Ciclonul tropical Previzionarea este o știință pentru a prezice dezvoltarea sistemelor tropicale și deplasarea acestora. Un ciclon tropical este o puternică depresiune meteorologică care se formează în regiunile tropicale și este condusă de convecția atmosferică, mai degrabă decât de întâlnirea diferitelor mase de aer ca în latitudinile superioare. Formarea acestor sisteme depinde de reguli diferite, care cyclogenesis tropicale , care au fost găsite la XIX - lea secol . Cercetătorii meteorologici tropicali și meteorologii care au prognozat au dezvoltat de-a lungul anilor tehnici de diagnostic și modele numerice pentru a prezice comportamentul acestor sisteme. Principala motivație pentru această prognoză este de a minimiza impactul asupra populației în calea acestor sisteme care produc mari vânturi, torențiale ploi, furtuni inundarea coastelor și , ocazional , tornade .
Prima predicție cunoscută a mișcării unui ciclon tropical în vest a fost opera locotenent-colonelului William Reed de la British Royal Corps of Engineers care în 1847 a folosit măsurători ale presiunii atmosferice pentru a prezice trecerea unui uragan în Barbados . Benito Vines a introdus un sistem de prognoză și avertizare a ciclonului în anii 1870 în Havana, Cuba. Până la începutul XX - lea secol , uragan prognoză a fost extrapolarea sistemelor de mișcare analizate conform datelor primite de telegraf de la stațiile meteorologice pe teren. Din anii 1920 , dezvoltarea TSF a făcut posibilă primirea de observații de la nave și ulterior, datele radiosonde au permis să se facă o idee tridimensională a atmosferei în care se formează și se mișcă ciclonii.
În timpul anilor 1940 , aviația a permis să se primească mai multe date asupra unor mari zone oceanice, iar zborurile de recunoaștere militară au căutat aceste sisteme. În 1943 , primul zbor de uragan a fost efectuat de Forțele Aeriene ale SUA . În 1944 , o secțiune dedicată acestei lucrări a fost formată de Forțele Aeriene ale SUA, lucrare care va fi preluată ulterior de Serviciul Național Meteorologic din SUA și de alte servicii meteorologice din tropice. În anii 1950, rețelele radar meteo de -a lungul coastelor au făcut posibil să se vadă tiparul precipitațiilor, iar guvernul SUA a stabilit precursorul a ceea ce este acum Centrul Național pentru Uragane și divizia sa de cercetare (Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory). Apariția sateliților meteorologici din anii 1960, dintre care TIROS-I a fost primul, și a balizelor meteorologice , au făcut posibilă obținerea unor date și mai bune și urmărirea mai bună a mișcării ciclonilor tropicali.
Pe măsură ce noile date au fost adăugate la arsenalul meteorologilor, a apărut o mai bună înțelegere a structurii și condițiilor de formare a ciclonului tropical. Primele tehnici de diagnostic, derivate din înțelegerea mediului tropical, au făcut posibilă nu numai extrapolarea mișcării sale, ci și dezvoltarea acestuia. Aceste tehnici pun în legătură, înainte de apariția computerelor moderne puternice, observarea poziției sistemelor cu localizarea zonelor favorabile și nefavorabile progresului lor în atmosfera înconjurătoare. Una dintre tehnicile utilizate și astăzi este cea a lui Dvorak, care folosește aspectul sistemelor pe fotografiile din satelit pentru a determina și extrapola stadiul lor de dezvoltare. Pe de altă parte, cercetătorii au derivat matematic evoluția fluxului atmosferic și încă din anii 1960 au încercat să producă un calcul al evoluției sale, care a dus la modele numerice de predicție a vremii specificate în mod special pentru ciclonii tropicali.
Motorul ciclonilor tropicali este eliberarea căldurii latente prin precipitații furtunoase . Într-adevăr, vaporii de apă care se condensează în picăturile de nor eliberează o anumită energie care va fi preluată de vaporii de apă în timpul disipării norului. În contra, energia utilizată pentru a forma picăturile de ploaie , încălzește aerul de la nivelul scăzut, menținând astfel ciclul furtunos. Prin urmare, aerul trebuie să fie foarte umed la nivelurile inferioare și medii ale troposferei pentru a furniza suficient „ combustibil ” pentru convecția profundă pentru a menține sistemul.
Pe de altă parte, vântul este factorul critic care controlează organizarea furtunilor într-o rotație ciclonică. Deoarece există un echilibru între gradientul de presiune și forța Coriolis, pentru ca acesta din urmă să fie suficient pentru a induce o abatere a vânturilor care va genera o rotație ciclonică, este necesar să se îndepărteze de ecuator cu cel puțin 10 grade de latitudine sau aproximativ 500 km . Într-o zonă în care potențialul termodinamic este destul de mare, vor începe să se dezvolte furtuni. Cel mai mic muson gol , unda tropicală , suprafața frunții foarte slabă sau zona de convergență a umezelii, care modelele de vânt dau un vârtej suficient, permit convecția să se rotească în jurul acestui punct focal. Fără aceasta din urmă, convecția va rămâne dezorganizată și fără viitor.
