آشنایی با هاريکن ها

[Rez@ee]

http://cloudysky.ir/upload/Image/h1.gif

هاريکن ها چرخند هايي هستند که برروي اقيانوس هاي گرم حاره اي توسعه مي يابند و داراي باد هاي تقويت شوند هاي هستند که سرعت آنها حد اقل 64 نات (74 متر در ساعت ) مي باشد اين طوفان ها قابليت توليد باد هاي خطر ناک و باران هاي سيل آسا و طغيان گر را دارند که همه اين موارد باعث بروز خسارات فراوان و تلفات جاني در نواحي ساحلي مي گردد به طور مثال يک طوفان به ياد ماندني که تلفات جاني 50 نفره و خسارت مالي 30 ميليون دلاري در بر داشت توفان Andrew است که تصوير آن در بالا نشان داده شده است
هدف اصلي در اين مبحث معرفي هاريکن ها و نحوه شکل گيري آنها و تشريح چگونگي تاثير شرايط جوي در توسعه هاريکن ها مي باشد
هاريکن ها :
هاريکن ها چرخند هاي حاره اي هستند که سرعت باد آنها از 64 نات بيشتر باشد هاريکن ها در نيمکره شمالي در خلاف جهت عقربه هاي ساعت و در نيمکره جنوبي در جهت عقربه هاي ساعت حول مرکز خود مي چرخند هاريکن ها از طوفان هاي تندري شکل مي گيرند اين توفان هاي تندري به کمک اقيانوس و شرايط جوي به هاريکن تبديل مي شوند در ابتدا دماي آب اقيانوس بايد بيشتر از 25 درجه سانتيگراد باشد( 81 درجه فارنهايت ) گرما و رطوبت آب گرم اقيانوس ها به عنوان منبع انرژي براي هاريکن ها حساب مي شوند به همين دليل است که هاريکن ها به هنگام عبور از روي خشکي و يا اقيانوس هاي سرد تر ويا مناطقي که داراي گرما ورطوبت کافي نباشند به سرعت تضعيف مي شوند

http://cloudysky.ir/upload/Image/h2.gif
علاوه بر اقيانوس ها ي گرم شرجي و رطوبت بالا در تراز هاي مياني و پايين جو براي توسعه هاريکن ها مورد نياز مي باشند اين شرجي بالا مقدار تبخير را در ابرها کاهش مي دهد و گرماي نهان آزاد شده ناشي از بارندگي را افزايش مي دهد تمرکز گرماي نهان براي حرکت سيستم حياتي است
برش قائم باد در محيط اطراف چرخند هاي حاره اي بسيار با اهميت است که منظور از برش باد ميزان تغيير در سرعت و جهت باد با افزايش ارتفاع است.
هنگامي که برش باد ضعيف باشد توفان که قسمتي از چرخنده است به صورت قايم رشد مي کند و گرماي نهان ناشي از چگالش در هوايي که مستقيما در بالاي طوفان قرار دارد آزاد مي شود و به توسعه طوفان کمک مي کند هنگامي که برش باد قوي تري وجود داشته باشد طوفان به صورت اريب وکج در مي آيد و گرماي نهان بر روي منطقه گسترده تري آزاد مي شود
پيشرفت اوليه طوفان) طوفان هايي که تبديل به هاريکن مي شوند ):
هاريکن ها از منطقه يک طوفان تندري سرچشمه مي گيرند اين طوفان هاي تندري معمولا به يکي از سه روش زير شکل مي گيرند اولين مورد (ITCZ) يا منطقه همگرايي درون حاره اي(ITCZ) مي باشد حلقه طوفان هاي تندري مي باشد که دور تا دور کره زمين را در مناطق حاره اي مي پوشاند همان طور که در شکل زير نشان داده شده است امواج شرقي در نزديکي استوا همگرا مي شوند و طوفان هاي تندري را ايجاد مي کنند که مي توان آنها را توسط تصاوير ماهواره اي در طول استوا مشاهده کرد.

