안벽 교체 주기

Eyewall replacement cycle
허리케인 줄리엣, 3중 안벽의 흔치 않은 경우죠.

기상학에서, 동심원 안벽 주기라고도 불리는 안벽 교체 주기는 일반적으로 185km/h(115mph) 이상의 바람이 부는 강한 열대성 사이클론 또는 주요 허리케인(카테고리 3 이상)에서 자연적으로 발생한다.열대성 사이클론이 이 강도에 도달하고 안벽이 수축하거나 이미 충분히 작을 때, 일부 외부 레인밴드가 강화되어 안쪽으로 천천히 이동하며 원래의 내부 안벽에서 필요한 수분과 각운동량을 빼앗는 뇌우 고리로 조직될 수 있습니다.가장 강한 바람이 열대성 사이클론의 안벽에 있기 때문에, 폭풍은 보통 이 단계에서 내벽이 외벽에 의해 "초크"되기 때문에 약해집니다.결국 외측 안벽이 내측 안벽을 완전히 대체하게 되고, 폭풍이 다시 [1]강해질 수도 있다.

이 과정의 발견은 미국 정부의 허리케인 수정 실험 프로젝트 스톰퓨리를 끝낸 부분적인 원인이었다.이 프로젝트는 안벽 바깥에 구름을 뿌리기 시작했고, 새로운 안벽을 형성하고 폭풍을 약화시키는 것으로 보인다.이것이 허리케인 역학으로 인한 자연스러운 과정이라는 것이 밝혀졌을 때, 이 프로젝트는 빠르게 [2]포기되었다.

거의 모든 강력한 허리케인은 존재 기간 동안 최소한 이러한 주기 중 하나를 겪습니다.최근 연구에 따르면 모든 열대성 사이클론의 거의 절반과 시속 204km(127mph; 110kn) 이상의 지속적인 바람을 동반하는 거의 모든 사이클론은 안벽 교체 주기를 [3]거친다.1980년 허리케인 앨런은 사피르-심슨 허리케인 등급의 카테고리 5와 카테고리 4 사이에서 여러 차례 오르내리며 안벽 교체 주기를 반복했다.태풍 6월(1975년)이 최초로 보고된 3중 [4]안벽 사례이며 허리케인 줄리엣(2001)이 그 [5]사례로 기록되었다.

역사

1966년 스톰퓨리 프로젝트의 승무원과 직원 사진.

동심원 아이월로 관측된 최초의 열대성 시스템은 1956년 포트너의 태풍 사라로, 그는 이것을 "눈 속의 눈"[6]이라고 표현했다.이 폭풍은 정찰기에 의해 6킬로미터(3.7 mi), 28킬로미터(17 mi)에서 내측 아이월을 가지고 있는 것으로 관측되었다.이후 8시간 후 비행에서는 내측 안벽이 사라지고 외측 안벽이 16km(9.9mi)로 감소했으며 최대 지속풍과 허리케인 강도가 [6]감소했다.동심원 아이월로 관측된 다음 허리케인은 [7]1960년 허리케인 도나였다.정찰기의 레이더에는 저공에서 16km(10마일)에서 대류권계면 부근에서 21km(13마일)까지 다양한 내안이 포착됐다.두 개의 아이월 사이에는 3천 피트(910 m)에서 2만 5천 피트(7,600 m)까지 수직으로 펼쳐진 맑은 하늘이 있었다.약 910m(3,000피트)의 낮은 수준의 구름은 동심원 수평 롤을 가진 성층 적란으로 묘사되었다.외부 안벽은 45,000 피트 (14,000 미터) 부근에 도달한 반면 내부 안벽은 겨우 30,000 피트 (9,100 미터)까지 확장되었다고 보고되었다.동심원형 안벽을 확인한 지 12시간 후, 내부 안벽이 [7]소멸되었다.

