Кіріспе
Тропикалық циклонның күрт күшейуі тропикалық циклондар.
Жылдам қарқындылу (ЖҚ) – тропикалық циклонның қысқа мерзім ішінде күрт күшею процесінің кез келген түрі. Тропикалық циклонды болжау агенттіктері жылдам қарқындылу оқиғаларын анықтау үшін әртүрлі шекті мәндерді пайдаланады, бірақ ең көп қолданылатын анықтамаға сәйкес, тропикалық циклонның максималды тұрақты жел жылдамдығы 24 сағат ішінде кем дегенде 30 теңшеден (миль/сағ) артуы керек. Дегенмен, жылдам қарқындылу кезеңдері көбінесе бір күннен ұзаққа созылады. Барлық тропикалық циклонның шамамен 20-30% жылдам қарқындылуға ұшырайды, оның ішінде максималды жел жылдамдығы жоғары тропикалық циклонның көп бөлігі. Жылдам қарқындылу тропикалық циклонды болжаудың маңызды қателік көзі болып табылады және оның болжамдылығын жақсарту маңызды бағыт ретінде жиі аталады. Жылдам қарқындылудың себептері мен оны қолдайтын орталық жағдайлар тропикалық циклонды қоршаған орта мен дауылдың ішкі процестері арасындағы күрделі өзара әрекеттесулерге байланысты әлі толыққанды түсініксіз. Жылдам қарқындылу оқиғалары әдетте жылы теңіз беттік температурасымен және ылғалды, потенциалды түрде тұрақсыз ауаның болуымен байланысты. Желдің жылдам қарқындылуға тигізетін әсері өте өзгермелі, ол қарқындылуға мүмкіндік беруі де, кедергі келтіруі де мүмкін. Жылдам қарқындылу оқиғалары тропикалық циклонның орталық аймағындағы ыстық мұнаралардың және күшті конвекциялық ағындардың пайда болуымен байланысты, бірақ мұндай конвекциялық ағындар жылдам қарқындылудың себебі ме, әлде салдары ма, әлі белгісіз. Соңғы төрт онжылдықта жылдам қарқындылу жиілігі әлемдік деңгейде, ашық суларда да, жағалауға жақын аймақтарда да артқан. Жылдам қарқындылу ықтималдығының артуы климаттың өзгеруі салдарынан тропикалық циклон орталарының қарқындылуға қолайлы жағдайлар жасауымен байланысты. Мұндай өзгерістер мұхит суларының жылынуынан және климаттың өзгеруінің тропосфераның термодинамикалық сипаттамаларына тигізетін әсерінен туындауы мүмкін.
tropical cyclones
Rapid intensification (RI) is any process wherein a tropical cyclone strengthens dramatically in a short period of time. Tropical cyclone forecasting agencies utilize differing thresholds for designating rapid intensification events, though the most widely used definition stipulates an increase in the maximum sustained winds of a tropical cyclone of at least in a 24 hour period. However, periods of rapid intensification often last longer than a day. About 20–30% of all tropical cyclones undergo rapid intensification, including a majority of tropical cyclones with peak wind speeds exceeding
Rapid intensification constitutes a major source of error for tropical cyclone forecasting, and its predictability is commonly cited as a key area for improvement. The specific physical mechanisms that underlie rapid intensification and the environmental conditions necessary to support rapid intensification are unclear due to the complex interactions between the environment surrounding tropical cyclones and internal processes within the storms. Rapid intensification events are typically associated with warm sea surface temperatures and the availability of moist and potentially unstable air. The effect of wind shear on tropical cyclones is highly variable and can both enable or prevent rapid intensification. Rapid intensification events are also linked to the appearance of hot towers and bursts of strong convection within the core region of tropical cyclones, but it is not known whether such convective bursts are a cause or a byproduct of rapid intensification. The frequency of rapid intensification has increased over the last four decades globally, both over open waters and near coastlines. The increased likelihood of rapid intensification has been linked with an increased tendency for tropical cyclone environments to enable intensification as a result of climate change. These changes may arise from warming ocean waters and the influence on climate change on the thermodynamic characteristics of the troposphere.
