冲上云霄

飓风

这些热带风暴系统会破坏基础设施并破坏航空。


卡斯滕·希恩(Karsten Shein)
Comm-Inst气候科学家

从国际空间站观看的2019年9月2日多利安飓风。热带气旋具有多种大小和强度,但都对航空造成重大危害。
T热带气旋是我们面临的更具破坏性和不可预测的天气系统之一。幸运的是,它们的延长寿命和相对于其他破坏性天气现象的缓慢运动使我们具备了准备和避免这些强大风暴系统的能力。

大西洋,加勒比海和东北太平洋被称为热带风暴和飓风,西北太平洋被称为台风,南太平洋和印度洋被称为气旋,在气象学中它们都被称为热带气旋,因为它们组织,旋转(气旋)热带地区形成的风暴系统,尽管它们可能会移入温带纬度地区。

所有热带气旋均形成热带低压,但并非所有低压都成为旋风。顾名思义,热带低压是东风热带气流中的低压区域。与所有低压中心一样,地面空气被向内和向上吸入,开始了高耸的积云和雷暴区域。

多数萧条仍然保持这种状态,几天后混乱不散。热带萧条要发展成热带风暴或飓风需要一系列非常特殊的条件。

通常,短波沿着短波沿着热带东风急流在温暖的海洋上传播而开始。当这种高层干扰满足有利条件时,就可能形成热带低压。

形成因素

热带气旋形成的标准包括东风和温暖的海洋。通常,深达50 m左右的海洋表面温度必须超过26.5°C(80°F)。

该热量对于确保上方的空气获得足够的热能以使不稳定并维持对流升力十分必要。这种温暖的海洋环境还提供了水蒸气,水蒸气提供了维持系统成熟所需的能量。

其他形成性因素包括延伸到对流层中间水平的高湿度和很强的环境破坏率。大气通常会随着高度的升高而变冷,但是在热带地区,降温的速度通常不足以支持强对流,而是偏向于典型的热带积云带来阵雨和偶尔的雷声。

同时,强大的环境衰减率将确保上升的空气保持比周围环境更热,即使它通过冷凝来释放热量(为风暴提供动力的热量)也是如此。最后两个因素是缺乏风切变,并且位置离赤道足够远。

前者对于确保上升的对流和随之而来的积云不被高风吹倒和弄乱至关重要。它们必须能够继续通过热带对流层50,000到60,000 ft的高度继续上升到平流层的底部,在那里,洋流允许上升的空气进入出口区域。

热带气旋也不会在赤道约5度(约560公里或350英里)内形成,因为旋转地球的科里奥利效应(在赤道处为零)必须足够大,以使气流偏向低空。风暴的压力中心。

在2005年10月的飓风威尔玛之后,损坏的飞机从BCT(佛罗里达州博卡拉顿)的飞机库坍塌了。强热带气旋的持续风速超过100节,可能淹没沿海机场,风暴潮超过15英尺。

飓风热点

热带气旋遍及大部分热带海洋,但南大西洋和南太平洋东部除外,在这些地区,大气和海洋条件很少使有组织的热带对流持续足够长的时间以维持热带气旋。

在南大西洋,仅记录了1次这样的风暴。在北大西洋和加勒比海地区,风暴季节于6月1日开始,并于9月10日左右达到高峰,并于11月30日结束。东部太平洋的风暴季节较早(5月15日)开始,但行为类似。

澳大利亚和南太平洋地区的风暴季节是相反的,从11月1日开始进入南半球夏季,在2月下旬达到顶峰,到4月30日结束。在这些盆地中发生了一些季节性的风暴,但这种风暴很少且微弱。

北太平洋西部和印度洋全年遭受飓风威胁。但是,就像他们的表亲一样,他们往往看到与最温暖的海水相对应的峰值活动–即南半球的2月下旬和北部的9月初。

大部分热带气旋始于赤道的纬度20度以内,只有少数在20º–30º纬度之间形成。它们几乎都沿着热带辐合带(ITCZ)形成,该辐合带跟随太阳在北半球和南半球之间移动,并在辐合带的两侧充当暖湿空气的交汇区域。

热带气旋的解剖

一旦大气干扰形成了一个地表低层,雷暴活动就可以围绕该地表低层进行组织,温暖和潮湿的地表空气流向中央低层。科里奥利效应将进入的风偏转到向内螺旋的位置。

当它接近中心时,它的曲率增加为一个收紧的螺旋,其速度成比例地增加。在中心附近但不在中心,空气开始上升,减慢了其向内运动并降低了科里奥利效应。这就是为什么最强的风发生在内眼壁上,却从未到达平静的眼睛的原因。

眼睛本身主要是一列从高空降下的凉爽空气,通常足以抑制云的发展。在这只眼睛周围是眼墙,或多或少连续的强雷暴圆形circular线。此处的风暴可能达到FL500以上的顶部,并且其流出物会像圆盾一样从眼睛辐射出去。

从眼墙伸出的是雨带风车。这些是弯曲的qua线,也可能包含强风暴,但是随着距旋风中心的距离增加,能量的降低和从系统中心的下沉流出将共同降低单元的高度和强度。

整个旋风除尘器用作热泵,内部循环吸收地表高能空气,并排出较凉,干燥的空气。这种垂直/水平流是驱动飓风的原因,而其螺旋运动是转化为旋风的破坏力的原因。

热带气旋的运动通常很难预测,有时被描述为类似于溪流中的软木塞。旋风由两个因素控制。第一个是周围的大气风场,尤其是中层(500 mb)风。副热带高压赤道侧的东风通常将风暴向西引导。