Schimbarea vânturilor cu altitudinea, atât în direcție, cât și în viteză, ar trebui să fie, de asemenea, mică între suprafață și tropopauză . Acest lucru se datorează faptului că forfecarea mai intensă transportă aerul în sus în furtuni și, prin urmare, precipitațiile, în aval și usucă nivelurile medii ale atmosferei. Cu toate acestea, căldura latentă eliberată de furtuni trebuie să rămână în ciclonul în curs de dezvoltare pentru a menține aerul cald și umed, pentru a perpetua condițiile pentru reformarea lor continuă. Pe de altă parte, în ciclonii incipienți, dezvoltarea unui complex convectiv mezoscal într-un mediu puternic forfecat va avea ca rezultat rafale descendente care vor întrerupe intrarea aerului umed, întrerupându-l din sursa sa de energie.
Chiar dacă formarea ciclonilor tropicali este încă un subiect vast de cercetare, se poate spune că, în funcție de factorii declanșatori menționați mai sus, există șase factori prealabili pentru dezvoltarea lor, împărțiți în două categorii:
Termodinamica
Dinamic
Forțele care controlează traiectoria ciclonilor tropicali sunt în primul rând sistemele înconjurătoare de joasă presiune și anticicloni , precum și forfecarea vântului cu altitudinea. Prezicerea poziției acestor elemente este deci crucială în prognozarea tropicală. În general, fluxul pe scară largă (scara sinoptică) controlează 70-90 la sută din cale.
O tehnică de diagnostic comună este, prin urmare, de a considera vântul mediu din stratul sub 700 hPa (3000 metri ) ca un predictor instantaneu al deplasării, la care se adaugă un factor de corecție care depinde de poziția sa în raport cu sistemele înconjurătoare și cu emisfera. . considerat (factor al Forței Coriolis ). De exemplu, va devia ușor de la pista nordică a unui ciclon tropical care trece la sud de o creastă barometrică sud-tropicală. Astfel, furtunile care se îndreaptă spre nord-vest se mișcă mai repede și furtunile care se îndreaptă spre nord-est sunt încetinite. Cu cât ciclonul este mai mare, cu atât impactul ciclonului este mai mare .
Prognoza făcută cu această tehnică trebuie să utilizeze traiectoria istorică netedă a sistemului pentru a evita efectele variației la scară mică a acestuia. Există într-adevăr o precesie trohoidală a centrului ciclonului atunci când benzile de furtună nu sunt distribuite uniform. Acest lucru se datorează de obicei forfecării verticale variate din sistem. Pentru un sistem deosebit de intens, meteorologii vor folosi uneori vântul mediu și într-un strat mai gros al atmosferei.
Această tehnică și altele sunt derivate din cunoașterea forțelor care acționează asupra ciclonilor tropicali, dar sunt doar diagnostice. Dezvoltarea modelelor numerice a făcut posibilă calcularea mai precisă a interacțiunilor. Acestea din urmă oferă o traiectorie care ia în considerare toate observațiile cuantificate, dar sunt supuse erorilor inerente în aproximările ecuațiilor pe care le conțin, în erorile de măsurare a datelor și în puterea de calcul a computerelor.
Previziunea intensității ciclonilor tropicali este mai dificilă conform prognozatorilor. Acest lucru se datorează naturii complexe a acestor sisteme și izolării lor relative de circulația atmosferică generală. Pentru a face un diagnostic valid, este necesar să se cunoască traiectoria pe care o va lua ciclonul, să se poată calcula potențialul termodinamic al masei de aer de-a lungul acestuia și să se cunoască forfecarea verticală a vântului. În plus, va trebui luat în considerare efectul inhibitor prin frecare pe care coastele și insulele traversate.
Au fost dezvoltate diferite tehnici pentru a evalua faza în care se află ciclonul, inclusiv tehnica Dvorak care folosește imagini de la sateliții meteorologici . În aceste evaluări, trebuie luată în considerare reînnoirea ochiului ciclonului care are loc la uragane puternice / taifuni / cicloni și care slăbește temporar ciclonul înainte de reintensificare.
D Dr. Kerry Emanuel , de la Massachusetts Institute of Technology , dezvoltat în 1988 un indice numit potențial de intensitate maximă a indicelui pentru a calcula curentul maxim care se poate ajunge la un ciclon. Acest indice se bazează pe temperatura suprafeței mării și pe profilul de temperatură verticală prin modele numerice de predicție a vremii . Meteorologul poate crea hărți ale acestui index pe care suprapune traiectoria prognozată anterior și deduce cea mai probabilă intensitate viitoare a sistemului. Această metodă nu ia în considerare forfecarea verticală a vântului care poate crește sau reduce intensitatea.
