Скорость вращения воздуха в смерче: СМЕРЧИ И ТОРНАДО

СМЕРЧИ И ТОРНАДО | Энциклопедия Кругосвет

СМЕРЧИ И ТОРНАДО. Смерч (синонимы – торнадо, тромб, мезо-ураган) – это очень сильный вращающийся вихрь с размерами по горизонтали менее 50 км и по вертикали менее 10 км, обладающий ураганными скоростями ветра более 33 м/с. Энергия типичного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с, по оценкам С.А.Арсеньева, А.Ю.Губаря и В.Н.Николаевского, равна энергии эталонной атомной бомбы в 20 килотонн тротила, подобной первой атомной бомбе, взорванной США во время испытаний «Тринити» в Нью-Мексико 16 июля 1945. Форма смерчей может быть многообразной – колонна, конус, бокал, бочка, бичеподобная веревка, песочные часы, рога «дьявола» и т.п., но чаще всего смерчи имеют форму вращающегося хобота, трубы или воронки, свисающей из материнского облака (отсюда и их названия: tromb- по французски труба и tornado – по испански вращающийся). Ниже на фотографиях показаны три смерча в США: в форме хобота, колонны и столба в момент касания ими поверхности земли, покрытой травой (вторичное облако в виде каскада пыли вблизи поверхности земли не образуется). Вращение в смерчах происходит против часовой стрелки, как и в циклонах северного полушария Земли.

В физике атмосферы смерчи относят к мезо-масштабным циклонам и их нужно отличать от синоптических циклонов средних широт (с размерами 1500–2000 км) и тропических циклонов (с размерами 300–700 км). Мезо-масштабные циклоны (от греческого meso – промежуточный) относятся к середине диапазона между турбулентными вихрями с размерами порядка 1000 м и менее и тропическими циклонами, образующимися в зоне конвергенции (схождения) пассатов на 5-ом градусе северной широты и выше, вплоть до 30-го градуса широты. В некоторых тропических циклонах ветер достигает ураганной скорости 33 м/с и более (до 100 м/c) и тогда они превращаются в тайфуны Тихого океана, ураганы Атлантики или вилли-вилли Австралии.

Тайфун – китайское слово, оно переводится как «ветер, который бьет». Ураган – это транслитерированное в русский язык английское слово hurricane . В больших синоптических циклонах средних широт ветер достигает штормовой скорости (от 15 до 33 м/с), но иногда и здесь он может стать ураганным, т.е. превысить предел 33 м/с. Синоптические циклоны образуются на зональном атмосферном течении, направленном в тропосфере средних широт северного полушария с запада на восток, как очень большие планетарные волны с размером, сравнимым с радиусом Земли (6378 км – экваториальный радиус). Планетарные волны возникают на вращающейся, сферической Земле и на других планетах (например, на Юпитере) под действием изменения силы Кориолиса с широтой и (или) неоднородного рельефа (орографии) подстилающей поверхности. Первыми важность планетарных волн для прогноза погоды осознали в 1930-х советские ученые Е.Н.Блинова и И.А.Кибель, а также американский ученый К.Россби, поэтому планетарные волны иногда называют волнами Блиновой – Россби.

Смерчи часто образуются на тропосферных фронтах – границах раздела в нижнем 10-километровом слое атмосферы, которые отделяют воздушные массы с различными скоростями ветра, температурой и влажностью воздуха. В области холодного фронта (холодный воздух натекает на теплый) атмосфера особенно неустойчива и формирует в материнском облаке смерча и ниже него множество быстро вращающихся турбулентных вихрей. Сильные холодные фронты образуются в весенне-летний и осенний период. Они отделяют, например, холодный и сухой воздух из Канады от теплого и влажного воздуха из Мексиканского залива или из Атлантического (Тихого) океана над территорией США. Известны случаи возникновения небольших смерчей в ясную погоду при отсутствии облаков над перегретой поверхностью пустыни или океана. Они могут быть совершенно прозрачными и лишь нижняя часть, запыленная песком или водой, делает их видимыми.

NASA СМЕРЧИ в штате Аризона. Возникновение небольших смерчей в ясную погоду при отсутствии облаков над перегретой поверхностью пустыни.

