Аннулярные тропические циклоны: структура и характеристики

Введение

Тропический циклон с симметричной формой

Кольцевой тропический циклон – это тропический циклон, характеризующийся нормальным или большим, симметричным глазом, окруженным толстым и однородным кольцом интенсивной конвекции, часто с относительно небольшим количеством отдельных дождевых полос и в целом имеющим симметричный вид. В результате внешний вид кольцевого тропического циклона можно сравнить с шиной или пончиком. Кольцевые характеристики могут формироваться по мере усиления тропических циклонов; однако, помимо процессов, приводящих к переходу от асимметричных систем к кольцевым, и аномальной устойчивости к неблагоприятным факторам окружающей среды, наблюдаемой в циклонах с кольцевыми характеристиками, кольцевые тропические циклоны ведут себя схоже с асимметричными. Большинство исследований, посвященных кольцевым тропическим циклонам, основаны на данных спутниковых наблюдений и авиационной разведки, поскольку условия, способствующие формированию кольцевых характеристик, обычно возникают над открытым океаном, вдали от суши, где возможны наземные наблюдения.

Характеристики и идентификация

Кольцевой ураган был впервые определен как подмножество тропических циклонов Джоном Кнаффом из Университета штата Колорадо и Джеймсом Коссином из Университета Висконсин-Мэдисон в 2002 году с использованием инфракрасной спутниковой съемки, которая является визуальным средством определения кольцевых характеристик в тропических циклонах. Кнафф и Коссин определили кольцевой тропический циклон как тропический циклон, который сохраняет глаз среднего размера или больше среднего, окруженный глубокой конвекцией, включающей внутреннее ядро шторма, и отсутствие конвекции за пределами центрального плотного облачного образования в течение как минимум трех часов. В результате кольцевые штормы лишены дождевых полос, характерных для типичных тропических циклонов. Эти особенности придают шторму осесимметричный вид, свойственный кольцевым тропическим циклонам. Однако это определение применимо только пока шторм сохраняет эти характеристики – когда шторм не проявляет кольцевых характеристик, тропический циклон считается асимметричным. Помимо основных определяющих характеристик, суточная пульсация периферийного покрова перистых облаков, связанная с оттоком, ослабевает после того, как шторм становится кольцевым. Был разработан алгоритм для идентификации кольцевых тропических циклонов в реальном времени по объективным критериям – Индекс кольцевых ураганов, который продемонстрировал определенную эффективность, но не был введен в эксплуатацию по состоянию на 2008 год. Однако позже Национальный центр ураганов (NHC) начал использовать Индекс кольцевых ураганов для оценки кольцевых тропических циклонов. Индекс учитывает высоту облаков шторма, радиус глаза и другие подобные факторы, используя спутниковые снимки, и затем выдает числовое значение, при этом максимальное значение по шкале равно 100. Любой шторм со значением, равным нулю или ниже, не является кольцевым, а штормы с положительными индексами считаются кольцевыми. Тропические циклоны с более высокими индексами обладают более выраженными кольцевыми характеристиками, чем те, у которых индексы ниже. Хотя тропические циклоны могут приобретать кольцевые характеристики в широком диапазоне интенсивностей, кольцевые штормы, как правило, являются сильными тропическими циклонами со средней максимальной устойчивой скоростью ветра. Кроме того, штормы, приобретающие кольцевые характеристики, менее подвержены ослаблению из-за неблагоприятных факторов окружающей среды. Кольцевые циклоны могут поддерживать свою пиковую интенсивность в течение продолжительного времени, в отличие от своих асимметричных аналогов. После достижения пиковой интенсивности такие системы, как правило, постепенно ослабевают. Эта необычная устойчивость интенсивности затрудняет прогнозирование их будущей интенсивности и часто приводит к значительным ошибкам прогноза. В анализе ураганов в Восточной части Тихого океана и Северной Атлантике в период с 1995 по 1999 год Кнафф и Коссин отметили, что Национальный центр ураганов недооценил интенсивность кольцевых ураганов через 72 часа на 18,9 узлов (35,0 км/ч, 21,7 миль/ч).

