Cyklon tropikalny

Cyklon Katarina nad południowym Atlantykiem, marzec 2004

Tory ruchu cyklonów w latach 1985-2005

Huragan David w 1979 roku spowodował śmierć 2000 osób

Powietrze, dążąc do wyrównania różnic ciśnienia, przemieszcza się zawsze z obszarów o wysokim ciśnieniu do obszarów o niskim ciśnieniu. Jednak, w wyniku działania siły odchylającej, wywołanej ruchem obrotowym Ziemi (tzw. siły Coriolisa), powietrze to nie przepływa w linii prostej. Zamiast tego, wiatry tworzą spiralę: powietrze porusza się do wnętrza i w górę w układach niskiego ciśnienia, natomiast w dół i na zewnątrz w układach wysokiego ciśnienia. 

W niżach wiatry poruszają się wokół obszaru niskiego ciśnienia w kierunku przeciwnym do biegu wskazówek zegara na półkuli północnej. Na półkuli południowej poruszają się w kierunku odwrotnym.
Objaśnienia: H - wyż, L - niż, northern hemisphere - półkula pn., southern hemisphpere - półkula pd.

Układy niskiego ciśnienia (cyklony)

Obszar wznoszenia się powietrza nazywany jest niżem, układem niskiego ciśnienia, obszarem o obniżonym ciśnieniu albo cyklonem. W obszarze takim często panuje niestabilna, pochmurna i wietrzna pogoda. Często występują opady deszczu, a w zimie śniegu.

Układ niskiego ciśnienia rozwija tam, gdzie względnie ciepłe i wilgotne powietrze wznosi się z powierzchni Ziemi. Taki układ widzimy na mapie synoptycznej, jako zamknięte izobary (linie stałego ciśnienia), otaczające obszar stosunkowo niskiego ciśnienia.

Powietrze znajdujące się w pobliżu centrum układu niskiego ciśnienia jest niestabilne. Jako ciepłe i wilgotne unosi się spiralnie w górę, ochładzając się. Prowadzi to do tworzenia się chmur, wystarczająco wysokich, by dać opad deszczu albo śniegu.

W układach niskiego ciśnienia, powietrze spiralnie porusza się do środka przy powierzchni Ziemi. Gdy ciśnienie jest bardzo niskie, wiatr może osiągnąć siłę nawałnicy lub huraganu. Właśnie, dlatego pojęcie "cyklon" jest często nieco mylnie stosowane do określenia silnych nawałnic występujących w niżach, szczególnie do gwałtownych tropikalnych huraganów i tajfunów.

Cyklon tropikalny - przemieszczające się nad oceanami najintensywniejsze energetycznie zjawisko cechujące atmosferę, związane z układem niskiego ciśnienia, w którym nie występują fronty atmosferyczne.

Cyklon tropikalny rozwija się nad ciepłymi wodami i odznacza się cyrkulacją cykloniczną (tj. o kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej i kierunku zgodnym z tym ruchem na półkuli południowej) w dolnych warstwach atmosfery oraz silnie rozwiniętą aktywnością burzową. Cyklon tropikalny o maksymalnej prędkości wiatru przy powierzchni Ziemi nieprzekraczającej 17 m/s nazywa się depresją tropikalną, o większej prędkości wiatru, ale nieprzekraczającej33 m/s - sztormem tropikalnym, o prędkości przekraczającej 33 m/s - huraganem (na Atlantyku i wschodnim Pacyfiku), tajfunem (na północno-zachodnim Pacyfiku), silnym cyklonem tropikalnym (na południowo-zachodnim Pacyfiku i południowo-wschodnim Oceanie Indyjskim), silnym sztormem cyklonicznym (w północnej części Oceanu Indyjskiego) bądź wreszcie cyklonem tropikalnym (w południowo-zachodniej części Oceanu Indyjskiego).

Cyklon tropikalny „Graham” przemieszczający się nad Pacyfikiem.

Zdjęcie satelitarne satelity NOAA, pokazujące silny cyklon tropikalny 03A przemieszczający się na północny wschód przez Morze Arabskie, w kierunku północno zachodnich Indii.

Cyklony tropikalne rozwijają się nad oceanami w ciepłych i wilgotnych, tropikalnych masach powietrza, pomiędzy 20 i 25 stopniem północnej i południowej szerokości geograficznej. Są one dużo mniejsze niż cyklony umiarkowanych szerokości geograficznych; średnica wynosi ok. 100-1500  km. Ponieważ ciśnienie powietrza w centrum takiego cyklonu jest dużo niższe, a średnica znacznie mniejsza, spadek ciśnienia powietrza dla jednostkę odległości (tzw. gradient ciśnienia) jest w cyklonach tropikalnych zwykle dużo wyższy niż cyklonach umiarkowanych szerokości geograficznych. Właśnie, dlatego cyklony tropikalne mogą powodować występowanie bardzo silnych wiatrów. W przypadku huraganów i tajfunów wiatr osiąga prędkość powyżej 33 m/s (120 km/h). W roku 1980, podczas huraganu "Allan", odnotowano prędkość wiatru wynoszącą 104 m/s (375 km/h).