Наблюдаются смерчи и на других планетах Солнечной системы, например на Нептуне и Юпитере. М.Ф.Иванов, Ф.Ф.Каменец, А.М.Пухов и В.Е.Фортов изучали образование торнадо-подобных вихревых структур в атмосфере Юпитера при падении на него осколков кометы Шумейкера – Леви. На Марсе сильные смерчи возникнуть не могут из-за разреженности атмосферы и очень низкого давления. Наоборот, на Венере вероятность возникновения мощных торнадо велика, так как она имеет плотную атмосферу, открытую в 1761 М.В.Ломоносовым. К сожалению, на Венере сплошной облачный слой толщиной около 20 км скрывает ее нижние слои для наблюдателей, находящихся на Земле. Советские автоматические станции (АМС) типа Венера и американские АМС типа Пионер и Маринер обнаружили на этой планете в облаках ветер до 100м/с при плотности воздуха, в 50 раз превышающей плотность воздуха на Земле на уровне моря, однако смерчей они не наблюдали. Впрочем время пребывания АМС на Венере было кратким и можно ожидать сообщений о смерчах на Венере в будущем. Вероятно, смерчи на Венере возникают в зоне границы, отделяющей темную холодную сторону очень медленно вращающейся планеты от освещенной и нагретой Солнцем стороны. В пользу этого предположения говорит открытие на Венере и Юпитере грозовых молний, обычных спутников смерчей и торнадо на Земле.

Смерчи и торнадо надо отличать от образующихся на атмосферных фронтах шквальных бурь, характеризующихся быстрым (в течение 15 минут) возрастанием скорости ветра до 33 м/с и затем ее убыванием до 1–2 м/с (также в течении 15 минут). Шквальные бури ломают деревья в лесу, могут разрушить легкое строение, а на море могут даже потопить корабль. 19 сентября 1893 броненосец «Русалка» на Балтийском море был опрокинут шквалом и сразу же затонул. Погибло 178 человек экипажа. Некоторые шквальные бури, возникшие на холодном фронте, достигают стадии смерча, но обычно они слабее и не образуют воздушных воронок.

Давление воздуха в циклонах понижено, но в смерчах падение давления может быть очень сильным, до 666 мбар при нормальном атмосферном давлении 1013,25 мбар. Масса воздуха в торнадо вращается вокруг общего центра («глаза бури», где наблюдается затишье) и средняя скорость ветра может достигать 200 м/c , вызывая катастрофические разрушения, часто с человеческими жертвами. Внутри торнадо есть более мелкие турбулентные вихри, которые вращаются со скоростью, превышающей скорость звука (320 м/с). С гиперзвуковыми турбулентными вихрями связаны самые злые и жестокие проделки смерчей и торнадо, которые разрывают людей и животных на части или сдирают с них кожу и шкуру. Пониженное давление внутри смерчей и торнадо создает «эффект насоса», т.е. втягивания окружающего воздуха, воды, пыли и предметов, людей и животных внутрь тромба. Этот же эффект приводит к подъему и взрыву домов, попадающих в депрессионную воронку.

Классической страной торнадо является США. Например, в 1990 в США зарегистрировано 1100 разрушительных смерчей. Торнадо 24 сентября 2001 над футбольным стадионом в Колледж парке в Вашингтоне вызвало 3 смерти, ранило несколько человек и вызвало многочисленные разрушения на своем пути. Свыше 22 000 человек осталось без электричества.

В России наибольшую известность получили московские смерчи 1904 года, описанные в столичных журнальных и газетных публикациях как свидетельства многочисленных очевидцев. Они содержат все основные черты типичных смерчей русской равнины, наблюдающихся и в других ее частях (Тверская, Курская, Ярославская, Костромская, Тамбовская, Ростовская и другие области).

29 июня 1904 над центральной европейской частью России проходил обычный синоптический циклон. В правом сегменте циклона возникло очень большое кучево-дождевое облако с высотой 11 км. Оно вышло из Тульской губернии, прошло Московскую и ушло в Ярославскую. Ширина облака была 15–20 км судя по ширине полосы дождя и града. Когда облако проходило над окраиной Москвы, на нижней его поверхности наблюдали возникновение и исчезновение смерчевых воронок. Направление движения облака совпадало с движением воздуха в синоптических циклонах (против часовой стрелки, то есть в данном случае с юга-востока на северо-запад). На нижней поверхности грозовой тучи небольшие, светлые облака быстро и хаотично двигались в разные стороны. Постепенно, на беспорядочные, турбулентные движения воздуха налагалось упорядоченное среднее движение в виде вращения вокруг общего центра и вдруг из облака свесилась серая остроконечная воронка. которая не достигла поверхности Земли и была втянута обратно в облако. Через несколько минут после этого, рядом возникла другая воронка, которая быстро увеличивалась в размерах и отвисала к Земле. Навстречу ей поднялся столб пыли, становившийся все выше и выше. Еще немного и концы обоих воронок соединились, колонна смерча по направлению движения облака, она расширялась вверх и становилась все шире и шире. В воздух полетели избы, пространство вокруг воронки заполнилось обломками строений и сломанными деревьями. Западнее в нескольких километрах шла другая воронка, также сопровождавшаяся разрушениями.