http://cloudysky.ir/upload/Image/h3.jpghttp://cloudysky.ir/upload/Image/h4.gif

دومين منبع براي توفان هاي تندري که مي توانند هاريکن ايجاد کنند امواج متحرک جوي هستند که به امواج شرقي معروفند امواج شرقي شبيه امواج عرض هاي مياني هستند با اين تفاوت که آنها در جريان تجاري شرقي هستند همگرايي ناشي از اين امواج باعث ايجاد طوفان هاي تندري مي گردد که مي توانند به هاريکن تبديل شوند

http://cloudysky.ir/upload/Image/h5.gif

سومين مکانيسم توليد طوفان هاي تندري در امتداد مرز جبهه هاي پير (old) مي باشد که به سوي سواحل فلوريدا و خليج مکزيک حرکت مي کنند توسعه و پيشرفت اين جبهه ها مي تواند باعث ايجاد طوفان گردد که اگر شرايط جوي واقيانوسي مساعد باشد اين طوفان ها مي توانند به چرخند هاي حاره اي توسعه پيدا کنند نقشه زير مناطقي از جهان را که چرخند هاي حاره اي مي توانند از آنجا سرچشمه بگيرند نشان مي دهد طوفان هاي تندري معمولا در نيمکره شمالي يافت مي شوند اما اقيانوس آرام و اقيانوس هند نيز مي توانند طوفان هايي را در نيمکره جنوبي ايجاد کنند در نقاط مختلف جهان هاريکن ها با نام هاي مختلف نام گذاري مي شوند
دراستوا سطح اقيانوس براي توليد هاريکن به اندازه کافي گرم است اما هيچ هاريکني ايجاد نمي شود زيرا نيروي کوريليس براي ايجاد چرخش والقا کردن پتانسيل هاريکن کم است.



http://cloudysky.ir/upload/Image/h6.gif
CISK: چگونه طوفان هاي تندري به هاريکن تبديل مي شوند :
CISK (واپيچش همرفتي نوع دوم ) نظريه معروفي است که توضيح مي دهد که چگونه طوفان ها تندري مي توانند چگاليده شده و به هاريکن تبديل شوند CISK يک سيستم feedback مثبت است به اين معني که هرگاه يک عمليات آغاز مي شود منجر به يک سري پيشرفت هايي مي شود که خود باعث پيشرفت کل آن عمليات مي گردد و اين چرخه به طور متناوب تکرار مي گردد.
هواي روي سطح که به درون يک مرکز کم فشار مي چرخد باعث ايجاد همگرايي مي شود و مرکز کم فشار به طرف بالا صعود مي کند هوا سرد مي شود و رطوبت چگاليده مي شود که موجب آزاد شدن گرماي نهان مي گردد اين گرماي نهان آزاد شده است که باعث تامين انرژي توفان ذمي شود

http://cloudysky.ir/upload/Image/h7.gifhttp://cloudysky.ir/upload/Image/h8.gif

از آنجا که چگالي هواي گرم از هواي سرد کمتر است هواي گرم فضاي کمتري را اشغال مي کند اين گسترش هواي گرم هواي بيشتري را از مرکز طوفان به بيرون منتقل مي کند و فشار سطح (وزن هواي بالاي سطح) کاهش ميابد وقتي که فشار سطح کاهش پيدا مي کند يک گراديان فشار بزرگتر شکل مي گيرد و هواي بيشتري به سمت مرکز طوفان همگرا مي شود اين امر باعث ايجاد همگرايي سطحي بيشتري مي شود و موجب مي رشود که هواي مرطوب سطحي بيشتري بلند شود اين هوا وقتي که سرد شود چگاليده شده و به ابر تبديل مي شود وقتي اين امر اتفاق مي افتد گرماي نهان بيشتري آزاد مي شود
اين چرخه به طور متناوب تکرار مي شود و هر بار باعث قوي تر شدن طوفان مي شود تا آنجا که فاکتورهاي ديگر مانند آب سرد سطح خشکي و يا برش شديد باد باعث ضعيف شدن آن مي شود
مراحل توسعه طوفان )از آشفتگي هاي حاره اي تا هاريکن):
طوفان ها در يک چرخه از تولد تا مرگ دچار آشفتگي هاي زيادي مي شوند يک آشفتگي حاره اي مي تواند با دستيابي به يک سرعت باد مشخص به يک مرحله شديد تر توسعه پيدا کند پيشرفت آشفتگي حاره اي در تصوير زير قابل ديدن است.
طوفانها گاهي اوقات مي توانند براي يک دوره زماني طولاني به اندازه دو يا سه هفته زندگي کنند آنها ممکن است از دسته اي از طوفان هاي تندري بر روي آب هاي اقيانوس هاي حاره اي سرچشمه بگيرند
وقتي که يک آشفتگي به يک آشفتگي حاره اي تبديل مي شود مدت زماني که طول مي کشد تا به مرحله بعد توسعه پيدا کند (طوفان حاره اي) نصف روز تا دو روز مي باشد گاهي اوقات هم ممکن است اتفاق نيافتد همين مدت زمان نيز طول مي کشد که يک طوفان حاره اي به شدت يک هاريکن تقويت شود شرايط اقيانوس و جو مهمترين نقش را در رخداد اين پديده ها ايفا مي کنند.
در تصوير زير که مربوط به يک طوفان در سال 1995 است آشفتگي هاي حاره اي به وضوح ديده مي شوند.

