Прогнозирование тропических циклонов - Tropical cyclone forecasting

Часть серии по
Тропические циклоны
Структура
Последствия
Климатология и трекинг
Именование тропических циклонов
Очертание тропических циклонов
Циклон Катарина с МКС 26 марта 2004 года. JPG Портал тропических циклонов

Прогнозирование тропических циклонов это наука прогнозирования, где тропический циклон центр и его эффекты, как ожидается, появятся в какой-то момент в будущем. Прогнозирование тропических циклонов включает несколько элементов: прогнозирование траектории, прогноз интенсивности, прогнозирование осадков, штормовых нагонов, торнадо и сезонное прогнозирование. В то время как навыки прогнозирования слежения возрастают, навыки прогнозирования интенсивности остаются неизменными за последние несколько лет. Сезонное прогнозирование началось в 1980-х годах в Атлантическом бассейне и с тех пор распространилось на другие бассейны.

История

В ближайщем будущем

Способы прогнозирования тропических циклонов со временем изменились. Первые известные прогнозы в Западном полушарии были сделаны подполковником Уильямом Ридом из Корпус королевских инженеров на Барбадосе в 1847 году. Рид в основном использовал барометрическое давление измерения как основу его прогнозов. Бенито Вайнс представил систему прогнозов и предупреждений, основанную на изменениях облачного покрова в Гавана в течение 1870-х гг. Однако до начала 1900-х годов большинство прогнозов делалось путем прямых наблюдений на метеостанциях, которые затем передавались в центры прогнозов через телеграф. Так продолжалось до появления радио в начале двадцатого века наблюдения с судов в море были доступны синоптикам. 1930-е годы видели использование радиозонды в прогнозировании тропических циклонов. Следующее десятилетие ознаменовалось появлением военной разведки с помощью самолетов, начиная с первого специального полета против урагана в 1943 году, и создания Охотники за ураганами в 1944 г. В 1950-е гг. прибрежные метеорологические радары начали использоваться в Соединенных Штатах, а исследовательские разведывательные полеты предшественником Отдел исследования ураганов началось в 1954 году.[1]

Запуск первого метеорологического спутника TIROS-I в 1960 году представил новые методы прогнозирования, которые остаются важными для прогнозирования тропических циклонов и по сей день. В 1970-х годах были введены буи для улучшения разрешения приземных измерений, которые до этого момента были недоступны на всех зарубежных поверхностях.[1]

Долгосрочный

В конце 1970-х гг. Уильям Грей заметил тенденцию к низкой активности ураганов в Североатлантический бассейн в течение Эль-Ниньо лет. Он был первым исследователем, который установил связь между такими событиями, и положительные результаты побудили его продолжить исследования. Он обнаружил, что множество факторов по всему миру влияют на активность тропических циклонов, например, взаимосвязь влажных периодов над африканскими странами. Сахель к увеличению сильный ураган выходы на берег вдоль Восточное побережье США. Однако его результаты также показали несоответствия, если рассматривать только один фактор как основное влияние.[2]

Используя свои выводы, Грей разработал объективный статистический прогноз сезонной активности ураганов; он предсказал только количество тропических штормов, ураганов и крупных ураганов, отказавшись от конкретных данных о путях и потенциальных выходах на сушу из-за вышеупомянутых несоответствий.[2] Грей опубликовал свой первый сезонный прогноз перед сезоном 1984 года, в котором использовались статистические взаимосвязи между активностью тропических циклонов, Эль-Ниньо – Южное колебание (ЭНСО), Квазидвухлетние колебания (QBO) и давление на уровень моря в Карибском бассейне.[3][4] Эта попытка оказалась скромно успешной.[2] Впоследствии он опубликовал прогнозы перед началом сезона ураганов в Атлантике в мае и до пика сезона в августе.[5] Студенты и коллеги присоединились к его команде прогнозов в следующие годы, в том числе Кристофер Ландси, Пол В. Мильке младший и Кеннет Дж. Берри.[6]

Отслеживать

Смотрите также: Прогнозирование траектории тропических циклонов и Модель прогноза тропических циклонов
Ошибки треков для Атлантического бассейна, 1970–2014 гг.