Метеорологи начала 20 в. оценивали скорость ветра в Московских смерчах в 25 м/c, но прямых измерений скорости ветра не было, поэтому эта цифра ненадежна и должна быть увеличена в два-три раза, об этом свидетельствует характер повреждений, например изогнутая железная лестница, носившаяся по воздуху, сорванные крыши домов, поднятые в воздух люди и животные. Московские смерчи 1904 сопровождались темнотой, страшным шумом, ревом, свистом и молниями. Дождем и крупным градом (400–600 г). По данным ученых физико-астрономического института из смерчевого облака в Москве выпало 162 мм осадков

Особый интерес представляют турбулентные вихри внутри смерча, вращающиеся с большой скоростью, так что поверхность воды, например, в Яузе или в Люблинских прудах при прохождении смерча сначала вскипела и забурлила как в котле. Затем смерч всосал воду внутрь себя и дно водоема или реки обнажилось.

Хотя разрушительная сила московских смерчей была значительной и газеты пестрели самыми сильными прилагательными, нужно отметить, что по пятибалльной классификации японского ученого Т.Фуджита эти смерчи относятся к категории средних (F-2 и F-3). Наиболее сильные смерчи класса F-5 наблюдаются в США. Например, во время торнадо 2 сентября 1935 во Флориде скорость ветра достигала 500 км/час, а давление воздуха упало до 569 мм ртутного столба. Это торнадо убило 400 человек и вызвало полное разрушение построек в полосе шириной 15–20 км. Флориду не зря называют краем смерчей. Здесь с мая до середины октября смерчи появляются ежедневно. Например, в 1964 зарегистрировано 395 смерчей. Не все из них достигают поверхности Земли и вызывают разрушения.

Но некоторые, такие как торнадо 1935 года, поражают своей силой.

Подобные смерчи получают свои названия, например, торнадо Трех Штатов 18 марта 1925. Оно началось в штате Миссури, прошло по почти прямому пути через весь штат Иллинойс и закончилось в штате Индиана. Длительность смерча 3,5 часа, скорость движения 100 км/час, смерч прошел путь около 350 км. За исключением начальной стадии, торнадо везде не отрывалось от поверхности Земли и катилось по ней со скоростью курьерского поезда в виде черного, страшного, бешено вращающегося облака. На площади в 164 квадратной мили все было превращено в хаос. Общее число погибших – 695 человек, тяжело раненных – 2027 человек, убытки на сумму около 40 млн. долл., таковы итоги торнадо Трех Штатов.

Смерчи часто возникают группами по два, три, а иногда и более мезо-циклонов. Например, 3 апреля 1974 возникло более сотни смерчей, которые свирепствовали в 11 штатах США. Пострадало 24 тысячи семей, а нанесенный ущерб оценен в 70 млн. долл. В штате Кентукки один из смерчей уничтожил половину города Бранденбург, известны и другие случаи уничтожения смерчами небольших американских городов. Например, 30 мая 1879 два смерча, следовавшие один за другим с интервалом в 20 минут, уничтожили провинциальный городок Ирвинг с 300 жителями на севере штат Канзас. С Ирвингским торнадо связано одно из убедительных свидетельств огромной силы смерчей: стальной мост длиной 75 м через реку «Большая Голубая» был поднят в воздух и закручен как веревка. Остатки моста были превращены в плотный компактный сверток стальных перегородок, ферм и канатов, разорванных и изогнутых самым фантастическим образом. Этот факт подтверждает наличие гиперзвуковых вихрей внутри торнадо. Несомненно, что скорость ветра возросла при спуске с высокого и обрывистого берега реки. Метеорологам известен эффект усиления синоптических циклонов после прохождения горных цепей, например Уральских или Скандинавских гор. Наряду с Ирвингскими смерчами, 29 и 30 мая 1879 возникли два Дельфосских смерча западнее Ирвинга и смерч Ли к юго-востоку. Всего в эти два дня, которым предшествовала очень сухая и жаркая погода в Канзасе, возникло 9 смерчей.