1967년 허리케인 '불라'는 안벽 교체 주기를 처음부터 [8]끝까지 관측한 최초의 열대성 사이클론이었다.동심원 안벽의 이전 관측은 항공기 기반 플랫폼에서 이루어졌다.Beulah는 푸에르토리코 지상 레이더에서 34시간 동안 관찰되었고, 그 동안 이중 안벽이 형성되어 소멸되었다.뷰라는 안벽 교체 사이클을 받기 직전에 최대 강도에 도달했으며 "우연일 가능성이 [8]높다"는 점에 주목했다.이전의 안벽 교체 주기는 [6]폭풍의 강도를 감소시키는 것으로 관찰되었지만, 현 시점에서는 왜 그것이 발생했는지에 대한 역학은 [citation needed]알려지지 않았다.

1946년에 과냉각수를 포함한 구름에 이산화탄소 얼음이나 요오드화은을 도입하면 일부 물방울이 얼음으로 변환되고, 그 후 Bergeron-Findeisen 과정이 물방울을 희생시키면서 얼음 입자가 성장하는 것으로 알려졌으며, 그 물방울은 모두 큰 얼음 입자가 된다.강수량의 증가는 [9]폭풍의 소멸을 초래할 것이다.1960년 초, 작동 이론은 허리케인의 안벽이 관성적으로 불안정하고 구름에 많은 양의 과냉각수가 있다는 것이었다.그러므로, 폭풍을 안벽 바깥에 뿌리는 것은 더 많은 잠열을 방출하고 안벽을 확장하게 할 것이다.안벽의 팽창은 각운동량 [9]보존을 통한 최대 풍속 감소를 동반할 것이다.

Stormfury 프로젝트

주요 기사:Stormfury 프로젝트

Stormfury 프로젝트는 열대 저기압에 항공기를 띄우고 요오드화은을 뿌림으로써 열대 저기압을 약화시키려는 시도였다.이 프로젝트는 1962년부터 [10]1983년까지 미국 정부에 의해 운영되었다.

요오드화은이 폭풍우의 과냉각수를 동결시켜 허리케인의 내부 구조를 교란시킬 것이라는 가설이었다.이것은 몇 개의 대서양 허리케인의 씨앗을 뿌리는 것으로 이어졌다.그러나 나중에 이 가설이 [9]틀렸다는 것이 밝혀졌다.실제로, 대부분의 허리케인은 구름의 씨를 효과적으로 뿌리기에 충분한 과냉각수를 포함하고 있지 않다는 것이 밝혀졌다.게다가, 연구원들은 씨앗이 뿌려지지 않은 허리케인은 씨앗이 뿌려진 허리케인으로 예상되었던 안벽 교체 주기를 종종 겪는다는 것을 발견했다.이 발견은 스톰푸리의 성공에 의문을 제기했는데, 그 이유는 이제 보고된 변화들이 자연스러운 설명을 [10]가지고 있기 때문이다.

마지막 시험 비행은 NOAA의 비행대 전환과 후보 폭풍의 부족으로 인해 1971년에 비행되었다.마지막 수정 실험으로부터 10여 년 후, Stormfury 프로젝트는 공식적으로 취소되었다.허리케인의 파괴력을 줄이려는 목표에는 실패했지만, Stormfury 프로젝트는 장점이 없는 것은 아니었다.Stormfury에 의해 생성된 관측 데이터와 폭풍 수명 주기 연구는 미래 [9]허리케인의 움직임과 강도를 예측하는 기상학자들의 능력을 향상시키는 데 도움이 되었다.

이차 안벽 형성

열대우 측정 임무의 이미지는 허리케인 프랜시스의 안벽 교체 주기의 시작을 보여준다.

2차 안벽은 한때 희귀한 현상으로 여겨졌었다.정찰 비행기와 마이크로파 위성 데이터가 등장한 이후, 모든 주요 열대성 사이클론의 절반 이상이 적어도 한 개의 2차 안벽을 [3][11]발달시키는 것이 관찰되었다.이차 안벽의 형성을 설명하려는 많은 가설들이 있었다.허리케인이 2차 안벽을 발달시키는 이유는 [12]잘 알려져 있지 않다.