除了环境转向风之外,还有被气象学家称为“贝塔漂移”的运动。由于内部水平空气运动产生的复杂反馈以及不断变化的科里奥利效应,Beta漂移是向极和向西运动。这样,在没有强力的环境操纵的情况下,旋风仍会移动。

这也是风暴通常会向两极迁移的最终原因,最终进入西风流动更强的区域,当风暴到达较高的温带纬度时,它们将“气旋”“反弯”到更东风的轨道。

尽管热带气旋的所有部分都很危险,但风暴的运动及其旋转使某些地区比其他地区更加危险。

相对于风暴轨迹,风暴的右前象限(南半球的左前象限)是最危险的,因为旋转和运动的方向相同。这意味着在这里找到了最强的风,最大的风暴潮也是如此,因为这些风将水推到了风暴之前。

官方的不确定性预测锥表明,2017年飓风“艾尔玛”(Irma)接近东加勒比海时的可能路径。锥体代表最有可能发生旋风的区域,对于大型系统,危险天气通常发生在锥体外部。

旋风预报

大多数现代天气预报模型可以以合理的准确度预测热带气旋的形成和总体运动,但在数小时以上之后,它们仍然常常难以估计其气旋的轨迹。

取而代之的是,每种模型都给出了最佳指导,而预报员则预测了最可能发生的航迹,将飓风置于其可能在其中移动的扩张通道的中心。热带气旋预报中所谓的“不确定圆锥”紧密遵循一种称为1-2-3规则的传统水手指南。

在当前位置下,热带风暴力量的半径围绕旋风中心旋转,并且风暴向前运动,因此在地图上画了一条线。在1天后该路径上风暴的预期位置处,圆锥的宽度为风暴半径+ 100 nm。

在2天时,宽度为+200英里,在3天时,宽度为+300英里。现代预测不是一个简单的线性趋势,而是使用过去5年的预测误差将圆锥的宽度设置为最大误差的67%。预报员也将预报锥体淘汰了5天,但有时甚至证明不准确,这就是为什么预报每6小时更新一次(如果飓风威胁着登陆,则更频繁)。

鉴于欧洲中距离天气预报中心(又名欧洲中心)模型在预测大西洋热带气旋的轨道方面取得了成功,因此许多人问我们为什么不仅仅使用这种模型。那是因为它的成功很大程度上是由于机会,而不是更好的物理学。

大多数天气模型在第1天或第2天都非常吻合,但往往会随着预报提前期的增加而发生差异。所谓的意大利面条图(许多模型的预测轨迹图)将类似地显示预测圆锥。圆锥越窄,模型在可能的轨道上达成的共识就越多。

旋风和航空

旋风对航空的影响通常不会在空中传播。鉴于这些暴风雨无处不在的卫星图像,例行预报和频繁警报,因此任何飞行员无意间意外进入热带气旋是没有借口的。

一些勇敢的飞行员是故意这样做的,目的是收集有助于预报员的科学数据,但他们有丰富的经验和精良的装备。我们其余的人通常有足够的时间来查看风暴的来临,知道风暴在哪里并远离风暴。

对航空业最大的危险是基于地面的。随着暴风雨的来临,机场可能会关闭,大风,大雨甚至这些旋风伴随的龙卷风可能会损坏飞机和设施。就像生活在飓风高发地区的人们应该制定飓风准备计划一样,在这些地区的机场工作或在机场工作的飞行员也应该制定将飞机撤离至安全的计划,而机场也应该制定计划以尽量减少影响和损害,以便他们能够快速重新打开。

飞机的撤离计划不必太复杂,与修理或更换飞机相比,移动飞机的成本和破坏性要低得多。登陆热带气旋越过海岸线,被温暖的海水燃料切断后,很快就失去了动力。

与内陆机场相比,位于更内陆,甚至不到100公里(62英里)且位于较高地面​​上的机场所承受的条件通常更弱。最好避免疏散到沿河的内陆机场,因为旋风仍然会向内陆降下超过1 m(39 in)的雨水,使懒散的河流变成危险的洪水灾害。

如果您不能撤离飞机,最好的做法是确保飞机牢固地系在飞机上或机库,但是在这种情况下您的飞机可能仍然受到损坏。试图将飞机束缚在风中是没有意义的,因为热带气旋通过时的风将来自多个方向,并且可能还会有龙卷风。

此外,在地势低洼的沿海机场,风暴潮的深度可能在10-15英尺或更深,并将对其路径造成很大的破坏或破坏。您还应该检查暴风雨过后是否可以去机场。正如2001年热带风暴艾莉森(Herric Storm Allison)和2017年飓风哈维(Hurricane Harvey)之后在德克萨斯州休斯顿(Huston TX)明确指出的那样,大雨会淹没整个社区,使道路无法通行-包括机场通道。

即使道路没有被洪水淹没,倒下的电源线或紧急关闭也可能会限制行驶。可能需要几天的时间,飞机所有者才能够评估留在机场的飞机的损坏情况。机场也可能会淹没数日之久,可能需要彻底检查甚至可能彻底检修部分被淹没的飞机。

但是,最重要的是,除非您也打算与飞机一起撤离,否则应在最后一刻之前实施飞机的疏散计划,因为应该留出时间以确保自己的安全。

给自己一些时间来移动飞机,然后返回进行最后准备,以进行就地庇护或疏散自己和家人。


Karsten Shein是ExplorEiS的联合创始人兼科学总监。他曾是Shippensburg大学的助理教授和NOAA的气候学家。 Shein持有具有仪器等级的商业许可证。

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