В прошлом, смерчи США вызывали многочисленные жертвы, что было связано со слабой изученностью этого явления, сейчас число жертв от торнадо в США намного меньше – это результат деятельности ученых, метеорологической службы США и специального центра по предупреждению штормов, который находится в Оклахоме. Получив сообщение о приближении торнадо, благоразумные граждане США спускаются в подземные убежища и это спасает им жизнь. Впрочем встречаются и безумные люди или даже «охотники за торнадо», для которых это «хобби» иногда кончается гибелью. Смерч в городе Шатурш в Бангладеш 26 апреля 1989 попал в книгу рекордов Гиннеса как самый трагический за всю историю человечества. Жители этого города, получив предупреждение о надвигающемся смерче, проигнорировали его. В результате погибло 1300 человек.

Хотя многие качественные свойства смерчей к настоящему времени поняты, точная научная теория, позволяющая путем математических расчетов прогнозировать их характеристики, еще в полной мере не создана. Трудности обусловлены прежде всего отсутствием данных измерений физических величин внутри торнадо (средней скорости и направления ветра, давления и плотности воздуха, влажности, скорости и размеров восходящих и нисходящих потоков, температуры, размеров и скорости вращения турбулентных вихрей, их ориентации в пространстве, моментов инерции, моментов импульса и других характеристик движения в зависимости от пространственных координат и времени). В распоряжении ученых есть результаты фото и киносъемок, словесные описания очевидцев и следы деятельности торнадо, а также результаты радиолокационных наблюдений, но этого недостаточно. Торнадо либо обходит площадки с измерительными приборами, либо ломает и уносит аппаратуру с собой. Другая трудность состоит в том, что движение воздуха внутри торнадо существенно турбулентно. Математическое описание и расчет турбулентного хаоса – это сложнейшая и до сих пор в полной мере еще не решенная задача физики. Дифференциальные уравнения, описывающие мезо-метеорологические процессы, – нелинейные и, в отличие от линейных уравнений, имеют не одно, а много решений, из которых нужно выбрать физически значимое. Только к концу 20 в. ученые получили в свое распоряжение компьютеры, позволяющие решать задачи мезо-метеорологии, но и их памяти и быстродействия часто не хватает.

Теория торнадо и ураганов была предложена Арсеньевым, А.Ю.Губарем, В.Н.Николаевским. Согласно этой теории торнадо и смерчи возникают из тихого (скорость ветра порядка 1 м/с) мезо-антициклона (имеющегося, например, в нижней или боковой части грозового облака) с размером порядка 1 км, который заполнен (за исключением центральной области, где воздух покоится) быстро вращающимися турбулентными вихрями, образующимися в результате конвекции или неустойчивости атмосферных течений во фронтальных областях. При определенных значениях начальной энергии и момента импульса турбулентных вихрей на периферии материнского антициклона средняя скорость ветра начинает возрастать и меняет направление вращения, формируя циклон. С течение времени размеры формирующегося торнадо увеличиваются, центральная область («глаз бури») заполняется турбулентными вихрями, а радиус максимальных ветров смещается от периферии к центру торнадо. Давление воздуха в центре торнадо начинает падать, формируя типичную депрессионную воронку. Максимальная скорость ветра и минимальное давление в глазу бури достигается через 40 минут 1,1 сек после начала процесса образования торнадо. Для рассчитанного примера радиус максимальных ветров составляет 3 км при общем размере торнадо 6 км, максимальная скорость ветра равна 137 м/с, а наибольшая аномалия давления (разность между текущим давлением и нормальным атмосферным давлением) составляет – 250 мбар. В глазу торнадо, где средняя скорость ветра всегда равна нулю, турбулентные вихри достигают наибольших размеров и скорости вращения. После достижения максимальной скорости ветра торнадо начинает затухать, увеличивая свои размеры. Давление растет, средняя скорость ветра убывает, а турбулентные вихри вырождаются, так что их размеры и скорость вращения уменьшаются. Общее время существования торнадо для рассчитанного С.А.Арсеньевым, А.Ю.Губарем и В.Н.Николаевским примера составляет около двух часов.

Источником энергии, питающим торнадо являются сильно вращающиеся турбулентные вихри, присутствующие в первоначальном турбулентном потоке.

