Trooppinen hirmumyrsky

Rakenne ja dynamiikka

Trooppiseen hirmumyrskyyn kuuluu matalapaineen keskustaa kiertävä voimakkaan tuulen alue sekä tässä pyörteessä kohoava laaja pilvimassa, jossa havaitaan kaatosadetta ja yleensä ukkosta. Rakenteensa takia trooppisia hirmumyrskyjä kutsutaan myös pyörremyrskyiksi. Trooppiset hirmumyrskyt eroavat muista liikkuvista matalapaineista, kuten Suomeen tulevista rintamajärjestelmistä, energiataloutensa takia: energianlähteenä on lämmin meri, jossa on vähintään 50 metrin paksuinen ja 26-asteinen vesikerros.
Trooppisten hirmumyrskyjen energia on peräisin merestä haihtuneesta vesihöyrystä, joka tiivistyy sateeksi. Vesihöyryn tiivistyminen johtuu ilmanpaineen alenemisesta mentäessä kohti pyörteen keskustaa ja ilman kohoamisesta tiivistymisalueella (sumukammio-ilmiö). Tiivistymisessä vapautuva lämpö saa ilman kohoamaan (tarkkaan ottaen vapautuva lämpö estää ilmaa jäähtymästä sen paineen aletessa, joten ilma on harvempaa so. kevyempää kuin myrskyn ulkopuolella). Näin ollen lisää kosteaa ilmaa imeytyy keskustaa kohti.
Pyörre on tärkeä siksi, että höyrystymistä (haihtumista, lämpöenergian sitoutumista) ehtii tapahtua riittävästi. Jos pyörre on laaja, keskustaan ei enää ehdi ulkopuolelta kosteaa ilmaa (joka saisi nosteen, matalapaineen aikaan), vaan ylemmistä ilmakerroksista laskeutuu kuivaa ilmaa keskustaan joten siellä vallitsee paikallinen korkeapaine ja selkeä sää.
Pyörremyrskyn hillitön pyöriminen aiheuttaa myös sen, ettei myrskyllä ole selkeitä rintamia, kuten normaalilla matalapaineella. Tuulet puhaltavat kohti myrskyn silmää; pohjoisella pallonpuoliskolla vastapäivään, eteläisellä pallonpuoliskolla myötäpäivään. Tuulen nopeudet saavuttavat valtavia lukemia, tavallisesti 33-60 m/s. Merellä aallonkorkeus on 10–15 metriä ja koko meri vaahtoaa valkoisena. Näkyvyys on erittäin heikko, ja paksun pilvikaton vuoksi päivälläkin on hämärää.
Trooppisen pyörremyrskyn pääasiallinen energianlähde on valtameren pinnasta haihtuvan veden sisältämä lämpö, joka vapautuu veden tiivistyessä pilviksi ja lopulta sateeksi kun lämmin, kostea ilma kohoaa ja jäähtyy kylläisen vesihöyryn lämpötilaan ja paineeseen (ks. Mollierin käyrästö). Prosessia voidaan pitää eräänlaisena atmosfäärisenä Carnot'n lämpövoimakoneena, jossa vesihöyryn sisältämä tiivistymisentalpia muuttuu ilmamassan liike-energiaksi. Tämä tapahtumaketju seuraa Carnot'n kiertoprosessia. Ensinnä sisäänvirtaava ilma lähellä meren pintaa ottaa energiaa veden haihtumisesta latenttina lämpönä: haihtumisessa valtameri jäähtyy ja ilma lämpenee. Syntyy painegradientti, joka imee lämmintä ilmaa alhaalta ylös synnyttäen rajun konvektiovirtausen, jossa ilma virtaa suurella nopeudella merenpinnan tasolla kohti pyörremyrskyn keskustaa, ja myrskyn silmän seinämässä ylos kohti tropopaussia. Toisaalla lämmennyt ilma nousee ja jäähtyy adiabaattisesti myrskyn silmän seinämässä kuitenkin säilyttäen kaiken tiivistymisentalpiansa tiivistymisen yhteydessä. Kolmantena ilma virtaa ulos ja menettää lämpöä infrapunasäteilynä avaruuteen kylmän tropopaussin korkeudella. Lopulta ilma lauhtuu ja vajoaa alas myrskyn ulkoreunalla kohti meren pintaa pyörremyrskyn ulkoreunoilla. Ensimmäinen ja kolmas vaihe ovat lähes isotermisiä, kun taas toinen ja neljäs ovat lähes isentrooppisia. Tämä sisään-ylos-ulos-alas -kierto tunnetaan pyörremyrskyn sekundaarikiertona (primäärikierto on myrskyn pyörimisliike). Carnot'n prosessi määrittää myös ylärajan sille tuulen nopeudelle, jonka pyörremyrsky voi saavuttaa.
Pyörremyrskyn yhteydessä puhutaan valtavista energiamääristä. Arvioidaan, että trooppinen pyörremyrsky vapauttaa lämpöenergiaa noin 50 - 200 eksajoulea (10¹⁸ J) päivässä, joka vastaa noin yhden petawatin tehoa(10¹⁵ wattia). Tämä vastaa noin 70-kertaisena koko ihmiskunnan energiankulutusta ja noin 200-kertaisena koko maailman sähköntuotantokapasiteettia, tai yhden 10 megatonnin ydinpommin räjäyttämistä joka 20. minuutti.
Trooppiset hirmumyrskyt heikkenevät ja kuolevat nopeasti, jos ne joutuvat maa-alueille, liian kauas tropiikista tai kylmien merivirtojen päälle. Tällöin ne muuttuvat normaaleiksi rintamamatalapaineiksi ja mantereen päällä lopulta tiivistyvät ja okkludoituvat. Toisinaan Suomeen saattaa saapua hirmumyrskyjen jäänteitä, jotka ovat Pohjois-Atlantilla heikenneet rintamamatalapaineiksi.
Coriolis-ilmiöllä eli maapallon pyörimisliikkeellä on vaikutuksensa tavallisten matalapaineiden lisäksi myös trooppisten hirmumyrskyjen syntymiseen. Ilmiön takia myrskyt pyörivät pohjoisella pallonpuoliskolla vastapäivään ja eteläisellä myötäpäivään eivätkä ne voi koskaan ylittää päiväntasaajaa, koska pyörre joutuisi muuttamaan suuntaansa.

Havaitseminen

Tuulennopeuden mittaukset pyörremyrskyistä ovat usein epäluotettavia, koska hurjimmat myrskyt yleensä tuhoavat säähavaintolaitteet. Sääsatelliittien käyttöönotto paransi havaintomahdollisuuksia huomattavasti. Kun trooppiset hirmumyrskyt lähestyvät maa-alueita, niistä saadaan tietoja myös säätutkalla. Pyörremyrskyn läpi tai yli voidaan lentää ja niihin voidaan pudottaa laskuvarjoon kiinnitetty radioluotainta muistuttava laite, joka lähettää ilmanpaine-, lämpötila-, kosteus- ja tuulitietoja matkallaan maahan.