Mắt bão

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Mắt bão hay còn gọi là tâm bão, là vùng giữa các cơn lốc xoáy của bão, thường có áp suất không khí rất thấp.

Lốc xoáy Catarina nhìn từ ISS.

Tâm của Cơn bão Isabel Cấp độ4 quan sát từ Trạm không gian Quốc tế ISS vào ngày 15 tháng 9, 2003

Mắt bão là một khu vực hầu như lặng gió nằm ở trung tâm của một cơn lốc xoáy nhiệt đới mạnh. Mắt bão thường có hình xoáy tròn và thường có đường kính khoảng 25–40 dặms (40–65 km). Nó được bao quanh bởi hoàn lưu bão (eyewall), thứ làm nên sức mạnh tàn phá của bão. Vùng khí áp thấp nhất của bão nằm ở mắt bão, và có thể thấp hơn 15% so với áp suất khí quyển bên ngoài cơn bão. Khoảng cách từ tâm của mắt bão đến hoàn lưu bão gọi là bán kính gió cực đại của một bão xoáy nhiệt đới.

Mắt bão có thể là đặc điểm dễ nhận thấy nhất của bão xoáy nhiệt đới. Được bao quanh bởi hoàn lưu bão, một vòng bão sét hình tháp, mắt bão có dạng hình tròn ở trung tâm bão xoáy. Với các bão xoáy nhiệt đới mạnh, mắt bão có gió nhẹ và quang mây, bao quanh bởi hoàn lưu bão hình tháp đối xứng. Với các bão xoáy nhiệt đới yếu hơn, mắt bão khó định hình hơn, và có thể bị bao phủ bởi mây mù trung tâm, là một vùng mây cao, dày, có thể nhìn thấy rõ ràng bởi ảnh vệ tinh. Các cơn bão yếu hơn có thể tạo nên hoàn lưu bão mà không làm tròn được mắt bão, hoặc có mắt bão với mưa to. Tuy nhiên trong tất cả các cơn bão, mắt bão là nơi có khí áp thấp nhất; nơi mà áp suất khí quyển trên mặt biển là thấp nhất.

^[1][2]

[sửa] Cấu trúc

A cross-section biểu đồ của một cơn bão trưởng thành, với các mũi tên chỉ các luồng khí trong và xung quanh mắt bão.

Một bão xoáy nhiệt đới thông thường có một mắt bão khoảng 30-65 km (20-40 dặm) theo chiều ngang, thường ở tâm hình học của bão. Mắt bão có thể quang mây hoặc có mây ít và thấp, nó có thể được lấp đầy bởi mây thấp và trung bình (một mắt bão đặc), hoặc có thể bị che bởi mây mù trung tâm. Tuy nhiên có rất ít gió và mưa, nhất là gần tâm mắt. Đây là sự đối nghịch hoàn toàn với hoàn lưu bão, nơi chứa những cơn gió mạnh nhất của bão. Theo cơ chế của bão xoáy nhiệt đới, mắt bão, cũng như khối không khí ngay trên nó, ấm hơn xung quanh chúng.

Một cảnh trong mắt Bão Betsy. Mây thấp che phủ đại dương phía trước, với hoàn lưu bão dựng cao hàng dặm ở phía sau.

Trong khi mắt bão thường rất đối xứng, chúng có thể là hình chữ nhật và bất thường, đặc biệt với các cơn bão đang suy yếu. Một mắt bão suy yếu lớn là một mắt bão không tròn và bị phân mảnh, và là dấu hiệu của một bão xoáy nhiệt đới yếu hoặc đang suy yếu. Một mắt bão mở là mắt bão mà nó có thể tròn nhưng hoàn lưu bão không hoàn toàn bao quanh mắt bão, cũng là dấu hiệu của một bão xoáy đang suy yếu và thiếu độ ẩm. Cả hai hiện tượng này đều được sử dụng để đánh giá độ lớn của bão xoáy nhiệt đới thông qua phân tích Dvorak.

Hurricane Nate, as seen in this picture on September 6, 2005, presents a cloud-filled eye.

Trong khi các cơn bão trưởng thành có các mắt bão với đường kính hàng tá dặm, các cơn bão tăng mạnh dần lên có thể phát triển thành một mắt bão tròn, nhỏ và rõ ràng, thỉnh thoảng được gọi là mắt bão mũi kim. Các cơn bão với mắt bão mũi kim thường thay đổi đột ngột về độ lớn và rất khó dự báo.^[3]

Các mắt bão nhỏ &mdash những mắt có đường kính nhỏ hơn 10 dặm biển (19 km, 12 dặm) &mdash thường gây ra eyewall replacement cycles, ở đó một hoàn lưu bão mới bắt đầu hình thành bên ngoài hoàn lưu bão ban đầu. Điều này có thể xảy ra ở bất cứ đâu trong vòng mười tới vài trăm dặm (mười lăm tới hàng trăm km) từ tâm mắt bão. Điều này dẫn tới một kết quả là trong cơn bão hình thành hai hoàn lưu bão đồng tâm, hay "mắt bão trong mắt bão". Trong phần lớn các trường hợp, hoàn lưu bão bên ngoài đó nhỏ dần ngay sau khi hình thành, làm ngưng mắt bão bên trong, và tạo ra một mắt bão lớn hơn nhiều nhưng lại ổn định hơn. Trong khi quá trình này thường làm suy yếu cơn bão khi nó xảy ra, hoàn lưu bão mới có thể nhỏ đi nhanh hơn sau khi hoàn lưu bão cũ biến mất, làm cơn bão lại mạnh dần lên và quá trình lại lặp lại. Hoàn lưu bão mới đã nhỏ lại có thể gây ra một vòng thay mắt bão khác.

Mắt bão có thể thay đổi về kích thước từ 320 km (200 dặm) (Typhoon Carmen) thành chỉ có 3 km (2 dặm) (Hurricane Wilma).^[4] Dù các cơn bão với mắt bão lớn hiếm khi là bão mạnh, nhưng nó vẫn có xảy ra, đặc biệt là bão vòng (annular hurricane). Bão Isabel là bão Đại Tây Dương mạnh thứ mười một trong lịch sử, luôn giữ một mắt bão lớn, rộng 65-80 km (45-50 dặm), trong vài ngày.

[sửa] Sự hình thành và phát hiện

Bão xoáy nhiệt đới thường được hình thành từ những khu vực rộng lớn mà có rất nhiều dạng thời tiết khác nhau. Khi các cơn bão sét hình thành và tập trung lại, cơn bão phát triển các vòng mưa (rainband) và chúng bắt đầu quay tròn xung quanh một tâm chung. Khi bão tăng cường, một luồng các dạng đối lưu mạnh hơn hình thành ở một khoảng cách nhất định từ tâm quay của cơn bão. Khi các cơn bão sét mạnh hơn và mưa nặng hơn đánh dấu các vùng updraft, áp suất không khí ở bề mặt bắt đầu giảm, và mưa bắt đầu hình thành ở tầng trên của bão xoáy. Điều này dẫn đến sự hình thành một phản-bão xoáy (anticyclone) ở tầng trên, hoặc một vùng áp cao bên trên vùng mây mù trung tâm. Do đó phần lớn khối không khí này tràn ra ngoài bên trên bão xoáy. Bên ngoài mắt bão đang hình thành, phản-bão xoáy ở tầng trên của khí quyển tràn vào trung tâm của bão xoáy, đẩy không khí ra phía hoàn lưu bão và gây ra một hiệu ứng tăng cường.

Ozone measurements collected over Hurricane Erin on September 12, 2001. In the eyewall (ring of blues and violets), air is rising rapidly from the earth's surface, where almost no ozone is present. In the eye (circle of green and yellow), air is sinking from the ozone-rich stratosphere, so more ozone is present.

Tuy nhiên, một phần nhỏ của khối không khí này, thay vì tràn ra ngoài, lại tràn vào trong tâm của bão. Điều này làm áp suất không khi thậm chí tăng lên, tới mức mà khối lượng không khí chống lại sức mạnh của updraft ở tâm bão. Không khí bắt đầu giảm ở tâm bão, tạo nên một khu vực gần như không mưa, một mắt bão mới được hình thành.^[5]

Có rất nhiều đặc điểm trong quá trình này vẫn còn là bí ẩn. Các nhà khoa học không giải thích được tại sao một vòng đối lưu hình thành xung quanh tâm thay vì bên trên nó, hoặc tại sao phản-bão xoáy ở tầng trên chỉ đẩy ra một phần trong khối không khí khổng lồ bên trên cơn bão. Hàng trăm các lý thuyết đã được sinh ra để chính xác hóa quá trình hình thành mắt bão: tất cả những gì ta biết chắc chắn là mắt bão cần thiết cho các cơn bão xoáy nhiệt đới để đạt được tốc độ gió cao.^[5]

Sự hình thành một mắt bão đa phần luôn luôn là một dấu hiệu của một bão xoáy nhiệt đới đang tăng cường. Do đó, các nhà dự báo thời tiết theo sát sự phát triển của bão thông qua các dấu hiệu của mắt bão.

Với các cơn bão có mắt bão rõ ràng, việc phát hiện mắt bão chỉ đơn giản là nhìn vào các bức ảnh từ Vệ tinh thời tiết. Tuy nhiên, với các cơn bão với mắt bị phủ đầy, hoặc mắt hoàn toàn bị che bởi mây mù trung tâm, những phương thức phát hiện khác là cần thiết. Các quan sát từ tàu biển và các tổ chức săn bão có thể định vị mắt bão bằng mắt thường, bằng cách tìm kiếm sự giảm đột ngột tốc độ gió hoặc thiếu mưa trong trung tâm bão. Ở Mỹ, một mạng lưới các trạm radar Doppler NEXRAD có thể phát hiện các mắt bão gần bờ biển. Các vệ tinh thời tiết cũng mang các dụng cụ để đo độ ẩm không khí và độ mây, được dùng để phát hiện mắt bão đang hình thành. Thêm vào đó, các nhà khoa học gần đây đã phát hiện ra rằng lượng ozone trong mắt bão cao hơn nhiều so với hoàn lưu bão, dựa theo sự sụt giảm của khí từ tầng bình lưu, tầng giàu khí ozone. Các dụng cụ cảm biến ozone, được dùng để quan sát sự tăng và sụt giảm của cột khí, và cung cấp các dầu hiêu hình thành mắt bão, thậm chí còn trước khi ảnh vệ tinh có thể nhận diện được chúng.

[sửa] Các hiện tượng liên quan

[sửa] Các vòng thế hoàn lưu bão

Một bức ảnh vệ tinh về cơn bão Amber vào mùa bão Thái Bình Dương 1997, cho thấy một hoàn lưu bão bên ngoài và một hoàn lưu bão bên trong.

Các vòng thế hoàn lưu bão (Eyewall replacement cycles), cũng gọi là các vòng hoàn lưu bão đồng tâm, thường xuất hiện ở các bão xoáy nhiệt đới mạnh, với tốc độ gió lớn hơn 185 km/h (115 dặm/h), hoặc các cơn bão lớn (cấp 3 hoặc hơn). Khi các bão xoáy nhiệt đới đạt tới ngưỡng, và hoàn lưu bão của nó giảm hoặc đã đủ nhỏ (xem ở trên), một số các vùng mưa có thể mạnh lên và hình thành một vòng bão sét—một hoàn lưu bão bên ngoài—di chuyển chậm chạm vào bên trong và lấy độ ẩm và mô-men quay cần thiết từ hoàn lưu bão bên trong. Do những cơn bão mạnh nhất nằm trong hoàn lưu bão, bão xoáy nhiệt đới thường yếu đi trong suốt quá trình này, khi hoàn lưu bão bên trong bị "bóp nghẹt" bởi hoàn lưu bão bên ngoài. Cuối cùng hoàn lưu bão bên ngoài thay thế hoàn toàn cái bên trong, và cơn bão mạnh trở lại.

The discovery of this process was partially responsible for the end of the U.S. government's hurricane modification experiment Project Stormfury. This project set out to seed clouds outside of the eyewall, causing a new eyewall to form and weakening the storm. When it was discovered that this was a natural process due to hurricane dynamics, the project was quickly abandoned.

Almost every intense hurricane undergoes at least one of these cycles during its existence. Hurricane Allen in 1980 went through repeated eyewall replacement cycles, fluctuating between Category 5 and Category 3 status on the Saffir-Simpson Scale several times. Hurricane Juliette (2001) was a rare documented case of triple eyewalls. ^[6]

[sửa] Moats

A moat in a tropical cyclone is a clear ring outside the eyewall, or between concentric eyewalls, characterized by slowly sinking air, little or no precipitation, and strain-dominated flow ^[7]. The moat between eyewalls is just one example of a rapid filamentation zone, or an area in the storm where the rotational speed of the air changes greatly in proportion to the distance from the storm's center. Such strain-dominated regions can potentially be found near any vortex of sufficient strength, but are most pronounced in strong tropical cyclones.

[sửa] Eyewall mesovortices

A picture of Hurricane Wilma's eye taken at 8:22 a.m. CDT October 19, 2005, by the crew aboard NASA's international space station, 222 miles above earth. At the time, Wilma was the strongest Atlantic hurricane in history, with winds near 185 mph (280 km/h) and a minimum central pressure of only 882 mbar.^[8] Not only is this a classic example of a pinhole eye (the smallest ever observed—only 2 miles (3 km) across), but also of the stadium effect, where the eyewall slopes out and up.

Eyewall mesovortices are small scale rotational features found in the eyewalls of intense tropical cyclones. They are similar, in principle, to small "suction vortices" often observed in multiple-vortex tornadoes. In these vortices, wind speed can be up to 10% higher than in the rest of the eyewall. Eyewall mesovortices are most common during periods of intensification in tropical cyclones.

Eyewall mesovortices often exhibit unusual behavior in tropical cyclones. They usually rotate around the low pressure center, but sometimes they remain stationary. Eyewall mesovortices have even been documented to cross the eye of a storm. These phenomena have been documented observationally,^[9] experimentally,^[10] and theoretically.^[11]

Eyewall mesovortices are a significant factor in the formation of tornadoes after tropical cyclone landfall. Mesovortices can spawn rotation in individual thunderstorms (a mesocyclone), which leads to tornadic activity. At landfall, friction is generated between the circulation of the tropical cyclone and land. This can allow the mesovortices to descend to the surface, causing large outbreaks of tornadoes.

[sửa] Stadium effect

The stadium effect is a phenomenon occasionally observed in strong tropical cyclones. It is a fairly common event, where the clouds of the eyewall curve outward from the surface with height. This gives the eye an appearance resembling an open dome from the air, akin to a sports stadium. An eye is always larger at the top of the storm, and smallest at the bottom of the storm because the rising air in the eyewall follows isolines of equal angular momentum, which also slope outward with height. ^{[12] [13] [14]} This phenomenon refers to the characteristics of tropical cyclones with very small eyes, where the sloping phenomenon is much more pronounced.

[sửa] Hazards

Though the eye is by far the calmest part of the storm, with no wind at the center and typically clear skies, over the ocean it is possibly the most hazardous area. In the eyewall, wind-driven waves are all traveling in the same direction. In the center of the eye, however, waves from all directions converge, creating erratic crests which can build on each other, creating rogue waves. The maximum height of hurricane waves is unknown, but new research indicates that typical hurricanes may have wave heights approaching 100 feet (33 m).^[15] This is in addition to any storm surge which may occur, as storm surges often extend into the eye.

A common mistake, especially in areas where hurricanes are uncommon, is for residents to wander outside to inspect the damage while the eye passes over, thinking the storm is over. They are then caught completely by surprise by the violent winds in the opposite eyewall. The National Weather Service strongly discourages leaving shelter while the eye passes over.^[16]

[sửa] Other storms

Tiêu bản:Hurricane main Though only tropical cyclones have structures which are officially called "eyes", there are other storms which can exhibit eye-like structures:

The North American blizzard of 2006, an extratropical storm, showed an eye-like structure at its peak intensity (here seen just to the east of the Delmarva Peninsula).

[sửa] Polar lows

Polar lows are mesoscale weather systems (typically smaller than 600 miles or 1000 km across) found near the poles. Like tropical cyclones, they form over relatively warm water, can feature deep convection (thunderstorms), and feature winds of gale force or greater (> 31 mph, 50 km/h). Unlike storms of tropical nature, however, they thrive in much colder temperatures and at much higher latitudes. They are also smaller and last for shorter durations (few last longer than a day or so). Despite these differences, they can be very similar in structure to tropical cyclones, featuring a clear eye surrounded by an eyewall and rain/snow bands.

[sửa] Extratropical storms

Extratropical storms are areas of low pressure which exist at the boundary of different air masses. Almost all storms found at mid-latitudes are extratropical in nature, including classic North American nor'easters and European windstorms. The most severe of these can have a clear "eye" at the site of lowest barometric pressure, though it is usually surrounded by lower, non-convective clouds and is found near the back end of the storm.

[sửa] Subtropical storms

Subtropical storms are cyclones which have some extratropical characteristics and some tropical characteristics. As such, they may have an eye, but are not true tropical storms. Subtropical storms can be very hazardous, with high winds and seas, and often evolve into true tropical storms. As such, the National Hurricane Center began including subtropical storms in their naming scheme in 2002.^[17]

[sửa] Tornadoes

Tornadoes are destructive, small-scale storms, which produce the fastest winds on earth. There are two main types—single-vortex tornadoes, which consist of a single spinning column of air, and multiple-vortex tornadoes, which consist of small suction vortices, resembling mini-tornadoes themselves, all rotating around a common center. Both of these types of tornadoes are theorized to have calm centers, referred to by some meteorologists as "eyes". These theories are supported by doppler radar observations^[18] and eyewitness accounts^[19].

[sửa] Xem thêm

Tiêu bản:Tcportal

• Tropical cyclone
• Storm surge
• List of notable tropical cyclones

[sửa] References

[sửa] Liên kết ngoài

• Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory
• Canadian Hurricane Centre: Glossary of Hurricane Terms
• Joint Typhoon Warning Center Report on Typhoon Carmen
• Mắt bão trên vnexpress

   

Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và tài liệu khác về:

Mắt bão