http://cloudysky.ir/upload/Image/h11.gif
http://cloudysky.ir/upload/Image/h10.gif
http://cloudysky.ir/upload/Image/h9.gif


در سمت چپ تصوير طوفان حاره اي Jerry در بالاي فلوريدا مشاهده مي شود ودر سمت راست طوفان Iris بين دو آشفتگي حاره اي قابل ديدن است

آشفتگي حاره اي ( Tropical depression)
هر گاه دسته از طوفان هاي تندري در شرايط مساعد جوي در کنار يکديگر قرار گيرند تشکيل آشفتگي حاره اي مي دهند سرعت باد در مرکز آشفتگي تقريبا به طور ثابتي بين 30_20 نات مي باشد
يک آشفتگي حاره اي زماني اتفاق مي فتد که اولين علايم کم فشاري و چرخش در مرکز طوفان تندري رخ دهد در نقشه هاي سطح زمين ايزو بار ها به هم نزديک مي شوند و اين کم فشاري را نشان مي دهد

http://cloudysky.ir/upload/Image/h9.gif
وقتي که تصاوير ماهواره اي مشاهده مي شود به نظر مي رسد که آشفتگي حاره اي سازمان دهي اندکي داشته باشد با وجود اين معمولا مقدار اندکي چرخش به هنگام مشاهده تصاوير ماهواره اي مشاهده مي شود علاوه بر حالت چرخشي که آشفتگي حاره اي را شبيه هاريکن ها نشان مي دهد اشفتگي حاره اي به دسته اي از طوفان ها ي تندري که در کنار يکديگر نيز تجمع يافته اند نيز شبيه است.


http://cloudysky.ir/upload/Image/h13.gif
طوفان هاي حاره ای
وقتي که يک آشفتگي حاره اي به حد اکثر سرعت خود که بين 64_35 نات است مي رسد به طوفان تندري تبديل مي شود در اين زمان به آن يک نام اختصاصي مي دهند در اين مدت طوفان خو د به خود سازماندهي شده و حالت چرخشي آن بيشتر مي شود و براي تبديل شدن به هاريکن آماده مي شود

http://cloudysky.ir/upload/Image/h10.gif
حالت چرخش طوفان تندري نسبت به چرخش آشفتگي حاره اي بيشتر است طوفان تندري حتي بدون تبديل شدن به هاريکن نيز مي تواند مشکلات زيادي ايجاد کند عموما بيشتر مشکلاتي که يک طوفان تندري ايجاد مي کند ناشي از بارش زياد است


http://cloudysky.ir/upload/Image/h15.gif
تصوير ماهواره اي بالا مربوط به طوفان تندري Charl مي باشد (1998) بيشتر شهرهاي جنوبي تگزاز بارندگي سنگين بين 10_5 اينچ را گزارش کردند از جمله اين موارد بارش درDelrio بود که بيشتر از 17 اينچ در يک روز گزارش شد و مردم را از خانه هايشان خارج کرد و 6 نفر تلفات جاني در بر داشت
ساختار کلي هاريکن ها:

http://cloudysky.ir/upload/Image/h11.gif
هنگامي که فشار سطح شروع به افت مي کند طوفان حاره اي تبديل به هاريکن مي شود و سرعت باد ان به 64 نات مي رسد و چرخش حول هسته مرکزي توسعه پيدا مي کند هاريکن ها قوي ترين چرخنده هاي حاره اي زمين هستند يک ويژگي مشخص در همه هاريکن ها که فقط مربوط به آنها مي باشد نقطه تيره اي است که در وسط هاريکن ها يافت مي شود و به آن چشم طوفان مي گويند اطراف چشم توسط کمربندي از شديد ترين باد ها و بارندگي ها احاطه شده است که به آن ديوار چشم (eye wall ) مي گويند نوار بزرگي از ابرها ي باران زا در اطراف ديوار چشم به طور مارپيچ وجود دارد که به آنها نوار مارپيچي گفته مي شود (Spiral bamd) هاريکن ها به راحتي توسط نوتر چرخشي دور چشم در تصاوير ماهواره اي و راداري قابل تشخيص هستند هاريکن ها با توجه به سعت باد آنها توسط مقياس (saffir simpson) دسته بندي مي شوند اين مقياس از دسته 1 تا دسته 5 تغيير مي کند که توفان دسته 5 مخرب ترين توفان است
در شرايط مساعد جوي هاريکن ها مي توانند براي مدت 2 هفته عمر کنند در بالاي آب هاي سرد يا سطح خشکي هاريکن ها به سرعت ضعيف مي شوند
چشم هاريکن :مرکز توفان
مهمترين مشخصه که در هاريکن ها يافت مي شود چشم طوفان است چشم در مرکز طوفان قرار دارد و قطرآن بين 50_20 کيلومتر است چشم نقطه تمرکز طوفان است و نقطه اي است با کمترين فشار سطحي که بقيه طوفان در آن مي چرخد در تصوير زير چشم طوفان به خوبي قابل ديدن است

http://cloudysky.ir/upload/Image/h18.gif

آسمان اغلب در بالاي چشم صاف است و باد نسبتا آرام مي باشد در حقيقت چشم آرام ترين قسمت هر طوفان است چشم به اين دليل آرام ترين قسمت است که باد شديدي که به سمت مرکز همگرا مي شود هرگز به آن نمي رسد نيروي کوريليس باد را به آرامي از مرکز منحرف مي کند و منجر به چرخش آن دور مرکز هاريکن مي شود (eye wall) که اين امر موجب مي شود مرکز آرام باشد
چشم هنگامي قابل ديدن مي شود که هواي صعود کننده به جاي اينکه به بيرون منتقل شود به سمت مرکز طوفان انتقال يابد اين هوا از تمام راستاها به سمت داخل حرکت مي کند اين همگرايي موجب مي شود که هوا در مرکز طوفان نزول کند اين نزول هوا محيط اطراف را گرم تر مي کند و تبخير ابرها موجب پيدا شدن يک منطقه صاف در مرکز مي شود
ديوار چشم (ويرانگر ترين منطقه هاريکن )
ديوار چشم در اطراف چشم قرار دارد اين مکان جايي است که بيشترين باد هاي مخرب و شديد ترين بارندگي ها در آنجا يافت مي شود در تصوير زير ديوار چشم نشان داده شده است

http://cloudysky.ir/upload/Image/h19.gif


ديوار چشم به اين دليل به اين نام خوانده مي شود که معمولا مرکز هاريکن توسط ديواري از ابر احاطه مي شود در سطح زمين باد به طرف مرکز طوفان در حرکت است و هوا را مجبور مي کند که در مرکز صعود کند همگرايي ديوار چشم به اندازه اي شديد است که هوا با سرعت بيشتري نسبت به نقاط ديگر هاريکن به بالا کشيده مي شود بنابر اين انتقال رطوبت از اقيانوس به طوفان و گرماي نهان ازاد شده در اين مکان بيشتر است

نوار مارپيچ(جايي که بيشترين بارندگي مشاهده مي شود )
ازسمت مرکز طوفان که به بيرون حرکت کنيم مي توانيم نواري را که ساختار ابري دارد مشاهده کنيم اين ابرها نوار مارپيچ باران نيز نام دارند که در تصوير زير به خوبي قابل مشاهده هستند



http://cloudysky.ir/upload/Image/h20.gif

گاهي اوقات فاصله هايي بين اين نوار ها وجود دارد که هيچ بارندگي در آنها ديده نشده است به طور کلي اگر از لبه هاريکن به طرف مرکز آن حرکت کنيم خواهيم ديد که در برخي از نواحي آن بارندگي شديد است و در برخي نواحي بارندگي آرام است و اين امر به طور متوالي تکرار مي شود تا به مرکز توفان برسيم و هرچه به مرکز وچشم هاريکن نزديک تر شويم بارندگي شديد تر مي شود



