סופה טרופית

סופה טרופית (הנקראת בפי תושבי מדינות שונות הוריקן, טייפון או ציקלון טרופי) היא סוג של ציקלון הנוצר באזורים הטרופיים, שקוטרו האופייני נע בין 100 ל-2,000 קילומטרים.

אופן ההיווצרות

מבחינה מבנית, סופה טרופית היא אזור לחץ נמוך אשר מכיל עננים ופעילות של סופות רעמים, כל אלה נישאים עם הרוח, שלעיתים מגיעה למהירויות הרסניות, סביב מרכז הלחץ הנמוך. מקור האנרגיה של הסופה הטרופית הוא שחרור חום כמוס מהתעבות המים בשכבות הגבוהות של האטמוספירה. כלומר, מי האוקיינוס מקבלים אנרגיה מן השמש ומתאדים, אז הם מטפסים מעלה באטמוספירה ומתקררים, וכאשר הם מגיעים לטמפרטורה מסוימת (נקודת הטל) הם מתעבים ומשחררים את האנרגיה שהושקעה באידוי קודם, לכן למעשה, אפשר לחשוב על סופה טרופית כעל מנוע חום אנכי עצום. חימום האוויר שברום (כתוצאה משחרור החום הכמוס הנלווה להתעבות אדי המים) מוביל לאפקט של שקע תרמי - אזור של לחץ נמוך, השואב אליו אוויר לח מאזורים סמוכים. אדי המים הנשאבים פנימה אל השקע מטפסים מעלה ומתעבים גם הם ובכך "מלבים" את התהליך ומעצימים את מנוע החום. במובן זה, תהליך היווצרות סופה טרופית הוא דוגמה קלאסית ל"משוב חיובי".
מכיוון שהאנרגיה של סופות טרופיות נובעת משחרור של חום כמוס, הן מובדלות משאר המערכות הברומטריות, כמו שקעים בקווי הרוחב הבינוניים - אלה פועלים על הפרשי טמפרטורה אשר כבר קיימים בין גושי אוויר באטמוספירה. על מנת שסופה טרופית תמשיך לחיות ולפעול, היא חייבת להימצא מעל מקור מים חמים גדול (כמו למשל האוקיינוס קרוב לקו המשווה), אשר מספק את אנרגיית החום לסופה. כאשר סופה טרופית מגיעה לאזור יבשתי, או לאזור שבו המים קרים יותר, התהליך נפסק והסופה הופכת לשקע ברומטרי רגיל (בהשראת אפיק רום שנמצא באזור, אם נמצא) או דועכת. עם זאת ייתכנו מקרים, כמו ציקלון אידאי, בהן הסופה חוזרת חזרה לאזור מעל מים חמים, ומתחזקת מחדש.
כדי שתיווצר סופה טרופית צריכים להתקיים כמה תנאים. טמפרטורת המים צריכה להיות חמה דייה, מעל 26 מעלות, כדי שתיווצר התאדות של המים, ולכן סופות טרופיות נוצרות כאשר יש מזג אוויר חם ובמרחק גדול מספיק מהאזור של קו המשווה. כמו כן, צריכה להיות מסת ים גדולה כדי שהתאדות המים תהפוך לסופה, ולכן סופה טרופית תיתכן רק באוקיינוסים. עוד צריך שקע ברומטרי שיאפשר לאוויר לעלות למעלה כדי שיוכל להתעבות.
הסופה הטרופית מובילה אנרגיה מהאזורים הטרופיים לכיוון קווי רוחב רחוקים יותר. תהליך זה מכונה אינטראקציה טרופית-חוץ טרופית. הסופה הטרופית מעבירה אנרגיה בצורה משמעותית הרבה יותר מתופעות אחרות, כמו תמרה טרופית, למשל.

