Most recent publication is shown.

Makarieva A.M., Gorshkov V.G., Nefiodov A.V., Chikunov A.V., Sheil D., Nobre A.D., Li B.-L. (2017) Fuel for cyclones: How the water vapor budget of a hurricane depends on its movement. Atmospheric Research, in press. doi:10.1016/j.atmosres.2017.04.006
Abstract
Despite the dangers associated with tropical cyclones and their rainfall, the origin of the moisture in these storms, which include destructive hurricanes and typhoons, remains surprisingly uncertain. Existing studies have focused on the region 40-400 km from the cyclone center. It is known that the rainfall within this area cannot be explained by local processes alone but requires imported moisture. Nonetheless, the dynamics of this imported moisture appears unknown. Here, considering a region up to three thousand kilometers from cyclone center, we analyze precipitation, atmospheric moisture and movement velocities for severe tropical cyclones -- North Atlantic hurricanes. Our findings indicate that even over such large areas a hurricane's rainfall cannot be accounted for by concurrent evaporation. We propose instead that a hurricane consumes pre-existing atmospheric water vapor as it moves. The propagation velocity of the cyclone, i.e. the difference between its movement velocity and the mean velocity of the surrounding air (steering flow), determines the water vapor budget. Water vapor available to the hurricane through its movement makes the hurricane self-sufficient at about 700 km from the hurricane center obviating the need to concentrate moisture from greater distances. Such hurricanes leave a dry wake, whereby rainfall is suppressed by up to 40% compared to its long-term mean. The inner radius of this dry footprint approximately coincides with the hurricane's radius of water self-sufficiency. We discuss how Carnot efficiency considerations do not constrain the power of such open systems. Our findings emphasize the incompletely understood role and importance of atmospheric moisture stocks and dynamics in the behaviour of severe tropical cyclones.

Макарьева А.М., Горшков В.Г., Нефёдов А.В., Чикунов А.В., Шейл Д., Нобре А.Д., Ли Б.-Л. (2017) Топливо для циклонов: как бюджет водяного пара урагана зависит от его движения. Atmospheric Research, in press. [на англ. яз.] doi:10.1016/j.atmosres.2017.04.006
Аннотация

В мощных циклонах локальные осадки превышают долгосрочные средние значения в десятки и сотни раз, неся с собой наводнения, оползни и другие опасные для жизни людей явления. Предсказание этих осадков, как и интенсивности циклонов, является нерешённой проблемой.

Неясным оставалось даже происхождение этих осадков. Известно, что в радиусе порядка 400 км от центра урагана, локальное испарение составляет лишь около 20% от наблюдаемого дождя. Остальная влага импортируется извне. Но откуда она берётся? Чтобы объяснить наблюдаемые в урагане осадки за счет известной скорости испарения с поверхности океана, необходимо было бы предположить, что эта влага концентрируется в урагане с круга порядка восьми тысяч километров в диаметре. Однако ураган не генерирует градиентов давления, которые могли бы обеспечить столь широкомасштабные потоки. Поэтому вопрос о происхождении влаги, формирующей осадки в интенсивных циклонах, оставался открытым.

На основании анализа большого объёма мировых баз данных по осадкам (TRMM, Tropical Rainfall Measurement Mission) и атмосферной влаге (MERRA, NASA’s Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications) мы показали, что осадки в ураганах формируются за счёт перемещения урагана в пространстве, при котором поглощается ранее накопленная в атмосфере влага. Чем больше скорость урагана относительно окружающего атмосферного воздуха (т.н. пропагационная скорость урагана), тем более интенсивные осадки в круге заданного радиуса он может обеспечить. Было установлено, что передвижение циклона как единого целого полностью обеспечивает средние наблюдаемые осадки в радиусе 700 км от центра урагана.

Также было показано, что этот радиус “самодостаточности” урагана по отношению к водяному пару примерно совпадает с радиусом rd “сухого следа” урагана – впервые оцененного уменьшения осадков вокруг урагана при r > rd до полутора раз по сравнению с отсутствием урагана. Этот сухой след отражает уменьшение количества атмосферной влаги после прохождения урагана, т.е. истощение запасов атмосферной влаги ураганом.

Полученные результаты существенны для оценки интенсивности ураганов. Если мощность гипотетического стационарного урагана, поддерживаемого испарением с поверхности океана (испарение = осадки), ограничена сверху к.п.д. Карно, то для нестационарного урагана подобного предела не существует, так как накопленная потенциальная энергия водяного пара может расходоваться с любой скоростью.