신분증

허리케인 분석가가 2차 안벽을 정성적으로 식별하는 것은 쉽습니다.위성이나 레이더 사진을 보고 대류가 강화된 두 개의 동심원 고리가 있는지 확인하는 것이 포함됩니다.외측 안벽은 일반적으로 거의 원형이며 내측 안벽과 동심원형입니다.이차 안벽이 무엇인지에 대한 객관적인 정의가 없기 때문에 정량적 분석은 더 어렵다.코신 등..외측 링은 구름이 [13]없는 해자 영역에서 75% 이상 닫힌 상태에서 내측 눈에서 눈에 띄게 분리되어야 한다고 명시했다.

2차 안벽은 열대성 사이클론이 육지에 가까워지고 있는 것으로 관측되고 있지만, 눈이 바다 위에 있지 않은 동안에는 관측되지 않았다.7월은 2차 안벽 [citation needed]개발을 위한 최적의 배경 환경 조건을 제공합니다.카트리나, 오필리아, 리타와 같은 강력한 허리케인의 강도 변화는 안벽 교체 주기와 동시에 발생했으며 안벽, 레인밴드, 외부 [13][14]환경 간의 상호작용을 구성했다.미국 걸프만 연안에 접근한 리타에서 발생한 아이월 교체 주기는 열대성 사이클론의 크기를 크게 늘리는 동시에 [15]강도를 감소시킬 수 있다.

1997-2006년 동안 열대 북대서양에서 45회, 동북태평양에서 12회, 서북태평양에서 2회 안벽 교체 주기가 관찰되었다.이 기간 동안 전체 대서양 폭풍의 12%와 태평양 폭풍의 5%가 안벽 교체를 받았다.북대서양에서는 전체 폭풍의 33%에 비해 주요 허리케인의 70%가 최소 한 개의 눈벽을 대체했습니다.태평양에서는 주요 허리케인의 33%와 전체 허리케인의 16%가 안벽 교체 주기를 가졌다.폭풍이 강할수록 2차 아이월을 형성할 확률이 높아지며, 카테고리 5 허리케인의 60%가 12시간 [13]이내에 아이월 교체 주기를 거친다.

1969-1971년 동안 태평양에서 93개의 폭풍이 열대성 폭풍우 강도에 도달했습니다. 슈퍼 태풍 강도(65m/s)에 도달한 15개 중 8개, 태풍 강도에 도달한 49개 폭풍 중 11개, 그리고 29개 열대성 폭풍 중 어느 것도 동심원 아이월(<33m/s)이 생기지 않았습니다.저자들은 정찰기가 특별히 이중 안벽 특징을 찾는 것이 아니었기 때문에 이 수치는 과소평가된 [3]것일 수 있다고 지적한다.

1949-1983년 동안 서태평양에서 1268개의 태풍이 관측되었다.이 중 76개는 동심원형 안벽을 가지고 있었어요전체 안벽 교체 태풍 중 약 60%가 한 번만 교체했으며, 40%는 한 번 이상 안벽 교체 주기를 가지고 있었으며, 두 개의 안벽 교체 주기는 각각 5회였다.안벽 치환 주기가 있는 폭풍의 수는 폭풍의 세기와 강하게 관련되어 있습니다.더 강한 태풍은 동심원형 안벽을 가질 가능성이 훨씬 더 높았다.최대 지속 바람이 45m/s 미만이거나 최소 압력이 970hPa 이상인 이중 안벽의 사례는 없었다.970hPa 미만의 기압을 가진 태풍의 4분의 3 이상이 이중 안벽 기능을 발달시켰다.이중 아이월을 경험하는 서태평양과 중태평양 태풍의 대부분은 [4]괌 부근에서 발생한다.

초기 형성 가설

태풍 하이마가 태평양을 서쪽으로 이동할 때 보이는 동심원 아이월.

안벽 교체 주기가 자연스러운 것으로 밝혀졌기 때문에, 그 원인을 규명하는 데 큰 관심이 있었습니다.지금은 포기된 많은 가설들이 제시되어 왔다.1980년 허리케인 앨런은 아이티의 산악지대를 횡단하면서 동시에 두 번째 아이월을 개발했다.Hawkins는 이것을 언급하고 2차 안벽이 지형적인 [16]힘에 의해 야기되었을 수도 있다는 가설을 세웠다.윌러비는 관성 주기와 비대칭 마찰 사이의 공명이 이차 안벽의 [17]원인일 수 있다고 제안했다.이후 모델링 연구와 관찰 결과, 외부 안벽은 토지 과정의 영향을 받지 않는 지역에서 발달할 수 있는 것으로 나타났다.