В крупномасштабный синоптический поток определяет от 70 до 90 процентов движения тропического циклона. Среднее значение потока в глубоких слоях - лучший инструмент для определения направления и скорости пути. Если штормы значительно ослабляются, использование ветра более низкого уровня является лучшим предсказателем. Знание о бета-эффекте может быть использовано для управления тропическим циклоном, поскольку он ведет к более северо-западному направлению к тропическим циклонам в Северном полушарии. Также лучше всего сгладить краткосрочные колебания центра шторма, чтобы определить более точную траекторию.[7]

Из-за сил, которые влияют на траектории тропических циклонов, точные прогнозы траекторий зависят от определения положения и силы зон высокого и низкого давления и предсказания того, как эти зоны изменятся в течение жизни тропической системы. Комбинируя модели прогнозов с более глубоким пониманием сил, действующих на тропические циклоны, и огромным объемом данных со спутников на орбите Земли и других датчиков, ученые за последние десятилетия повысили точность прогнозов траектории.[8] Точный прогноз пути важен, потому что, если прогноз пути неверен, прогнозы интенсивности, дождя, штормового нагона и угрозы торнадо также будут неправильными.

1-2-3 правило

Ураганы Рита и Филипп показано с предсказаниями правил 1-2-3.

В 1-2-3 правило (правило моряка 1-2-3 или опасная зона) - это руководство, которое обычно преподают моряки для тяжелых буря (в частности ураган и тропический шторм ) отслеживание и прогнозирование. Относится к округленному долгосрочному NHC / TPC ошибки прогноза 100-200-300 морские мили в 24-48-72 часа соответственно. Эти цифры были близки к 10-летнему среднему значению для периода 1982–1991 гг.[9] Однако эти ошибки уменьшились примерно до 50–100–150 по мере того, как прогнозисты NHC стали более точными. «Опасная зона», которую следует избегать, создается путем расширения прогнозируемой траектории на радиус, равный соответствующим сотням миль плюс прогнозируемые радиусы ветра (размер шторма в эти часы).[10]

Интенсивность

Смотрите также: Тропический циклогенез

Синоптики говорят, что они менее искусны в прогнозировании интенсивности тропических циклонов, чем траектория циклонов.[11] Доступная вычислительная мощность ограничивает способность прогнозистов точно моделировать большое количество сложных факторов, таких как точная топология и атмосферные условия, хотя с повышенным опытом и пониманием даже модели с таким же разрешением могут быть настроены для более точного отражения реального поведения.[12] Еще один недостаток - отсутствие частых измерений скорости ветра в эпицентре шторма. В Глобальная навигационная спутниковая система Cyclone, запущенный НАСА в 2016 году, как ожидается, предоставит гораздо больше данных по сравнению со спорадическими измерениями буи погоды и самолет, проникающий через ураганы.[13]

Точный прогноз траектории крайне важен для создания точных прогнозов интенсивности, особенно в районе с большими островами, такими как западная часть северной части Тихого океана и Карибское море, поскольку близость к суше является сдерживающим фактором для развития тропических циклонов. Сильный ураган / тайфун / циклон может ослабнуть, если образуется внешняя глазная стена (обычно около 80–160 километров (50–100 миль) от центра шторма), подавляющая конвекцию внутри внутренней глазной стенки. Такое ослабление называется цикл замены глазных стенок, и обычно носит временный характер.[14]

Максимальная потенциальная интенсивность

Доктор Керри Эмануэль создал математическая модель около 1988 г. максимальная потенциальная интенсивность или MPI, чтобы вычислить верхний предел интенсивности тропических циклонов на основе температуры поверхности моря и атмосферных профилей из последняя глобальная модель работает. Карты, созданные на основе этого уравнения, показывают значения максимально достижимой интенсивности из-за термодинамика атмосферы на момент последнего прогона модели (0000 или 1200 универсальное глобальное время ). Однако MPI не занимает вертикальное положение. сдвиг ветра в учетную запись.[15] MPI вычисляется по следующей формуле:

