Горячая башня - Hot tower
Горячая башня является тропическим облаком кучевы , что достигает из самого нижнего слоя атмосферы, в тропосфере и в стратосферу . Эти образования называются «горячими» из-за большого количества скрытого тепла, выделяемого при конденсации водяного пара в жидкость и замерзании в лед внутри облака. Горячие башни в областях с достаточной завихренностью могут приобретать вращающиеся восходящие потоки; они известны как вихревые горячие башни. В некоторых случаях кажется, что горячие башни развивают характеристики суперячейки с глубоким и постоянным вращением, присутствующим в восходящем потоке. Роль горячих башен в тропической погоде была впервые сформулирована Джоанн Симпсон в 1958 году. Горячие башни доминировали в дискуссиях в тропической метеорологии в 1960-х годах и теперь считаются основными движущими силами подъема воздуха в тропических циклонах и основным компонентом циркуляции Хэдли . Хотя распространенность горячих башен в научной литературе снизилась в 1970-х годах, горячие башни остаются активной областью исследований. Наличие горячих башен в тропических циклонах коррелирует с увеличением интенсивности тропических циклонов.
Наблюдение
Горячие башни были впервые обнаружены радаром в 1950-х годах. Для зондирования горячих башен использовалась воздушная разведка, хотя самолеты избегали наиболее опасных ядер горячих башен из соображений безопасности. Запуск миссии по измерению тропических осадков (TRMM) в 1997 году обеспечил разрешение и охват, необходимые для систематической каталогизации горячих башен и точной оценки их структуры в глобальном масштабе. До 1997 года небольшие размеры и непродолжительность работы горячих башен ограничивали исследования горячих башен воздушными наблюдениями, так как разрешение спутниковых датчиков в микроволновом и инфракрасном диапазонах волн было слишком грубым, чтобы должным образом разрешать детали внутри горячих башен.
Состав
Термин « горячая башня » применялся как к быстро поднимающимся воздушным потокам , так и к сопровождающим их высоким кучево-дождевым облакам . Области поднимающегося воздуха небольшие по горизонтали и простираются примерно на 2–4 км (1,2–2,5 мили) в поперечнике. Наибольшая их протяженность находится в вертикальном направлении, достигая высоты 18 км (11 миль) и демонстрируя высокую отражательную способность . Горячие башни эффективно неразбавлены; когда они поднимаются, окружающий воздух не смешивается с поднимающимися частицами воздуха. В результате эквивалентная потенциальная температура внутри горячей башни остается почти постоянной на всем протяжении их вертикальной протяженности. Это позволяет эффективно переносить тепло из нижней тропосферы в стратосферу . Горячие башни, образующиеся в областях вращения, могут иметь вращающиеся восходящие потоки ; они известны как вихревые горячие башни и связаны с локализованными областями аномальной вертикальной завихренности .
Концептуальная разработка
До 1950-х годов механизм, управляющий атмосферными ячейками Хэдли - циркуляцией воздуха, переносящей тропическое тепло и влагу к полюсам, - был плохо изучен. Первоначально считалось, что ячейка Хэдли подпитывается широким, диффузным и постепенным подъемом теплого и влажного воздуха около экватора. Однако расчеты энергетического баланса Земли с использованием данных Второй мировой войны показали, что средняя тропосфера была областью дефицита энергии, что указывает на то, что поддержание ячейки Хэдли не может быть объяснено широким подъемом воздуха. Роль тропических регионов в глобальной климатической системе и в развитии тропических возмущений также была плохо изучена. 1950-е годы ознаменовались поворотным десятилетием развития тропической метеорологии , включая создание в 1956 году Национального исследовательского проекта США по ураганам . В 1958 году Герберт Риль и Джоанн Симпсон предположили, что выделение скрытого тепла, вызванное конденсацией внутри горячих башен, обеспечивает энергия, необходимая для поддержания ячеек Хэдли и пассатов ; Их гипотеза изначально была основана на воздушных наблюдениях, сделанных Симпсон во время ее работы в Океанографическом институте Вудс-Хоул . Этот механизм требовал существования неразбавленных кучево-дождевых облаков, которые не увлекали окружающий воздух, что позволяло эффективно переносить тепло с поверхности океана в верхнюю тропосферу. Для поддержания циркуляции Хэдли требовалось существование 1500–2 500 таких облаков. Исследователи также утверждали, что горячие башни помогают поддерживать тепло, присутствующее в центре тропических циклонов, и что подъем влажного воздуха в тропических циклонах концентрируется вокруг горячих башен. В своей оригинальной статье 1958 года, описывающей роль горячих башен, Риль и Симпсон описали эти облака как «узкие теплые башни», но к 1960 году начали называть эту идею «гипотезой горячей башни». В течение следующих двух десятилетий горячие башни доминировали в науке. обсуждение взаимодействия между кучевыми облаками и их более крупномасштабной тропической средой.