시안 스케일 특징과 2차 안벽 치환 사이의 연관성을 시사하는 많은 가설이 있었다.열대성 저기압에 대한 열대성 교란이 빠르게 발달하기 전에 방사상으로 내부로 이동하는 파동 같은 교란이 관찰되었다.이러한 시냅스 스케일 내부 압력이 이차 안벽을 [18]초래할 수 있다는 가설이 있다.시놉틱 스케일 강제와 관련하여 열대 저기압이 빠르게 심화되는 것이 여러 [19]폭풍에서 관찰되었지만, 2차 [12]안벽 형성에 필요한 조건은 아닌 것으로 나타났다.바람 유도 표면 열 교환(WISHE)은 해양과 대기 사이의 양의 피드백 메커니즘으로, 해양 대 대기 열 플럭스가 강해지면 대기 순환이 강화되어 열 [20]플럭스가 강력해집니다.WISHE는 2차 [21]안벽을 생성하는 방법으로 제안되어 왔다.이후 연구에서는 WISHE가 장애를 증폭하는 데 필요한 조건이지만 장애를 [12]발생시킬 필요는 없는 것으로 나타났다.

소용돌이 로스비 파동 가설

소용돌이 로스비 파동 가설에서 파동은 내부 소용돌이에서 방사상으로 바깥쪽으로 이동합니다.파동은 외부 흐름과 일치하는 반경 속도에 의존하는 반경에서 각 운동량을 증폭합니다.이 때, 2개의 파장은 위상 잠김 상태가 되어, 파동의 합성으로 2차 안벽을 [14][22]형성할 수 있다.

β축대칭화 가설

유체계에서 β(베타)는 환경 수직 소용돌이의 공간적, 보통 수평적 변화이다.β는 열대 저기압의 안벽에서 극대화된다.β-스커트 축대칭화(BSA)는 2차 눈 발달이 임박한 열대성 사이클론이 감소하지만 음이 아닌 β가 안벽에서 약 50km(30mi)에서 100km(60mi)까지 확장된다고 가정한다.이 영역에는 작지만 중요한 β가 있다.이 지역은 β-스커트라고 불립니다.스커트 바깥쪽에서는 β가 사실상 [12]0이다.

대류 가능 위치 에너지(CAPE)는 대기를 통해 특정 거리를 수직으로 들어올릴 경우 공기 구획이 가질 수 있는 에너지의 양입니다.CAPE가 높을수록 대류가 발생할 가능성이 높아집니다.만약 β-스커트에 높은 CAPE 영역이 존재한다면, 형성되는 깊은 대류는 소용돌이성과 난류 운동 에너지의 원천으로 작용할 것이다.이 작은 규모의 에너지는 폭풍 주변의 제트기로 상승할 것이다.저준위 제트는 확률 에너지를 거의 축대칭 링으로 눈 주위에 집중시킵니다.일단 이 낮은 레벨의 제트가 형성되면, WISHE와 같은 양의 피드백 사이클은 초기 섭동을 2차 [12][23]아이월로 증폭시킬 수 있다.

내안벽 사망

Hurricane profile.svg

2차 안벽이 안쪽 안벽을 완전히 감싸고 나면 열대 저기압의 역학에 영향을 미치기 시작합니다.허리케인은 높은 해양 온도에 의해 힘을 얻는다.열대성 사이클론 바로 아래의 해수면 온도는 폭풍의 주변 온도보다 몇 도 더 낮을 수 있으며, 따라서 사이클론은 내부 소용돌이 바람으로부터 바다로부터 에너지를 받는 것에 의존합니다.외안벽이 형성되면 내안벽의 유지에 필요한 수분과 각운동량이 외안벽을 지탱하는 데 사용되어 내안이 약해지고 소멸되어 열대성 저기압의 직경이 이전 눈보다 큰 한 쪽 눈이 남게 된다.

