ТРЕВОГА ОТ КОСМОСА: ТРОПИЧЕН ЦИКЛОН!

Едно от новите неща, които Христофор Колумб донесъл от пътуването си до американския континент, било понятието ураган. То произхожда от Големите Антилски острови, където на езика на местните аборигени „хуракан“ означава вятър, който разрушава всичко.

Отначало в района на Карибско море, а по-късно и в южните части на Тихия и Индийския океан, както и в северната част на Атлантическия океан циклоните се наричат урагани. А в Китайско море, в западната част на северната половина на Тихия океан и в района на Бенгалския залив тропичните циклони носят името тайфуни. Това наименование произлиза от тай фън, което на китайски език означава голям (висок) вятър. А в Северозападна Австралия тропичните циклони се наричат вили-вили.

Тропичният циклон Фран наближава Флорида

Понятието циклон е въведено за пръв път от английския метеоролог Хенри Пидингтън (Henry Piddington). В метеорологията понятието циклон (нарича се още и въздушна депресия, или баричен минимум) е област с ниско атмосферно налягане, в която въздухът се движи по спирала към центъра й. В Южното полукълбо движението на вятъра е по посока на движение на часовниковата стрелка, а в Северното е в обратната посока. Циклоните и кинетичната енергия, която те освобождават, са част от общата циркулация на атмосферата и са необходим фактор за формиране на това, което наричаме метеорологично време, или само време. Заедно с антициклоните или баричните максимуми, т.е. областите с повишено атмосферно налягане, циклоните представляват най-важната форма на едромащабното атмосферно движение и способстват за преразпределяне на значителни маси въздух. В резултат на това хладният въздух може да прониква в тропиците, а топлият – във високите географски ширини. Но когато се проявят в екстремалната си форма, циклоните се превръщат в една от най-страшните екокатастрофи.

Тропичните циклони се зараждат при строго определен комплекс от условия. Най-благоприятното месторождение за тях е атмосферата над топлите тропични морета и океани, където температурата на повърхностния слой на водата е 26 – 28оС, а разликата между температурата на водата и температурата на въздуха е поне 2 – 3оС. Оттам и наименованието им тропични циклони.

Група тропични циклони в Тихия океан

От 1956 г. става традиция тропичните циклони, тези ужасни стихии, да се кръщават с нежни женски имена като Хилда, Дора, Бетси, Инес, Камила, Клеопатра, Габриела, Корин, Рита, Офелия, Катрин и т.н. Но еманципацията и натискът на феминистки движения си казаха думата, защото вече циклони се кръщават и с мъжки имена: Ендрю, Калвин, Дейвид, Борис, Айвън и др.

От всички природни екологични катастрофи най-много човешки жертви вземат тропичните циклони. Само през последните 30 години на миналия век тридесетина циклона са отнели живота на над 750 хил. души. Начело в мрачната класация е циклонът Ада от 1970 г., при който в Бенгалския залив загиват най-малко 350 хил. души, а общият брой на пострадалите достига 10 млн. души. Трябва да споменем, че според някои източници числата са двукратно по-големи.

Колосални са и материалните щети. Например циклонът Катрин нанесе на САЩ щети за над 300 млрд. USD.

Тропичният циклон Суделор близо до Тайван. Снимка от борда на Международната космическа станция. Вижда се скаченият със станцията космически кораб „Союз“

Космическата метеорология при изучаване на тропични циклони

Циклоните са най-лесно забележимите и разпознаващи се от Космоса природни явления, причиняващи екологични катастрофи. На космическа снимка, направена от метеорологичен сателит, даже и неспециалист може лесно да различи зараждащ се или вече зрял циклон.

Оперативността, необходима както за редовната метеорологична прогноза, така и за прогнозиране и следене на метеорологични екологични катастрофи, налага използването на телевизионни космически снимки. Първите такива снимки, получени от Космоса, са за метеоролозите само интересни, след няколко седмици те вече са им необходими, а след още няколко стават незаменими. Още през първото десетилетие на космическата ера се обособява и нов раздел на метеорологията – космическа (сателитна) метеорология. Тя разработва методи за получаване и използване на метеорологична информация чрез апаратура, монтирана на метеорологични сателити.

Изключително ценна е получаваната чрез космическата метеорология информация за състоянието на атмосферата над океаните. От една страна, на тези територии няма много наземни метеорологични станции, а от друга, именно над тях се зараждат и развиват едни от най-страшните екологични катастрофи – тропичните циклони. Поради това ролята на космическата метеорология при своевременното прогнозиране, разпознаване и следене на циклоните е изключително важна.

