Ураганы - это мощные погодные явления, рожденные в открытом море. Подпитываемые влагой теплого океана, ураганы могут усиливаться, перемещаться по воде на огромные расстояния и в конечном итоге обрушивать свои разрушения на сушу. Но что происходит с ураганами после того, как они обрушиваются на сушу, остается открытым вопросом.
Теперь, недавнее исследование в Physical Review Fluids использовало моделирование для изучения судьбы ураганов, обрушившихся на сушу. Ученые обнаружили, что после выхода на сушу теплое, динамичное сердце урагана сменяется растущим холодным ядром - неожиданное открытие, которое может помочь синоптикам предсказать уровень экстремальных погодных условий, с которыми могут столкнуться населенные пункты, расположенные дальше от суши.
«Как правило, если ураган обрушивается на сушу, он ослабевает и умирает», - сказал профессор Пинаки Чакраборти, старший автор и глава отдела гидромеханики Окинавского института науки и технологий (OIST). «Но иногда ураган может снова усилиться в глубине суши, вызывая большие разрушения, такие как наводнения, в населенных пунктах, находящихся далеко от побережья. Поэтому очень важно предсказать направление, по которому пойдет ураган».
Эти события повторного усиления происходят, когда ураганы, также известные как тропические циклоны или тайфуны в других регионах мира, переходят во внетропические циклоны: штормы, возникающие за пределами тропиков Земли. В отличие от тропических циклонов, которые используют свою силу из океанской влаги, внетропические циклоны получают свою энергию из-за нестабильных условий в окружающей атмосфере. Эта нестабильность проявляется в виде атмосферных фронтов - границ, отделяющих более теплый и легкий воздух от более холодного и плотного воздуха.
"Фронты погоды всегда нестабильны, но выделение энергии, как правило, очень медленное. Когда приходит ураган, он может нарушить фронт и вызвать более быстрое выделение энергии, что позволяет шторму снова усилиться", - сказал первый. автор Доктор Лин Ли, бывший аспирант в отделении профессора Чакраборти.
Однако прогнозирование того, произойдет ли этот переход, является сложной задачей для синоптиков, поскольку ураганы должны взаимодействовать с этим фронтом специфическим и сложным образом. В настоящее время синоптики используют одну ключевую характеристику, чтобы объективно идентифицировать этот переход: наличие холодного ядра в обрушившемся на сушу урагане, вызванном устремлением внутрь холодного воздуха с погодного фронта.
Однако, когда профессор Чакраборти и доктор Ли смоделировали то, что происходит с ураганами после удара о землю, они обнаружили, что во всех обрушившихся на сушу ураганах присутствует холодное ядро, растущее вверх от основания ураганов по мере их распада, несмотря стабильная атмосфера без погодных фронтов.
"Похоже, это естественное следствие того, что ураган обрушивается на сушу и начинает затухать", - сказал доктор Ли.
Предыдущие теоретические модели ураганов, обрушивающихся на сушу, упускали из виду растущее холодное ядро, поскольку они не учитывали влагу, хранящуюся внутри обрушившихся ураганов, объяснили исследователи.
проф. Чакраборти сказал: «Как только ураганы перемещаются по земле и теряют запас влаги, модели обычно рассматривают их как просто вращающийся сухой вихрь воздуха, который, как кружащийся чай в чашке, трется о поверхность земли и замедляется из-за трения."
Однако накопление влаги в обрушивающихся на сушу ураганах означает, что термодинамика по-прежнему играет решающую роль в их распаде.
Во время ураганов над теплым океаном воздух, попадающий в ураган, сильно насыщен влагой. Когда этот воздух поднимается вверх, он расширяется и охлаждается, что снижает количество водяного пара, которое может содержать каждая «порция» воздуха. Таким образом, водяной пар внутри каждой воздушной массы конденсируется, выделяя тепло. Это означает, что эти воздушные массы охлаждаются медленнее, чем окружающий воздух вне урагана, создавая теплое ядро.
Но как только ураган обрушивается на сушу, воздух, попадающий в него, содержит меньше влаги. По мере того, как эти воздушные частицы поднимаются вверх, они должны подниматься выше, прежде чем достигнут температуры, достаточно низкой для конденсации водяного пара, задерживая выделение тепла. Это означает, что в нижней части урагана, где все частицы воздуха движутся вверх, сравнительно холоднее, чем в окружающей атмосфере, где частицы воздуха беспорядочно движутся во всех направлениях, в результате чего образуется холодное ядро.
«По мере того, как ураган продолжает разлагаться, он поглощает все больше и больше влаги, хранящейся внутри урагана, поэтому воздушные посылки должны подняться еще выше, прежде чем произойдет конденсация», - сказал доктор Ли. «Поэтому со временем холодное ядро растет, а теплое сжимается».
Исследователи надеются, что лучшее понимание холодных ядер может помочь синоптикам точнее различать затухающие ураганы и те, которые переходят во внетропические циклоны.
«Это уже не так просто, как ураганы с теплым ядром и внетропические циклоны с холодным ядром», - сказал профессор Чакраборти. «Но в затухающих ураганах холодное ядро, которое мы видим, ограничено нижней половиной циклона, тогда как во внетропических циклонах холодное ядро охватывает весь ураган - это признак, который синоптики должны искать».