Энергия вращения планеты в ураганах Атлантики

Общество. Среда. Развитие № 4’2025

Среди наблюдаемых трендов роста повторяемости и объемов разрушений, вызываемых опасными естественными процессами, своим исключительным динамизмом резко выделяются ураганы, частота которых, например, на акватории Северной Атлантике в последние десятилетия повышается на 2–3% каждый сезон (рис. 1), а причиняемый ущерб увеличивается на 2 млрд. долл. ежегодно (рис. 2).

Климатологи усматривают влияние на циклоногенез потепления климата. Температура подстилающей поверхности в океане действительно во многом обеспечивает неустойчивость приземного слоя воздуха, однако остается еще нераскрытым вклад сил иной, эндогенной природы. На их вероятную роль указывает, в частности, тот факт, что годы с максимальным количеством ураганов – 2005-й (15), 2020-й (14) и 2010-й (12) – в списке самых теплых лет отнюдь не занимают первые места, а группа из пяти лет с максимальными температурами воды не отличаются от среднего уровня циклонической активности. Есть основания думать [2], что при соответствующем анализе необходимо учитывать нестабильность вращения Земли и его полувековое ускорение (рис. 3).

Ниже приведены доказательства существования тесных прямых и опосредованных связей между местными атмосферными вихрями Северной Атлантики и глобальным вихрем в современной обстановке, когда отклонения продолжительности суток измеряются тысячными долями секунды. Констатируется невозможность полного объяснения описанных эффектов известными физическими явлениями взаимодействия тел.

Расчеты выполнены автором по данным Colorado State University [3], International Earth Rotation and Reference Systems Service [4] и The National Hurricane Center [5].

Циклоны как продукт неравномерного вращения Земли

Наглядное представление о роли ротационного фактора в динамике атмосферных вихрей дает сравнение частоты ураганов в годы относительно медленного и быстрого вращения; важно при этом обратить внимание на кажущуюся ничтожной разность продолжительности длинных и коротких суток (рис. 4).

Обнаруживается повышенная чувствительность к изменениям углового момента со стороны мощных ураганов

Рис. 1. Активизация ураганов Северной Атлантики. Показан линейный тренд

Рис. 2. Ущерб от ураганов Северной Атлантики (цены текущего года). Показан линейный тренд

Рис. 3. Отклонения продолжительности суток (Length of Day, LOD) в период июнь-ноябрь по годам. Показан линейный тренд

Среда обитания

о 123456789 10

Г оды по рангу

Медленное вращение • Быстрое вращение

Рис. 4. Количество ураганов в годы медленного (1969–1978 гг., LOD > 0,0024 c) и быстрого (2003–2005 и 2019–2025 гг., LOD < 0,0002 c) вращения Земли.

Различия значимы по непараметрическому U-критерию Манна-Уитни.

Общество. Среда. Развитие № 4’2025

а)

б)

Рис. 5. Частота развития ураганов в зависимости от скорости вращения Земли; объем выборок ~ 30% или 10 и 10 лет (5а) и 100% или 32 и 32 года (5б)

Отклонение продолжительности суток, с

Рис. 6. Тропические циклоны Северной Атлантики и средняя сезонная скорость вращения Земли в 1962–2025 гг. Коэффициент корреляции –0,61

Отклонение продолжительности суток.с

Рис. 7. Энергия циклонов при разных средних сезонных скоростях вращения Земли (1962–2025 гг.)

Рис. 8. Отклонения продолжительности суток при формировании ураганов пяти категории в сентябре с резко отличным временем у самых мощных циклонов

Среда обитания

Рис. 9. Связь минимального атмосферного давления в центре ураганов 5-й и 4-й категорий с продолжительностью суток.

Показан полиномиальный тренд

Рис. 10. Связь максимальной устойчивой силы ветра в ураганах 5-й и 4-й категорий с продолжительностью суток.

Показан полиномиальный тренд

Общество. Среда. Развитие № 4’2025

категорий 5 и 4¹, развивающихся преимущественно в условиях коротких суток; между тем ураганы 1 – 3 категорий реагируют на прирост скорости вращения практически одинаково (рис. 5а и 5б).

В целом не только ураганам, но и всему множеству тропических циклонов присуща четкая зависимость от скорости осевого движения планеты (рис. 6).

Аналогичный вывод мы получаем при использовании интегрального показателя силы барических систем – Accumulated Cyclone Energy (ACE), в котором учитывается максимальная устойчивая сила ветра (рис. 7).

Для лучшего понимания характера ураганов целесообразно рассмотрение их поведения в рамках периода их наиболее частого возникновения – в сентябре (рис. 8).

