примерно равно годовому количеству осадков умеренной зоны. 

1. Глаз бури. 

Центральную часть тропического циклона называют глазом бури. Глаз бури — исключительное явление, которое поражает особенностями своего развития и поведения. Когда глаз бури хорошо выражен, на его границе осадки внезапно прекращаются, небо проясняется, ветер значительно ослабевает, иногда до штиля. 

Поскольку воздух в тропическом циклоне движется по криволинейным траекториям, на него действует центробежная сила. По мере приближения к центру циклона радиус кривизны траектории воздушных частиц уменьшается и, следовательно, центробежная сила увеличивается. Наконец, на некотором критическом расстоянии от центра центробежная сила становится настолько значительной, что противостоит движению частицы воздуха дальше к центру 

[14]. 

У поверхности земли температура воздуха внутри глаза бури мало отличается от температуры вне его. С увеличением высоты температура воздуха внутри глаза бури начинает заметно увеличиваться по сравнению с температурой воздуха в окружающих районах. Максимальные горизонтальные градиенты отмечаются на границе глаза бури. Высокая температура воздуха внутри глаза бури объясняется нисходящими движениями воздуха в центральной части тропического циклона. 

Внутри глаза бури давление значительно меньше, чем в других частях циклона (рисунок 5). Внутри самого глаза бури давление обычно распределяется равномерно. Однако отмечены случаи падения давления в направлении от границ глаза к центру. 

Средний диаметр глаза бури в циклонах в стадии максимального развития равен 20–25 км, а в разрушительных ураганах и тайфунах он составляет 60–70 км. Значительное увеличение размеров глаза бури обычно свидетельствует о падении интенсивности тропического циклона. В затухающем циклоне не всегда удается определить размеры глаза бури, так как его границы сильно размываются, и форма становится неопределенной. В слабо развитых циклонах глаз бури может отсутствовать [22]. 

2.5 Прогноз перемещения тропических циклонов  

Направление и скорость перемещения тропических циклонов подчиняются тем же закономерностям, которые свойственны циклонам умеренных широт: они смещаются с ведущими потоками, которые формируются барическими системами более крупного масштаба.  

В низких широтах скорость движения тропических циклонов невелика, в среднем она составляет около 20 км/ч. по мере увеличения широты скорость может возрастать до 30–50 км/ч. При переходе на материк скорость движения тропических циклонов, как правило, резко уменьшается. 

Поскольку тропические циклоны зарождаются в северном полушарии на южной стороне Азорского и Северо-Тихоокеанского антициклонов, то в соответствии с характером движения воздуха в таких системах ураганы и тайфуны движутся в океане сначала к западу, а затем, по мере приближения к восточным берегам Северной Америки и Азии, начинают смещаться к северо-западу и северу [5]. 

При достижении широт с преобладающим западным течением они поворачивают на восток. Однако не все тропические циклоны достигают районов западных ветров. Многие доходят до материка и заполняются там. 

В разных районах тропиков движение циклонов имеет свои известные особенности, которые учитываются при составлении прогнозов. Например, тайфуны, возникающие вблизи Филиппинских островов, часто с основной траектории, направленной с востока на запад, сворачивают к северу и северовостоку. Иногда они проходят через Восточно-Китайское море, обрушиваются на Японию и Приморский край и проникают дальше к северу в Охотское море и на Камчатку. При перемещении основным путем (на запад) под их воздействие попадает Южный Китай и п-ов Индокитай. В июне и октябре тайфуны проходят южнее Японии, а с июля по сентябрь обычно перемещаются в более северные широты. 

Исследования показывают, что ориентация и размер зоны формирования тайфунов изменяются от месяца к месяцу. Южная граница формирования тайфунов остается почти неизменной. От мая к августу размер области формирования тайфунов увеличивается, а от августа к ноябрю – уменьшается 

Рисунок 7 – Зоны зарождения тайфунов в мае – августе (а) и в августе – 

ноябре (б) [14] 

Наиболее активная тайфунная деятельность отмечается в период с июля по октябрь, на долю этих четырех месяцев приходится около 70% годового числа тайфунов. Наибольшая повторяемость тайфунов отмечается в августе – сентябре. 

Средняя продолжительность существования тайфуна 6–8 суток, а максимальная – 18 суток. Наибольшая продолжительность жизни наблюдается у тех тайфунов, которые проникают в умеренные широты и трансформируются там во внетропические циклоны [4]. 

В настоящее время существуют способы слежения за движением тропических циклонов: с помощью спутниковых и радиолокационных данных. Однако обычного слежения недостаточно для предсказания их будущего перемещения. Предпринято немало попыток разработать надежные методы прогноза перемещения тропических циклонов. С каждым годом эти методы становятся совершеннее и точнее. 

Один из используемых способов в наше время – это экстраполяция по данным о последовательности перемещения тропических циклонов за последние сутки через 6 часов. Наиболее точные результаты получаются при движении циклона к западу в низких широтах. Однако формальную экстраполяцию нельзя применять, если циклон «петляет» или резко меняет направление. 

Также существуют карты траекторий движения тропических циклонов. Эти карты стали основой для климатологического способа прогноза. Его идея сводится к предположению, что наблюдаемый циклон будет перемещаться в том же направлении и с той же скоростью, как и циклон, наблюдавшийся ранее в том же месте и в тот же месяц. Так как для некоторых мест и месяцев циклоны имеют тенденцию перемещения по уже известному ранее пути, климатологический способ прогноза дает часто неплохие результаты. Этот способ имеет существенное преимущество перед способом экстраполяции. При его использовании не нужно знать точного предыдущего положения циклона. На практике часто используют разные комбинации способа экстраполяции и климатологического способа [22]. 

Третий, не менее важный, способ прогнозирования перемещения циклонов – это гидродинамическое моделирование. Автоматизированная оперативная технология краткосрочного прогноза полей метеорологических элементов и тропических циклонов осуществляется на основе негидростатической мезомасштабной модели WRF-NMM (WRF – Weather Research and Forecasting, NMM – Nonhydrostatic Mesoscale Model), разработанной в США. 

Страницы 1 2