Прогнозирование траектории тропических циклонов - Tropical cyclone track forecasting

Ошибки отслеживания для Атлантического бассейна

Прогнозирование траектории тропических циклонов включает в себя предсказание, где тропический циклон будет следовать в течение следующих пяти дней, каждые 6–12 часов. История прогнозирования траекторий тропических циклонов эволюционировала от подхода, основанного на использовании одной станции, до комплексного подхода, в котором для прогнозирования используются различные метеорологические инструменты и методы. Погода в определенном месте может показывать признаки приближающегося тропического циклона, такие как усиление волн, усиление облачности, падение атмосферного давления, усиление приливов, шквалов и проливных дождей.

Силы, которые влияют на управление тропическими циклонами, - это западные ветры более высоких широт, субтропический хребет и бета-эффект, вызванный изменениями силы Кориолиса в жидкостях, таких как атмосфера . Точные прогнозы траектории зависят от определения положения и силы областей с высоким и низким давлением , а также от прогнозирования того, как эти области будут мигрировать в течение жизни тропической системы. Компьютерные модели прогнозов используются для определения этого движения на пять-семь дней в будущем.

История

Способы прогнозирования тропических циклонов со временем изменились. Первые известные прогнозы в Западном полушарии были сделаны подполковником Уильямом Ридом из Корпуса королевских инженеров на Барбадосе в 1847 году. Рид в основном использовал измерения атмосферного давления в качестве основы для своих прогнозов. Бенито Виньес, SJ , представил систему прогнозов и предупреждений, основанную на изменениях облачного покрова в Гаване в 1870-х годах. Прогнозирование движения урагана основывалось на движении приливов, а также на изменениях облаков и барометров с течением времени. В 1895 году было отмечено, что прохладные условия с необычно высоким давлением предшествовали тропическим циклонам в Вест-Индии на несколько дней. До начала 1900-х годов большинство прогнозов делалось путем прямых наблюдений на метеостанциях, которые затем передавались в центры прогнозов по телеграфу . Только с появлением радио в начале двадцатого века наблюдения с судов в море стали доступны синоптикам. Несмотря на выпуск ураганов и предупреждений для систем, угрожающих побережью, прогнозирование траектории тропических циклонов происходило только в 1920 году. К 1922 году было известно, что ветры дуют на расстоянии от 3 км (9800 футов) до 4 км (13000 футов) в Высота над поверхностью моря в пределах правого переднего квадранта шторма была репрезентативной для управления штормом, и ураганы имели тенденцию следовать за самой внешней замкнутой изобарой субтропического хребта .

В 1937 году радиозонды использовались для прогнозирования тропических циклонов. Следующее десятилетие ознаменовалось появлением военной разведки с самолетов, начиная с первого специального полета в ураган в 1943 году и создания Hurricane Hunters в 1944 году. В 1950-х годах прибрежные метеорологические радары начали использоваться в Соединенные Штаты, и исследовательские полеты предшественника Отдела исследования ураганов начались в 1954 году. Запуск первого метеорологического спутника TIROS-I в 1960 году позволил ввести новые методы прогнозирования тропических циклонов, которые остаются важными и по сей день. В 1970-х годах были введены буи для повышения разрешающей способности поверхностных измерений, которые до этого момента вообще не были доступны на поверхности моря.

Прогноз прохождения тропического циклона на одной станции

Изображение неба в глазах тропического циклона

Примерно за четыре дня до типичного тропического циклона океан высотой 1 метр (3,3 фута) будет катиться примерно каждые 10 секунд, двигаясь к побережью со стороны местоположения тропического циклона. Волна океана будет медленно увеличиваться в высоту и частоту по мере приближения тропического циклона к суше. За два дня до прохода центра ветер стихает, так как тропический циклон прерывает поток окружающего ветра. В течение 36 часов после центрального прохода давление начинает падать, и со стороны циклона приближается пелена белых перистых облаков . В течение 24 часов после максимального приближения к центру начинают приближаться низкие облака, также известные как полоса тропического циклона, поскольку атмосферное давление начинает падать быстрее, а ветер усиливается. В течение 18 часов после приближения к центру обычно бывает шквалистая погода с внезапным усилением ветра, сопровождающимся ливневыми дождями или грозами. Ветер усиливается в течение 12 часов после приближения к центру, иногда достигая силы урагана. Поверхность океана покрывается пеной. Мелкие предметы начинают лететь на ветру. В течение 6 часов после прибытия центра дождь становится непрерывным, и штормовой нагон начинает приходить вглубь страны. В течение часа езды от центра дождь становится очень сильным, и возникают самые сильные ветры в пределах тропического циклона. Когда в центр прибывает сильный тропический циклон, погодные условия улучшаются, и солнце становится видимым, когда глаз движется над головой. В этот момент давление перестает падать, поскольку достигается самое низкое давление в центре шторма. Это также время максимальной глубины штормового нагона. Как только система уходит, ветер меняется на противоположный и, вместе с дождем, внезапно усиливается. Штормовая волна отступает, поскольку давление внезапно возрастает вслед за ее центром. Через день после прохождения центра низкая облачность сменяется более высокой, и дождь становится кратковременным. К 36 часам после прохождения центра высокая облачность исчезает, и давление начинает выравниваться.