Откриването и следенето на циклоните е една от основните задачи на космическата метеорологична система. Тя се състои от метеорологични сателити със съответните наземни служби и е предназначена за периодично и оперативно получаване на информация за състоянието на земната атмосфера. Орбиталните характеристики и апаратурната окомплектовка на метеорологичните сателити са съобразени с основната им цел – оперативно наблюдение на облачното покритие и топлинното излъчване на Земята. Такива сателити летят обикновено по орбити с височини Н от 400 до 1500 км, което осигурява поле на обзора около 1000 – 1500 км. При това за една обиколка около Земята един метеорологичен сателит събира информация за облачната й покривка за около 8 % от повърхността й, а за радиационното й излъчване – около 20 %. Преобладаващата част от тази информация е в телевизионни и инфрачервени снимки.

Първата космическа метеорологична система TOS (TIROS Operational System) e създадена през 1966 г. от САЩ и се базира на сателити от типа TIROS. По-късно в системата са включени и сателити от типа NOAA и геостационарни сателити от сериите ATS и GEOS. Данните от тази космическа метеорологична система се предават към наземните пунктове на всеки 20 минути.

Тропичният циклон Густав връхлита върху Куба

Първите сериозни резултати от космическото изследване на тропични циклони се изразяват в създаване на качествени критерии за определяне на различните стадии на развитие на циклона. Установено е голямо разнообразие на структурни форми на облачните системи. Като се използват за критерии геометричните им характеристики – размери, форма, компактност на облачните маси и др., тропичните циклони са разделени на четири категории. Благодарение на аерокосмическа информация е дефиниран нов клас тропични циклони, т.нар. микротайфуни. Установен е много малкият им (до 100 км) общ размер при сравнително голямо око, достигащо до 30 км. Твърде неочакван е полученият факт, че тези микротайфуни се генерират на много ниски географски ширини.

На базата на космически снимки е изучен детайлно механизмът на зараждане и развитие на тропичните циклони. Благодарение на дистанционните изследвания още през първите години на сателитните наблюдения се изменят някои дотогавашни представи за тези процеси.

Съпоставянето на получените космически данни за топлинния баланс на Земята с изчислените данни от наземни изследвания показва, че в действителност поглъщането на слънчева енергия от системата земна повърхност-атмосфера е много по-голямо от приеманото дотогава. Оказва се още, че циклони се образуват много по-често, отколкото се приемаше по-рано. И това е лесно обяснимо, защото редица циклони се образуват и разпространяват над океана между разпръснатата по океанските острови рядка мрежа от метеорологични станции, без да бъдат регистрирани от тях. Докато за десетките метеорологичните сателити никой тропичен циклон не може да остане незабелязан.

Експериментите по изследване на тропични циклони заемат значително място и в научната програма на модула „Природа“ в състава на Орбиталния комплекс „Мир“. В тази научна програма участват и български учени и специалисти.

Високата ефективност на космическите методи при изследване на генезиса, следене на движението и еволюцията на тропични циклони и даването на ефективна и своевременна тревога е демонстрирана и при катастрофални циклони като „Агнес“, „Айвън“, „Джеф“, „Ендрю“, „Ирма“ и др.

Значителен дял в изучаването на тропични циклони имат и експериментите, провеждани с авиационни летателни апарати. Самолетната ера в метеорологията датира от 1915 г., когато немски учени изучават визуално и апаратурно турбулентността на въздушните маси, облачността и т.н. от борда на самолет.

Визуални наблюдения на тропични циклони

Според повечето космонавти облачната покривка обхваща до 75 – 80 % от земната повърхност. Според космическите изображения степента на облачност е по-малка. И тъй като най-пълна картина по отношение на светлинните и цветовите контрасти дават визуалните наблюдения, за да се получи най-обективна информация, се налага взаимно допълващо се комбинирано изследване на облачните системи чрез апаратурни и визуални наблюдения. Това важи и за изследване на процесите на възникване и развитие на циклони.

Още по време на първите пилотирани космически полети космонавтите наблюдават тропични циклони. Това става от борда на пилотираните космически кораби от сериите „Союз“ и „Apollo“ и орбиталните станции „Салют“, „Skylab“ и „Мир“.

