Тропі́чний цикло́н — тип циклону або маси повітряного вихору з низьким тиском, що виникає над теплою морською поверхнею. Циклон супроводжується грозами, зливами і штормовими вітрами. Тропічні циклони утворюються внаслідок підйому вологого повітря, конденсації водяної пари, випадання дощів та опускання сухішого повітря униз. Цей механізм принципово відрізняється від механізму позатропічних та полярних циклонів, бо вони формуються над теплою поверхнею й називаються «циклонами з теплим ядром». Сильні тропічні циклони є одними з найбільш руйнівних природних небезпек у всьому світі.

Загальний опис

Термін «тропічний» означає як географічний район (тропічні широти), де виникають подібні циклони, так і формування цих циклонів у тропічних повітряних масах. Залежно від сили та району, де існує циклон, тропічні циклони отримують назви «ураганів», «тайфунів», «тропічних штормів», «циклонних штормів», «тропічних депресій» або просто «циклонів».

Тропічні циклони можуть виникати та існувати лише над великою водною поверхнею, а над суходолом вони швидко втрачають силу. Циклони можуть утворюватися навіть зі слабких атмосферних збурень, на формування яких впливають такі ефекти як осциляція Маддена-Джуліана, Ель-Ніньйо й північноатлантична осциляція. Багато тропічних циклонів, які спочатку були слабкими вихрами, зокрема субтропічні, за сприятливих умов здатні набувати характеристик тропічних циклонів.

Після утворення, тропічні циклони рухаються під дією переважних вітрів; якщо умови залишаються сприятливими, циклон набирає силу та утворює характерну вихрову структуру із оком у центрі. Якщо ж умови несприятливі, або якщо циклон зсувається на сушу, він досить швидко розсіюється.

На сушу тропічні циклони приносять сильні зливи, великі хвилі на поверхні моря, штормові припливи і смерчі. Від них найбільше страждають прибережні райони та острови. Викликані тропічними циклонами зливові дощі можуть викликати повені значних масштабів на відстані до 40 км від узбережжя. Також вони можуть припиняти посухи. Тропічні циклони переносять вологу з тропічних широт до помірних, що робить їх важливою складовою глобальних процесів циркуляції атмосфери. Завдяки їм різниця в температурі на різних ділянках поверхні Землі зменшується, що формує помірний клімат.

Структура

Тропічні циклони — відносно компактні шторми досить правильної форми, зазвичай близько 320 км в діаметрі, із вітрами, що дмуть по спіралі, яка закручується навколо центральної ділянки дуже низького атмосферного тиску. За рахунок сили Коріоліса, вітри відхиляються від напрямку баричного градієнту й закручуються проти годинникової стрілки в Північній півкулі та за годинниковою стрілкою — у Південній.

За структурою тропічний циклон може бути поділено на три концентричні частини. Зовнішня частина має внутрішній радіус 30-50 км, у цій зоні швидкість вітрів рівномірно збільшується у міру наближення до центру циклону. Середня частина, що має назву стіни ока, характеризується найбільшими швидкостями вітру. Центральна частина діаметром 30-60 км має назву ока, тут швидкість вітру зменшується, рух повітря має переважно низхідний характер, а небо часто залишається яснимСтаття «Tropical cyclone», Encyclopædia Britannica.

Око

Центральна частина циклону, в якій повітря опускається вниз, має назву ока. Якщо циклон досить сильний, око велике й характеризується спокійною погодою та ясним небом, хоча хвилі на морі можуть бути дуже великими. Око тропічного циклону зазвичай правильної круглої форми, а його розмір може бути від 3 до 370 км у діаметрі , найтиповішим значеннями його діаметра є 30-60 км. Око великих зрілих тропічних циклонів інколи помітно розширюється вгорі, це явище отримало назву «ефекту стадіону», через те, що, коли спостерігати зсередини ока, його стіна нагадує за формою трибуни стадіону.

Око тропічних циклонів характеризується дуже низьким атмосферним тиском, саме тут було зареєстровано найнижче значення атмосферного тиску на рівні земної поверхні (870 гПа у тайфуні Тіп). Крім того, на відміну від циклонів інших типів, повітря ока тропічних циклонів дуже тепле, завжди тепліше, ніж на тій же висоті за межами циклону.