사이클론 파일린의 마이크로파 패스. 내측과 외측 안벽 사이의 해자를 드러냅니다.

내측과 외측 아이월 사이의 해자 영역에서는 드롭손드의 관측 결과 고온과 이슬점 강하 현상이 나타났습니다.관성 [24]불안정 때문에 안벽이 수축합니다.최대 바람의 반경 밖에서 대류 영역이 발생할 경우 안벽의 수축이 발생한다.외안벽이 형성된 후, 해자 영역에서 [25]침하가 빠르게 증가한다.

일단 내부 안벽이 소멸되면 폭풍은 약해지고 중심 압력이 증가하며 최대 지속 풍속이 감소합니다.열대성 사이클론의 강도의 급격한 변화는 안벽 교체 [25]주기의 전형적인 특징이다.2차 안벽의 형성과 관련된 과정과 비교하면, 내측 안벽의 죽음은 꽤 잘 알려져 있다.

매우 큰 외측 안벽을 가진 일부 열대성 사이클론은 외측 눈의 수축과 그에 따른 내측 눈의 소실을 경험하지 않는다.태풍 위니(1997년)는 직경 200해리(370km)의 외안벽을 개발했으며 해안선에 [26]도달할 때까지 소멸되지 않았다.안벽이 무너지는 데 걸리는 시간은 안벽의 지름과 반비례하는데, 이는 주로 안쪽으로 향하는 바람이 최대 바람 반경에서 거리만큼 점근적으로 0으로 감소하기 때문이지만,[24] 안벽을 붕괴시키는 데 필요한 거리 때문이기도 하다.

해자의 수직층 전체에는 건조한 하강 공기가 있습니다.해자 영역의 역학은 눈과 비슷하지만, 바깥쪽 안벽은 1차 안벽의 역학을 담당합니다.눈의 수직 구조는 두 개의 층으로 이루어져 있다.가장 큰 층은 대류권계면 상단에서 약 700hPa의 캐핑 층에 이르는 층으로, 이는 하강하는 따뜻한 공기로 설명된다.캡층 아래는 공기가 습하고 성층 적운의 존재와 함께 대류를 일으킨다.해자는 점차 눈의 특성을 띠게 되는데, 유입의 대부분이 현재 외부 안벽을 유지하는 데 사용되고 있기 때문에 내부 안벽은 강도로만 소멸될 수 있습니다.해자와 안구의 건조한 공기에 의해 내안이 따뜻해지면서 결국 증발한다.모델과 관찰에 따르면 일단 바깥쪽 안벽이 안쪽 눈을 완전히 감싸고 나면 안쪽 안벽이 완전히 소실되는 데 12시간 미만이 걸린다고 합니다.내측 안벽은 [14]증발하기 전에 눈 아래쪽의 습한 공기를 주로 섭취합니다.

고리형 허리케인으로 진화

주요 기사:고리형 열대 저기압

고리형 허리케인은 더 크고 원형의 대칭인 단일 안벽을 가지고 있다.관찰 결과 안벽 교체 주기는 고리형 허리케인의 발달로 이어질 수 있습니다.일부 허리케인은 안벽을 대체하지 않고 고리형 허리케인으로 발전하지만, 2차 안벽을 형성하는 역학은 고리형 눈의 [13]발달에 필요한 역학과 유사할 수 있다는 가설이 있다.허리케인 다니엘(2006년)과 태풍 위니(1997년)는 폭풍우가 안벽 교체 주기를 가진 후 고리 모양의 열대 [27]저기압으로 변한 사례이다.고리형 허리케인은 안벽 교체의 수명 주기를 거친 시뮬레이션이 진행되었습니다.시뮬레이션에 따르면 주요 레인밴드는 팔이 겹치도록 성장한 후 나선형으로 동심원 아이월을 형성합니다.안쪽 안벽은 소멸되고, 비띠가 [28]없는 커다란 눈에 허리케인이 남습니다.

레퍼런스

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