Где - максимальная потенциальная скорость в метрах в секунду; температура поверхности моря под центром тропического циклона, эталонная температура (30 ° C) и , и являются константами аппроксимации кривой. Когда , , и , график, созданный этой функцией, соответствует 99-му процентилю эмпирических данных интенсивности тропических циклонов.[16]

Осадки

r-CLIPER для Изабель (2003)
Смотрите также: Прогноз количества осадков тропических циклонов

Прогнозирование количества осадков тропических циклонов имеет важное значение, поскольку в период 1970–2004 годов наводнения на суше в результате тропических циклонов стали причиной большинства смертельных случаев от тропических циклонов в Соединенные Штаты.[17][18] В то время как наводнение является обычным явлением для тропических циклонов вблизи суши, существует несколько факторов, которые приводят к чрезмерному выпадению осадков от тропических циклонов. Медленное движение, как это было во время Ураган Дэнни и Ураган Вильма, может привести к большим суммам. Наличие рельефа у побережья, как и на большей части Мексика, Гаити, то Доминиканская Республика, много Центральная Америка, Мадагаскар, Реюньон, Китай, и Япония действует для увеличения количества из-за восходящего потока в горы. Сильное воздействие на верхний уровень из желоба, движущегося через западные лабиринты, как это было во время Ураган Флойд, может привести к чрезмерному количеству даже из систем, движущихся в среднем поступательном движении. Сочетание двух из этих факторов может быть особенно вредным, как было замечено во время Ураган Митч в Центральная Америка.[19] Поэтому точный прогноз траектории крайне важен для составления точного прогноза осадков тропических циклонов.[20]Однако в результате глобального потепления тепло, накопившееся на поверхности океана, позволило штормам и ураганам улавливать больше водяного пара и, учитывая повышенные температуры в атмосфере, также удерживать влагу для более длительного хранения.[21] Это приводит к невероятному количеству дождя на поражающей суше, что часто может быть самым разрушительным аспектом урагана.

Операционные методы

Модель прогноза отслеживается в ATCF. В NHC официальный прогноз на Эрнесто (2006) светло-синего цвета, а фактический след шторма - белая линия над Флорида.
Основные статьи: Автоматизированная система прогнозирования тропических циклонов и График отслеживания тропических циклонов

Исторически карты слежения за тропическими циклонами использовались для включения прошлой траектории и подготовки будущих прогнозов в региональных специализированных метеорологических центрах и центрах предупреждения о тропических циклонах. Потребность в более модернизированном методе прогнозирования тропических циклонов стала очевидной для оперативных синоптиков к середине 1980-х годов. В то время Министерство обороны США использовал бумажные карты, ацетат, жирные карандаши и разрозненные компьютерные программы для прогнозирования тропических циклонов.[22] Программное обеспечение Автоматизированной системы прогнозирования тропических циклонов (ATCF) было разработано Лаборатория военно-морских исследований для Объединенный центр предупреждения о тайфунах (JTWC) начиная с 1986 г.,[23] и используется с 1988 года. В течение 1990 года система была адаптирована Национальный центр ураганов (NHC) для использования в NHC, Национальные центры экологического прогнозирования и Центр ураганов Центральной части Тихого океана.[23][24] Это обеспечило NHC программной средой для многозадачности, которая позволила повысить эффективность и сократить время, необходимое для составления прогнозов, на 25% или 1 час.[24] ATCF изначально был разработан для использования в ДОС, прежде чем позже был адаптирован к Unix и Linux.[23]

Штормовая волна

Смотрите также: Штормовая волна

Основная модель прогноза штормовых нагонов в Атлантическом бассейне: SLOSH, что означает Sшт. Lаке, ОВерланд Sпобуждать от ЧАСурканы.[25] Он использует размер шторма, его интенсивность, поступательное движение и топографию прибрежной равнины, чтобы оценить глубину штормового нагона в любой отдельной точке сетки через Соединенные Штаты. Для составления точных прогнозов штормовых нагонов требуется точная траектория прогнозов. Однако, если точка выхода на берег не определена, карта максимальной огибающей воды (MEOW) может быть создана на основе направления подхода. Если сама траектория прогноза также является неопределенной, может быть сгенерирована карта максимумов (MoM), которая покажет наихудший сценарий для урагана определенной силы.[26]