Око слабших тропічних циклонів може бути частково або повністю вкрите хмарами, що мають назву центрального щільного хмарного покриву. Ця зона, на відміну від ока сильніших циклонів, характеризується значною грозовою активністю.

Стіна ока Стіною ока називають кільце щільних грозових хмар, що оточує око. Тут хмари досягають найбільшої висоти в межах циклону (до 15 км над рівнем моря), а опади та вітри біля поверхні найсильніші. Проте максимальна швидкість вітрів досягається на дещо більшій висоті, зазвичай близько 300 м. Саме під час проходження стіни ока над певним районом, циклон завдає найбільших руйнувань.

Найсильніші циклони (зазвичай категорії 3 або більше) характеризуються кількома циклами зміни стіни ока протягом свого життя. При цьому стара стіна ока звужується до 10-25 км, а їй на заміну виникає нова, більшого діаметра, що поступово заміняє собою стару. Під час кожного циклу заміни стіни ока циклон слабшає (тобто вітри в межах стіни ока слабнуть, а температура ока зменшується), але із утворенням нової стіни ока він швидко набирає силу до попередніх значень.

Зовнішня зона Зовнішня частина тропічного циклону організована у дощові смуги — смуги щільних грозових хмар, що повільно рухаються до центру циклону та зливаються зі стіною ока. У дощових смугах, як і в стіні ока, повітря піднімається угору, а у просторі між ними, вільному від низьких хмар, повітря опускається. Однак, сформовані на периферії циркуляційні комірки не такі глибокі, як центральна, і досягають меншої висоти.

Розміри тропічних циклонів ROCI Тип До 2 градусів широти Дуже малий / карликовий 2-3 градусів широти Малий 3-6 градусів широти Середній 6-8 градусів широти Великий Понад 8 градусів широти Дуже великий Порівняльні розміри тайфуну Тіп та циклону Трейсі над територією США

Коли циклон досягає суші, потоки повітря більшою мірою концентруються в межах стіни ока замість дощових смуг через збільшення тертя об поверхню. Значно збільшується кількість опадів, що може досягати 250 мм за добу.

Тропічні циклони також утворюють хмарний покрив на дуже великих висотах (біля тропопаузи) за рахунок відцентрового руху повітря на цій висоті. Цей покрив складається з високих перистих хмар, що рухаються від центру циклону та поступово випаровуються й зникають. Ці хмари можуть бути досить тонкими, щоб через них можна було бачити Сонце та можуть бути однією з перших ознак наближення тропічного циклону.

Розміри Одним з найбільш поширених визначень розміру циклону, що застосовується в різноманітних базах даних, є відстань від центру циркуляції до найбільш зовнішньої замкнутої ізобари, ця відстань має назву радіусу зовнішньої замкнутої ізобари (). Якщо радіус менше двох градусів широти або 222 км, циклон класифікується як «дуже маленький» або «карликовий». Радіус від 3 до 6 градусів широти або від 333 до 667 км характеризує циклон «середніх розмірів». «Дуже великі» тропічні циклони мають радіус понад 8 градусів широти або 888 км. За цією мірою, найбільші на Землі тропічні циклони виникають на північному заході Тихого океану, де вони приблизно вдвічі більші за тропічні циклони Атлантичного океану.

Іншими методами визначення розмірів тропічних циклонів є радіус, на якому існують вітри сили тропічного шторму (приблизно 17,2 м/с), та радіус, на якому відносний ротор швидкості вітру становить 1×10−5 с−1.

Механізм

Головним джерелом енергії тропічного циклону є енергія, що звільнюється під час конденсації водяної пари. Випаровування океанської води відбувається під дією сонячної радіації. Таким чином, тропічний циклон можна уявити як велику теплову машину, для роботи якої необхідні також обертання та тяжіння Землі. У метеорології, тропічний циклон описується як тип конвекційної системи на мезошкалі, що розвивається за умовами наявності потужного джерела тепла та вологи.

