Урагани, які з загадкових причин швидко посилюються, становлять особливо страшну загрозу для тих, хто перебуває в небезпеці. Синоптики багато років намагалися зрозуміти, чому, здавалося б, звичайна тропічна депресія або тропічний шторм іноді перетворюються на потужний ураган, створюючи катастрофічні вітри та спрямовуючи потенційно смертоносний приплив води до берега.

Тепер вчені пролили світло на те, чому цю проблему прогнозування було так важко подолати: існує більше ніж один механізм, який викликає швидку інтенсифікацію. У новому дослідженні вчених Національного центру атмосферних досліджень (NCAR) Національного наукового фонду США (NSF) використовуються новітні методи комп’ютерного моделювання для визначення двох абсолютно різних режимів швидкої інтенсифікації. Отримані дані можуть допомогти краще зрозуміти та передбачити ці небезпечні події.

Нове дослідження опубліковано в Monthly Weather Review. Її співавторами були вчені NCAR Розімар Ріос-Берріос і Джордж Браян.

«Спроба знайти святий Грааль, що стоїть за швидкою інтенсифікацією, є неправильним підходом, тому що існує не один святий Грааль», — сказав науковець NCAR Фалько Джадт, провідний автор нового дослідження. «Існує принаймні два різних режими або види швидкого посилення, і кожен з них має різний набір умов, які повинні бути виконані для того, щоб шторм посилився так швидко».

Один із режимів, обговорених Джадтом і його співавторами, виникає, коли ураган посилюється симетрично, підживлюючись сприятливими умовами навколишнього середовища, такими як теплі поверхневі води та слабкий зсув вітру. Цей тип різкого посилення пов’язаний з деякими з найбільш руйнівних штормів в історії, такими як урагани Ендрю, Катріна та Марія. Цього тижня метеорологи були приголомшені, коли вітер урагану «Отіс» зневірився прогнозам і вибухнув зі швидкістю 110 миль на годину лише за 24 години, врізавшись у західне узбережжя Мексики з категорією 5.

Джадт і його співавтори також ідентифікували другий режим швидкої інтенсифікації, на який раніше не звертали уваги, оскільки він не призводить до того, що максимальні вітри досягають таких руйнівних рівнів. У разі цього режиму посилення може бути пов’язане з великими спалахами грози далеко від центру шторму. Ці сплески викликають реконфігурацію циркуляції циклону, дозволяючи йому швидко посилюватися, досягаючи категорії 1 або 2 інтенсивності протягом кількох годин.

Цей другий режим є більш несподіваним, оскільки він зазвичай виникає в умовах несприятливих умов, таких як зустрічні вітри на верхньому рівні, які зсувають шторм, дмухаючи верхню частину в іншому напрямку, ніж нижня.

«Ці шторми не настільки запам’ятовуються, і вони не такі значні», — сказав Джадт. «Але синоптики повинні знати, що навіть сильний і асиметричний шторм може зазнати швидкого посилення».

Випадкова знахідка

Швидке посилення відбувається, коли вітер тропічного циклону посилюється на 30 вузлів (приблизно 35 миль на годину) протягом 24 годин. Джадт натрапив на два режими швидкої інтенсифікації під час роботи над непов’язаним проектом.

Це відкриття стало можливим після того, як Джадт зробив 40-денне комп’ютерне моделювання глобальної атмосфери з дуже високою роздільною здатністю, використовуючи засновану на NCAR Модель прогнозування в різних масштабах (MPAS). Це моделювання, виконане в NCAR-Wyoming Supercomputing Center, було розроблено для міжнародного проекту порівняння результатів провідних атмосферних моделей, які досягли безпрецедентної деталізації завдяки дедалі потужнішим суперкомп’ютерам.

Коли Джадт створив модель, йому було цікаво дослідити шторми в симуляції, які швидко посилювалися. Розглядаючи низку випадків у басейнах світового океану, він помітив, що швидка інтенсифікація відбувалася двома різними шляхами. Раніше це не було очевидно в моделях, частково тому, що попередні симуляції захоплювали лише окремі регіони, а не дозволяли вченим відстежувати спектр ураганів і тайфунів у світовому океані.

Потім Джадт і його співавтори проаналізували фактичні спостереження тропічних циклонів і знайшли низку реальних випадків обох способів швидкого посилення.

«Це була якась випадкова знахідка», — сказав Джадт. «Просто дивлячись на шторми в симуляції та будуючи сюжети, я зрозумів, що шторми, які швидко посилюються, діляться на два різні табори. Один — це канонічний режим, у якому тропічний шторм відбувається, коли ви лягаєте спати, а коли ви прокидаєтеся, це категорія 4. Але є інший режим, який переходить від тропічного шторму до категорії 1 або 2, і він відповідає визначенню швидкого посилення. Оскільки ніхто не має цих штормів на своєму радарі, цей режим швидкого посилення залишався непоміченим, поки я не пройшов симуляція».

Метеорологи давно знають, що сприятливі умови навколишнього середовища, включаючи дуже теплі поверхневі води та мінімальний зсув вітру, можуть спричинити швидку інтенсифікацію та привести циклон до категорії 4 або 5 зі стійкими вітрами 130 миль/год або вище. У своїй новій статті Джадт і його співавтори назвали цей режим швидкої інтенсифікації марафоном, оскільки шторм продовжує посилюватися симетрично з помірною швидкістю, тоді як первинний вихор постійно посилюється.

Джадт описав ураган «Отіс» як швидкий марафон, оскільки він посилювався симетрично, але надзвичайно швидко, відзначаючись збільшенням швидкості вітру на 80 миль/год протягом 12-годинного періоду.

Дослідницька група назвала інший спосіб швидкого посилення спринтом, оскільки посилення відбувається надзвичайно швидко, але зазвичай триває недовго, зі штормами, що досягають піку сили 1 або 2 категорії, і стійкими вітрами 110 миль/год або менше. У таких випадках вибухові спалахи грози призводять до перегрупування циклону та появи нового центру, що дає змогу шторму ставати потужнішим — навіть за несприятливих умов навколишнього середовища.

У статті робиться висновок, що два режими можуть представляти протилежні кінці спектра, причому багато випадків швидкого посилення знаходяться десь посередині. Наприклад, швидка інтенсифікація може початися з ланцюжка окремих подій, таких як сплеск грози, характерних для спринтерського режиму, але потім перейти до більш симетричного режиму інтенсифікації, характерного для марафонського режиму.

Питання для майбутніх досліджень полягає в тому, чому спалахи гроз можуть спричинити швидке посилення близько 10% штормів у несприятливому середовищі, хоча інші 90% цього не роблять, сказав Джадт.

«Можливо, існує механізм, який ми ще не виявили, який дозволить нам ідентифікувати 10 із 90», – сказав він. «Моя робоча гіпотеза полягає в тому, що це випадково, але для прогнозистів важливо знати, що швидка інтенсифікація є типовим процесом навіть у несприятливому середовищі».