Супертайфун оказался источником мощных гравитационных волн
© Super Typhoon Sinlaku, NOA/RAMMB
Мощные тропические циклоны могут генерировать крупномасштабные волновые возмущения в верхних слоях атмосферы, эффект от которых является многогранным и не до конца изученным.
В середине апреля 2026 года супертайфун «Синлаку» пронесся над северо-западной акваторией Тихого океана, вызвав проливные дожди и наводнения на Марианских островах. 12 апреля циклон достиг статуса «супертайфуна» — наивысшей интенсивности по критериям, используемым Японским метеорологическим агентством (JMA), что примерно эквивалентно урагану 5-й категории по шкале Саффира-Симпсона, применяемой в Северной и Центральной Америке. Этот тайфун был одним из немногих тропических циклонов подобной интенсивности, который возник настолько рано в указанном регионе. Минимальное давление в центральной части опускалось до 890 гПа, а максимальная скорость порывов ветра достигала временами 80 – 82 м/с.
В процессе своей интенсификации тайфуна над открытыми водами океана, спутники начали фиксировать, что его влияние за счёт конвективных факторов начало проявляться на верхние слои тропосферы и нижней стратосферы. Приведенное ниже ночное изображение, полученное при помощи прибора VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite), установленном на метеорологическом спутнике NOAA-20, показывает концентрические атмосферные гравитационные волны (АГВ), исходящие от внутренних участков супертайфуна. Эти волны, напоминающие рябь на водной глади, стали видимыми для датчика благодаря собственному свечению атмосферы (явление, известное как «airglow»). Свечение атмосферы происходит, когда атомы и молекулы воздуха, возбужденные солнечным светом в течение дня, впоследствии излучают избыточную энергию в виде тусклого свечения за счёт процесса рекомбинации. Подробнее об этом явлении можно ознакомиться здесь.
Читайте также
Известно, что выделение скрытой теплоты конденсации вблизи стены глаза тропических циклонов приводит к взрывной проникающей конвекции и образованию высоких кучево-дождевых облаков, называемых «горячими башнями». Они могут подниматься на высоту до 18 – 20 км из тропосферы, самого нижнего слоя атмосферы, и генерировать волны возмущения, которые распространяются в вышележащие стратосферу и мезосферу. Анализ других тропических циклонов показал, что гравитационные волны часто возникают во время стадии усиления. Действительно, примерно за сутки до получения данного изображения, Синлаку быстро усилился с категории 2 до категории 5. Важно не путать такие волны с астрофизическими, которые связаны с распространением ряби в пространстве-времени. В нашем случае волны так называются по причине влияния силы тяжести Земли на гидродинамические процессы в воздушной оболочке.
«Мы наблюдаем волны, распространяющиеся радиально по горизонтали и вверх на десятки километров, имеющие конусообразную форму в пространстве», — сообщила Джоан Александер (Joan Alexander), старший научный сотрудник NorthWest Research Associates (американская научная организация, специализирующаяся на фундаментальных и прикладных исследованиях в области геофизических и космических наук). Джоан была удивлена, увидев практически полные кольца в мезосферном свечении над тайфуном. Ветры в верхних слоях атмосферы могут разрушать такие волны до того, как они достигнут столь больших высот, объяснила Александер, но относительно слабые стратосферные ветры в районе прохождении циклона в апреле 2026 года, возможно, способствовали их более длительному сохранению.
Относительно небольшое количество лунного света также оказалось удачным стечением обстоятельств. Дневной / ночной диапазон VIIRS чувствителен к свечению атмосферы в мезосфере, но также регистрирует и отраженный лунный свет. 12 апреля Луна была освещена примерно на 25%, поэтому был виден некоторый свет, отраженный от облаков в тропосфере, но его было недостаточно, чтобы заглушить сигнал от собственного свечения атмосферы, что придало более отчётливый вид атмосферной ряби.
Гравитационные волны Синлаку, помимо свечения атмосферы в верхних слоях атмосферы, были обнаружены и на нижних уровнях атмосферы с помощью прибора AIRS (Atmospheric Infrared Sounder), размещённого на спутнике NASA«Aqua». На представленном ниже изображении показано тепловое излучение от гравитационных волн в стратосфере 13 апреля.
Наблюдение за атмосферными гравитационными волнами, особенно вызванными тропическими циклонами, выходит за рамки простого научного любопытства. Практические последствия могут включать в себя улучшение мониторинга развития тайфунов. «Мы хотели бы использовать гравитационные волны в качестве индикаторов, чтобы определить, набирает ли шторм силу, что бывает трудно понять, особенно над открытым океаном» - сообщила Александер. Геостационарный спутник с соответствующим инфракрасным сканером смог бы наблюдать гравитационные волны и отслеживать эволюцию тропических циклонов.
Кроме того, крайне важно учитывать процессы в стратосфере в метеорологических моделях, сказала Лора Холт (Laura Holt), старший научный сотрудник NorthWest Research Associates. Например, характер ветров в стратосфере является важным фактором, влияющим на долгосрочные прогнозы зимней атмосферной циркуляции в Северном полушарии, и тропические циклоны оказывают весомый вклад, поскольку их устойчивая интенсивная конвекция вызывает длительное воздействие посредством гравитационных волн на стратосферу.
Влияние гравитационных волн распространяется даже на верхнюю атмосферу Земли. «Уже некоторое время люди наблюдают следы прохождения ураганов в ионосферной погоде», — сказал Холт. Гравитационные волны могут приводить к распространению ионосферных возмущений — крупномасштабных колебаний плотности плазмы — и в некоторых случаях к образованию плазменных пузырей, которые могут нарушать спутниковые сигналы и радиосвязь. В частности, в космической погоде, даже такое единичное событие, как тропический циклон, может иметь очень важное значение. К слову, источниками АГВ выступают не только мощные тропические циклоны, но также и сильные грозы над сушей, вулканические извержения и даже высоки горные системы, см. схему ниже:
Подготовлено по материалам NASA Earth Observatory / Michala Garrison.
