Исследование Земли из Космоса, 2022, № 3, стр. 30-36

ВВЕДЕНИЕ

Особая сложность исследования таких явлений, какими являются тропические циклоны, усугубляется еще и тем, что значительная часть циклонов действуют группами. То есть это ситуации, когда два, а нередко и большее число циклонов, полностью или частично друг с другом совпадают во времени. Таким образом, возникает новая сложная проблема исследования взаимодействия таких циклонов. Игнорирование особенностей взаимодействий циклонов может отрицательно отразиться на уровне достоверности циклонического прогноза. Поэтому исследованию взаимосвязей одновременно действующих тропических циклонов, было уделено большое внимание (Brand S., 1970). Особенно это проявилось во второй половине прошлого века. Активнее расширяются эти исследования с появлением геостационарных спутников (Dritschel D.G., Waugh D.W., 1992; Ситников, Похил, 1998; Ситников, Похил, 1999; Prieto R.and etc., 2003). При этом особое внимание уделяется выявленному кинематическому факту взаимодействия двух циклонов. Тропические циклоны, при определенных расстояниях между ними, совместно вращаются вокруг общей оси, притягивают или отталкивают друг друга. Имеют место ситуации, когда более слабый циклон поглощается более сильным циклоном. Интенсивно развиваются исследования с использованием численных моделей (Chang, 1983), в том числе и более сложных моделей, учитывающих и взаимодействия циклонов с океаном (Фалькович и др., 1992; Фалькович и др., 1993).

Относительно недавно были предприняты дополнительные исследования взаимодействий фрагментарно или полностью во времени совпадающих тропических циклонов (Ярошевич, 2017; Ярошевич, 2019). Здесь методика исследований принципиально иная. В этих исследованиях основным параметром определяющим взаимосвязь тропических циклонов служат энергетические характеристики циклонов. Методической основой исследований является статистика и выявление возможных регрессионных связей между некоторыми параметрами хронологически последовательных циклонов. Так установлено, что скорость нарастания энергии тропического циклона, действующего в группе совпадающих во времени циклонов, предопределяется суммарной энергией предшествующих циклонов группы (Ярошевич,2017), а по последовательной динамике ослабления группы циклонов возникла возможность “предчувствия” приближения более сильного циклона, названного условно “основным” циклоном группы (Ярошевич, 2019).

Ниже показаны некоторые новые результаты исследований этого направления. Базовой информацией в этих исследованиях стали исходные данные тропических циклонов северо-западной части Тихого океана, произошедших в 1945–2015 гг. (Интернет: Unisys Weather Hurricane-Tropical Data for Western Pacific).

РАСЧЕТНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Исследовалась возможная зависимость суммарной энергии двух одновременно действующих тропических циклонов от расстояния между этими циклонами¹¹.

Энергия тропического циклона пропорциональна (V_m)², где V_m – максимальная скорость циклонического ветра (Голицын, 1997). В метеорологических сводках параметры тропических циклонов и, в частности, значения максимальной скорости ветра и географические координаты, представлены через каждые шесть часов Гринвичского времени. Здесь в качестве суммарной “энергии” двух одновременно действующих тропических циклонов рассматривается величина P = (V_m1)² + (V_m2)², в которой V_m1 и V_m2 – соответственно скорости максимальных ветров в одно и то же время двух сопоставляемых тропических циклонов. По соответствующим их географическим координатам, по геодезической формуле, рассчитывается расстояние (r_{1, 2}) между центрами рассматриваемых циклонов. В результате формируется определенное множество пар значений “P–r_{1, 2}”.

В этом эксперименте, рассматривались тайфуны и относительно сильные тропические штормы. Приоритетно, рассматривались нарастающие этапы обоих циклонов и в их более интенсивных частях²². Из двух циклонов выбирался наиболее сильный циклон. По нему определялась дата и время сопоставления циклонов. При этом чаще всего выбиралась ситуация, когда максимальная скорость ветра этого циклона относительно большая. Из каждой пары циклонов определялась одна пара значений P–r_1,2. При сильных и очень длительных тайфунах, иногда, определялись по две–четыре пары искомых значений.

На рис. 1 представлена регрессионная зависимость суммарной энергии двух тропических циклонов, от расстояния между этими циклонами в одно и то же время. Определенная закономерность этой зависимости просматривается только при r_1,2 < 3200–3300 км (рис. 1, а).

Рис. 1.

Значение суммарной циклонической “энергии” (P), рассчитанное для одного и того же времени, двух одновременно действующих циклонов в зависимости от расстояния (r_1,2) между этими циклонами. Рис. 1, а – r_1,2 < 3200–3300 км, рис. 1, б – r_1,2 > 3200−3300 км. Коэффициент корреляции значений P–r_1,2 (рис. 1, а) равен 0.904.

