Энергия ураганов подчиняется степенному закону ✎

Оригинал: "Scaling of Tropical-Cyclone Dissipation"
arXiv:0910.0054 · 2009-09-30 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Распределение энергии тропических циклонов оказалось универсальным и масштабно-инвариантным во всех океанских бассейнах.

Лесной пожар не имеет «типичного» размера: маленький пал травы и огненный шторм на тысячи гектаров — части одного и того же явления. Так же и тропические циклоны: энергия, которую они высвобождают за свою жизнь, не группируется вокруг какого-то среднего значения. Она распределена по степенному закону, и это правило работает во всех океанах Земли.

Степенной закон означает, что на каждый порядок величины энергии приходится примерно одинаковое число циклонов. Слабых штормов много, сильных — мало, но пропорция сохраняется на любом масштабе.

Учёные рассчитали индекс рассеяния мощности для 469 циклонов в Северной Атлантике и для сотен других в трёх остальных бассейнах. Этот индекс суммирует куб скорости ветра каждые шесть часов жизни шторма, то есть измеряет, сколько энергии циклон потратил на трение о воду и сушу. Оказалось, что форма распределения не меняется десятилетиями: активное десятилетие 1995–2005 годов неотличимо от 1926–1970 годов.

Тёплые годы и Эль-Ниньо сдвигают верхнюю границу распределения, позволяя появляться более мощным ураганам. Но сама кривая остаётся прежней, как будто климат лишь растягивает линейку, а не меняет её деления. Это говорит о том, что атмосфера находится вблизи критического состояния, когда любой порыв может каскадом усилиться в шторм.

Критическое состояние похоже на кучу песка, на которую сыплют по одной песчинке: невозможно предсказать, какая из них вызовет лавину. Поэтому точный прогноз интенсивности урагана принципиально ограничен.

Такой взгляд связывает тропические циклоны с землетрясениями и лесными пожарами, которые тоже подчиняются степенным законам. Для климатологии это означает, что мы можем оценивать риски экстремальных ураганов, даже не зная, когда именно ударит следующий.

Показатель степени около 1 означает, что энергия распределена так, что на каждый порядок величины PDI приходится примерно одинаковое число циклонов. Это свойство характерно для землетрясений и лесных пожаров.

Понятия
тропический циклон NOAA CPC эль-ниньо сезонный цикл относительный они тихоокеанская декадная осцилляция межгодовая изменчивость индекс южной осцилляции декадная изменчивость циркуляция уокера многомерный индекс ЭНСО сезонный форсинг ячейка Хэдли диполь индийского океана обратная связь Бьеркнеса энсо модель Джина–Тиммермана климат вспышка западных ветров океаническое течение