The annular hurricane was first defined as a subset of tropical cyclones by John Knaff of Colorado State University and James Kossin of the University of Wisconsin–Madison in 2002 by use of infrared satellite imagery, which serves as the visual means of ascertaining annular characteristics within tropical cyclone. Knaff and Kossin defined an annular tropical cyclone as a tropical cyclone that maintains either an average or larger than average eye surrounded by deep convection containing the storm's inner core and a lack of convection occurring outside the central dense overcast for at least three hours. As a result, annular storms lack the rainbands characteristic of typical tropical cyclone. These features lend the storm an axisymmetric appearance common to annular tropical cyclones. However, this definition is only applicable while a storm maintains these characteristics—when and while a storm does not feature annular characteristics, the tropical cyclone is considered asymmetric. In addition to the primary defining characteristics, the diurnal pulsation of the cirrus cloud canopy associated with outflow is subdued once storms become annular. An algorithm for identification of annular tropical cyclones in real time by objective criteria—the Annular Hurricane Index—has been developed, and shows some power, but was not yet operational, as of 2008. However, the National Hurricane Center (NHC) later started used the Annular Hurricane Index for the purpose of assessing annular tropical cyclones. The index takes into account the cloud height of the storm, the radii of the eye, and other similar factors, using satellite imagery, and then produces a number, with the maximum value on the scale being 100. Any storm with a value of zero or lower are not annular, while storms with positive indices are considered to be annular. Tropical cyclones with higher indices have more annular characteristics than those with lower indices. Although tropical cyclones can achieve annular characteristics across a wide spectrum of intensities, annular storms are typically strong tropical cyclones, with average maximum sustained windspeeds of In addition, storms attaining annular characteristics are less prone to weakening as a result of negative environmental factors. Annular cyclones can maintain their respective peak intensities for extended periods of time unlike their asymmetric counterparts. Following peak intensity, such systems will tend to gradually taper off. This unusual intensity persistence makes their future intensities difficult to forecast and often results in large forecast errors. In an analysis of hurricanes in the East Pacific and North Atlantic between 1995 and 1999, Knaff and Kossin observed that the National Hurricane Center underestimated the intensity of annular hurricanes 72 hours out by 18.9 kn (35.0 km/h, 21.7 mph).

Переход от асимметричных циклонов и необходимые условия

Тропические циклоны могут приобретать кольцевую структуру в результате мезовихрей глазной стенки, смешивающих сильные ветры в глазной стенке шторма со слабыми ветрами в глазу, что способствует расширению глаза. Кроме того, этот процесс помогает сделать эквивалентную потенциальную температуру (часто обозначаемую как тета e или θe) внутри глаза относительно однородной. Этот переход занимает около 24 часов и может рассматриваться как разновидность цикла замены глазной стенки. Также установлено, что ветры уменьшаются ступенчато в пределах радиуса максимального ветра, что может указывать на усиление перемешивания ветра между глазом и глазной стенкой при усилении циклонов, что помогает объяснить, почему кольцевые характеристики обычно свойственны штормам более высокой интенсивности. Интенсивность кольцевых систем обычно превышает 83,5% от максимальной потенциальной интенсивности, что позволяет предположить, что условия, при которых штормы приобретают кольцевые характеристики, как правило, благоприятны для устойчивости и интенсификации тропических циклонов. Кольцевые тропические циклоны также требуют низкого сдвига ветра, и все штормы в восточной части Тихого океана и Северной Атлантике, изученные Кнаффом и Коссином, демонстрировали восточные ветры и холодный воздух в верхней тропосфере. Наряду с сильным оттоком, это указывает на то, что условия, способствующие формированию кольцевых тропических циклонов, наиболее оптимальны на экваториальной стороне субтропического хребта и в тропиках. Однако для кольцевых тропических циклонов не требуется более высокая температура поверхности моря (SST), при этом кольцевые характеристики развиваются только в узком диапазоне умеренных SST, начиная с… Условия, благоприятные для развития кольцевых тайфунов в западной части Северной части Тихого океана, локализованы в двух областях в зональном поясе между 20°N–30°N; одна из этих областей расположена над центральной частью бассейна, а другая – к востоку от Тайваня. В восточной части Северной Тихого океана такие условия наблюдались лишь в 3% случаев в период с 1998 по 1999 год. За тот же период времени в бассейне Северной Атлантики условия, благоприятные для развития кольцевой структуры, наблюдались лишь в 0,8% случаев.

Tropical cyclones can become annular as a result of eyewall mesovortices mixing the strong winds found in the eyewalls of storms with the weak winds of the eye, which helps to expand the eye. In addition, this process helps to make the equivalent potential temperature (often referred to as theta e or ) within the eye relatively uniform. This transition takes roughly 24 hours to complete and can be considered a type of eyewall replacement cycle. Winds have also been found to decrease in a stairstep like fashion within the radius of maximum wind, which may indicate that more wind is mixed between the eye and eyewall as cyclones strengthen, which helps to explain why annular characteristics are generally exclusive to storms of higher intensities. The intensity of annular systems is typically greater than 83.5% of the maximum potential intensity, suggesting that the conditions in which storms gain annular characteristics are generally conducive for tropical cyclone persistence and intensification. Annular tropical cyclones also require low wind shear, and of the storms in the East Pacific and North Atlantic studied by Knaff and Kossin, all exhibited easterly winds and cold air in the upper troposphere. In addition to strong outflow, suggesting that the conditions that give rise to annular tropical cyclones are most optimal towards the equatorward side of a subtropical ridge and within the tropics. However, warmer sea surface temperatures (SSTs) are not required for annular tropical cyclones, with annular characteristics developing only within a narrow range of modest SSTs, ranging from
Conditions favorable for annular typhoon development in the Western North Pacific are localized within two areas within a zonal belt between 20°N−30°N; one of these areas lies over the central part of the basin, while the other is located east of Taiwan. Within the Eastern North Pacific, such conditions were present only 3 percent of the time between 1998 and 1999. In the same timeframe, the North Atlantic basin only exhibited conducive conditions for annular development 0.8 percent of the time.