Фактически, в предложенной теории есть две термодинамическое подсистемы – подсистема А соответствует среднему движению, а подсистема В содержит турбулентные вихри. В расчетах не учитывалось поступление новых турбулентных вихрей в торнадо из окружающей среды (например, термиков – всплывающих вверх, вращающихся конвективных пузырей, образующихся на перегретой поверхности Земли), поэтому полная система А + В является замкнутой и суммарная кинетическая энергия всей системы со временем убывает из-за процессов молекулярного и турбулентного трения. Однако, каждая из подсистем является открытой по отношению к другой и между ними может происходить обмен энергией. Анализ показывает, что если значения параметров порядка (или, как их называют, критических чисел подобия, которых в теории пять) невелики, то среднее возмущение в виде начального антициклона не получает энергию от турбулентных вихрей и затухает под действием процессов диссипации (рассеяния энергии). Это решение соответствует термодинамической ветви – диссипация стремится уничтожить любое отклонение от состояния равновесия и заставляет термодинамическую систему вернуться к состоянию с максимальной энтропией, т.е. к покою (наступает состояние термодинамической смерти). Однако поскольку теория – нелинейна, то это решение не единственно и при достаточно больших значениях управляющих параметров порядка имеет место другое решение – движения в подсистеме А интенсифицируются и усиливаются за счет энергии подсистемы В. Возникает типичная диссипативная структура в виде торнадо, обладающая высокой степенью симметрии, но далекая от состояния термодинамического равновесия. Подобные структуры изучаются термодинамикой неравновесных процессов. Например, спиральные волны в химических реакциях, открытые и исследованные русскими учеными Б.Н.Белоусовым и А.М.Жаботинским. Другой пример – возникновение глобальных зональных течений в атмосфере Солнца. Они получают энергию от конвективных ячеек, имеющих намного меньшие масштабы. Конвекция на Солнце возникает из-за неравномерного нагрева по вертикали.

Нижние слоиатмосферы звезды нагреваются намного сильнее, чем верхние, которые охлаждаются из-за взаимодействия с космосом.

Полученные в расчетах цифры интересно сравнить с данными наблюдений Флоридского торнадо 1935 класса F-5, которое было описано Эрнстом Хемингуэем в памфлете Кто убил ветеранов войны во Флориде?. Максимальная скорость ветра в этом торнадо оценивалась в 500 км/час, т.е. в 138,8 м/с. Минимальное давление, измеренное метеорологической станцией во Флориде, упало до 560 мм ртутного столба. Учитывая, что плотность ртути 13,596 г/см³и ускорение свободного падения 980,665 м/с² легко получить, что это падение соответствует значению 980,665·13,596·56,9 = 758,65 мбар. Аномалия же давления 758,65–1013,25 достигла –254,6 мбар. Как видно соответствие теории и наблюдений хорошее. Это согласие можно улучшить, слегка варьируя начальные условия, принятые при расчетах. Связь циклонов с понижением давления воздуха была отмечена еще в 1690 немецким ученым Г.В.Лейбницем. С тех пор барометр остается наиболее простым и надежным прибором для прогноза начала и конца торнадо и ураганов.

Предложенная теория позволяет правдоподобно рассчитывать и прогнозировать эволюцию смерчей, однако она выдвигает и немало новых проблем. Согласно этой теории, для возникновения торнадо нужны сильно вращающиеся турбулентные вихри, линейная скорость вращения которых иногда может превышать скорость звука. Существуют – ли прямые доказательства наличия гиперзвуковых вихрей, заполняющих возникающий смерч? Прямых измерений скоростей ветра в смерчах до сих пор нет и именно их должны получить будущие исследователи. Косвенные оценки максимальных скоростей ветра внутри торнадо дают положительный ответ на этот вопрос. Они получены специалистами по сопротивлению материалов на основании изучения изгиба и разрушений различных предметов, найденных в следе смерчей. Например, куриное яйцо было пробито сухим бобом так, что скорлупа яйца вокруг пробоины осталась невредимой, как и при прохождении револьверной пули. Часто наблюдаются случаи, когда мелкие гальки проходят через стекла, не повреждая их вокруг пробоины. Документально зафиксированы многочисленные факты пробивания летящими досками деревянных стен домов, других досок, деревьев или даже железных листов. Никакое хрупкое разрушение при этом не наблюдается. Втыкаются, как иглы в подушку, соломинки или обломки деревьев в различные деревянные предметы (в щепки, кору, деревья, доски). На фото показана нижняя часть материнского облака, из которого формируется торнадо. Как видно, она заполнена вращающимися цилиндрическими турбулентными вихрями.