מבנה ומאפיינים

סופות טרופיות מהוות אזורים בעלי לחץ נמוך בטרופוספירה, כאשר השינויים הגדולים ביותר בלחץ מתחוללים בגבהים נמוכים בסמוך לפני השטח. הלחצים הברומטריים שנמדדו במרכזן של סופות טרופיות הם בין הנמוכים ביותר שנמדדו אי פעם בגובה פני הים. התנאים השוררים בסמוך למרכז סופות טרופיות מתאפיינים בטמפרטורה גבוהה יותר מסביבתן בכל הגבהים, על כן סופות טרופיות נקראות גם מערכות ליבה חמה - במהלך סופה טרופית הטמפרטורה בשכבות הנמוכות של הטרופוספירה גבוהות מהרגיל ב-20 עד 50 מעלות צלזיוס. רחוק יותר ממרכז הסופה ובסמוך לקרקע, לעומת זאת, הטמפרטורה נמוכה בכמה מעלות מן הממוצע בזכות כיסוי העננות והמשקעים הרבים.

שדה הרוח

שדה הרוח בסמוך לפני השטח של סופה טרופית מתאפיין בתנועת אוויר סיבובית מהירה סביב מרכז של סירקולציה תוך כדי שהוא זורם גם רדיאלית פנימה. בשפה החיצונית של הסופה, האוויר עשוי להיות רגוע באופן יחסי; אף על פי כן, אודות לסיבוב כדור הארץ, לגושי האוויר שבשפה החיצונית יש תנע זוויתי מוחלט שונה מאפס. כשהאוויר זורם רדיאלית פנימה, הוא מתחיל להסתובב ציקלונית (נגד כיוון השעון בהמיספירה הצפונית ובכיוון השעון בהמיספירה הדרומית) כדי לשמר את התנע הזוויתי. הרוחות העזות המסתחררות סביב מרכז הסירקולציה הן למעשה תוצאה של ה"נסיון" להשוואת לחצים, תוך כדי שכדור הארץ מסתובב במהירות על צירו - זרם האוויר שחותר להגיע למרכז הסופה מתערבל עם כיוון סיבוב כדור הארץ. תופעה זו מוכרת בשם כוח קוריוליס - אפקט מדומה הנראה ככוח אמיתי. כיוון הסיבוב של הסופה נראה שונה בחצי הכדור הצפוני ובחצי הכדור הדרומי, אך הוא למעשה זהה - תמיד עם כיוון הסיבוב של כדור הארץ. קל יותר להמחיש זאת אם מדמיינים את סיבוב הכדור מזרחה: כאשר "מסתכלים" על הכדור במבט מעל הקוטב הצפוני, הסיבוב נראה נגד כיוון השעון. אך כאשר מדמיינים מבט מעל הקוטב הדרומי - הסיבוב נראה עם כיוון השעון. ברדיוס פנימי יותר, האוויר מתחיל לנסוק לקצה העליון של הטרופוספירה. הרדיוס הזה מתלכד עם הרדיוס הפנימי של חומת העין, ובו נעות הרוחות החזקות ביותר בסופה; בעקבות כך, רדיוס זה מכונה רדיוס הרוחות המרביות. לאחר שהגיע למעלה, האוויר זורם החוצה ממרכז הסופה, תוך שהוא מפיק מסך של ענני צירוס.
התהליכים שהוזכרו מקודם מניבים שדה רוח שהוא כמעט בעל סימטריה גלילית: מהירויות הרוח נמוכות במרכז, מתחזקות במהירות בעוצמתן כאשר מתקדמים החוצה לרדיוס הרוחות המרביות, ואז דועכות בצורה הדרגתית יותר עם הרדיוס. עם זאת, שדה הרוח מפגין לעיתים קרובות התנהגות מורכבת יותר שכוללת השתנות במרחב ובזמן אודות לאפקטים של תהליכים מקומיים, כמו פעילותן של סופות רעמים ואי-יציבויות אופקיות בזרימה. בכיוון האנכי, הרוחות חזקות ביותר בסמוך לפני השטח ודועכות עם הגובה בתוך הטרופוספירה.

עין הסערה

במרכזה של סופה טרופית מפותחת, האוויר שוקע במקום לנסוק. בעבור סופה חזקה מספיק, האוויר עשוי לשקוע מעל שכבה עמוקה מספיק באופן שמדכא היווצרות עננים, וכך נוצרת "עין הסערה" - עיגול סביב מרכז הסופה בקוטר של עד כמה עשרות קילומטרים ששורר בו שקט ושמש זורחת בו, אבל מסביבו נעות הרוחות העזות ביותר שעלולות לגרום את הנזקים החמורים ביותר. בעוד שמזג האוויר בעין הסערה רגוע ונינוח ונקי מעננים, הים עשוי להיות סוער ביותר; כך מתהווה מראה מוזר לעין של ים סוער ביותר ללא כל סיבה ניכרת לעין. העין היא בדרך כלל מעגלית ובעלת קוטר אופייני של 30–65 קילומטרים, עם כי יש לה תחום גדלים רחב כך שגם עיניים קטנות בעלות קוטר של 3 קילומטר וגדולות עד כדי קוטר של 370 קילומטר נצפו.
השפה החיצונית המעוננת של העין נקראת "חומת העין". חומת העין בדרך כלל מתרחבת עם הגובה, ומקבלת צורה שמזכירה אצטדיון כדורגל; תופעה זו ידועה כ"אפקט האצטדיון" (stadium effect). חומת העין היא האזור שבו מצויות מהירויות הרוח הגבוהות ביותר, האוויר נוסק במהירות הרבה ביותר, העננים נחים בגובה מרבי בשמיים, ונפילת המשקעים היא אינטנסיבית ביותר. נזקי הרוח הגדולים ביותר מתחוללים כאשר חומת העין של סופה טרופית חולפת מעל הקרקע.

פיזיקה ואנרגטיקה

שדה הרוח התלת-ממדי בסופה טרופית ניתן לפירוק לשני מרכיבים: "סירקולציה ראשית" ו"סירקולציה משנית". הסירקולציה הראשית היא החלק הסיבובי של זרימת האוויר; היא לגמרי מעגלית. הסירקולציה המשנית מייצגת את חלק המפנה (פנימה-מעלה-החוצה-מטה) של הזרימה; היא בכיוונים הרדיאליים והאנכיים. הסירקולציה הראשית חזקה ונרחבת יותר, מהווה את חלק הארי של שדה הרוח בגובה פני הים, ואחראית לעיקר הנזקים שסופה טרופית גורמת, בעוד שהסירקולציה המשנית איטית יותר אך מושלת באנרגטיקה של הסופה.

הסירקולציה המשנית כמנוע קרנו עצום

מקור האנרגיה הראשי של סופה טרופית הוא החום מהתאדותם של מים מפני השטח של אוקיינוס חמים, שקודם לכן חומם על ידי אור השמש. האנרגטיקה של מערכת הסופה כולה ניתן לאידיאליזציה כמנוע קרנו אטמוספירי. ראשית, אוויר הזורם בסמוך לפני הים צובר חום אודות להתאדות המים בטמפרטורה של פני האוקיינוס החמים (במהלך ההתאדות, האוקיינוס מתקרר והאוויר מתחמם). שנית, האוויר המחומם, שנמצא באזור בעל מפל טמפרטורה אטמוספירי שתומך בזרמי קונבקציה והיווצרות משקעים (כלומר באזור בו האוויר לא יציב), מטפס מעלה ומתקרר (תהליך הטיפוס מתחולל בתוך גבולות עין הסערה) בעודו משמר את תכולת החום הכוללת (החום הכמוס של אדי המים מומר לחום מורגש במהלך התעבותם). שלישית, האוויר זורם החוצה ומאבד חום דרך קרינה תת-אדומה לחלל בעוד הוא שומר על טמפרטורה קבועה שערכה עומד על טמפרטורת הטרופופאוזה הקרה. רביעית, האוויר מתמוכך בגבולה החיצוני של הסופה, תוך שהוא משמר את תכולת החום הכוללת. התהליך התרמודינמי כולו מצומד לפיכך לשני מאגרי חום: מאגר תחתון בטמפרטורת פני הים ומאגר עליון בטמפרטורת הטרופופאוזה. החלקים הראשון והשלישי של התהליך הם איזותרמיים, בעוד החלקים השני והרביעי הם איזנטרופיים. נקודת המבט של מנועי קרנו מאפשרת להטיל חסם עליון תאורטי למהירות הרוח המקסימלית שיכולה להתקבל במהלך סופה טרופית נתונה.
מדענים מעריכים שסופה טרופית משחררת אנרגיית חום בקצב שבין 50 ל-200 אקסג'אול ( ג'אול) ליום, הספק ששקול ל- ואט. קצב שחרור האנרגיה הזה שקול ל-70 פעמים צריכת האנרגיה העולמית של בני אדם ול-200 פעמים צריכת האנרגיה החשמלית העולמית, או לפיצוץ פצצת גרעין בעוצמה של 10 מגהטון כל 20 דקות.

אינטראקציה עם שכבת האוקיינוס העליונה

נוכחותה של סופה טרופית מעל האוקיינוס גורמת לשכבות העליונות של האוקיינוס להתקרר במידה משמעותית, מה שעשוי להשפיע על ההתפתחות העתידית של הסופה. הקירור הזה נגרם בראש ובראשונה כתוצאה מערבוב של מים קרירים ממעמקי האוקיינוס עם המים החמימים שעל פניו, זאת כתוצאה מההשפעה המערבלת של הרוחות העזות על השכבה העליונה שלו. אפקט זה מוסיף משוב שלילי למערכת שיכול למנוע מהסופה להתחזק או להביא להחלשתה. קירור נוסף נגרם על ידי נפילת טיפות גשם קרירות (זה מכיוון שהאטמוספירה קרה יותר ברום). כיסוי עננות עשוי לשחק גם הוא תפקיד בקירור האוקיינוס, בכך שהוא ממסך את משטח האוקיינוס מאור שמש ישיר לפני ואחרי חלוף עין הסערה. כל האפקטים הללו עשויים לחבור יחדיו ולגרום לירידה דרמטית בטמפרטורת פני הים בתוך ימים ספורים בלבד. בדומה לכך, הערבוב של הים גורם לחום מהשכבה העליונה להיקלט במים העמוקים יותר, דבר שהוא בבחינת גורם משפיע פוטנציאלי על האקלים הגלובלי.

שמות מיוחדים

מאז שנת 1953 ניתנים לסופות הטרופיות (מטעמי נוחות) שמות פרטיים, בסדר עולה של האלפבית הלטיני (ABC), כשכל שם מתחיל באות הבאה בתור. הרשימה מורכבת מראש על ידי הארגון העולמי למטאורולוגיה. עד 1979 ניתנו רק שמות של נשים ואז הוכנסה לשימוש רשימה שש-שנתית שבה ניתנים לסירוגין שמות של גברים ושמות של נשים. במקרים שסופה גרמה נזק כבד מאוד – שמה מוצא מן הרשימה כדי שלא ייעשה בו שימוש שוב במחזור נתינת השמות הבא. ברשימה לכל שנה 21 שמות, וביחד 126 שמות למחזור בן שש שנים, כשלכל אזור סופה, מוגדרת רשימת שמות שש-שנתית שונה. אם בעונה אחת מתרחשות יותר מ-21 סופות טרופיות, הבאות תקראנה בשמות אותיות האלפבית היווני (אלפא, בטא, גמא וכו').

מחקר סופות


אדמונד היילי היה הראשון, שכבר ב-1686 פרסם את מפת העולם המציגה את משטר הרוחות מעל האוקיינוסים. הוא תיעד את תוצאות המחקר שעשה בסנט הלנה בדבר הקשר בין הלחץ הברומטרי והגובה מעל פני הים והקשר בין התחממות לבין היווצרות רוחות וסופות טרופיות.
מייג'ור גנרל ויליאם ריד הוצב באיי ליווארד, היה עד להוריקן של 1831 ובעקבות כך חקר את משטר הרוחות. ב-1838 הוא פרסם את ממצאיו ב-"An Attempt to Develop the Law of Storms by Means of Facts" וכעבור כעשור פרסם את "The Progress of the Development of the Law of Storms and of the Variable Winds".
הנרי פידינגטון  היה בקולקטה ב-1833 כאשר ציקלון הכה במקום. ב-1838 קרא את מחקרו של ריד על "משטר הסערות". פידינגטון היה זה שכינה את הסופות המכות בחופי הודו בשם "ציקלון" ופרסם סדרת מאמרים בנושא. הוא הבחין בעובדה שיש לציקלון מרכז שקט וכי רוחות נעות סביבו נגד כיוון השעון בחצי הכדור הצפוני ובכיוון השעון בחצי הכדור הדרומי.