Rapidní intenzifikace tropických cyklón představují značné nebezpečí, způsobují je majoritně horké věže
V posledních třiceti letech se predikce směru pohybu tropických cyklón výrazně zlepšily, což hraje podstatnou roli v určování pobřežní oblasti, kterou tropická cyklóna nejdramatičtěji zasáhne. Stále složitým úkolem ale zůstává přesné předpovídání rychlosti zesilování tropických cyklon. Na rozdíl od predikcí směru pohybu cyklóny, který majoritně určují větry ve vyšších vrstvách troposféry (v angl. steering winds), možnosti předpovědi intenzifikace a rychlosti intenzifikace tropické cyklóny závisí na několika faktorech. Některé z těchto faktorů jsou malého rozsahu a obtížně se zobrazují v předpovědních modelech. Obzvláště problematické jsou tropické cyklóny, které prochází tzv. rapidní intenzifikací (v angl. rapid intensification). V těchto bouřích se rychlosti větru zvýší o 55 km/h v průběhu 24 hodin. Takto neočekávané a velmi obtížně predikovatelné zesílení tropických cyklón může v zasažených oblastech zvýšit rizika ztrát na životech a škod na majetku.
Přitom například všechny 4 hurikány, která v historii zasáhly pevninu USA jako hurikán nejvyšší kategorie, před příchodem na pevninu prošly rapidní intenzifikací. Během pouhých tří dnů zesílily z tropické bouře na hurikán kategorie 5.
Dráhy hurikánů, které jako kategorie 5 zasáhly USA - všechny prošly rapidní intenzifikací a během pouhých 3 dnů zesílily z tropické bouře na hurikán kategorie 5, zdroj: twitter.com
Dalším příkladem rapidní intenzifikace je situace v západním Pacifiku, kde letos v září došlo k rapidní intenzifikaci tajfunu Noru. Vítr v tajfunu zrychlil z 80 km/h, kterých dosahoval 24. září, na až neuvěřitelných 250 km/h v průběhu následujícího dne. V meteorologických záznamech je jen hrstka bouří, které kdy tak rychle zesílily. V dnešním článku se pokusíme nastínit možné podmínky, které vedou k rapidní intenzifikaci tropických cyklón.
Obr. 1 Tajfun Noru dne 25. září 2022 při vstupu na pevninu Filipín. Snímek je pořízen družicí Suomi NPP pomocí zobrazovacího infračerveného radiometru VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite). Chladnější oblačnost je zobrazena ve fialových odstínech a teplejší oblačnost ve žlutých odstínech. Nejchladnější teploty jsou vyobrazeny bíle a jsou obecně spojeny s nejvýše položenou horní hranicí oblačnosti, zdroj: earthobservatory.nasa.gov
Mezi klíčové ingredience pro rapidní intenzifikaci bychom mohli zařadit vysoké teploty mořské vody u hladiny, vysoký obsah tepla v oceánu a nízký vertikální střih větru. Teplé vody jsou prekurzorem teplého a vlhkého vzduchu, což poskytuje nezbytnou energii a vlhkost pro rozvoj tropických cyklón. Vertikální střih větru znamená rozdíl v rychlosti a směru větru v závislosti na výšce. Vysoké hodnoty vertikálního střihu větru způsobují odtrhávání vrcholků oblačnosti rozvíjejících se tropických cyklón a rovněž při vyšším střihu větru může být do konvekční oblačnosti vtahován nenasycený okolní vzduch, čímž dochází k jejich oslabovaní. Naopak nízké hodnoty vertikálního střihu větru umožňují vznik a rozvoj tropických cyklón.
Obr. 2 Satelitní snímky tropické bouře a následně hurikánu Maria 17. (vlevo) a 18. (vpravo) 9. 2017 ve střední Americe. Snímky znázorňují, jak za pouhých 24 hodin došlo k vývoji hurikánu 4. kategorie z poněkud neorganizované tropické bouře, zdroj: earthobservatory.nasa.gov
Zmíněný obsah tepla v oceánu uvažuje hloubku moře a také, jak teplé jsou vrstvy vody níže pod mořskou hladinou. Jedná se o energii, kterou oceán absorboval a je v něm uložena. Hloubka vrstvy teplé vody hraje klíčovou roli pro vznik tropických cyklón. Udává se, že je zapotřebí hloubka teplé vody při povrchu oceánu alespoň 50 m. To protože při tropické cyklóně dochází vlivem silných větrů k intenzivnímu promíchávání svrchních vrstev oceánské vody.
Obr. 3 Horká věž (hot tower) ve stěně oka v centru tropické cyklóny znázorněná prostřednictvím počítačové simulace, zdroj: gpm.nasa.gov
Horké věže (Obr. 3) v podstatě představují vertikálně rozsáhlý konvekční oblak v rámci tropické cirkulace, který se zasahuje od spodních vrstev troposféry až k tropopauze. Tyto oblačné věže se označují jako „horké“, protože zasahují až k stratosféře a kvůli velkému množství latentního tepla, které se uvolňuje při kondenzaci vodní páry, jsou relativně teplejší než jejich okolí. Horké věže se vyskytují v centru tropických cyklón v mohutné kupovité oblačnosti, která obklopuje okolo bouře. Odborně se tato oblačnost označuje jako stěna oka.
