27 сентября 2022 года.
В то время как ураган «Ян» усиливался, приближаясь к побережью Флориды, охотники за ураганами совершали в небе почти невообразимое: пролетали через центр урагана. При каждом пролете ученые, находящиеся на борту этих самолетов, проводят измерения, которые не могут сделать спутники, и отправляют их синоптикам в Национальный центр ураганов.
Джейсон Дунион, метеоролог из Университета Майами, возглавляет программу Национального управления океанических и атмосферных исследований по изучению ураганов в 2022 году. Он рассказал о технологиях, которые команда использует для оценки поведения ураганов в режиме реального времени, а также о том, что происходит на борту самолета P-3 Orion, когда он проносится над глазами урагана.
Что происходит на борту охотника за ураганами, когда вы летите в шторм?
По сути, мы отправляем летающую лабораторию в самое сердце урагана, вплоть до 5-й категории. Пока мы летим, мы обрабатываем данные и отправляем их синоптикам и специалистам по моделированию климата.
На самолетах P-3 мы регулярно проносимся через центр урагана, прямо в глаз. Представьте себе схему X — мы проходим через шторм несколько раз за время полета. Это могут быть развивающиеся штормы, а могут быть штормы 5-й категории.
Обычно мы летим на высоте около 10 000 футов, примерно на четверти пути между поверхностью океана и вершиной шторма. Мы хотим пройти через самую неровную часть шторма, потому что пытаемся измерить самые сильные ветры для Центра ураганов.
Он должен быть интенсивным. Можете ли вы описать, что испытывают ученые во время этих полетов?
Мой самый напряженный полет был на Дориане в 2019 году. Шторм находился недалеко от Багамских островов и быстро усиливался до очень сильного шторма 5-й категории с ветром около 185 миль в час. Это было похоже на ощущение перышка на ветру.
Когда мы проходили через овал Дориана, все были пристегнуты ремнями безопасности. Вы можете потерять несколько сотен футов за пару секунд, если у вас нисходящая тяга, а можете попасть в восходящую тягу и набрать несколько сотен футов за считанные секунды. Это очень похоже на катание на американских горках, только вы не знаете точно, когда наступит следующий подъем или спуск.
В какой-то момент мы испытывали силу G от 3 до 4 G. Это то, что испытывают астронавты во время запуска ракеты. На несколько секунд может возникнуть нулевое G, и все, что не пристегнуто, улетит.
Даже в самые трудные моменты шторма ученые, такие как я, заняты на компьютерах, обрабатывая данные. Техник сзади, возможно, запустил дропонды из брюха самолета, а мы проверяем качество данных и отправляем их в центры моделирования и Национальный центр ураганов.
Что вы узнаете об ураганах благодаря этим полетам?
Одна из наших целей — лучше понять причины быстрой интенсификации ураганов.
Быстрая интенсификация — это когда скорость урагана увеличивается на 35 миль в час всего за день. Это равносильно тому, что за короткий промежуток времени шторм превращается из шторма 1-й категории в сильный шторм 3-й категории. Ида (2021), Дориан (2019) и Майкл (2018) — вот лишь несколько недавних ураганов, которые быстро усилились. Когда такое происходит вблизи суши, это может застать людей врасплох, и это быстро становится опасным.
Поскольку быстрое усиление может произойти за очень короткий промежуток времени, мы должны быть рядом с охотниками за ураганами и проводить измерения во время формирования урагана.
Пока что быстрое усиление трудно предсказать. Возможно, мы начнем наблюдать, как ингредиенты быстро собираются вместе: Прогрет ли океан на большой глубине? Атмосфера хорошая и сочная, с большим количеством влаги вокруг шторма? Благоприятны ли ветры? Мы также посмотрим на внутреннее ядро: Как выглядит структура шторма, и начинает ли он консолидироваться?
Спутники могут предложить синоптикам базовую картину, но нам нужно отправить наших охотников за ураганами в сам шторм, чтобы действительно разделить его на части.
Как выглядит ураган, когда он быстро усиливается?
Ураганы любят стоять прямо — представьте себе вращающуюся верхушку. Поэтому одна вещь, на которую мы обращаем внимание, — это выравнивание.
Шторм, который еще не полностью сформировался, может иметь циркуляцию на низком уровне, в нескольких километрах над океаном, которая не совпадает с циркуляцией на среднем уровне в 6 или 7 километрах выше. Это не очень здоровый шторм. Но через несколько часов мы можем снова подлететь к шторму и заметить, что оба центра выровнялись. Это признак того, что он может быстро усилиться.
Мы также рассмотрим пограничный слой — область, расположенную непосредственно над океаном. Ураганы дышат: Они втягивают воздух на низких уровнях, воздух устремляется вверх к оболочке, а затем вырывается наружу в верхней части урагана и удаляется от центра. Вот почему мы получаем эти огромные восходящие потоки воздуха в области век.