Большие турбулентные вихри имеют размеры немногим меньшие, чем общий размер торнадо, но они могут дробиться, увеличивая скорость вращения за счет уменьшения своих размеров (как фигурист на льду увеличивает скорость вращения, прижимая руки к телу). Огромная центробежная сила выбрасывает из гиперзвуковых турбулентных вихрей воздух и внутри них возникает область очень низкого давления. Много в смерчах и молний.

Разряды статического электричества постоянно возникают из-за трения быстро движущихся частиц воздуха друг о друга и происходящей вследствие этого электризации воздуха.

Турбулентные вихри, также как и сам смерч, обладают очень большой силой и могут поднимать тяжелые предметы. Например, смерч 23 августа 1953 года в городе Ростове Ярославской области поднял и отбросил в сторону на 12 м раму от грузового автомобиля весом более тонны. Уже упоминался инцидент со стальным мостом длиной 75 м скрученным в плотный сверток. Смерчи ломают деревья и телеграфные столбы как спички, срывают с фундаментов и затем в клочки разрывают дома, опрокидывают поезда, срезают грунт с поверхностных слоев Земли и могут полностью высосать колодец, небольшой участок реки или океана, пруд или озеро, поэтому после смерчей иногда наблюдаются дожди из рыб, лягушек, медуз, устриц, черепах и других обитателей водной среды. 17 июля 1940 в деревне Мещеры Горьковской области во время грозы выпал дождь из старинных серебряных монет 16 в. Очевидно, что они были извлечены из клада, зарытого неглубоко в землю и вскрытого смерчем. Турбулентные вихри и нисходящие потоки воздуха в центральной области смерча вдавливают в землю людей, животных, различные предметы, растения. Новосибирский ученый Л.Н.Гутман показал, что в самом центре смерча может существовать очень узкая и сильная струя воздуха, направленная вниз, а на периферии смерча вертикальная составляющая средней скорости ветра направлена вверх.

С турбулентными вихрями связаны и другие физические явления, сопровождающие смерчи. Генерация звука, слышимого как шипение, свист или грохот, обычна для этого явления природы. Свидетели отмечают, что в непосредственной близости от смерча сила звука ужасна, но при удалении от смерча она быстро убывает. Это означает, что в смерчах турбулентные вихри генерируют звук высокой частоты, быстро затухающий с расстоянием, т.к. коэффициент поглощения звуковых волн в воздухе обратно пропорционален квадрату частоты и растет при ее увеличении. Вполне возможно, что сильные звуковые волны в смерче частично выходят за частотный диапазон слышимости человеческого уха (от 16 гц до 16 кгц), т.е. являются ультразвуком или инфразвуком. Измерения звуковых волн в торнадо отсутствуют, хотя теория порождения звука турбулентными вихрями была создана английским ученым М.Лайтхиллом в 1950-х.

Смерчи также генерируют сильные электромагнитные поля и сопровождаются молниями. Шаровые молнии в смерчах наблюдались неоднократно. Одна из теорий шаровой молнии была предложена П.Л.Капицей в 1950-х в ходе экспериментов по изучению электронных свойств разреженных газов, находящихся в сильных электромагнитных полях сверхвысокого частотного (СВЧ) диапазона. В смерчах наблюдаются не только светящиеся шары, но и светящиеся облака, пятна, вращающиеся полосы, а иногда и кольца. Временами светится вся нижняя граница материнского облака. Интересны описания световых явлений в смерчах, собранные американскими учеными Б.Вонненгутом и Дж.Мейером в 1968 «Огненные шары…Молнии в воронке…Желтовато-белая, яркая поверхность воронки…Непрерывные сияния…Колонна огня… Светящиеся облака… Зеленоватый блеск…Светящаяся колонна…Блеск в форме кольца…Яркое светящееся облако цвета пламени…Вращающаяся полоса темно-синего цвета…Бледно-голубые туманные полосы… Кирпично-красное сияние…Вращающееся световое колесо… Взрывающиеся огненные шары…Огненный поток…Светящиеся пятна…». Очевидно, что свечения внутри смерча связаны с турбулентными вихрями разной формы и размеров. Иногда светиться желтым светом весь смерч. Светящиеся колонны двух смерчей наблюдались 11 апреля 1965 в городе Толедо, штат Огайо. Американский ученый Г.Джонс в 1965 обнаружил импульсный генератор электромагнитных волн, видимый в смерче в виде светового круглого пятна голубого цвета. Генератор появляется за 30–90 минут до образования смерча и может служить прогностическим признаком.

