Размеры

Одним из наиболее распространенных определений размера циклона, которое применяется в различных базах данных, является расстояние от центра циркуляции до наиболее внешней замкнутой изобары, это расстояние имеет название радиуса внешней замкнутой изобары (англ. radius of outermost closed isobar, ROCI). Если радиус меньше двух градусов широты, или 222 км, циклон классифицируется как «очень маленький» или «карликовый». Радиус от 3 до 6 градусов широты, или от 333 до 667 км, характеризует циклон «средних размеров». «Очень большие» тропические циклоны имеют радиус свыше 8 градусов широты, или 888 км^[12]. Согласно такой системе мер, на северо-западе Тихого океана возникают самые большие на Земле тропические циклоны, примерно вдвое больше тропических циклонов Атлантического океана^[15].

Другими методами определения размеров тропических циклонов являются радиус, на котором существуют ветры силы тропического шторма(примерно 17,2 м/с), и радиус, на котором относительный ротор скорости ветра составляет 1×10⁻⁵ с^−1[16][17].

Механизм]

Направления конвекционных потоков в тропическом циклоне^[18]

Главным источником энергии тропического циклона служит энергия испарения, которая освобождается при конденсации водяных паров. В свою очередь, испарение океанской воды протекает под действием солнечной радиации. Таким образом, тропический циклон можно представить как большую тепловую машину, для работы которой необходимы также вращение и притяжение Земли^[13]. В метеорологии, тропический циклон описывается как тип конвекционной системы на мезошкале, развивающийся при наличии мощного источника тепла и влаги.

Теплый влажный воздух поднимается вверх преимущественно в пределах стены глаза циклона, а также в пределах других дождевых полос. Этот воздух расширяется и охлаждается по мере поднятия, его относительная влажность, высокая уже у поверхности, увеличивается ещё больше, вследствие чего большая часть накопленной влаги конденсируется и выпадает в виде дождя. Воздух продолжает охлаждаться и терять влагу с поднятием до тропопаузы, где он теряет практически всю влагу и перестаёт охлаждаться с высотой. Охлажденный воздух опускается вниз до океанской поверхности, где снова увлажняется и снова поднимается. При благоприятных условиях, задействованная энергия превышает расходы на поддержание этого процесса, избыточная энергия тратится на увеличение объёмов восходящих потоков, увеличение скорости ветров и ускорение процесса конденсации, то есть ведёт к образованию положительной обратной связи^[19]. Для того, чтобы условия оставались благоприятными, тропический циклон должен находиться над теплой океанской поверхностью, которая даёт необходимую влагу; когда же циклон проходит участок суши, он не имеет доступа к этому источнику и его сила быстро падает^[20]. Вращение Земли добавляет конвекционному процессу закручивание в результате эффекта Кориолиса — отклонения направления ветра от вектора барического градиента^[21][22][23].

Падение температуры океанской поверхности в Мексиканском заливе с прохождением ураганов Катрина и Рита

Механизм тропических циклонов существенно отличается от механизма других атмосферных процессов тем, что требует глубокой конвекции, то есть такой, что захватывает большой диапазон высот^[24]. При этом, восходящие потоки захватывают почти всё расстояние от поверхности океана до тропопаузы, с горизнотальними ветрами, ограниченными преимущественно в приповерхностном слое толшиной до 1 км^[25], тогда как большая часть остальной 15-километровой толщи тропосферыв тропических районах используется для конвекции. Однако тропосфера более тонка на более высоких широтах, а количество солнечного тепла там меньше, что ограничивает зону благоприятных условий для тропических циклонов тропическим поясом. В отличие от тропических циклонов, внетропические циклоны получают энергию преимущественно от горизонтальных градиентов температуры воздуха, что существовали до них^[24].

Прохождение тропического циклона над участком океана приводит к существенному охлаждению приповерхностного слоя, как из-за потери тепла на испарение, так из-за активного перемешивания теплых приповерхностных и холодных глубоких слоев и получения холодной дождевой воды. Также на охлаждение влияет плотный облачный покров, закрывающий океанскую поверхность от солнечного света. Вследствие этих эффектов, за несколько дней, за которые циклон проходит определенный участок океана, приповерхностная температура на нём существенно падает. Этот эффект приводит к возникновению отрицательной обратной связи, что может привести к потере силы тропического циклона, особенно если его движение медленное^[26].

Общее количество энергии, которая выделяется в тропическом циклоне среднего размера, составляет около 50-200 эксаджоулей (10¹⁸ Дж) в день^[19] или 1 ПВт (10¹⁵ Вт). Это примерно в 70 раз больше потребления всех видов энергии человечеством, в 200 раз больше мирового производства электроэнергии и соответствует энергии, что высвобождалась бы от взрыва 10-мегатонной водородной бомбы каждые 20 минут^[19][27].

Жизненный цикл]

Формирование]

Карта пути всех тропических циклонов за период 1985—2005 годов

Во всех районах мира, где существует активность тропических циклонов, она достигает максимума в конце лета, когда разница температуры между океанской поверхностью и глубинными слоями океана наибольшая. Однако, сезонные картины несколько отличаются в зависимости от бассейна. В мировом масштабе, май является наименее активным месяцем, сентябрь наиболее активным, а ноябрь является единственным месяцем, когда одновременно активны все бассейны^[28].

Важные факторы]

Образование зон конвергенции пассатов, что приводит к нестабильности атмосферы и способствует образованию тропических циклонов.

Процесс формирования тропических циклонов все ещё не до конца понятен и является предметом интенсивных исследований^[29]. Обычно можно выделить шесть факторов, необходимых для образования тропических циклонов, хотя в отдельных случаях циклон может образоваться и без некоторых из них.