Oko v centru tropické cyklóny představuje oblast s velmi nízkým tlakem vzduchu. V blízkosti povrchu oceánu (uvažujeme zde, že se většina tropických cyklón vyskytuje podstatnou část života nad oceány) se vzduch spirálovitě stáčí směrem do centra cyklóny ve snaze zaplnit oblast nízkého tlaku. Jakmile se ale vzduch přiblíží k oku, narazí na stěnu oka, podél které velmi rychle stoupá vzhůru až k tropopauze. Stoupající vzduch získává energii z teplé vody oceánu a při vzestupu ji v stěně oka uvolňuje prostřednictvím kondenzace, čímž udržuje tropickou cyklónu při životě. Horké věže ve stěně oka fungují v podstatě jako výtahy, které urychlující pohyb vzduchu a tedy i energie do oblačnosti tropické cyklóny. Toto urychlení toku energie může vést k rapidní intenzifikaci tropické cyklóny.
Obr. 4 Červené šipky znázorňují víry, které se vytvářejí ve stěně oka v reakci na výrazný gradient rychlosti větru mezi stěnou oka a okem tropické cyklóny, zdroj: gpm.nasa.gov
Co způsobuje vznik horkých věží? Mezi stěnou oka, kde panují nejsilnější větry v tropické cyklóně, a relativně klidným počasím se slabšími větry uvnitř oka vzniká velký gradient rychlosti větru. Tyto relativně úzké změny rychlosti větru mohou vést ke vzniku vírů uvnitř stěny oka (Obr. 4). Jak jsme avizovali již v předchozím odstavci, v blízkosti povrchu se vzduch spirálovitě stáčí směrem do středu cyklóny. Tento vzduch následně narazí na vzniklé víry ve stěně oka, což jej intenzivněji nutí stoupat vzhůru (Obr. 5). Takto vzniklý velmi silný vzestupný proud ve stěně oka přenáší vlhkost a energii mnohem výše a rychleji a tímto formuje horkou věž.
Obr. 5 Vzduch, který se spirálovitě pohybuje do centra tropické cyklóny, narazí na vír ve stěně oka, který jej donutí rychle stoupat vzhůru. Vzestupující vzduch s sebou nese velké množství vlhkosti a energie, čímž formuje horou věž, zdroj: gpm.nasa.gov
Na základě vědeckých studií byla potvrzena souvislost mezi horkými věžemi a rapidní intenzifikací tropických cyklón. Předpovídání intenzifikace však zůstává obtížným problémem. Naději v tomto ohledu přinášejí satelitní pozorování a superpočítačové simulace.
Přitom například všechny 4 hurikány, která v historii zasáhly pevninu USA jako hurikán nejvyšší kategorie, před příchodem na pevninu prošly rapidní intenzifikací. Během pouhých tří dnů zesílily z tropické bouře na hurikán kategorie 5.
Dráhy hurikánů, které jako kategorie 5 zasáhly USA - všechny prošly rapidní intenzifikací a během pouhých 3 dnů zesílily z tropické bouře na hurikán kategorie 5, zdroj: twitter.com
Dalším příkladem rapidní intenzifikace je situace v západním Pacifiku, kde letos v září došlo k rapidní intenzifikaci tajfunu Noru. Vítr v tajfunu zrychlil z 80 km/h, kterých dosahoval 24. září, na až neuvěřitelných 250 km/h v průběhu následujícího dne. V meteorologických záznamech je jen hrstka bouří, které kdy tak rychle zesílily. V dnešním článku se pokusíme nastínit možné podmínky, které vedou k rapidní intenzifikaci tropických cyklón.
Obr. 1 Tajfun Noru dne 25. září 2022 při vstupu na pevninu Filipín. Snímek je pořízen družicí Suomi NPP pomocí zobrazovacího infračerveného radiometru VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite). Chladnější oblačnost je zobrazena ve fialových odstínech a teplejší oblačnost ve žlutých odstínech. Nejchladnější teploty jsou vyobrazeny bíle a jsou obecně spojeny s nejvýše položenou horní hranicí oblačnosti, zdroj: earthobservatory.nasa.gov
Mezi klíčové ingredience pro rapidní intenzifikaci bychom mohli zařadit vysoké teploty mořské vody u hladiny, vysoký obsah tepla v oceánu a nízký vertikální střih větru. Teplé vody jsou prekurzorem teplého a vlhkého vzduchu, což poskytuje nezbytnou energii a vlhkost pro rozvoj tropických cyklón. Vertikální střih větru znamená rozdíl v rychlosti a směru větru v závislosti na výšce. Vysoké hodnoty vertikálního střihu větru způsobují odtrhávání vrcholků oblačnosti rozvíjejících se tropických cyklón a rovněž při vyšším střihu větru může být do konvekční oblačnosti vtahován nenasycený okolní vzduch, čímž dochází k jejich oslabovaní. Naopak nízké hodnoty vertikálního střihu větru umožňují vznik a rozvoj tropických cyklón.
