Когда люди слышат об ураганах, они часто обращают внимание на их категорию: от первой до пятой, в зависимости от максимальной скорости ветра. Однако не все ураганы с одинаковой скоростью ветра одинаковы. Одни представляют собой компактные штормы, в то время как другие могут охватывать территории, сравнимые с целыми штатами. Более крупные ураганы наносят гораздо больший ущерб, создавая более широкую зону сильных ветров, более интенсивных осадков и более опасного штормового нагона.
Новое исследование под руководством учёных из Университета Пердью выявило, почему некоторые ураганы значительно увеличиваются в размерах, а также почему этот рост происходит быстро при определённых условиях океана. Исследование впервые показало, что ураганы увеличиваются в размерах гораздо быстрее, когда движутся над локально тёплыми водами, где температура поверхности океана значительно выше, чем в остальной части тропических океанов.
«Это открытие может быть непосредственно использовано для ежедневного прогнозирования размеров ураганов и их последствий», — сказал Данян Ван, постдокторант кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS) Университета Пердью. «Его также можно использовать для более точного моделирования размеров ураганов в долгосрочных моделях рисков, используемых в промышленности для оценки рисков для имущества».
Открытие, проведённое Ван под руководством профессора Дэна Чаваса из департамента EAPS Университета Пердью, было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Ван разработал основную теорию, извлёк и проанализировал данные из исторических записей и климатических симуляций, а также написал рукопись. Чавас предоставил общие рекомендации о том, как связать теорию с реальными штормами.
К работе присоединился Бен Шенкель, научный сотрудник Совместного института исследований и операций по изучению суровой и высокоинтенсивной погоды при Университете Оклахомы. Шенкель предоставил базу данных о размерах тропических циклонов, использованную в анализе, и помог уточнить результаты по нескольким наборам данных.
До этой работы учёные знали, что некоторые ураганы значительно расширяются в течение своего жизненного цикла, в то время как другие остаются компактными. Но факторы, лежащие в основе этой разницы, были недостаточно изучены. Ван и Чавас показали, что быстрый рост штормов связан с «горячими точками» в океане — локализованными участками, где вода значительно теплее, чем в окружающих тропических водах.
Результаты также указывают на неожиданную положительную сторону в условиях потепления мира. Исследование показало, что темпы роста размеров ураганов не сильно меняются при глобальном среднем потеплении, хотя глобальные температуры продолжают расти.
Сезон ураганов в Атлантике 2024 года стал ярким примером того, почему размер шторма имеет значение. Ураган Хелен быстро расширился перед выходом на сушу, превратившись в один из крупнейших штормов в истории США, с предполагаемой шириной более 400 миль и причинив беспрецедентный ущерб.
«Два урагана с одинаковой максимальной скоростью ветра могут быть двух очень разных размеров», — сказал Ван. «Представьте себе один пончик размером с Южную Каролину и другой — с Техасом».
Чавас сравнил этот процесс с зёрнами попкорна на сковороде. «Ураганы видят тропический океан как попкорн, нагретый на неровной сковороде — увеличение температуры повсюду может заставить их немного быстрее «вспучиться», но именно над «горячими точками» ураганы будут «вспучиваться» быстрее всего».
Современные спутники предоставляют высококачественные ежедневные оценочные измерения температуры поверхности моря по всему миру. Применяя это новое понимание того, как ураганы реагируют на локальные «горячие точки» океана, прогнозисты могут лучше предсказывать, насколько большими станут штормы при выходе на сушу.
«Более крупный шторм имеет большую зону разрушительных ветров, создаёт более высокий штормовой нагон на большей площади и вызывает больше осадков — все это представляет больший риск для общества», — сказал Ван. «Более точные прогнозы размеров штормов при выходе на сушу означают более точные прогнозы опасностей, которые создают риски для жизни и имущества».
Лаборатория Чаваса в Пердью специализируется на изучении экстремальных погодных явлений, от тропических циклонов до сильных гроз и торнадо. Ван занимается физикой структуры ураганов, особенно их размером.
Команда использовала возможности Центра передовых вычислений Розен при Пердью, что позволило им анализировать глобальные данные в мельчайших деталях и выявлять закономерности, которые было бы невозможно увидеть иным образом. Эти ресурсы помогли обеспечить точность и полноту их выводов о росте тропических циклонов.
Они также использовали суперкомпьютеры Национального центра атмосферных исследований (Cheyenne и Derecho), одни из самых быстрых в мире, для проведения экспериментов, имитирующих поведение штормов в различных сценариях потепления. Эта мощная комбинация вычислительных ресурсов Пердью и NCAR позволила исследователям изучить вопросы «что, если» о нашем климате и получить идеи, которые могут улучшить прогнозы и готовность к будущим штормам.
Результаты открывают путь для улучшения ежедневного прогнозирования штормов и долгосрочной оценки рисков, используемых в таких отраслях, как страхование и планирование инфраструктуры. Исследование также подчёркивает важность интеграции теоретической науки с данными высокого разрешения и передовыми вычислительными мощностями.
Предоставлено Университетом Пердью