Основы

Крупномасштабный синоптический масштаб поток определяет , от 70 до 90 процентов движения тропического циклона. Средний поток через тропосферу с глубокими слоями считается лучшим инструментом для определения направления и скорости пути. Если шторм испытывает значительный вертикальный сдвиг ветра , использование ветра более низкого уровня, такого как уровень давления 700 гПа (на высоте 3000 метров (9800 футов) над уровнем моря), будет работать в качестве лучшего предсказателя. Знание о бета-эффекте может быть использовано для управления тропическим циклоном, поскольку он ведет к более северо-западному направлению для тропических циклонов в Северном полушарии из-за различий в силе Кориолиса вокруг циклона. Например, бета-эффект позволит тропическому циклону отслеживать направление потока в направлении полюса и немного правее от рулевого потока глубокого слоя, в то время как система находится к югу от субтропического хребта. Штормы, движущиеся на северо-запад, движутся быстрее и влево, а штормы, движущиеся на северо-восток, движутся медленнее и влево. Чем больше циклон, тем сильнее будет влияние бета-эффекта.

Взаимодействие двух тайфунов

Эффект Фудзивары

Когда два или более тропических циклона находятся в непосредственной близости друг от друга, они начинают циклонически вращаться вокруг средней точки между их центрами циркуляции. В северном полушарии это направление против часовой стрелки, а в южном полушарии - по часовой стрелке. Обычно тропические циклоны должны находиться в пределах 1450 километров (900 миль) друг от друга, чтобы этот эффект имел место. Это более распространенное явление в северной части Тихого океана, чем где-либо еще, из-за более высокой частоты активности тропических циклонов, которые происходят в этом регионе.

Трохоидальные движения

Небольшие колебания в следе тропического циклона могут возникать, когда конвекция неравномерно распределяется в его циркуляции. Это может быть связано с изменениями вертикального сдвига ветра или внутренней структуры сердечника. Из-за этого эффекта синоптики используют более долгосрочное (от 6 до 24 часов) движение, чтобы помочь прогнозировать тропические циклоны, которые сглаживают такие колебания.

Модели прогнозов

Как видно из одного из ранних прогнозов Эрнесто (2006), иногда случаются значительные ошибки в треке . Национальный центр ураганов официальный прогноз «s находится в светло - голубой.

Высокоскоростные компьютеры и сложное программное обеспечение для моделирования позволяют метеорологам запускать компьютерные модели, которые прогнозируют следы тропических циклонов на основе будущего положения и мощности систем высокого и низкого давления. Сочетая модели прогнозов с более глубоким пониманием сил, действующих на тропические циклоны, и огромным количеством данных со спутников, находящихся на околоземной орбите, и других датчиков, ученые за последние десятилетия повысили точность прогнозов траектории. Добавление миссий dropwindsonde вокруг тропических циклонов в так называемые миссии по синоптическим потокам в Атлантическом бассейне уменьшило ошибку слежения на 15–20 процентов. Использование консенсуса моделей прогноза, а также членов ансамбля различных моделей может помочь уменьшить ошибку прогноза. Однако, независимо от того, насколько малой становится средняя ошибка, большие ошибки в руководстве по-прежнему возможны. Точный прогноз пути важен, потому что, если прогноз пути неверен, прогнозы интенсивности, осадков, штормовых нагонов и угрозы торнадо также будут неправильными.

Продолжительность периода прогноза

Трехдневный прогноз Национального центра ураганов для Катрины в 2005 г.

Прогнозы в рамках рекомендаций по ураганам были выпущены на один день в будущем в 1954 году, а затем были продлены до двух дней в будущем в 1961 году и трех дней в будущем в 1964 году. Начиная с середины до конца 1990-х годов, исследования тропических циклонов и моделей прогнозов Обработка систем привела к существенным улучшениям в отслеживании ошибок. К 2001 году ошибка в достаточной степени уменьшилась, чтобы в будущем отследить общественные рекомендации до 5 дней. Кроме того, в 17:00 по Гринвичу во время сезона ураганов между Центром гидрометеорологических прогнозов и Национальным центром ураганов происходит координационный вызов средней дальности для координации размещения тропических циклонов в прогнозах среднего давления на 6 и 7 дней в будущем для северо-восточная часть Тихоокеанского и Атлантического бассейнов. Время от времени, даже в этом диапазоне времени, можно делать успешные прогнозы.

В прогнозах Национальный центр ураганов использует конус прогноза траектории для графического представления неопределенности своих прогнозов будущего местоположения тропического циклона. Конус представляет собой вероятное положение центра циркуляции тропического циклона и создается путем рисования набора кругов с центром в каждой точке прогноза - 12, 24, 36, 48 и 72 часа для трехдневного прогноза, а также 96 часов. и 120 часов для пятидневного прогноза. Радиус каждого круга равен двум третям исторических ошибок официального прогноза за предшествующий пятилетний период. Затем конус строится путем проведения касательной линии , соединяющей внешнюю границу всех окружностей. Национальный центр ураганов заявляет, что весь путь тропического циклона «можно ожидать, что он будет оставаться в пределах конуса примерно 60–70% времени».

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки