허리케인 레인밴드 및 강도변화 실험

The Hurricane Rainband and Intensity Change Experiment
사이클론 안벽 교체의 4단계: (i) 저압 시스템 중앙을 중심으로 레인밴드가 회전하고 (ii) 눈에 보이는 강화 레인밴드가 새로운 안벽(iii)을 형성함 (iv) 새로운 안벽은 오래된 안벽을 대체하고 폭풍우를 약화시킨다.

허리케인 레인밴드 및 강도변화실험(RAINEX)은 열대성 사이클론의 비대와 안벽 사이의 상호작용을 측정하여 허리케인 강도 예측을 개선하는 프로젝트다. 이 실험은 2005년 대서양 허리케인 시즌에 계획되었다. 레인엑스와 2005년 대서양 허리케인 시즌의 이러한 우연은 악명 높은 허리케인 카트리나, 오필리아, 리타의 연구와 탐사로 이어졌다. 허리케인 카트리나와 허리케인 리타가[1] 미국 걸프만 연안에 큰 피해를 입힐 경우 허리케인 오필리아는 이 강력한 사이클론들과 흥미로운 대조를 이루었다. 왜냐하면 허리케인 오필리아는 1등급 이상 발전한 적이 없기 때문이다.

RAINEX 프로젝트는 마이애미 대학(UM), 로젠스티엘 해양대기과학대학원(RSMAS), 워싱턴 대학, 대기과학부, 국립해양대기청(NOAA), 미 해군, 해군연구실(Office of Navy Research)의 협력이었다. 이 연구의 목적은 허리케인 아이월 교체 주기가 발생하는 메커니즘을 연구하는 것이었다. 다행히 이번 연구를 위해 허리케인 리타를 연구하는 과정에서 이런 안벽 교체 사례가 발생했다. 열대성 사이클론에서는 안벽에서 발생하는 폭풍의 최대 풍속은 전체적인 강도를 예측하는 데 중요한 전체적인 강도를 나타내는 주요 지표다. 이 안벽 바로 너머에는 내측 레인밴드(결국 외측 안벽)와 (내측) 안벽을 분리하는 해자가 있다. 눈벽 교체 이전과 도중에 이 지역의 역학을 더 잘 이해하면 강도 예측에 도움이 될 수 있다.

배경

RAINEX의 주요 목적은 열대성 사이클론의 눈, 안벽, 빗줄기의 상호작용에 의해 영향을 받기 때문에 폭풍의 강도의 변동을 연구함으로써 이 임무를 완수하는 것이었다. 이전에 열대성 사이클론 강도 예측은 해수면 온도와 상층권 역학 관계를 크게 기반으로 했다. 이러한 요인들은 열대성 사이클론의 최대 잠재력을 예측하는 데 유용하다. 그러나 폭풍의 강도는 매일 큰 변동을 겪기 때문에, 사이클론의 최대 강도는 보통 도달하지 못한다.

허리케인 구조

ELDORA 레이더에 나타난 허리케인 리타의 구조

대부분의 허리케인은 눈 밖에 확실한 안벽과 나선형 빗줄기를 나타낸다. 이 나선형 빗줄기는 저고도 침전성 구름에 얽힌 깊은 대류관을 가진 복잡한 구조물로 알려져 있다.[2]

열대성 사이클론의 눈이나 중심부는 따뜻한 공기가 위쪽으로 소용돌이치며 대기 중으로 상승하는 저기압이 특징이다. 열대성 사이클론은 보통 폭풍의 최대 지속된 바람이 시속 74마일을 넘을 때 뚜렷한 눈이 발생한다. 잘 형성된 눈은 움직이는 입자와 소용돌이의 중심 사이의 거리가 줄어들 때 회전 속도가 증가하기 때문에 전체적인 강도를 잘 나타내는 지표다. 열대성 저기압과 연관된 각운동량은 이 현상을 설명할 수 있다.

질량을 가진 입자의 각도 운동량, 원점에 대한 m, r은 다음과 같이 주어질 수 있다.

L = mvr(sin(sin))

r이 감소하면(이동 입자와 소용돌이의 중심 사이의 거리), 이 입자의 질량 m은 그대로 유지되고 각운동량은 L이 보존된다. 따라서 입자의 회전 속도는 증가해야 한다. 열대성 사이클론에서는 눈이 수축하면 풍속이 빨라진다. 이런 격화의 또 다른 예는 피겨 스케이팅에서 볼 수 있다. 빙글빙글 도는 피겨 스케이터가 두 팔을 가슴으로 끌어당기고 빙글빙글 돌리면 각운동량은 보존되지만 회전속도는 높아진다.

실험 설계

허리케인 카트리나, 리타, 오필리아 등 13개 항공기에 P-3 오리온 항공기 3대가 투입됐다. WP-3D 항공기 중 2대는 NOAA에 의해 소유 및 운용되었으며 N42와 N43으로 명명되었다. P-3 N42에는 이중 빔 도플러 기상 레이더 역할을 하는 전후 고정식 평판 안테나가 장착됐다. P-3, N43에는 1개의 단일 포물선 안테나가 장착돼 스캐닝 방향을 바꿔 듀얼 도플러 레이더로 작동할 수 있었다(전후방사이에 다시 한 번). 이 NOAA 항공기는 1.5 km 수평 해상도를 달성할 수 있었다. 세 번째 P-3인 NRL에는 ELDORA(Electra Doppler Radar)가 탑재되어 있었으며, 열대성 사이클로인의 영상 촬영에 사용된 최초의 ELDORA였다. 레이더 외에 각 항공기에는 5-10분(비행 경로상 약 30~65km)마다 배치되는 다량의 드롭온드를 장착했다. 허리케인 카트리나 기간 동안 오필리아 462번과 리타 503번지에는 302번의 드롭온드가 배치되었다. 드롭슨드 사양에 대한 자세한 설명은 Hock과 Franklin 1999에서 찾을 수 있다. 이 항공기는 비행 중 RSMAS의 RAINEX 운영센터(ROC)에 이들 계측기로 수집된 모든 정보를 전송해 지상팀이 비행승무원들이 비행 중 열대성 사이클론의 발생을 예측하도록 했다.

장비

이 실험에는 듀얼 빔 일렉트라 도플러 기상 레이더와 집중 드롭선더 커버리지를 탑재한 P3 오리온 항공기 3대의 소용돌이의 내부 구조와 데이터 수집에 대한 고해상도 수치 모델이 수반됐다. 이 항공기는 미국 플로리다 주 탬파에 있는 맥딜 공군기지에 있는 국립해양대기청(NOAA) 항공기 운영센터(AOC)에 본부를 두고 있었다.[3] 모든 항공편은 마이애미 대학(UM)의 로젠스티엘 해양대기과학대학원(RSMAS)의 RAINEX 운영센터(ROC)에서 통제되었다. 사후 분석은 RSMAS 대기-파동-해양 모델링 시스템에서 비행 중 수집된 데이터의 고해상도 모델 시뮬레이션을 포함하도록 했다.

도플러 레이더가 장착된 NOAA P-3 항공기 2대

프로젝트 커뮤니케이션스

현장에서 데이터가 수집됨에 따라 위성 통신은 RSMAS의 RAINEX 운영센터로 항공기의 정보를 중계했다. 비행에 적합한 요일을 결정하기 위해, 주요 조사관, 예보관, 조종사, 시설 엔지니어링 담당자는 마이애미의 RSMAS 센터에서 출발하여 매일 전화 회의를 가졌다.플로리다. 제안된 비행시간 내내 열대성 사이클론의 진화에 대한 예측에 기초하여, 주요 조사관들은 그날의 비행 계획을 수립할 것이다. 비행 패턴은 일반적으로 특별한 경우를 수용하는 두 가지 계획 중 하나를 따랐다. 계획 A는 보통 항공기가 안벽 교체 없이 시간에 도착할 때 선택되었다. 플랜 B는 비행 중에 안벽 교체가 발생할 것으로 예상되었을 때 채택되었다. 예를 들어, 허리케인 리타로 비행하는 동안 두 번째 안벽이 형성되었고 플랜 B가 실행되었다.

주목할 만한 허리케인

허리케인 카트리나의 안벽 안쪽에서 P-3 항공기를 통해 보기

허리케인 카트리나

RAINEX는 2005년 대서양 허리케인 시즌에 앞서 계획되었기 때문에 다른 폭풍 중에서도 허리케인 카트리나로 날아들었다. 허리케인 카트리나는 이번 시즌 후폭풍과 매우 유사한 궤도를 따랐다(허리케인 리타). 그러나 카트리나는 멕시코만에 있는 기간 동안 안벽 교체를 받지 않았다. 허리케인 카트리나로 들어가는 RAINEX 항공편은 2005년 8월 25일, 26일, 27일, 28일, 29일에 발생했다. 이 항공편들은 열대성 사이클론에서 5등급 허리케인으로 발전하면서 폭풍을 따라갔다.

허리케인 오필리아

허리케인 오필리아는 지속 기간이 길고, 존재 기간 내내 강도의 상당한 변동으로 인해 기록하기에 흥미로운 폭풍이었다.[4] 허리케인 오필리아로 들어가는 RAINEX 항공편은 2005년 9월 6일, 9일, 11일에 발생했다.

허리케인 리타

허리케인 리타는 파괴적인 카트리나 이후 멕시코 만에서 환영받지 못했다. 허리케인 리타는 멕시코만에 있는 동안 안벽 교체를 받았으며, 멕시코만에서는 폭풍우가 사피르-심슨 허리케인 풍향계 5등급에서 육지까지 3등급으로 떨어졌다.[5] 2005년 9월 20일, 21일, 22일, 23일 허리케인 리타로 향하는 RAINEX 항공편이 발생했다. 이 항공편들은 1등급 허리케인의 허리케인 리타가 5등급으로 급속하게 발전하여 결국 안벽 교체 주기와 약화되는 것을 관찰했다.

추가 정보

RAINEX 데이터베이스는 RAINEX 데이터베이스에서 찾을 수 있다.

참조

  1. ^ Houze, R. A., Chen, S. S., Lee, W. C., Rogers, R. F., Moore, J. A., Strossmeister, G. J., … Brodzik, S. R. (2006). "The hurricane rainband and intensity change experiment. Observations and Modeling of Hurricanes Katrina, Ophelia, and Rita" (PDF). Bulletin of the American Meteorological Society. 87 (11): 1503–1521. Bibcode:2006BAMS...87.1503H. doi:10.1175/BAMS-87-11-1503.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  2. ^ Houze, R. a, Chen, S. S., Smull, B. F., Lee, W.-C., & Bell, M. M. (2007). "Hurricane intensity and eyewall replacement". Science. 315 (5816): 1235–1239. Bibcode:2007Sci...315.1235H. doi:10.1126/science.1135650. PMID 17332404.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  3. ^ Williams, Jack (13 October 2015). "2005: A terrible year for hurricanes, a great year for research". The Washington Post. Retrieved 9 May 2016.
  4. ^ Houze, Robert A., Lee, Wen-Chau, and Bell, Michael M. (2009). "Convective Contribution to the Genesis of Hurricane Ophelia". Monthly Weather Review. 137 (9): 2778–2800. Bibcode:2009MWRv..137.2778H. doi:10.1175/2009MWR2727.1.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  5. ^ Judt, F., & Chen, S. S. (2010). "Convectively Generated Potential Vorticity in Rainbands and Formation of the Secondary Eyewall in Hurricane Rita of 2005". Journal of the Atmospheric Sciences. 67 (11): 3581–3599. Bibcode:2010JAtS...67.3581J. doi:10.1175/2010JAS3471.1.{{cite journal}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)

외부 링크