Русский ученый Качурин Л.Г. исследовал в 70-х годах 20 в. основные характеристики радиоизлучения конвективных кучево-дождевых облаков, образующих грозы и торнадо. Исследования проводились на Кавказе с помощью самолетного радиолокатора в СВЧ диапазоне (0,1–300 мегагерц), сантиметровом, дециметровом и метровом диапазоне радиоволн. Было обнаружено, что СВЧ радиоизлучение возникает задолго до образования грозы. Предгрозовая, грозовая и послегрозовая стадии отличаются спектрами напряженности поля излучения, длительностью и частотой следования пакетов радиоволн. В сантиметровом диапазоне радиоволн, радар видит сигнал, отраженный от облаков и осадков. В метровом диапазоне отлично видны сигналы, отраженные от каналов сильных молний. В рекордно сильно грозе 2 июля 1976 в Аланской долине в Грузии наблюдалось до 135 молниевых разрядов в минуту. Увеличение масштабов грозовых разрядов происходило по мере уменьшения частоты их возникновения. В грозовом облаке постепенно образуются зоны с меньшей частотой разрядов, между которыми происходят наиболее крупные молнии. Л.Г.Качурин открыл явление «непрерывного разряда» в виде сплошной совокупности часто следующих импульсов (более 200 в минуту), амплитуда которых имеет практически неизменный уровень, в 4–5 раз меньший, чем амплитуды сигналов отраженных от молниевых разрядов. Это явление можно рассматривать как «генератора длинных искр», которые не развиваются в линейные молнии большого масштаба. Генератор имеет протяженность 4–6 км и медленно смещается, находясь в центре грозового облака – области максимальной грозовой деятельности. В результате этих исследований были выработаны методы оперативного определения стадий развития грозовых процессов и степени их опасности.

Сильные электромагнитные поля в торнадо-образующих облаках могут служить и для дистанционного отслеживания пути движения смерчей. М.А.Гохберг обнаружил вполне значимые электромагнитные возмущения в верхних слоях атмосферы (ионосфере), связанные с образованием и движением торнадо. С.А.Арсеньев исследовал величину магнитного трения в смерчах и высказал идею подавления торнадо методом запыления материнского облака специальными ферромагнитными опилками. В результате величина магнитного трения может стать очень большой и скорость ветра в торнадо должна уменьшиться. Способы борьбы с торнадо в настоящее время находятся в стадии изучения.

Сергей Арсеньев

Торнадо. Причины, виды и последствия. Описание и фото

Торнадо (исп. tornado — «смерч») представляет собой вращающийся с огромной скоростью столб воздуха. Торнадо опускается к поверхности земли из облаков. А возникает смерч, когда на большой высоте влажные и теплые ветры, дующие в одном направлении, сталкиваются с прохладными, сухими ветрами, которые дуют в обратном направлении.

Смерч красив и страшен одновременно, но держаться от него в любом случае следует как можно дальше

Вне всякого сомнения, в ряду стихийных бедствий торнадо — самое неистовое. Вращающийся с колоссальной скоростью смерч оставляет после себя тотальные разрушения и запросто может убить зазевавшихся и не укрывшихся от него людей. Нередко он коварно «прячется» за плотной дождевой завесой, чем обманывает бдительность людей.

Верные признаки приближения торнадо — заволакивающие небо темные свинцовые тучи, град и нарастающий гул, похожий на звук приближающегося поезда. В какой-то момент из грозовой тучи к земле опускается вращающаяся воронка-«хобот», состоящая из воздуха и водяного пара. Навстречу ей с земли взметается пылевой вихрь, и они сливаются. Возникший вращающийся воздушный столб со скоростью 50-100 км / ч несется над сушей с жутким ревом, втягивая и сметая все, что попадается на пути.

Непредсказуемый убийца

В отличие от достоверно определяемого направления движения урагана, путь смерча практически непредсказуем. Поэтому в США оповещение за 10 минут до появления торнадо считается серьезным достижением и позволяет избежать многих жертв.

В районе Великих равнин зарождается торнадо

Мощь торнадо колоссальна. Он переворачивает тяжелые грузовики, срывает и коверкает железнодорожные мосты, подхватывает в воздух и швыряет на землю 10-тонные самолеты. Он также может втянуть в себя целое озеро со всей его живностью и унести его на многие километры.