Воздушные наблюдения за ураганом Дейзи в 1958 году показали, что конвекция в тропических циклонах ограничена несколькими областями кучево-дождевых облаков, что опровергло идею о том, что поднимающийся воздух был распределен по всей оболочке циклона, и подтвердил гипотезу о горячей башне. В случае урагана «Дейзи» конвектирующие кучево-дождевые облака составляли лишь около четырех процентов от общего количества осадков, связанных с ураганом. Анализ 1961 года, проведенный Рилем и Симпсоном с использованием данных NHRP от урагана Дейзи, пришел к выводу, что горячие башни были основным механизмом, с помощью которого тропические циклоны перемещают теплый воздух в верхнюю тропосферу. Вновь обретенная важность горячих башен в тропических циклонах мотивировала развитие параметризации - представления мелкомасштабных явлений и взаимодействий, то есть отдельных кучевых облаков - в ранних моделях погоды . Гипотеза о горячей башне также вдохновила на развитие конвективной неустойчивости второго рода (CISK): концептуальную модель, которая подчеркивала обратную связь между скрытым теплом, выделяемым отдельными кучами, и конвергенцией, связанной с тропическими циклонами. К 1970-м годам многие идеи и прогнозы, выдвинутые гипотезой горячей башни, были подтверждены эмпирическими наблюдениями. Критики гипотезы горячей башни утверждали, что это неправдоподобное предположение о том, что кучево-дождевое облако может быть свободным от уноса. Этот аспект гипотезы оставался непроверенным до тех пор, пока зонды, выпущенные в горячие башни в рамках эксперимента по конвекции и влажности в 1998 году, не предоставили первые прямые измерения термодинамической структуры горячих башен. Данные показали, что эквивалентная потенциальная температура внутри горячих башен была практически постоянной по всей их вертикали, подтверждая отсутствие уноса. Другие полевые наблюдения показали, что некоторые тропические восходящие потоки разбавляются окружающей средой на высотах ниже 5 км (3,1 мили), хотя сильного скрытого тепла, генерируемого льдом внутри облака, было достаточно, чтобы обеспечить необходимую входную энергию для циркуляции Хэдли. В 2000-х годах научные исследования «горячих башен» возродились, и в них вновь акцентировалось внимание на их роли в тропическом циклогенезе и развитии тропических циклонов.
Влияние на тропические циклоны
Вихревые горячие башни способствуют образованию тропических циклонов, создавая множество мелкомасштабных положительных аномалий потенциальной завихренности , которые в конечном итоге объединяются, чтобы усилить более широкий шторм. Высокая завихренность, присутствующая в горячих башнях, улавливает скрытое тепло, выделяемое этими облаками, в то время как слияние горячих башен накапливает это усиленное тепло. Эти процессы являются основной частью первоначального формирования теплого ядра тропического циклона - аномального тепла в центре такой системы - и увеличения углового момента ветров, окружающих развивающийся циклон.
В 2007 году Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) предположило, что сдвиг ветра между глазом и стеной глаз может усилить восходящий поток через центр циклона и вызвать конвекцию. Горячие башни могут появиться, когда циклон вот-вот усилится, возможно, быстро . Особенно высокая горячая башня поднялась над ураганом Бонни в августе 1998 года, когда шторм усилился, прежде чем обрушился на Северную Каролину .
Смотрите также
использованная литература
Библиография
- Anthes, Ричард А. (2003). «Горячие башни и ураганы: ранние наблюдения, теории и модели». Инь Дао, Вэй-Куо; Адлер, Роберт (ред.). Облачные системы, ураганы и миссия по измерению тропических осадков (TRMM) . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. С. 139–148. DOI : 10.1007 / 978-1-878220-63-9_10 . ISBN 978-1-878220-63-9 - через Springer Link.
-
Fierro, Alexandre O .; Симпсон, Джоанна; LeMone, Margaret A .; Страка, Джерри М .; Смалл, Брэдли Ф. (сентябрь 2009 г.). «О том, как горячие башни питают ячейку Хэдли: исследование и моделирование линейно-организованной конвекции в экваториальном желобе от TOGA COARE» . Журнал атмосферных наук . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 66 (9): 2730–2746. DOI : 10.1175 / 2009JAS3017.1 .