Поэтому мы можем понаблюдать за данными дропзонда или хвостового доплеровского радара, чтобы определить, как ветер течет в пограничном слое. Действительно ли это влажный воздух, устремляющийся к центру шторма? Если пограничный слой глубокий, то шторм может сделать больший вдох.
Мы также смотрим на структуру. Часто бывает так, что на спутнике шторм выглядит здоровым, а на радаре структура неаккуратная или глаз затянут облаками, что говорит о том, что шторм еще не готов к быстрому усилению. Но во время полета мы можем увидеть, как структура быстро меняется.
Поступление, подъем и выход воздуха — дыхание — отличный способ диагностики шторма. Если дыхание выглядит здоровым, это может быть хорошим признаком усиливающегося шторма.
Какие приборы вы используете для измерения и прогнозирования поведения ураганов?
Нам нужны приборы, которые измеряют не только атмосферу, но и океан. Ветры могут направлять ураган или разрывать его на части, но тепло и влага океана — это его топливо.
Мы используем дропонды для измерения температуры, влажности, давления и скорости ветра, которые передают данные через каждые 15 футов или около того до самой поверхности океана. Все эти данные поступают в Национальный центр ураганов и в центры моделирования, чтобы они могли получить более точное представление об атмосфере.
На одном из P-3 установлен лазер — CRL, или компактный вращающийся раман LiDAR, — который может измерять температуру, влажность и аэрозоли с борта самолета вплоть до поверхности океана. Это дает нам представление о том, насколько сочной является атмосфера и насколько она благоприятна для возникновения шторма. CRL работает непрерывно на всем пути полета, поэтому под самолетом образуется прекрасная завеса, показывающая температуру и влажность.
На самолетах также установлены хвостовые доплеровские радары, которые измеряют, как капли влаги в воздухе разлетаются, чтобы определить, как ведет себя ветер. Это дает нам трехмерное представление о поле ветра, как рентгеновский снимок шторма. Этого нельзя получить со спутника.
Мы также запускаем перед штормом океанические зонды, называемые AXBTs — авиационный расходуемый батитермограф. Эти зонды измеряют температуру воды на глубине нескольких сотен футов. Обычно температура поверхности 26,5 градусов Цельсия (80 градусов по Фаренгейту) и выше благоприятна для урагана, но важна и глубина этого тепла.
Если у вас теплая океанская вода, температура которой на поверхности может составлять 85 F, а всего в 50 футах ниже вода намного холоднее, ураган быстро перемешается с холодной водой и ослабит шторм. А вот глубокие теплые воды, как в вихрях в Мексиканском заливе, дают дополнительную энергию, которая может подпитывать ураган.
В этом году мы также испытываем новую технологию — небольшие беспилотники, которые можно запускать из брюха самолета P-3. Они имеют размах крыльев от 7 до 9 футов и, по сути, представляют собой метеостанцию с крыльями.
Один из таких дронов, опущенный в глаз, может измерять изменения давления, которые показывают, усиливается ли шторм. Если бы мы могли опустить беспилотник в глазной вал и заставить его вращаться там, он мог бы измерить, где дуют самые сильные ветры — это еще одна важная деталь для синоптиков. Кроме того, у нас не так много измерений в пограничном слое, потому что это небезопасное место для полетов самолетов.
В этом году вы также впервые нацелились на острова Кабо-Верде у берегов Африки. Что вы там ищете?
Острова Кабо-Верде находятся в питомнике ураганов Атлантики. Саженцы ураганов рождаются в Африке, и мы пытаемся определить переломные моменты, когда эти возмущения перерастают в ураганы.
Более половины названных штормов, которые мы получаем в Атлантике, приходят из этого питомника, включая около 80 % крупных ураганов, так что это очень важно, даже несмотря на то, что возмущения могут быть на 7-10 дней раньше, чем сформируется ураган.
В Африке вдоль южной границы пустыни Сахара с более прохладным и влажным регионом Сахель летом развивается множество гроз. Разница температур может вызвать в атмосфере пульсации, которые мы называем тропическими волнами. Некоторые из этих тропических волн являются предвестниками ураганов. Однако слой воздуха Сахары — огромные пылевые бури, которые обрушиваются на Африку каждые три-пять дней, — может подавить ураган. Пик этих бурь приходится на период с июня по середину августа. После этого тропические возмущения имеют больше шансов достичь Карибского бассейна.
В недалеком будущем Национальному центру ураганов придется составлять прогноз не на пять, а на семь дней. Мы выясняем, как улучшить это раннее прогнозирование».
Автор: Джейсон Дунион, исследователь-метеоролог, Университет Майами.
