Термометр для ураганов: как один показатель предскажет их число ✛

Оригинал: "Tropical cyclone genesis potential using a ventilated potential intensity"
arXiv:2404.01572 · 2024-04-02 · CC BY 4.0 · 2 мин
Учёные собрали «термометр» для ураганов: он показывает, где тёплый океан и влажный воздух позволят вихрю родиться.

Над тёплым океаном воздух поднимается, закручивается и превращается в гигантскую воронку, которая несёт ветер быстрее гоночного автомобиля. Чтобы такая воронка родилась, нужны сразу несколько условий: вращение, тепло, влага и спокойный ветер на высоте. Раньше метеорологи собирали эти условия в сложные индексы, похожие на кухонный рецепт с десятком ингредиентов. Но рецепты противоречили друг другу: одни говорили, что при потеплении климата ураганов станет больше, другие — что меньше.

Новый индекс работает как термометр. Вместо того чтобы отдельно мерить температуру, влажность и сдвиг ветра, он показывает одну величину — «вентилируемый потенциал интенсивности». Это максимальная сила ветра, которую может развить циклон, с поправкой на сухой воздух, который душит вихрь, как одеяло гасит огонь. Если сухого воздуха слишком много, потенциал обнуляется, и термометр показывает ноль: ураган здесь не родится.

Порог индекса вентиляции равен 0.145. Это как выключатель: чуть выше — и сухой воздух полностью блокирует зарождение циклона.

Второй компонент индекса — вращение воздуха с учётом вращения Земли. Его возводят в степень около пяти, чтобы усилить роль закрутки. Вместе с потенциалом это даёт число, которое показывает, сколько циклонов может родиться в каждой точке океана. Степень подобрали так, чтобы в среднем по планете получалось 84.6 циклона в год — ровно столько, сколько наблюдают в реальности.

Индекс проверили на данных за сорок лет и на климатических моделях. Он правильно показывает, что в сезон ураганов в Атлантике рождается больше вихрей, а во время Эль-Ниньо их число смещается в Тихий океан. В будущем, по расчётам, термометр будет подниматься: к концу века при сильном потеплении благоприятность условий вырастет в Атлантике на 61.6%, а в восточной части Тихого океана — на 60.4%. При этом в тропиках изменения почти незаметны, зато в субтропиках и высоких широтах ураганы станут возможны там, где раньше их не было.

Такой термометр нужен не для красоты. Страховые компании, портовые службы и жители побережий хотят знать, где ждать беды через тридцать лет. Раньше ответ зависел от того, какой индекс выбрать. Теперь есть простой инструмент с ясной физикой: сухой воздух гасит вихрь, а тёплый влажный океан его кормит. И этот инструмент говорит: теплеет — значит, топлива для ураганов становится больше.

Вентилируемый потенциал интенсивности обнуляется, когда индекс вентиляции превышает порог 0.145 — это создаёт резкую границу между благоприятными и неблагоприятными для циклонов регионами, чего не хватало прежним индексам.

vPI = ((x+1)/(3x)) * PI
vPI — это потенциал интенсивности с учётом вентиляции, PI — без учёта, x — параметр, зависящий от индекса вентиляции
GPIv = (135.5 * vPI * eta_c)^4.90 * cos(phi)
GPIv — новый индекс, vPI — вентилируемый потенциал интенсивности, eta_c — обрезанная абсолютная завихренность, phi — широта
Понятия
gpcp тропический циклон геопотенциальная высота гравитационный потенциал ячейка Хэдли относительный они NOAA CPC глобальное потепление потенциальная энергия межгодовая изменчивость связанная модель общей циркуляции теорема вириала климатическая модель вероятностный прогноз сезонный цикл IRI прогноз тропосферная двухлетняя осцилляция уравнение состояния идеального газа химический потенциал