Изучение тропических циклонов методами натурных наблюдений и лабораторного моделирования

А. Э. Похил, А. А. Сперанская

Исследуется динамика глаза тропического циклона (ТЦ). По данным наблюдений, размер глаза может изменяться в несколько раз при неизменном давлении в центре ТЦ; при этом изменение размера глаза при развитии ТЦ в среднем происходит медленнее, чем при его затухании. Предлагается вариант объяснения причины, обусловливающей изменение диаметра глаза ТЦ, на основе результатов, полученных с помощью лабораторной модели воздушного интенсивного конвективного вихря (ИКВ) влажного типа. На экспериментальной установке, представляющей собой усовершенствованную вихревую камеру Фитцджеральда, реализованы необходимые условия существования концентрированных вихрей. Исследована вихревая структура, возникающая в модели, по основным критериям подобия соответствующая центральной части развитого тропического циклона в нижней тропосфере. Определяющим критерием подобия для вихрей такого класса является тепловое число Фруда. Представлены результаты исследований, полученные на физической модели ИКВ при существовании в центре вихря четкого глаза. Данные измерений относительной влажности в вихре позволяют считать, что локальным источником тепла является выделение тепла конденсации при фазовом переходе воды. Наличие теплого ядра в центральной части вихря приводит к усилению плотностной неустойчивости в этой области. При достижении плотностной неустойчивостью некоторой критической величины происходит ее разрешение в виде теплового пробоя пограничного слоя, что обусловливает взрывной характер вертикального тепло- и влагопереноса во влажных ИКВ. Процесс повторяется с некоторой квазипериодической частотой. Отмечено, что нарастание плотностной неустойчивости в центре вихря происходит медленнее, нежели его разрядка. Показано, что диаметр глаза вихря также подвержен квазипериодическим колебаниям. Предлагается объяснение пульсации диаметра глаза вихря: стадия увеличения диаметра глаза соответствует накоплению плотностной неустойчивости в ядре вихря, а его уменьшение есть результат прорыва теплого воздуха при взрывном механизме тепло- и влагоотвода. Предполагается, что колебания диаметра глаза реальных ТЦ также связаны с тепловыми пробоями.