Тепле вологе повітря піднімається угору переважно у межах стіни ока циклону, але також частково в межах інших дощових смуг. Це повітря розширюється та охолоджується з підняттям, в результаті його відносна вологість, висока вже біля поверхні, зростає, унаслідок чого велика частина збереженої вологи конденсується і випадає у вигляді дощу. Повітря продовжує охолоджуватися і втрачати вологу з підняттям до тропопаузи, де воно втрачає практично всю вологу та перестає охолоджуватися з висотою. Це повітря опускається униз до океанської поверхні, де знову прогрівається та зволожується. За сприятливих умов, вивільнена у цьому процесі енергія дещо перевищує її витрати, надлишкова енергія витрачається на збільшення об'ємів висхідних потоків, збільшення швидкості вітрів та прискорення процесу конденсації, тобто утворює позитивного зворотного зв'язку. Для того, щоб умови залишалися сприятливими, тропічний циклон має перебувати над теплою океанською поверхнею, що надає необхідну вологу. Коли ж циклон проходить ділянку суші, він не має доступу до цього джерела енергії і його сила швидко спадає. Обертання Землі додає до цього конвекційного процесу закручування циклону внаслідок ефекту Коріоліса — відхилення напрямку вітру від напрямку баричного градієнту.

Механізм тропічних циклонів істотно відрізняється від механізму інших атмосферних процесів тим, що вимагає глибокої конвекції, такої, що охоплює великий діапазон висот. Висхідні потоки охоплюють майже всю відстань від поверхні океану до тропопаузи, із горизонтальними вітрами, які обмежуються переважно приповерхневим шаром висотою до 1 км, тоді як основна частина 15-кілометрової товщини тропосфери в тропічних районах охоплена конвекцією. Однак, на вищих широтах тропосфера тонша, а кількість сонячного тепла — менша, що обмежує зону сприятливих умов для тропічних циклонів тропічним поясом. На відміну від тропічних циклонів, позатропічні циклони отримують енергію переважно від горизонтальних градієнтів температури повітря, що існували до них.

Проходження тропічного циклону над ділянкою океану приводить до суттєвого охолодження приповерхневого шару, як через втрату тепла на випаровування, так і через активне перемішування теплих приповерхневих та холодніших глибоких шарів та отримання холоднішої дощової води. Також на охолодження впливає щільний хмарний покрив, що закриває океанську поверхню від сонячного світла. Унаслідок цих ефектів, за кілька днів, за які циклон проходить певну ділянку океану, припоперхнева температура на ній істотно падає. Цей ефект призводить до негативного зворотного зв'язку, що може привести до втрати сили тропічного циклону, якщо його рух повільний .

Загальна кількість енергії, що виділяється у тропічному циклоні середнього розміру, становить близько 50-200 екзаджоулів (1018 Дж) на день або 1 ПВт (1015 Вт). Це приблизно у 70 разів більше за споживання всіх видів енергії людством, у 200 разів більше світового виробництва електроенергії й відповідає енергії, що звільнялася б від вибухів 10-мегатонних водневої бомби кожні 20 хвилин .

Життєвий цикл

Формування

У всіх районах світу, де існує активність тропічних циклонів, вона досягає максимуму наприкінці літа, коли різниця температур між океанською поверхнею та глибинними шарами найбільша. Однак, сезонні картини дещо відрізняються залежно від басейну. У світовому масштабі, травень є найменш активним місяцем, вересень найбільш активним, а листопад є єдиним місяцем, коли активні одночасно всі басейни.

Важливі фактори

Процес формування тропічних циклонів все ще не до кінця зрозумілий і є предметом інтенсивних досліджень. Зазвичай можна виділити шість чинників, необхідних для утворення тропічних циклонів, хоча в окремих випадках циклон може утворитися й без деяких з них.

У більшості випадків, для формування тропічного циклону потрібна температура приповерхневого шару океанської води щонайменше 26,5 °C на глибині щонайменш до 50 м, така температура води є мінімально достатньою щоб викликати нестабільність в атмосфері над нею та підтримати існування грозової системи.