В большинстве случаев, для формирования тропического циклона нужна температура приповерхностного слоя океанской воды не менее 26,5 °C на глубине не менее чем 50 м^[30]; такая температура воды является минимально достаточной, чтобы вызвать нестабильность в атмосфере над ней и поддержать существование грозовой системы^[31].

Другим необходимым фактором является быстрое охлаждение воздуха с высотой, что делает возможным высвобождение энергии конденсации, главного источника энергии тропического циклона^[30].

Также для образования тропического циклона необходима высокая влажность воздуха в нижних и средних слоях тропосферы; при условии большого количества влаги в воздухе создаются более благоприятные условия для образования нестабильности^[30].

Ещё одной характеристикой благоприятных условий является низкий вертикальный градиент ветра, поскольку большой градиент ветра приводит к разрыву циркуляционной картины циклона^[30].

Тропические циклоны обычно возникают на расстоянии не менее 550 км или 5 градусов широты от экватора — только там сила Кориолисабывает достаточно сильной для отклонения ветра и закручивания вихря^[30].

И наконец, для образования тропического циклона обычно нужна уже существующая зона низкого давления или волнений погоды, хотя и без циркуляционного поведения, характерного для зрелого тропического циклона^[30]. Такие условия могут быть созданы низкоуровневыми и низкоширотными вспышками, которые ассоциируются с осцилляцией Маддена-Джулиана^[32].

Районы формирования]

Большинство тропических циклонов в мире формируются в пределах экваториального пояса (межтропического фронта) или его продолжения под действием муссонов — муссонной зоны низкого давления^[33][34][35]. Районы, благоприятные для формирования тропических циклонов, также возникают в пределах тропических волн, где возникает около 85 % интенсивных циклонов Атлантического океана и большинство тропических циклонов на востоке Тихого океана^[36][37][38].

Подавляющее большинство тропических циклонов формируется между 10 и 30 градусами широты обоих полушарий, причем 87 % всех тропических циклонов — не далее 20 градусов широты от экватора^[39][40]. Из-за отсутствия силы Кориолиса в экваториальной зоне, тропические циклоны очень редко формируются ближе 5 градусов от экватора^[39], однако это все же случается, например с тропическим штормом Вамэй2001 года и циклоном Агни 2004 года^[41][42].

Время формирования]

Сезон тропических циклонов на севере Атлантического океана длится с 1 июня по 30 ноября, достигая пика в конце августа и в сентябре^[28]. По статистике, большинство тропических циклонов образовались здесь в районе 10 сентября. На северо-востоке Тихого океана этот сезон длится дольше, но с максимумом в те же времена^[43]. На северо-западе Тихого океана тропические циклоны образуются в течение всего года, с минимумом в феврале-марте и с максимумом в начале сентября. На севере Индийского океана тропические циклоны возникают чаще всего с апреля по декабрь, с двумя пиками — в мае и в ноябре^[28]. В Южном полушарии сезон тропических циклонов длится с 1 ноября до конца апреля, с пиком с середины февраля до начала марта^[28][44].

Сезоны тропических циклонов и их активность[28][45]
Бассейн	Начало сезона	Конец сезона	Тропических штормов (>34 узлов)	Ураганов (>63 узлов)	ТЦ категории 3+ (>95 узлов)
Сев.-Зап. Тихоокеанский	апрель	январь	26,7	16,9	8,5
Южно-Индийскоокеанский	ноябрь	апрель	20,6	10,3	4,3
Сев.-Вост. Тихоокеанский	май	ноябрь	16,3	9,0	4,1
Северо-Атлантический	июнь	ноябрь	10,6	5,9	2,0
Южно-Тихоокеанский	ноябрь	апрель		4,8	1,9
Северо-Индийскоокеанский	апрель	декабрь	5,4	2,2	0,4

Движение]

Взаимодействие с пассатами]

Движение тропических циклонов вдоль поверхности Земли зависит прежде всего от преобладающих ветров, возникающих вследствиеглобальных циркуляционных процессов; тропические циклоны увлекаются этими ветрами и движутся вместе с ними^[46]. В зоне возникновения тропических циклонов, то есть между 20 параллелями обоих полушарий, они движутся на запад под действием восточных ветров — пассатов.

В тропических районах северной части Атлантического океана и на северо-востоке Тихого океана пассаты образуют тропические волны, начинающиеся от африканского побережья и проходящие через Карибское море, Северную Америку и затухающие в центральных районах Тихого океана^[37]. Эти волны являются местом возникновения большой части тропических циклонов этих регионов^[36].

Эффект Кориолиса]

Инфракрасное изображение циклона Моника, что демонстрирует закручивание и вращение циклона.

Вследствие эффекта Кориолиса вращение Земли не только вызывает закручивание тропических циклонов, но и влияет на отклонение их движения. Из-за этого эффекта тропический циклон, что движется на запад под действием пассатов при отсутствии других сильных воздушных потоков, отклоняется к полюсам^[47]. Поскольку восточные ветры прилагаются к циклонному движению воздуха на его полярной стороне, сила Кориолиса там сильнее, и в результате тропический циклон оттягивается к полюсу. Когда тропический циклон достигает субтропического хребта, западные ветры умеренного пояса начинают уменьшать скорость движения воздуха на полярной стороне, но разница в расстоянии от экватора между различными частями циклона достаточно большая, чтобы суммарная сила Кориолиса была направлена к полюсу. В результате тропические циклоны Северного полушария отклоняются на север (до поворота на восток), а тропические циклоны Южного полушария — на юг (также до поворота на восток)^[22].