Cyklony tropikalne czerpią swoją energię z ciepła utajonego parowania wody z oceanu. Dlatego cyklony te stopniowo zanikają, gdy przenoszą się nad ląd, tracąc źródło swojej energii

Cyklony umiarkowanych szerokości geograficznych

Rozwój frontów atmosferycznych w układzie niskiego ciśnienia.

Rozwój cyklonów umiarkowanych szerokości geograficznych, na północ od równika (na górze) i na południe od równika (na dole).

Cyklony umiarkowanych szerokości geograficznych czerpią energię z dużych różnic temperatury w atmosferze. Rozwijają się one wskutek zetknięcia się mas powietrza o różnych temperaturach. Powietrze o różnej temperaturze nie miesza się dobrze i cieplejsze masy powietrza unoszą się do góry i ponad powietrzem chłodniejszym, powodując powstanie frontu atmosferycznego (patrz też rozdział 3).

Cyklony umiarkowanych szerokości geograficznych są dużo większe od cyklonów tropikalnych. Mają one średnicę 1000 - 4000 km. Prędkość wiatru jest niższa niż w cyklonach tropikalnych - największe prędkości dochodzą do około 30 m/s (110 km/h).

W antycyklonach wiatry wieją w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, wokół obszaru wysokiego ciśnienia,  na półkuli północnej. Na półkuli południowej kierunek wiatru jest odwrotny

Układy wysokiego ciśnienia (antycyklony)

Obszar występowania zstępujących ruchów powietrza nazwany jest wyżem, obszarem o wysokim ciśnieniu albo antycyklonem. Towarzyszy mu zwykle ustabilizowana, dobra lub piękna pogoda.

W porównaniu do układów niskiego ciśnienia, wyże zwykle zajmują większe powierzchnie, są mniej mobilne i dłużej się utrzymują.

Antycyklony są tworzone przez ogromne masy osiadającego powietrza. Wraz z osiadaniem powietrza i wzrostem ciśnienia atmosferycznego następuje wzrost temperatury powietrza, spadek jego wilgotności, więc kropelki wody zawieszone w powietrzu szybko wyparowują

Ciepłe, zstępujące powietrze powoduje występowanie równowagi stałej w atmosferze; ciepłe powietrze znajdujące się przy powierzchni Ziemi nie może wznieść się zbyt wysoko. To powstrzymuje proces tworzenia się wysokich chmur. Z tego powodu, w obszarach występowania antycyklonów zwykle mamy do czynienia z pogodą ciepłą (zimną w zimie), suchą i bezchmurną trwającą zwykle przez kilka dni albo nawet tygodni.

Antycyklony są dużo większe niż cyklony i mogą zablokować drogę przemieszczania się niżów, zmuszając je do obrania innej, np. po peryferiach układu wysokiego ciśnienia. Powoduje to opóźnienie nadejścia gorszej pogody. Antycyklon, który utrzymuje się przez długi czas jest nazywany "wyżem blokującym". Taka sytuacja może prowadzić do wystąpienia długich okresów gorącej pogody, a nawet susz podczas miesięcy letnich lub niezwykłych mrozów w zimie

Warunki powstawania cyklonów

Aby mógł powstać cyklon tropikalny, powinny być jednocześnie spełnione następujące warunki:

• Temperatura wody w warstwie powierzchniowej oceanu grubości co najmniej 50 m powinna przekraczać 26,5°C. Ocean stanowi wtedy dostatecznie pojemny dla rozwoju cyklonu zbiornik energii. Po utworzeniu się chmur powietrze ogrzewane jest i nawilżane przez ciepłą wodę oceanu.

• Rozkład temperatury i wilgotności w atmosferze powinien być odpowiedni dla rozwoju intensywnych, wypiętrzonych chmur burzowych (tzw. atmosfera potencjalnie niestabilna duże ilości ciepłego znajdują się nisko). Rozwija się wówczas głęboka (przez całą grubość troposfery) konwekcja, która może "rozkręcić" cały układ.

• Odległość od równika powinna wynosić, co najmniej 500 km. Na równiku pozioma składowa siły Coriolisa jest mała, dalej od równika unoszenie i opadanie wywołuje wirowanie układu.

• Zmienność prędkości wiatru z wysokością w całej troposferze powinna być niewielka. Pozwala to na "zorganizowanie się" chmur konwekcyjnych w układ cykloniczny.

