Введение

Внезапное, сильное увеличение силы тропического циклона
тропические циклоны

Быстрая интенсификация (RI) – это любой процесс, при котором тропический циклон резко усиливается за короткий промежуток времени. Агентства по прогнозированию тропических циклонов используют различные пороговые значения для определения событий быстрой интенсификации, хотя наиболее распространенное определение предполагает увеличение максимальной устойчивой скорости ветра тропического циклона не менее чем на за 24-часовой период. Однако периоды быстрой интенсификации часто длятся более суток. Примерно 20–30% всех тропических циклонов подвергаются быстрой интенсификации, включая большинство тропических циклонов с максимальной скоростью ветра, превышающей. Быстрая интенсификация является существенным источником ошибок в прогнозировании тропических циклонов, и повышение ее предсказуемости часто называют ключевой областью для улучшения. Конкретные физические механизмы, лежащие в основе быстрой интенсификации, и условия окружающей среды, необходимые для ее поддержки, остаются неясными из-за сложных взаимодействий между окружающей средой тропических циклонов и внутренними процессами внутри шторма. События быстрой интенсификации обычно связаны с теплой температурой поверхности моря и наличием влажного и потенциально нестабильного воздуха. Влияние сдвига ветра на тропические циклоны крайне изменчиво и может как способствовать, так и препятствовать быстрой интенсификации. События быстрой интенсификации также связаны с появлением «горячих башен» и вспышками сильной конвекции в центральной области тропических циклонов, однако неясно, являются ли такие конвективные вспышки причиной или следствием быстрой интенсификации. За последние четыре десятилетия частота быстрой интенсификации увеличилась во всем мире, как в открытом океане, так и вблизи береговых линий. Повышенная вероятность быстрой интенсификации связана с растущей тенденцией к созданию условий, благоприятствующих интенсификации тропических циклонов, в результате изменения климата. Эти изменения могут быть вызваны потеплением океанских вод и влиянием изменения климата на термодинамические характеристики тропосферы.

Определение и номенклатура

Не существует общепринятого определения быстрого усиления. Пороги для определения быстрого усиления, основанные на величине увеличения максимальной устойчивой скорости ветра и краткости периода усиления, определяются на основе распределения случаев усиления в верхних процентилях для соответствующих бассейнов тропических циклонов. В 2003 году Джон Каплан из Отдела исследований ураганов и Марк ДеМария из Региональной и мезомасштабной метеорологической группы Университета штата Колорадо определили быстрое усиление как увеличение максимальной одноминутной устойчивой скорости ветра тропического циклона не менее чем на в течение 24 часов. Это увеличение скорости ветра примерно соответствует 95-му процентилю изменений интенсивности тропических циклонов в Атлантическом океане в период с 1989 по 2000 год. Эти пороги для определения быстрого усиления обычно используются, однако в научной литературе применяются и другие пороговые значения. Национальный центр ураганов США (NHC) использует в своем определении быстрого усиления пороговые значения, предложенные Капланом и ДеМарией. NHC также определяет аналогичный показатель – быстрое углубление – как снижение минимального барометрического давления в тропическом циклоне не менее чем на в течение 24 часов.

Характеристики

Около 20–30% всех тропических циклонов испытывают как минимум один период быстрого усиления, включая большинство тропических циклонов с ветрами, превышающими определенный порог. Тенденция к быстрому усилению сильных тропических циклонов и редкость постепенного усиления штормов до сильной интенсивности приводит к бимодальному распределению интенсивности тропических циклонов во всем мире, при котором слабые и сильные тропические циклоны встречаются чаще, чем тропические циклоны средней силы. Эпизоды быстрого усиления обычно длятся более 24 часов. Циклон «Патрисия» также установил рекорд по наибольшему снижению давления за 24 часа на основе данных RSMC. В 2019 году Объединенный центр предупреждения о тайфунах (JTWC) оценил, что ветры циклона «Амбали» увеличились на за 24 часа, что стало самым большим увеличением скорости ветра для тропического циклона в Южном полушарии, по крайней мере, с 1980 года. Тропические циклоны часто становятся более осесимметричными перед быстрым усилением, при этом существует тесная связь между степенью осесимметрии шторма на начальном этапе развития и скоростью его усиления. Однако асимметричное появление сильной конвекции и высоких башен кучевых облаков вблизи внутреннего ядра тропических циклонов также может предвещать быстрое усиление. Частота и интенсивность молний в области внутреннего ядра могут быть связаны с быстрым усилением. Анализ тропических циклонов, полученных в рамках Миссии по измерению тропических осадков, показал, что быстро усиливающиеся штормы отличаются от других штормов большим охватом и высокой интенсивностью осадков в их внутренних центральных областях. Однако физические механизмы, вызывающие быстрое усиление, не отличаются принципиально от тех, которые приводят к более медленным темпам усиления. Характеристики окружающей среды, в которой штормы быстро усиливаются, не сильно отличаются от тех, которые способствуют более медленным темпам усиления. Воды с сильными горизонтальными градиентами температуры поверхности моря (SST) или сильной солевой стратификацией могут способствовать более интенсивному обмену энтальпией и влагой между воздухом и морем, создавая более благоприятные условия для быстрого усиления. Однако наличие благоприятной среды не всегда приводит к быстрому усилению. Вертикальный сдвиг ветра добавляет неопределенности в прогнозирование поведения интенсивности шторма и сроков быстрого усиления. Сдвиг ветра концентрирует конвективную доступную потенциальную энергию (CAPE) и спиральность, а также усиливает приток воздуха в области сдвига тропического циклона. Такие условия способствуют развитию мощной вращающейся конвекции, которая может вызвать быстрое усиление, если она расположена достаточно близко к ядру тропического циклона с высокой вихревочностью. Однако сдвиг ветра одновременно создает условия, неблагоприятные для конвекции в области восходящего потока циклона, затягивая сухой воздух в шторм и вызывая оседание воздуха. Эти условия могут распространяться в первоначально благоприятные области сдвига, оказывая негативное влияние на интенсивность тропического циклона и препятствуя быстрому усилению. В таких случаях отток от циклона, подверженного сдвигу, может взаимодействовать с окружающей средой таким образом, чтобы локально уменьшить сдвиг ветра и позволить дальнейшее усиление. Взаимодействие тропических циклонов с верхнетропосферными желобами также может способствовать быстрому усилению, особенно при взаимодействии с желобами с более коротными длинами волн и большим расстоянием между желобом и тропическим циклоном.