Анықтама және номенклатура
Жедел қарқындылыққа қатысты жалпыға бірдей тұрақты анықтама жоқ. Жедел қарқындылық шегі, яғни максималды тұрақты желдің күшею шамасы және қарқындылықтың қысқа мерзімі, тиісті тропикалық циклон аймандары бойынша жоғары пайыздық көрсеткіштегі қарқындылық жағдайларының таралуына негізделген. 2003 жылы Колорадо мемлекеттік университетінің Ұрқанды дауылдарды зерттеу бөлімінің Джон Каплан және Аймақтық және мезомасштабты метеорология тобының Марк ДеМария жедел қарқындылықты тропикалық циклонның максималды бір минуттық тұрақты желдің 24 сағат ішінде кем дегенде күшеюі деп анықтады. Бұл күшею шамасы 1989-2000 жылдар аралығында Атлантика мұхитындағы тропикалық циклонның су үстіндегі қарқындылығының 95-ші пайызына жуық. Бұл шектер жедел қарқындылықты анықтау үшін жиі қолданылады, бірақ осымен байланысты ғылыми әдебиеттерде басқа шектер де қолданылады. АҚШ Ұлттық дауыл орталығы (NHC) Каплан мен ДеМарияның шектерін жедел қарқындылық анықтамасында көрсетеді. NHC сондай-ақ ұқсас көрсеткішті, жедел тереңдеуді, тропикалық циклонның ең төменгі барометриялық қысымының 24 сағат ішінде кем дегенде төмендеуі деп анықтайды.
Сипаттамалары
Барлық тропикалық циклонның шамамен 20-30% кем дегенде бір рет жылдам күшейеді, оның ішінде желдің күші жоғары тропикалық циклонның көпшілігі. Күшті тропикалық циклонның жылдам күшейе түсу бейімділігі және дауылдардың бірте-бірте күшті қарқынға жету жиілігінің сирек кездесуі жаһандық тропикалық циклон қарқындылығының екі модальды таралуына әкеледі, мұнда әлсіз және күшті тропикалық циклон орташа қарқынды тропикалық циклоннан жиі кездеседі. Жылдам күшейе түсу эпизодтары әдетте 24 сағаттан артыққа созылады. Патрисия сонымен қатар RSMC деректеріне сүйенген 24 сағат ішіндегі ең үлкен қысым төмендеуінің рекордын ұстайды. 2019 жылы Бірлескен тайфун ескерту орталығы (JTWC) Амбали циклонының желдің жылдамдығының 24 сағат ішінде артқанын бағалады, бұл кем дегенде 1980 жылдан бері Оңтүстік жарты шарда тропикалық циклон үшін 24 сағаттық жел жылдамдығының ең жоғары өсімді көрсетті. Тропикалық циклон көбінесе жылдам күшейе түсуге дейін көбірек осьтік симметрияға ие болады, ал дауылдың бастапқы даму кезіндегі осьтік симметриясы мен оның күшейе түсу қарқыны арасындағы байланыс тығыз. Дегенмен, тропикалық циклонның ішкі ядросының жанындағы күшті конвекция мен ыстық мұнаралардың асимметриялық пайда болуы да жылдам күшейе түсуді болжай алады. Ішкі ядро аймағындағы молнияның жиілігі мен қарқындылығы жылдам күшейе түсумен байланысты болуы мүмкін. Тропикалық жаңбырды өлшеу миссиясымен алынған тропикалық циклон үлгілерінің сараптамасы жылдам күшейе түсетін дауылдардың басқа дауылдардан ішкі ядро аймағындағы жауын-шашынның үлкен көлемі және жоғары қарқындылығымен ерекшеленетінін көрсетті. Алайда, жылдам күшейе түсуді тудыратын физикалық механизмдер қарқындылықтың баяу қарқынына себеп болатын механизмдерден түбегейлі өзгеше емес сияқты. Дауылдардың жылдам күшейе түсетін ортаның сипаттамалары қарқындылықтың баяу қарқынына себеп болатын ортадан көп айырмашылығы жоқ. Көлденең SST градиенттерінің күшті болуы немесе тұздылықтың күшті қабаттануы энтальпия мен ылғалдың күшті ауа-теңіз ағынына жағдай жасайды, бұл жылдам күшейе түсуге қолайлы жағдайды қамтамасыз етеді. Тек қолайлы ортаның болуы әрқашан жылдам күшейе түсуге әкелмейді. Тік желдің жылдамдық градиенті дауылдың қарқындылығын болжау және жылдам күшейе түсу уақытын анықтауда қосымша белгісіздік тудырады. Желдің жылдамдық градиенті конвективті қол жетімді потенциалды энергияны (CAPE) және тікұшақтылықты шоғырландырады және тропикалық циклонның төменгі жылдамдық градиенті аймағында ағынды күшейтеді. Мұндай жағдайлар күшті айналмалы конвекцияға ықпал етеді, егер ол тропикалық циклонның жоғары айналмалы ядросына жеткілікті жақын болса, ол жылдам күшейе түсуге әкелуі мүмкін. Алайда, желдің жылдамдық градиенті сонымен бірге тропикалық циклонның жоғары жылдамдық градиенті аймағында конвекцияға қолайсыз жағдайларды тудырады, өйткені құрғақ ауа дауылға еніп, батып кетуге себеп болады. Бұл жоғары жылдамдық градиенті жағдайлары бастапқыда қолайлы төмен жылдамдық градиенті аймақтарына әкелуі мүмкін, бұл тропикалық циклонның қарқындылығына зиян келтіреді және жылдам күшейе түсуін тоқтатады. Мұндай жағдайларда, жылдамдық градиентіне ұшыраған тропикалық циклоннан шығу қоршаған ортамен өзара әрекеттесіп, жергілікті деңгейде желдің жылдамдық градиентін азайтуы және одан әрі күшейе түсуге мүмкіндік беруі мүмкін. Тропикалық циклонның жоғарғы тропосфералық ойыстармен өзара әрекеттесуі де жылдам күшейе түсуге ықпал етуі мүмкін, әсіресе, толқын ұзындығы қысқарақ және ойыс пен тропикалық циклон арасындағы қашықтық үлкен ойыстарды қамтитын жағдайларда.