Торнадо

Местонахождение большинства смерчей, связанных с тропическими циклонами, - это их северо-восточный квадрант в Северном полушарии и юго-восточный квадрант в Южном полушарии.[27] Как и в большинстве других прогнозов воздействия тропических циклонов, для составления точного прогноза угрозы торнадо требуется точный прогноз траектории.

Сезонный прогноз

Смотрите также: Атлантическое многодекадное колебание и Тропический циклон § Long-term_activity_trends

Изучая годовые вариации различных климатических параметров, синоптики могут делать прогнозы об общем количестве и интенсивности тропических циклонов, которые произойдут в данный сезон. Например, при построении сезонных прогнозов Центр прогнозирования климата в Соединенных Штатах рассматривает последствия Эль-Ниньо - Южное колебание, 25–40-летний тропический цикл, сдвиг ветра над океанами и температурой поверхности океана.[28]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Sheets, Роберт С. (июнь 1990 г.). «Национальный центр ураганов - прошлое, настоящее и будущее». Погода и прогнозирование. 5 (2): 185–232. Bibcode:1990Вт для ... 5..185С. Дои:10.1175 / 1520-0434 (1990) 005 <0185: TNHCPA> 2.0.CO; 2.
  2. ^ а б c Боб Шитс и Джек Уильямс (2001). Часы ураганов: прогноз самых смертоносных штормов на Земле. ISBN  978-0-375-70390-4.
  3. ^ Уильям М. Грей (24 мая 1984 г.). "Прогноз сезонного урагана в Атлантике на 1984 г." (PDF). Государственный университет Колорадо. Получено 17 апреля 2016.
  4. ^ http://tropical.atmos.colostate.edu/Includes/Documents/Publications/camargoetal2007.pdf
  5. ^ «Проект тропической метеорологии». Государственный университет Колорадо. н.д.. Получено 16 апреля 2016.
  6. ^ Муни, Крис (2007). «Глава 4: Положите эту матрицу вниз». Штормовой мир. Harcourt. п.70. ISBN  978-0-15-101287-9. ... 1984 ... Грей также начал дело, которое сделало его самым известным: схему сезонного прогнозирования для Атлантического бассейна, которая предсказывала бы количество ураганов и тропических штормов за несколько месяцев до их фактического прибытия. ... Трудно переоценить прорыв, которого достиг Грей со своей схемой прогнозирования.
  7. ^ ВМС США. РАЗДЕЛ 1. ВЛИЯНИЕ НА ДВИЖЕНИЕ ТРОПИЧЕСКОГО ЦИКЛОНА. Проверено 10 апреля 2007.
  8. ^ Национальный центр ураганов (2013-04-03). Среднегодовые ошибки отслеживания моделей для тропических циклонов Атлантического бассейна за период 1994–2005 гг. Для однородного набора "ранних" моделей. Проверено 30 ноября 2006.
  9. ^ Л. Т. Уильям Шульц и Патрик Диксон (осень 1994 г.). «Ураган Эмили угрожает атлантическому флоту: рассказ о двух вылетах». Журнал погоды моряков. 38 (4): 4.
  10. ^ Центр ураганов Центральной части Тихого океана. Неделя осведомленности об ураганах 2005 г. Проверено 24 декабря 2007.
  11. ^ Национальный центр ураганов. Среднегодовые официальные ошибки слежения за тропическими циклонами Атлантического бассейна за период 1989–2005 гг. С наложенными линиями тренда методом наименьших квадратов. Проверено 30 ноября 2006.
  12. ^ Почему сложно предсказать интенсивность урагана?
  13. ^ Предсказать интенсивность урагана стало легче