Obr. 2 Satelitní snímky tropické bouře a následně hurikánu Maria 17. (vlevo) a 18. (vpravo) 9. 2017 ve střední Americe. Snímky znázorňují, jak za pouhých 24 hodin došlo k vývoji hurikánu 4. kategorie z poněkud neorganizované tropické bouře, zdroj: earthobservatory.nasa.gov
Zmíněný obsah tepla v oceánu uvažuje hloubku moře a také, jak teplé jsou vrstvy vody níže pod mořskou hladinou. Jedná se o energii, kterou oceán absorboval a je v něm uložena. Hloubka vrstvy teplé vody hraje klíčovou roli pro vznik tropických cyklón. Udává se, že je zapotřebí hloubka teplé vody při povrchu oceánu alespoň 50 m. To protože při tropické cyklóně dochází vlivem silných větrů k intenzivnímu promíchávání svrchních vrstev oceánské vody.
Horké věže
Ale ne všechny tropické cyklóny, byť se sejdou vhodné podmínky, neprochází rapidní intenzifikací. Důležitou roli zde hrají specifické dynamické procesy, které se odehrávají v centru bouře. Na základě výzkumů provedených v posledních letech se na rapidní intenzifikaci tropických cyklón majoritně podílejí vysoké a rotující konvektivní věže v centru bouře. V anglicky psané literatuře se tyto jevy označují jako horké věže (z angl. hot towers).Obr. 3 Horká věž (hot tower) ve stěně oka v centru tropické cyklóny znázorněná prostřednictvím počítačové simulace, zdroj: gpm.nasa.gov
Horké věže (Obr. 3) v podstatě představují vertikálně rozsáhlý konvekční oblak v rámci tropické cirkulace, který se zasahuje od spodních vrstev troposféry až k tropopauze. Tyto oblačné věže se označují jako „horké“, protože zasahují až k stratosféře a kvůli velkému množství latentního tepla, které se uvolňuje při kondenzaci vodní páry, jsou relativně teplejší než jejich okolí. Horké věže se vyskytují v centru tropických cyklón v mohutné kupovité oblačnosti, která obklopuje okolo bouře. Odborně se tato oblačnost označuje jako stěna oka.
Oko v centru tropické cyklóny představuje oblast s velmi nízkým tlakem vzduchu. V blízkosti povrchu oceánu (uvažujeme zde, že se většina tropických cyklón vyskytuje podstatnou část života nad oceány) se vzduch spirálovitě stáčí směrem do centra cyklóny ve snaze zaplnit oblast nízkého tlaku. Jakmile se ale vzduch přiblíží k oku, narazí na stěnu oka, podél které velmi rychle stoupá vzhůru až k tropopauze. Stoupající vzduch získává energii z teplé vody oceánu a při vzestupu ji v stěně oka uvolňuje prostřednictvím kondenzace, čímž udržuje tropickou cyklónu při životě. Horké věže ve stěně oka fungují v podstatě jako výtahy, které urychlující pohyb vzduchu a tedy i energie do oblačnosti tropické cyklóny. Toto urychlení toku energie může vést k rapidní intenzifikaci tropické cyklóny.
Obr. 4 Červené šipky znázorňují víry, které se vytvářejí ve stěně oka v reakci na výrazný gradient rychlosti větru mezi stěnou oka a okem tropické cyklóny, zdroj: gpm.nasa.gov
Co způsobuje vznik horkých věží? Mezi stěnou oka, kde panují nejsilnější větry v tropické cyklóně, a relativně klidným počasím se slabšími větry uvnitř oka vzniká velký gradient rychlosti větru. Tyto relativně úzké změny rychlosti větru mohou vést ke vzniku vírů uvnitř stěny oka (Obr. 4). Jak jsme avizovali již v předchozím odstavci, v blízkosti povrchu se vzduch spirálovitě stáčí směrem do středu cyklóny. Tento vzduch následně narazí na vzniklé víry ve stěně oka, což jej intenzivněji nutí stoupat vzhůru (Obr. 5). Takto vzniklý velmi silný vzestupný proud ve stěně oka přenáší vlhkost a energii mnohem výše a rychleji a tímto formuje horkou věž.
Obr. 5 Vzduch, který se spirálovitě pohybuje do centra tropické cyklóny, narazí na vír ve stěně oka, který jej donutí rychle stoupat vzhůru. Vzestupující vzduch s sebou nese velké množství vlhkosti a energie, čímž formuje horou věž, zdroj: gpm.nasa.gov
Na základě vědeckých studií byla potvrzena souvislost mezi horkými věžemi a rapidní intenzifikací tropických cyklón. Předpovídání intenzifikace však zůstává obtížným problémem. Naději v tomto ohledu přinášejí satelitní pozorování a superpočítačové simulace.