Trasa huraganu David, kolor czerwony oznacza największe nasilenie, prędkość wiatru przekracza 250 km/h

Proces termodynamiczny

Schemat ruchu powietrza w cyklonie tropikalnym

Cyklon może być rozpatrywany, jako rodzaj silnika parowego (cieplnego), w którym z powierzchni oceanu następuje parowanie, które nagrzewa i nawilża powietrze. Gdy wilgotne i ciepłe powietrze unosi się ulega ochłodzeniu, w wyniku, czego następuje kondensacja pary wodnej. Ten cykl zmian sprawia, że układ przetwarza ciepło na pracę, której część jest zamieniana na energię ruchu cyklonu. Niektórzy badacze cyklonów próbują przedstawić cykl zmian cieplnych w cyklonie, jako termodynamiczny cykl Carnota.

Gdy warunki te są spełnione i nad oceanem pojawi się słaby niż lub nawet zafalowanie pola ciśnienia (izobar), mogą się one rozwinąć w cyklon tropikalny wg następującego scenariusza. W bliskim sąsiedztwie zmiany pola ciśnienia rozwija się kilka głębokich, burzowych chmur konwekcyjnych "zasysających" ciepłe i wilgotne powietrze znad oceanu. Pod nimi tworzy się obszar ciśnienia niższego niż w otoczeniu. Pod kompleks chmur napływa z otoczenia coraz więcej wilgotnego i ciepłego powietrza, które zaczyna się poruszać po spirali pod wpływem działania siły Coriolisa. Ten etap nazywa się mezoskalowym systemem konwekcyjnym. Ruchy konwekcyjne intensyfikowane są przez lżejsze, bo ciepłe i wilgotne powietrze znad oceanu, ruchy te następnie organizują się, tworząc układ wirujących chmur. Siła odśrodkowa działająca na ciężkie, bo ochłodzone i zawierające skroploną wodę, sprawia, że w centrum układu powstaje najniższe ciśnienie i dzięki temu układ rozpędza się dalej. W tym momencie powstaje już cyklon tropikalny. Jego dalszy rozwój i ewentualne przekształcenie się w huragan zależą od ilości dostarczonej energii na trasie układu. Gdy wirowanie jest dostatecznie intensywne a cyklon ma grubość całej troposfery, przyziemna warstwa nie nadąża z dostarczaniem powietrza do centrum, powietrze zaczyna napływać też górą, w środku układu wytwarza się tzw. oko cyklonu - bezchmurny obszar ze stosunkowo słabymi wiatrami i silnymi ruchami zstępującymi. Dostarczenie zimnego powietrza do centrum cyklonu przyspiesza kondensację wody napędzając jeszcze bardziej cyklon. Po przemieszczeniu nad chłodniejsze wody bądź ląd, gdzie układ nie znajduje się i nie otrzymuje dostatecznej ilości energii, cyklon tropikalny słabnie i zanika.

Cyklony tropikalne najczęściej rozwijają się na przełomie lata i jesieni, co jest związane z najwyższą temperaturą powierzchni wód w tym okresie. Na przykład na Atlantyku 96% huraganów o sile wiatru przekraczającej 50 m/s pojawia się między sierpniem a październikiem. Wyjątkiem jest północna część Oceanu Indyjskiego, gdzie występują dwa maksima częstości występowania silnych sztormów cyklonicznych: w maju i listopadzie. Na ogół cyklony tropikalne przesuwają się ze wschodu na zachód, czasami po kilku lub kilkunastu dniach istnienia skręcają w kierunku biegunów. Mogą wtedy przekształcić się w tzw. niże podzwrotnikowe, a nawet w niże średnich szerokości geograficznych. W początkowej fazie przekształcania w cyklonie po zachodniej stronie układu powstaje szczególnie silnie wykształcony front ciepły. Z północnego zachodu niż stopniowo zasysa chłodniejsze powietrze szerokości umiarkowanych i zmienia kierunek przemieszczania - teraz rozpoczyna wędrówkę na północny wschód.

Zagrożenia

Wiatr

Zniszczenia w mieście Gulfport po przejściu cyklonu Katrina

Cyklony tropikalne mogą powodować katastrofalne zniszczenia. Pierwszym oczywistym niszczycielskim czynnikiem jest wiatr. W najsilniejszych huraganach jego rekordowa prędkość, szacowana na podstawie ciśnienia w centrum (wiatromierze nie wytrzymują takich warunków), przekracza 85 m/s (305 km/h). Najsilniejsze wiatry wieją na ogół w połówkach cyklonów bardziej oddalonych od równika, gdyż do prędkości związanej z cyrkulacją cykloniczną dodaje się tam prędkość przemieszczania samego układu. W części cyklonu bliższej równika, przez marynarzy, zw. czasami "połową żeglowną", prędkości te się odejmują i siła wiatru jest mniejsza.

