Суматранская фабрика циклонов: десять лет наблюдений
Контекст
Вопрос о том, как горы порождают вихри, стоит в атмосферной науке с конца 1980-х, когда первые численные модели показали: поток, заблокированный хребтом, оставляет за ним устойчивые циклонические возмущения. Для Индийского океана эта идея получила второе рождение после экспедиции DYNAMO 2011–2012 годов, когда у северной оконечности Суматры наблюдали вихрь, за четыре дня превратившийся в тропический циклон. Предыдущее исследование на 2,5 годах данных указало на четыре «горячие точки» у берегов Суматры, Малаккского полуострова и Явы, но оставался вопрос, насколько эти выводы типичны для более длительного периода. Данная работа закрывает этот пробел, опираясь на десятилетний ряд реанализа ERA5.
Методы
Использованы данные реанализа ERA5 за 2008–2017 годы с горизонтальным разрешением 0,25° и временным шагом 6 часов. Для выделения вихрей применялся алгоритм отслеживания особенностей по относительной завихренности, усреднённой в слое 850–925 гПа. Вихрь считался «оторвавшимся», если его финальное положение находилось более чем в 500 км от Суматры, либо смещение от острова превышало 250 км, либо средняя скорость удаления была выше 0,5 м/с. Дополнительно анализировались фазы осцилляции Маддена–Джулиана (по индексу RMM при амплитуде больше 1), индексы Эль-Ниньо (MEI.v2) и диполя Индийского океана, а также данные о тропических циклонах из архива JTWC.
Результаты
За десять лет в четырёх «горячих точках» образовалось 1141 вихрей, из них 498 оторвались от породившей суши. Около 70% всех вихрей и 80% оторвавшихся возникали при восточном ветре на уровне 925 гПа. Наибольшее число вихрей зафиксировано у Явы (326), наименьшее — у северной Суматры (248). Годовой цикл вихреобразования тесно связан с сезонной сменой ветра: максимум в северных областях приходится на январь–февраль, в южных — на июль–август. Связь с фазой MJO оказалась значимой: пик числа вихрей наблюдается в фазе 1 при сильных восточных ветрах, а вторичный пик — в фазе 4, когда у экватора к западу от Суматры усиливаются западные ветры. У южной оконечности Суматры аномально восточные ветры давали в среднем 4 вихря в месяц против 1,1 при аномально западных — разница в четыре раза. Корреляция числа вихрей с индексами ENSO и IOD слабая (r < 0,1) почти во всех областях, кроме южной Суматры, где r = 0,36 для ENSO и 0,21 для IOD.
Значение
Работа подтверждает, что выводы, сделанные на коротком периоде, в целом справедливы и для десятилетнего ряда, но с важными уточнениями. В отличие от соседних исследований, сосредоточенных на отдельных событиях или коротких кампаниях, здесь впервые дана статистика вихреобразования за целое десятилетие и показана его связь с крупномасштабными колебаниями. Особенно ценным оказался результат для южной Суматры: именно там аномалии ветра, связанные с Эль-Ниньо и диполем Индийского океана, наиболее заметно меняют частоту вихрей. Это указывает на то, что региональные особенности рельефа и локальные ветровые режимы могут сильнее влиять на рождение циклонов, чем считалось ранее.
Развитие
Естественным продолжением станет расширение периода анализа на все годы доступного реанализа ERA5, то есть с 1979 года. Это позволит проверить устойчивость найденных связей на более длительных климатических колебаниях. Отдельный интерес представляет вопрос, почему именно у южной Суматры аномалии ветра так сильно влияют на число вихрей, и какие ещё факторы, помимо зонального ветра, управляют отрывом вихрей. Возможно, потребуется отслеживать вихри с меньшим порогом завихренности, чтобы не терять те, что временно ослабевают, а затем вновь усиливаются.
Влияние
Результаты напрямую касаются прогнозирования тропических циклонов в Индийском океане, особенно для побережий Индии и Шри-Ланки, которые регулярно страдают от таких штормов. Понимание того, как фазы MJO и аномалии ветра модулируют рождение вихрей, может улучшить сезонные и внутрисезонные прогнозы циклонической активности.
Следующие шаги
В ближайших планах авторов — определить, какая доля оторвавшихся вихрей за 2008–2017 годы действительно развилась в тропические циклоны, и сколько из них достигли берегов Индии и Шри-Ланки. Для этого потребуется модифицировать алгоритм отслеживания, чтобы не упускать вихри, временно теряющие интенсивность.
Ключевые проблемы
Работа затрагивает фундаментальную проблему атмосферной динамики: как мезомасштабные возмущения, порождённые рельефом, взаимодействуют с крупномасштабной циркуляцией и приводят к образованию опасных погодных систем. Остаётся открытым вопрос о физическом механизме, который делает южную Суматру столь чувствительной к аномалиям ветра, и о том, почему отрыв вихрей не всегда определяется только силой восточного потока.
Суматра пересекает экватор, а её горы местами превышают 3000 метров. Это единственный крупный остров, который лежит прямо на экваторе и при этом обладает столь высоким рельефом, способным блокировать пассатные ветры.
Ключевые числа
- число вихрей за 10 лет: 1141
- доля вихрей при восточном ветре: около 70%
- доля оторвавшихся вихрей при восточном ветре: около 80%
- рост числа вихрей при аномально восточных ветрах у южной Суматры: в 4 раза
- корреляция числа вихрей с ENSO у южной Суматры: 0,36