http://cloudysky.ir/upload/Image/h21.gif
طرحي از اين شکل مارپيچي در شکل بالا نشان داده شده است طوفان تندري اکنون به مناطقي با هواي صعود کننده يا نزول کننده سازماندهي شده است بيشتر هوا در حال صعود است ولي مقدار کمي از هوا نيز يافت مي شود که نزول مي کند
11_فشار و باد ( توزيع در امتداد هاريکن)
فشار جو و سرعت باد در امتداد قطر هاريکن تغيير مي کند تصوير زير تغييراتي از سرعت باد ابي و فشار سطح قرمز را در امتداد يک هاريکن نشان مي دهد در فاصله بين 200_100 کيلومتر از چشم باد به اندازه کافي قوي است تا قابليت هاي يک طوفان حاره اي را داشته باشد فشار جو نيز در اين فاصله نسبت به مرکز طوفان به اندازه کافي بالا مي باشد( ml 9901010 )
با اين وجود هرچه به ديوار چشم نزديک مي شويم فشار بيشتر افت مي کند و سرعت باد افزايش مي يابد در فاصله حدود 100_50 کيلومتري بيشترين تغييرات در فشار و سرعت باد رخ مي دهد

http://cloudysky.ir/upload/Image/h22.gif
فشار با سرعت بيشتري افت خواهد کرد اگر سرعت باد به طور همزمان با آن کاهش يابد در ديوار چشم سرعت باد به حداکثر مقدار خود مي رسد اما در مرکز و در چشم باد بسيار آرام است فشار سطح در امتدا ديوار چشم باز هم کاهش مي يابد تا به حد اقل مقدار خود در مرکز برسد با خروج از مرکز باد و فشار با سرعت افزايش پيدا مي کند در طرف ديگر ديوار چشم باد با سرعت افزايش پيدا مي کند و سپس به مرور کاهش پيدا مي کند نيمرخ فشار و باد در داخل يک هاريکن کاملا متناسب است بنابر اين در ديوار چشم افزايش سريع فشار و سرعت باد انتظار مي رود و همچنين بعد از آن افزايش آهسته تر فشار و کاهش سرعت باد مورد انتظار مي باشد
حرکت هاريکن ها :
الگوي جهاني باد که با نام گردش عمومي شناخته مي شود و باد هاي سطحي هر نيم کره به سه دسته کمر بند باد تقسيم مي شوند :
الف- امواج شرقي قطبي-از 90_60 درجه عرض جغرافيايي
ب- بادهاي غربي 60_30 درجه عرض جغرافيايي
ج- امواج شرقي حاره اي از 30_0 درجه عرض جغرافيايي(بادهاي تجاري)

http://cloudysky.ir/upload/Image/h23.gif

بادهاي تجارتي شرقي در هر دو نيمکره در منطقه اي نزديک استوا همگرا مي شوند (ITCZ) که به آن منطقه همگرايي درون حاره اي مي گويند که کمربندي از ابرها و طوفان هاي تندري را پديد مي آورد که بخش هايي از کره زمين را دور مي زند مسير يک هاريکن به طور کلي يک کمربند بادي دارد که هاريکن در آن واقع است به طور مثال هاريکني که از آتلانتيک حاره اي شرقي سرچشمه مي گيرد توسط باد هاي تجاري شرقي به غرب در منطقه حاره اي منتقل مي شود سر انجام اين طوفان ها به سمت شمال و مناطق فوق حاره اي مهاجرت مي کنند و به عرض هاي بالا تر مي روند به عنوان مثال در اثر اين حرکت ها خليج مکزيک و سواحل شرقي ايالات متحده در اين خطر هستند که هر سال يک يا دو هاريکن را تجربه کنند


http://cloudysky.ir/upload/Image/h24.gif


پس از آن هاريکن ها توسط امواج غربي به شمال و عرض هاي مياني منتقل مي شوند و گاهي اوقات با سيستم هاي جبهه اي عرض هاي مياني ترکيب مي شوند
هاريکن ها انرزي خود را از سطح آبهاي گرم مناطق حاره اي کسب مي کنند به همين دليل است که هنگامي که آنها از روي آبهاي سرد مناطق عرض هاي مياني و خشکي ها عبور مي کنند به سرعت ضعيف شده و از هم مي پاشند.