Вместе с тем ураганы двух высших категорий демонстрируют сходство в поведении, и при близких скоростях вращения Земли их можно рассматривать вместе (рис. 9 и 10).

Выявлено закономерное повышение частоты формирования мощных ураганов при увеличении скорости вращения планеты; слабые же ураганы чаще развиваются в обстановке торможения (рис. 11).

Кратковременное усиление и ослабление ураганов

При мониторинге ураганов особое внимание обращается на момент быстрого, как правило, внезапного усиления урагана (феномен Rapid Intensification). Знание обнаруженного эффекта помогает устано-

Рис. 11. Формирование ураганов при длинных (LOD > 0,002 c) и коротких (LOD < 0,0 c) сутках. Показаны линейные тренды

Рис. 12. Ураганы категории 5 (2023–2025 гг.) с зафиксированным моментом быстрого усиления при ускоренном вращении Земли

вить причины явления. Это может быть (помимо – естественно – перехода вихря на более теплую поверхность) импульс, идущий от тела планеты, движущегося с ускорением (рис. 12).

Указанное обстоятельство имеет важное значение для формирования мощных ураганов, что видно по обобщенной временной карте для категории 5, полученной методом наложенных эпох по данным о 32 событиях (рис. 13).

Нередко наблюдается противоположная картина, когда нормальному росту циклона препятствует замедление скорости вращения Земли (рис. 14). Один из последних типичных примеров такого рода – смена быстрого углубления урагана Helenе с ветром до 220 км/час при благоприятных ротационных условиях задержкой развития из-за падения угловой скорости движения планеты (рис. 14).

Об энергетике ураганов

Как известно, величина глобального крутящего момента подвержена постоянным колебаниям, соответствующим переменам продолжительности суток. Отклонения от средних 86 400 секунд отражаются на энергии тропических циклонов благодаря передаче момента от океана к атмосфере, поскольку барическое образование при диаметре около 1000 км находится в контрастных условиях, когда линейная скорость точек на поверхности земного шара в южной части больше, чем в северной на 150 км/час. Теоретически ускоренное вращение Земли должно вести к усилению циклона с его циркуляцией против часовой стрелки (в Северном полушарии).

Ясно, что происхождение описываемого эффекта сложное, оно определяется вкладом ряда метеорологических элемен-

Среда обитания

Общество. Среда. Развитие № 4’2025

Рис. 13. Время при развитии ураганов категории 5

Рис. 14. Ход времени при развитии урагана Helene 22–29 сентября 2024 г. от момента зарождения до исчезновения.

Причиненный ущерб – 78,7 млрд долл

Отклонение продолжительности суток,с

Рис. 15. Падение атмосферного давления при сокращении продолжительности суток на пути движения ураганов в Северной Атлантике (15–30° с. ш., 50–90° з. д.).

Показан линейный тренд. Источник: расчет по данным [6]

Рис. 16. Отклонения продолжительности суток и энергия тропических циклонов в Северной Атлантике и Западном секторе Тихого океана

тов, которые зависят от углового момента, в первую очередь это атмосферное давление (рис. 15), а также температура и влаго-содержание воздуха.

Однако величина получаемого в результате прямого и косвенного воздействия импульса от подстилающей поверхности представляется недостаточной для возмущений атмосферы такого масштаба, как ураган 5-й или даже 4-й категории. Нельзя исключать, что в планетарном вихре мы имеем дело с высвобождением энергии невидимого носителя [1].

Заключение

Выведенные зависимости касаются бассейна Северной Атлантики, но насколько правомерно принимать их в качестве универсальных?

Ответ: в первом приближении достаточно сравнить энергии тропических циклонов в северо-западном секторе Тихого океана, которые развивались в десятилетия медленного и быстрого вращения Земли. При 5-летнем осреднении обнару- живается определенное подобие ураганов и тайфунов с точки зрения динамической роли продолжительности суток (рис. 16).

Установлены факты связи между характеристиками ураганов в Северной Атлантике и продолжительностью суток, однако остаются неясными детали механизма передачи крутильного момента атмосфере от океана, имея в виду ничтожные приращения линейной скорости водной поверхности и минимальную её шероховатость. Необходимы исследования тропических циклонов в планетарном контексте, так как понимание того, что существует определенная зависимость разрушительной силы вихрей от движения Земли, открывает перспективу снижения потерь общества от стихийных бедствий.

Немало средств в последние годы было затрачено на рассмотрение возможной роли современного потепления климата в увеличении частоты погодных аномалий. Проблема в том, что реальность иная: это следствия одной причины – развития планеты в Солнечной системе.