Для расстояний r_1,2 > 3200–3300 км (рис. 1, б) не выявилась какая-либо зависимость суммарной энергии от расстояния между циклонами. То есть, похоже, на этих расстояниях энергетического взаимовлияния циклонов либо его уже нет, либо оно ничтожно мало.

В табл. 1 представлены тропические циклоны и их параметры, по которым рассчитывались графики рис. 1.

Следует здесь коснуться одного, ранее выявленного кинематического взаимодействия двух циклонов – поглощения одного циклона другим циклоном (Ситников, Похил, 1998; Ситников, Похил, 1999).

В большинстве случаев, в сопоставляемое время, энергия одного циклона превосходит, а порой и значительно, энергию второго циклона. В ситуации, когда ураганные ветры более сильного циклона достигают расстояний превосходящие расстояния между циклонами можно в определенном смысле, рассматривать, как поглощение сильным циклоном более слабого циклона. Эта ситуация складывается, когда значения r_{1, 2} относительно малы (начало графика рис. 1, а).

Нередко в течение года, а особенно в периоды наибольшей циклонической активности, разные циклоны, в разное время, фрагментарно проходят через одну и ту же “точку” циклонической зоны. В следующем расчетном эксперименте исследовалась возможная зависимость суммарной энергии двух циклонов (P) от длительности временного интервала (Δt) между последовательными прохождениями этих циклонов над рассматриваемой “точкой”.

В сводках о тропических циклонах их последовательные географические координаты, отражающие центры циклов, представлены с точностью 0.1°. Практически не бывает ситуации, когда обе координаты двух разных циклонов полностью, то есть c точностью до 0.1°, совпадают. Поэтому, в нашем эксперименте под “точкой” понимается площадь круга с центром, обозначенным координатами и радиусом R ≤ 2° ³³. И здесь, “точка” выбирается в нарастающем этапе развития более сильного циклона. Во втором циклоне выбирается время, когда его координаты не выходят за пределы круга принятой “точки” и максимально близки к ее центру.

На рис. 2 приведен характер регрессионной зависимости суммарной энергии двух тропических циклонов от интервала времени между последовательными прохождениями этими циклонами одного и того же места (одной и той же “точки”) циклонической зоны.

Рис. 2.

Значение суммарной циклонической “энергии” (P), рассчитанной в одной и той же “точке” циклонической зоны в зависимости от интервала времени (Δt) между двумя последовательно прошедшими циклонами через эту “точку”. Коэффициент корреляции значений P и Δt равен 0.925.

Закономерности, представленные на рис. 1, а и рис. 2 свидетельствуют об определенной схожести влияния значений r_1,2 и Δt на значения P. На рис. 3 иллюстрируется это противофазное влияние. На графике все значения P довольно близки друг другу. Они результат сочетания самых различных значений V_m1и V_m2. При этом, для каждого значения P довольно четко прослеживается достаточно четкая отрицательна корреляция значений r_1,2 и Δt.⁴⁴

Рис. 3.

Фрагмент динамики суммарных значений “энергии” (P – 1), расстояний (r_1,2 – 2) и интервалов времени (Δt – 3), рассчитанных по двум “станциям” разных циклонов одного и того же года, (n – число пар “станций”). Коэффициент корреляции значений r_1,2 и Δt = – 0.918.

В следующем расчетном эксперименте исследовалась возможная зависимость скоростей перемещения одновременно действующих циклонов от расстояния между ними, рассчитанного для одного и того же времени. По скоростям перемещения обеих циклонов за один и тот же отрезок времени определялось среднее значение скорости, которое и сопоставлялось со значением расстояния между циклонами. В результате расчетов не проявилась какая-либо закономерная зависимость скоростей перемещения циклонов от расстояния между ними.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты логически объяснимые. В среде “атмосфера–океан” условия, благоприятствующие циклонической активности, могут занимать относительно большую территорию циклонической зоны. Но в то же время эти благоприятствующие условия всегда ограничены. В этой ситуации, в определенных условиях, одновременно действующие тропические циклоны, развиваясь, могут энергетически конкурировать между собой (Ярошевич, Ингель, 2006). На малых расстояниях между тропическими циклонами ограниченность благоприятствующих ресурсов сильнее сказывается, чем в случае больших расстояний между циклонами. При больших расстояниях между циклонами конкуренция может вообще не проявляться.

По сути схожая ситуация и при прохождении разных циклонов через одну и ту же “толчку” территории циклонической зоны. Естественно чем продолжительнее временнóй интервал между двумя циклонами, тем выше уровень накопления благоприятствующих условий циклонической активности, тем выше суммарная энергия сопоставляемых циклонов.

Использованный источник данных тропических циклонов в настоящее время не существует. При развитии этих исследований потребуется дополнительная проверка данных с использованием современных источников.