-
Guimond, Stephen R .; Хеймсфилд, Джеральд М .; Терк, Ф. Джозеф (март 2010 г.). «Разномасштабные наблюдения урагана Деннис (2005 г.): влияние горячих башен на быструю интенсификацию» . Журнал атмосферных наук . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 67 (3): 633–654. DOI : 10.1175 / 2009JAS3119.1 .
-
Хендрикс, Эрик А .; Монтгомери, Майкл Т .; Дэвис, Кристофер А. (июнь 2004 г.). «Роль« вихревых »горячих башен в формировании тропического циклона« Диана »(1984)». Журнал атмосферных наук . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 61 (11): 1209–1232. DOI : 10.1175 / 1520-0469 (2004) 061 <1209: TROVHT> 2.0.CO; 2 .
- Хеймсфилд, Джеральд М .; Тиан, Линь; Хеймсфилд, Эндрю Дж .; Ли, Лихуа; Гимон, Стивен (1 февраля 2010 г.). "Характеристики глубокой тропической и субтропической конвекции от высокогорного бортового доплеровского радара наблюдения надиром". Журнал атмосферных наук . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 67 (2): 285–308. DOI : 10.1175 / 2009JAS3132.1 .
-
Хузе, Роберт А. младший (январь 2003 г.). «От горячих башен к TRMM: Джоанн Симпсон и достижения в исследованиях тропической конвекции». Метеорологические монографии . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 29 (51): 37–47. DOI : 10,1175 / 0065-9401 (2003) 029 <0037: CFHTTT> 2.0.CO; 2 .
-
Leppert, Kenneth D .; Петерсен, Вальтер А. (март 2010 г.). «Электрически активные горячие башни в африканских восточных волнах до тропического циклогенеза» . Ежемесячный обзор погоды . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 138 (3): 663–687. DOI : 10.1175 / 2009MWR3048.1 .
-
Malkus, Joanne S .; Ронн, Клод; Чафф, Маргарет (январь 1961). «Образцы облаков в урагане« Дейзи », 1958 год» . Теллус . 13 (1): 8–30. doi : 10.3402 / tellusa.v13i1.9439 - через Taylor & Francis Online.
- Malkus, Joanne S .; Уильямс, RT (сентябрь 1963 г.). «О взаимодействии сильных штормов и больших кучевых облаков». Сильные местные бури . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 5 : 59–64. DOI : 10.1007 / 978-1-940033-56-3_3 . ISBN 978-1-940033-56-3 - через Springer Link.
-
Риль, Герберт; Малкус, Джоанна (январь 1961 г.). «Некоторые аспекты урагана Дейзи, 1958» . Теллус . 13 (2): 181–213. doi : 10.3402 / tellusa.v13i2.9495 - через Taylor & Francis Online.
-
Montgomery, MT; Николс, Мэн; Cram, TA; Сондерс, AB (январь 2006 г.). "Путь вихревой горячей башни к тропическому циклогенезу". Журнал атмосферных наук . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 63 (1): 355–386. DOI : 10.1175 / JAS3604.1 .
- Тао, Чэн; Цзян, Хайян (февраль 2013 г.). «Глобальное распределение горячих башен в тропических циклонах на основе 11-летних данных TRMM» . Журнал климата . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 26 (4): 1371–1386. DOI : 10,1175 / JCLI D-12-00291.1 .
-
Уильямс, ER; Geotis, SG; Renno, N .; Ратледж, SA; Rasmussen, E .; Рикенбах, Т. (август 1992 г.). «Радиолокационное и электрическое исследование тропических« горячих башен » ». Журнал атмосферных наук . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 49 (15): 1386–1395. DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1992) 049 <1386: ARAESO> 2.0.CO; 2 .
- Чжугэ, Сяо-Юн; Мин, Джи; Ван, Юань (октябрь 2015 г.). «Переоценка использования внутренних горячих башен для прогнозирования быстрой интенсификации тропических циклонов *» . Погода и прогнозирование . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. 30 (5): 1265–1279. DOI : 10.1175 / WAF-D-15-0024.1 .
- Ципсер, Эдвард Дж. (2003). «Некоторые взгляды на« горячие башни »после 50 лет полевых программ в тропиках и двух лет данных TRMM». В Дао, Вэй-Куо; Адлер, Роберт (ред.). Облачные системы, ураганы и миссия по измерению тропических осадков (TRMM) . Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество. С. 49–58. DOI : 10.1007 / 978-1-878220-63-9_5 . ISBN 978-1-878220-63-9 - через Springer Link.
внешние ссылки
- Галерея мультимедиа урагана - мультимедийная страница урагана.
- Слайды UCAR: «Горячие башни и ураганы: первые наблюдения, теории и модели»