Un fenomen care trebuie luat în considerare, atât pentru traiectorie, cât și pentru intensitatea ciclonului tropical, este efectul Fujiwara . Aceasta descrie interacțiunea dintre doi cicloni care se apropie la 1.450 km unul de celălalt. Acesta este un fenomen destul de comun în Oceanul Pacific de Nord din cauza întinderii sale.
Prezicerea cantității de ploaie care va cădea cu un ciclon tropical este deosebit de importantă, deoarece majoritatea daunelor și a morții este de fapt cauzată de acest element. Ploile abundente provoacă inundații , alunecări de noroi și alunecări de teren .
Ploile sunt mai grele cu sisteme cu mișcare lentă. Așa că mișcarea lentă a uraganului Wilma a provocat mai multe daune decât alte uragane de aceeași intensitate, deoarece și-a revărsat ploile pe o zonă mai mică. Pe de altă parte, locuri precum Mexic , Haiti , Republica Dominicană , cea mai mare parte a Americii Centrale , Madagascar , Reunion , China și Japonia sunt, în general, mai afectate, deoarece terenul montan oferă o ridicare suplimentară aerului terestru care crește precipitațiile. În cele din urmă, un canal barometric superior care se întâlnește cu ciclonul la latitudini medii va crește, de asemenea, ridicarea.
O combinație a acestor factori poate fi deosebit de periculoasă și poate duce la efecte catastrofale, așa cum a fost cazul uraganului Mitch când a trecut prin America Centrală când au murit peste 10.000 de oameni.
O regulă generală a fost găsită în anii 1950 de RH Kraft pentru a prezice cantitatea de ploaie cu un uragan. Măsurând acumulările de ploaie (în inci ) lăsate de diferite sisteme tropicale din Statele Unite , folosind date de la stațiile din regiunile afectate, el a constatat că totalul era egal cu 100 împărțit la viteza lor de mișcare în noduri . Dacă cunoaștem viteza de mișcare a uraganului, putem prevedea, prin urmare, precipitațiile. Această regulă funcționează destul de bine, chiar și în alte țări, atât timp cât ciclonul se mișcă și stațiile meteorologice principale (distanța de 100 km între stații) sunt utilizate pentru total. Desigur, această regulă depinde de densitatea rețelei de stații meteorologice, care poate subestima precipitațiile maxime, diametrul sistemului și topografia terenului. În Canada , această regulă Kraft a fost modificată pentru a ține seama de temperatura apelor limită din provinciile atlantice care este mai mică și de forfecarea verticală a vântului mai mare. Împărțim rezultatul la două.
Prima metodă semi-empirică pentru prezicerea acumulărilor de precipitații este cea a climatologiei și a persistenței. În timpul anilor 1950, serviciul de cercetare al Oceanografice și meteorologice Laboratorul de Atlantic a dezvoltat un model numit r-Cliper (pentru r ainfall cli matology și pe sistence) , care extrapolează cantitățile observate în prezent într - un ciclon și le proiecte în timp , luând doar în considerare climatologic al terenului ca modulație. Ieșirile acestui model, de până la 120 de ore, sunt încă folosite ca câmp de testare de către meteorologi și pentru a verifica adresa modelelor digitale dezvoltate ulterior.
O altă tehnică pe termen scurt, numit capcanei (pentru T ropical Ra infall P tehnica otential), utilizează estimări satelit ale cantității de ploaie care a căzut și le extrapolează la pista curentă timp de 24 ore. Principala sa slăbiciune este că nu ține cont de evoluția ciclonului tropical, dar aceasta este, în general, minimă pe o perioadă de 24 de ore.
Puterea vântului în jurul ciclonilor tropicali depinde de ce cadran te afli în raport cu centrul sistemului. Într-adevăr, pentru un ciclon cu vânt mediu de 90 km / h care începe să se miște (indiferent de direcție) la 10 km / h , vânturile măsurate vor fi de 100 km / h pe partea în care se află vânturile. În aceeași direcție ca în mișcare și 80 km / h pe cealaltă parte.
Deoarece în emisfera nordică vânturile se rotesc în sens invers acelor de ceasornic în jurul valorii de minim, componenta din direcția de deplasare se găsește pe partea dreaptă a sistemului, rezultând cele mai puternice vânturi de acolo. În emisfera sudică, vânturile se întorc în direcția opusă și partea stângă este cea care are cele mai puternice vânturi.