  14. ^ Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория (2006). Часто задаваемые вопросы: что такое «концентрические циклы глазных стенок» (или «циклы замены глазных стенок») и почему они вызывают ослабление максимальных ветров урагана? Отдел исследования ураганов. Проверено 14 декабря 2006.
  15. ^ Керри А. Эмануэль (1997-08-07). Оценка максимальной интенсивности. Проверено 20 октября 2006 года.
  16. ^ ДеМария, Марк; Джон Каплан (сентябрь 1994 г.). «Температура поверхности моря и максимальная интенсивность атлантических тропических циклонов». Журнал климата. 7 (9): 1324–1334. Bibcode:1994JCli .... 7.1324D. Дои:10.1175 / 1520-0442 (1994) 007 <1324: SSTATM> 2.0.CO; 2. ISSN  1520-0442.
  17. ^ FEMA. Ураганы. В архиве 2007-05-02 на Wayback Machine Проверено 3 мая 2013.
  18. ^ Эд Раппапорт. Внутреннее наводнение. Проверено 24 июня 2006.
  19. ^ "Вы готовы?". Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям. 5 апреля 2006 г. Архивировано с оригинал 29 июня 2006 г.. Получено 24 июн 2006.
  20. ^ Уильям М. Франк. Пятый международный семинар по тропическим циклонам: Тема 2 «Процессы выхода на берег тропических циклонов». Проверено 17 апреля 2007.
  21. ^ Уэлч, К. (2017). Как изменение климата, вероятно, усилило недавние ураганы. National Geographic [онлайн]. 20 сентября 2017 г. Доступно по адресу: https://news.nationalgeographic.com/2017/08/hurricane-harvey-climate-change-global-warming-weather/ (дата обращения: 11.09.2017).
  22. ^ Рональд Дж. Миллер; Энн Дж. Шредер; Чарльз Р. Сэмпсон и Тед Л. Цуй (декабрь 1990 г.). «Автоматизированная система прогнозирования тропических циклонов (ATCF)». Погода и прогнозирование. 5 (4): 653–600. Bibcode:1990Вт для ... 5..653M. Дои:10.1175 / 1520-0434 (1990) 005 <0653: TATCFS> 2.0.CO; 2.
  23. ^ а б c Сэмпсон, Чарльз Р.; Шредер, Энн Дж (июнь 2000 г.). «Автоматизированная система прогнозирования тропических циклонов (версия 3.2)». Бюллетень Американского метеорологического общества. 81 (6): 1231–1240. Bibcode:2000БАМС ... 81.1231С. Дои:10.1175 / 1520-0477 (2000) 081 <1231: tatcfs> 2.3.co; 2.
  24. ^ а б Раппапорт, Эдвард Н; Франклин, Джеймс Л; Авила, Ликсион А; Бейг, Стивен Р.; Бевен II, Джон Л; Блейк, Эрик С; Берр, Кристофер А; Цзин, Цзянь-Гво; Джакинс, Кристофер А; Knabb, Ричард Д; Ландси, Кристофер В. Майнелли, Мишель; Мэйфилд, Макс; МакАди, Колин Дж; Паш, Ричард Дж; Сиско, Кристофер; Стюарт, Стейси Р.; Триббл, Ахша Н. (апрель 2009 г.). «Достижения и проблемы в Национальном центре ураганов». Погода и прогнозирование. 24 (2): 409. Bibcode:2009WtFor..24..395R. CiteSeerX  10.1.1.207.4667. Дои:10.1175 / 2008WAF2222128.1.
  25. ^ Национальный центр ураганов (3 октября 2011 г.). "Морские, озерные и наземные нагоны от ураганов (SLOSH)". Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Получено 3 мая 2013.
  26. ^ Погодные продукты для ПК. Slosh Data ... что это такое. Проверено 15 апреля 2007.
  27. ^ Роджер Эдвардс (1998-01-11 по 18). Поддержка прогнозов Центра прогнозирования штормов для тропических циклонов, выходящих на берег. Проверено 3 мая 2013.
  28. ^ Ира Флатов, Science Friday (21 августа 2009 г.). Что ждет нас на горизонте в сезоне ураганов? Национальное общественное радио. Проверено 3 мая 2013.