Установено е, че повечето от изследваните от космонавтите тропични циклони се зараждат в сравнително тесни зони от двете страни на екватора. Многократните наблюдения очертават и няколко района, в които особено често се формират мощни циклони, причиняващи екокатастрофи. Такива райони са Бермудският триъгълник, Филипините, Антилският архипелаг и районът в Тихия океан източно от Коралово море. Анализът на получената информация показва, че тези циклони се образуват при стълкновение на въздушни потоци, идващи от Северното и Южното полукълбо към екватора, които се движат успоредно на големите океански течения.

Специалното внимание, отделено на района на Бермудския триъгълник, дава своя резултат. Според наблюденията на втория екипаж на ОС „Салют-6“ в този район се срещат не два въздушни потока от север и от юг, а три. Третият поток се движи успоредно на пасатното течение и идва към Бермудския триъгълник от района на Панамския канал и Карибско море. Може би именно поради това Бермудският триъгълник се оформя като изключително мощна енергоактивна зона. Многобройните действителни случаи и легенди за загадъчна гибел на плавателни съдове и самолети отдавна са направили този район обект на редица изследвания с помощта на специални научноизследователски кораби и самолети. Съществуват редица хипотези, обясняващи ставащите там странни явления. Обаче едва благодарение на визуалните наблюденията от Космоса, обхващащи разстояния до около 2000 км, са установени уникалните особености на атмосферните процеси в района на Бермудския триъгълник – зараждане на мощни циклони с диаметри от няколкостотин до около 1000 км само за 3 – 4 часа.

Следене на зараждане и развитие на тропични циклони и предупреждение към съответните служби и ведомства са правени от почти всички екипажи на космическите совалки Columbia, Atlantis, Challenger и Discovery.

Благодарение на снимките от космическите метеорологични системи и най-вече на визуалните наблюдения на космонавти от околоземна орбита може да се твърди, че на Земята средногодишно се образуват повече от 80 тропични циклона, а не петдесетина, както се смяташе допреди тридесетина години.

Двата мощни тропични циклона Гони и Атсани в северозападната част на Тихия океан:

снимка от борда на сателита „Химавари“ на 17 август 2015 г.

Прогнозиране на тропичните циклони и изучаване на глобалния циклогенезис по аерокосмически данни

Не всички областите с ниско атмосферно налягане се превръщат в екологична катастрофа. Според една статистика само 58 % от такива области, оформили се над територията на САЩ, са се развили до тропични циклони с мащаби на екокатастрофа.

Едно от важните условия, определящо образуването и развитието на тропичните циклони, е температурата на повърхността на водата в тропичните морета. Измерване на тази температура се прави ефикасно от борда на редица сателити и преди всичко от „Seasat“. За достоверното отчитане на тази температура е необходимо отчитането на влиянието на атмосферата, което също се прави чрез космически технологии.

Все по-голямо е значението на океанографските изследвания, включително и на измерване на температурата на водната повърхност, извършвано от геостационарните сателити. Тъй като тези сателити са на орбити с много по-голяма височина – около 40 хил. км, тяхната пространствена разделителна способност е по-ниска. Независимо от това те са много ценни за изследване на тропични циклони, тъй като на практика „висят“ над една и съща точка от Земята и наблюдават явлението продължителен период от време.

Независимо от десетилетните изследвания на циклони едва през последните години на миналия век, и то благодарение именно на аерокосмическите методи и технологии, вече е налице достатъчна по обем и надеждност дистанционна информация, на основата на която е образувана база данни, годна за дефиниране на достатъчно цялостна пространствено-времева картина на глобалния циклогензис.

Анализът на повечето геоинформационни бази данни за едромащабни тропични атмосферни смущения, например бюлетините на Световната метеорологична организация WMO, показва, че тези бази от данни са създадени на регионално ниво и се отнасят за отделни райони от акваторията на Световния океан. От гледна точка на практическите задачи тази позиция е съвсем оправдана, тъй като регионалните центрове в Австралия, Япония и САЩ имат като основна задача – от която се финансира и съществуването им – прогнозиране на зараждането, интензивността и траекториите на движение на тропични циклони. Това дава основание за подозрение, че независимо от високото апаратурно и организационно ниво на дистанционните изследвания далеч не всички тропични циклони, възникнали дори и в най-наблюдавания район на земното кълбо – северозападната част на Тихия океан, се регистрират и изследват.

Интересни за перспективите на прогнозирането на тропични циклони могат да бъдат и проектите за едновременно измерване на скоростта на вятъра, температурата и съдържанието на водни пари в средната атмосфера в областта на мезопаузата чрез използване на два сателита. Това има отношение и към перспективите на прогнозирането на наводнения.

Публикуван сп. “Природа” бр. 2/2017 г. стр. 14 – 25