Болжамдылық пен болжауды жақсарту
Тез күшейу тропикалық циклонды болжаудағы маңызды қателік көзі болып табылады, ал тез күшейу эпизодтарының уақытын болжау қиын. Құрлыққа жақын жерде қарқындылықтың тез өзгеруі тропикалық циклонға дайындыққа және қоғамның қауіпті қабылдауына зор әсер ете алады. Genesis and Rapid Intensification Processes (GRIP) – NASA Earth Science басшылығымен жүргізілген экспедиция. 2010 жылғы Атлантика мұхитындағы дауыл маусымында Эрл және Карл дауылдарының тез күшейуін зерттеу үшін Northrop Grumman RQ 4 Global Hawk беспілотты ұшағының ішінде бірнеше ұшақтар пайдаланылды. 2016 жылдың желтоқсан айында CYGNSS SmallSat шоқжұлдызы тез күшейу оқиғаларын анықтауға жеткілікті уақыт ажыратымдылығымен мұхит бетіндегі желдің жылдамдығын өлшеу мақсатымен ұшырылды. TROPICS спутниктік шоқжұлдызының негізгі ғылыми мақсаттарының бірі тропикалық циклонның тез өзгеруін зерттеу болып табылады. Ауа райы модельдері тез күшейіп бара жатқан оқиғаларды болжау қабілетін жақсартты, бірақ олардың уақытын және шамасын дәл бейнелеуде қиындықтар сақталып тұр. Статистикалық модельдер динамикалық ауа райы модельдерімен салыстырғанда тез күшейуді болжауда жоғары дәлдік көрсетеді. Жасанды нейрондық желілерден алынған қарқындылық болжамдары қалыптасқан әдістерге қарағанда тез күшейуді дәлірек болжауы мүмкін. Болжамның сенімділігін арттыру және тез күшейу эпизодтарын болжауға көмектесу үшін ықтималдық және детерминистік болжау құралдары жасалды. Бұл құралдар аймақтық мамандандырылған метеорологиялық орталықтардың (РСМК) операциялық болжау процедураларына енгізілді және әлемдік тропикалық циклон қарқындылығы болжамдарына ескеріледі. Бұл RSMC Токио–Тайфун орталығы, Австралия Метеорология бюросы (BOM) және NHC қолданады. Тез күшейуді болжау факторларын қамтитын қарқындылықты болжау құралдары Корея Метеорологиялық басқармасы және Үндістан Метеорологиялық департаменті сияқты басқа да болжау агенттіктерінде де әзірленуде және қолданылуда.
Тенденциялар
IPCC-нің 2021 жылы жарияланған алтыншы бағалау баяндамасының бірінші жұмыс тобының есебінде, сенімді спутниктік деректердің қолжетімді болған соңғы төрт онжылдықта (кезеңде) жылдам қарқындылықтың жаһандық жиілігінің артқанын бағалады. Бұл өзгерістің табиғи климаттың өзгеруінен асып түсетініне "орташа сенімділікпен" қаралады және оның антропогендік климаттың өзгеруінен туындайтыны айтылды. 1980 жылдардан бері, дауылдық желдерге ие тропикалық циклонның жылдам қарқынды болу ықтималдығы 1 пайыздан 5 пайызға дейін өсті. 1980 жылдардан бері, бірнеше рет жылдам қарқындылыққа ұшыраған тропикалық циклонның жиілігінің статистикалық мағынасы бар өсімі де байқалды. Бұл өсім әртүрлі тропикалық циклон алаптарында байқалды және антропогендік эмиссиялардың нәтижесінде ортаның термодинамикалық қасиеттерінің қарқындылыққа қолайлырақ болуымен байланысты болуы мүмкін. Орталық және Тропикалық Атлантикада, сондай-ақ Батыс Солтүстік Тынық мұхитында жылдам қарқындылықтың шамасының ұзақ мерзімді өсуі де байқалды. Алайда, CMIP5 климаттық проекциялары 21-ші ғасырдың соңына қарай Солтүстік Үнді мұхитынан басқа барлық тропикалық циклон алаптарында жылдам қарқындылық үшін қолайсыз жағдайлар тууы мүмкін екенін көрсетеді.