Marinarii numesc această latură „semicercul periculos” și încearcă să o evite urmând prognoza meteo. Adăugarea maximă are loc de fapt în cadranul din față al sistemului, la fel ca în graficul opus, și aici mările sunt și mai agitate. În schimb, condițiile meteorologice sunt atenuate (subtractive) de cealaltă parte a furtunii.
Vânturile împing deasupra suprafeței mării, ridicând nivelul mareei în plus față de producerea valurilor mari , aceasta se numește val de furtună. Acest lucru va fi cel mai mare în cadranul nord-estic în emisfera nordică și în cadranul sud- vestic în emisfera sudică . Acest lucru se datorează faptului că vânturile din jurul ciclonului și direcția mișcării acestuia se adună în aceste regiuni pentru a crește efectul.
Tornadele asociate cu sistemele tropicale se găsesc în aceleași zone în care acestea sunt cadranele în care aerul din apă pătrunde în general pe uscat și este deviat prin frecare. Această deviere face ca aerul să convergă spre centrul sistemului. Dacă există o rotație de altitudine asociată cu mezo-vortexurile ochiului , această convergență care îi va permite să ajungă la sol.
Mișcările de aer și umiditate din ciclonii tropicali sunt guvernate de ecuații atmosferice primitive , la fel ca restul circulației atmosferice. Cu toate acestea, scalele lor se situează între cele ale depresiunilor sinoptice și cele ale sistemelor mezoscale , ceea ce înseamnă că unii parametri ai acestor ecuații nu sunt liniari. În plus, ele se formează peste oceane unde datele observaționale sunt rare. Prin urmare, modelele numerice generale de predicție a vremii au avut probleme cu aceste sisteme. Acesta este motivul pentru care modele cu rezoluție mai mare, inclusiv parametrizarea specială, au fost dezvoltate încă din anii 1970, pentru a prezice deplasarea, intensitatea și precipitațiile acestora. Creșterea datelor obținute de sateliții meteorologici și zborurile de observații în uragane au făcut posibilă o mai bună înțelegere a mediului acestor sisteme și rafinarea modelelor. În special, eliberarea de radiosonde în ciclonii tropicali a redus eroarea pe cale cu 15-20 la sută. Mai recent, utilizarea mai multor modele, fiecare rulată de mai multe ori cu anumite variații ale datelor inițiale, permite obținerea unor soluții diferite. O comparație a acestor soluții oferă statistici generale care fac posibilă găsirea celei mai probabile soluții.
Iată câteva modele de prognoză dezvoltate parțial sau integral pentru cicloni tropicali:
În ciuda varietății modelelor de predicție a ciclonului citate mai sus, există doar câteva modele de predicție de intensitate. Observăm în bazinul Atlanticului:
Principalul model utilizat în Statele Unite pentru a prezice creșterile furtunilor se numește SLOSH ( S ea, L ake, O verland, S urge din uranele H. Folosește diametrul sistemului, intensitatea acestuia, viteza de mișcare și topografia coastele amenințate să prezică înălțimea valului. Ieșirea depinde puternic de predicția traiectoriei și de aceea oferă probabilitatea acestor înălțimi pe zone din jurul traiectoriei, valori destul de directe.
D r Hassan Masquariqui al Universității de Stat din Louisiana a dezvoltat cu echipa sa un model care a fost utilizat atunci când ciclonul Sidr care a ajutat autoritățile de alertă din Bangladesh , la posibilitatea de inundații și de a salva sute de mii de viață. Putem vedea clar în imaginea din dreapta că cele mai înalte înălțimi se găsesc în cadranul nord-estic al traiectoriei (linie cu săgeată) așa cum am discutat anterior.
Înainte de anii 1990 , predicțiile numerice erau limitate la 72 de ore (trei zile) deoarece modelele și tehnicile numerice nu erau suficient de precise. La mijlocul anilor 1990 , cercetarea sistemelor tropicale a crescut perioada prognozată. În 2001, reducerea erorii de cale a permis rezultatelor modelului să fie utile până la cinci zile. În unele cazuri, această prognoză ar fi putut fi extinsă la a șasea și chiar a șaptea zi.
Recent, cercetătorii de la Universitatea de Stat din Colorado au găsit corelații statistice între dezvoltarea ciclonilor tropicali din Atlanticul de Nord și diverse fenomene meteorologice între Africa de Vest și Indiile de Vest. Din 1984, a emis o prognoză sezonieră, ale cărei rezultate s-au dovedit a fi superioare climatologiei . De atunci, alte centre de cercetare au urmat exemplul pentru alte bazine, cum ar fi cele din nord-vestul Pacificului și din zona australiană. Predictoarele acestuia din urmă sunt legate de circulația Walker , ENSO , oscilația Atlanticului de Nord și Arctica (similar cu oscilația sudică ) și modelul nord-american al Pacificului