Opad

Drugim czynnikiem zniszczeń jest opad. W chmurach cyklonów tropikalnych, zasilanych ciepłym i wilgotnym powietrzem, kondensują ogromne ilości wody i spora jej część wypada z chmur w postaci deszczu. Rekordowe opady obserwowano w cyklonach tropikalnych na wyspie Reunion na Oceanie Indyjskim, np. cyklon Denise w nocy z 7 na 8 grudnia 1966 r. przyniósł 1144 mm opadu w ciągu 12 godzin i 1825 mm w ciągu 24 godzin. W styczniu 1980 r. cyklon Hiacinthe przyniósł tam 3240 mm opadu w ciągu 3 dni i 5678 mm w ciągu 10 dni. Dla porównania maksymalna zarejestrowana ilość opadu, która wywołała katastrofalną powódź w Polsce w lipcu 1997 r., wyniosła w Kamienicy Kłodzkiej ok. 455 mm w ciągu 3 dni.

Fala przypływowa

Trzecim czynnikiem (powodującym głównie zniszczenia obszarów nadbrzeżnych) jest fala przypływowa spowodowana wiatrem oraz niskim ciśnieniem w centrum cyklonu. Wysokość fali może przekraczać 6 m; powoduje ona zatopienie niżej położonych obszarów. Amerykanie wprowadzili skalę intensywności huraganów, tzw. skalę Saffira-Simpsona. Podobną skalę wprowadziły australijskie służby meteorologiczne.

Słynne cyklony tropikalne

Huragan Mitch

Najbardziej katastrofalnym cyklonem tropikalnym w udokumentowanej historii był cyklon Bhola, który w 1970 spustoszył Bangladesz. Nie ma dokładnych danych dotyczących liczby ofiar, ale ostrożne szacunki podają liczbę, co najmniej 300 tys. zabitych, głównie w wyniku zalania nisko położonych terenów przez fale przypływu. Straty spowodowane przez huragan Andrew na Bahamach i w południowo-wschodnich stanach USA w 1992 przekroczyły 30 mld dolarów USA. Katastrofalny huragan Mitch zaatakował jesienią 1998 Amerykę Środkową, powodując kilkanaście tysięcy ofiar śmiertelnych i kolosalne straty materialne, głównie na skutek katastrofalnych opadów i spowodowanych nimi osunięć ziemi oraz powodzi. Z kolei we wrześniu 2005 roku huragan Katrina spowodował zalanie Nowego Orleanu oraz spustoszył stan Missisipi.

W większości krajów nawiedzanych przez cyklony tropikalne jednym z najważniejszych zadań służb meteorologicznych jest obserwacja i prognozowanie tych zjawisk. Cały cykl życiowy cyklonów tropikalnych śledzi się, przeprowadzając obserwacje przy użyciu geostacjonarnych satelitów meteorologicznych. Gdy cyklony znajdują się w zasięgu radarów meteorologicznych, można "zaglądać" do ich wnętrza. Ponadto Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych (ang. USAF) oraz National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) dysponują flotą samolotów pomiarowych wyposażonych w urządzenia do badania huraganów. Dane satelitarne, radarowe, z pomiarów lotniczych i naziemnych służą do opracowywania prognoz dotyczących rozwoju i trasy cyklonów; prognozy są wykorzystywane przez służby obrony cywilnej, które podejmują działania obronne przed siłą żywiołu.

Regionalne nazwy

W poszczególnych rejonach świata cyklony tropikalne, których siła wiatru przekracza 63 węzły, noszą lokalne nazwy. Nazwy te częściej są stosowane w locjach niż w komunikatach prognostycznych. Wszystkie odnoszą się do tego samego zjawiska meteorologicznego i są to:

• huragan (ang. hurricane) - północny Atlantyk, rejon zachodnioindyjski (nazywane również cyklonami zachodnioindyjskimi lub antylskimi), północno-wschodni Pacyfik, południowo-wschodni Pacyfik (Fidżi, Samoa, Nowa Zelandia, wybrzeża Queensland w Australii),

• tajfun (ang. typhoon) - północno-zachodni Pacyfik,

• cyklon (ang. cyclone) - powstające w okresie styczeń-marzec cyklony tropikalne w rejonie Zatoki Bengalskiej, Morza Arabskiego, u południowej części Oceanu Indyjskiego na zachód od 080° E (tzw. cyklony Mauritius),

• bungo (taj. bagujos, vagio) - rejon Filipin, najczęściej w okresie lipiec-listopad,

• willy-willy - nazwa z języka angielskiego stosowana na Morzu Timor i Morzu Arafura u północno-zachodnich wybrzeży Australii w okresie listopad-marzec,

• cordonazo - nazwa z języka hiszpańskiego określająca mały huragan na północno-wschodnim Pacyfiku, występujący dość rzadko na początku października i poruszający się z okolic 130° W przez Wyspy Revillagigedo ku wybrzeżom Meksyku.

---