Улучшение предсказуемости и прогнозирования

Быстрая интенсификация является значительным источником ошибок в прогнозировании тропических циклонов, а сроки эпизодов быстрой интенсификации имеют низкую предсказуемость. Быстрые изменения интенсивности вблизи суши могут существенно влиять на готовность к тропическим циклонам и восприятие риска населением. Эксперимент Genesis and Rapid Intensification Processes (GRIP) был полевым исследованием, проводимым NASA Earth Science, частично посвященным изучению быстрой интенсификации. Для исследования событий быстрой интенсификации ураганов Эрл и Карл во время сезона атлантических ураганов 2010 года использовались несколько самолетов, включая беспилотный Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk. В декабре 2016 года было запущено созвездие малых спутников CYGNSS с целью измерения скорости ветра на поверхности океана с достаточным временным разрешением для выявления событий быстрой интенсификации. Изучение быстрых изменений в тропических циклонах является одной из основных научных задач спутникового созвездия TROPICS. Модели прогноза погоды также продемонстрировали улучшенную способность к прогнозированию событий быстрой интенсификации, однако по-прежнему испытывают трудности с точным определением сроков и масштаба этих явлений. Статистические модели демонстрируют более высокую точность прогнозирования быстрой интенсификации по сравнению с динамическими моделями погоды. Прогнозы интенсивности, основанные на искусственных нейронных сетях, также могут обеспечивать более точные прогнозы быстрой интенсификации, чем традиционные методы. Для повышения уверенности в прогнозах и помощи синоптикам в предвидении эпизодов быстрой интенсификации были разработаны вероятностные и детерминированные инструменты прогнозирования. Эти инструменты интегрированы в оперативные процедуры прогнозирования Региональных специализированных метеорологических центров (РСМЦ) и учитываются в прогнозах интенсивности тропических циклонов по всему миру, в частности, используются РСМЦ Токио – Центром тайфунов, Австралийским бюро метеорологии (BOM) и NHC. Инструменты прогнозирования интенсивности, включающие предикторы быстрой интенсификации, также разрабатываются и используются в операциях других прогностических агентств, таких как Корейское метеорологическое управление и Индийский метеорологический департамент.

Тенденции

В первом докладе рабочей группы шестого оценочного доклада МГЭИК, опубликованном в 2021 году, было установлено, что глобальная частота случаев быстрого усиления, вероятно, возросла за предыдущие четыре десятилетия (в период доступности надежных спутниковых данных). При этом "средняя степень достоверности" указывает на то, что данное изменение превышает влияние естественной изменчивости климата и, таким образом, связано с антропогенным изменением климата. Вероятность быстрого усиления тропического циклона до силы урагана увеличилась с 1% в 1980-х годах до 5%. Начиная с 1980-х годов также наблюдается статистически значимое увеличение частоты тропических циклонов, испытывающих несколько эпизодов быстрого усиления. Эти тенденции наблюдаются в различных бассейнах тропических циклонов и могут быть связаны с изменением термодинамических характеристик окружающей среды, которая становится все более благоприятной для интенсификации из-за антропогенных выбросов. Долгосрочное увеличение интенсивности быстрого усиления также зафиксировано в Центральной и Тропической Атлантике, а также в западной части Северной Тихого океана. Однако климатические прогнозы, основанные на данных CMIP5, предполагают, что к концу XXI века условия окружающей среды могут стать менее благоприятными для быстрого усиления во всех бассейнах тропических циклонов, за исключением Северного Индийского океана.