Не меньшую опасность представляют собой и расшвыриваемые смерчем в разные стороны камни, доски, прутья, куски кровли и прочие предметы. Очевидцы свидетельствуют: нередко мелкая галька, разогнанная смерчем, проходит сквозь стекло, оставив лишь пробоину, как от пули. А фасолина похожим образом, не разрушив скорлупу, пронзает яйцо. Документально зафиксированы факты, когда соломинки, словно иглы, впивались в деревья, пробивая их кору, а доски прошивали насквозь деревянные дома. Описаны случаи, когда куры, оказавшиеся в зоне досягаемости торнадо, в одно мгновение теряли свое оперение, ощипанные безжалостным вихрем.

Жуткие разрушения порождает вызываемый торнадо мгновенный скачок атмосферного давления, за считанные секунды падающего и вновь подскакивающего на десятки гектопаскалей. Запертые дома с закрытыми окнами буквально взрываются, попав в смерч.

Смерч уничтожает все на своем пути, оставляя лишь руины

Наблюдать бушующий торнадо страшно даже издалека. Внутри воронки сверкают молнии, возникает свечение неясной природы, а временами светится даже вся нижняя граница «материнского» облака, из которого вырастает воронка. Торнадо, ко всему прочему, является еще и источником электромагнитных полей крайне высокой напряженности, а временами — источником шаровых молний.

Только цифры

Как правило, если смерч рождается над водой, то поперечный диаметр воронки внизу составляет около 20-30 м. Наземный торнадо достигает в нижней части диаметра 200-400 м, а иногда и 1,5-3 км. Воздух внутри воронки, вращаясь с большой скоростью, поднимается вверх, создавая область сильно пониженного давления. Эта особенность усугубляет разрушения и очень затрудняет исследование параметров явления. Смерч попросту уничтожает всю аппаратуру, установленную на его пути.

Места образования смерчей (обозначены на карте красным цветом)

Косвенные оценки говорят о следующем: скорость вращения самого «тихого» вихря превышает 20 м/с, достигая в самых серьезных случаях, по оценкам исследователей, 1300 км/ч. Но и это еще не все! Внутри смерча, как правило, образуются более мелкие турбулентные вихри, скорость вращения которых превышает даже скорость звука (331 м/с) и может достигать, по оценкам ученых, 360 м/с.

Эти гиперзвуковые вихри крайне жестоки и беспощадны. Они могут разрывать на куски людей, сдирать шкуры с животных и вызывать серьезные разрушения. Ученые подсчитали, что суммарная энергия обычного торнадо двухкилометрового диаметра при скорости вращения 60-70 м/с эквивалентна мощности атомной бомбы, взорванной в Нью-Мексико 16 июля 1945 г.

Смерч перемещается вместе с «материнским» облаком со скоростью, в большинстве случаев находящейся в пределах 20-70 км/ч. Однако временами она может достигать даже 210 км/ч!

Механизм образования торнадо

Смерчи во многом имеют общую природу с циклонами, их называют еще мезомасштабными (от греч. mezo — «промежуточный») циклонами.

Схема образования торнадо

По разным причинам на суше или в воде возникает относительно небольшая область пониженного давления. В эту зону устремляются направленные по радиусу к центру воздушные потоки из окружающей среды.

Если в этот момент ветер дует параллельно поверхности земли, каждая создающая такие потоки частица воздуха обретает горизонтальную составляющую движения, вызванную действующей на нее силой ветра. Таким образом, складываясь между собой, эти траектории дают результирующее вращательное движение частиц. Скорость этого движения растет по мере их приближения к центральной части вертикального потока воздуха. Увеличение скорости вращения вызывает возникающая сила Кориолиса (отклоняющая сила вращения Земли). Она же закручивает поднимающийся вверх теплый воздушный поток, формируя самоподдерживающийся вихрь.

Классификация смерчей

Составной — состоит из двух и более смерчей, образующихся вокруг основного центрального. Мощность таких торнадо бывает разной, и, как правило, она очень велика.

Бичеподобный смерч — наиболее распространенный тип торнадо с тонкой, гладкой, временами довольно извилистой воронкой малого диаметра.

Расплывчатый — напоминает вращающееся с очень высокой скоростью, опустившееся на землю лохматое облако, часто почти черного цвета. Диаметр такого торнадо превышает 0,5 км и временами сопоставим с его высотой. Это самый опасный смерч, нередко составной.

Огненный — возникает как результат извержения вулкана или сильного пожара, когда разрозненные очаги сливаются в один обширный костер, воздух над которым раскаляется и поднимается вверх. В этот процесс затягиваются холодные массы с периферии горения. Прибывающий воздух еще больше раздувает пламя, образуя центростремительные устойчивые потоки, вырастающие до пятикилометровой высоты. Вращение раскалившегося до 500-800 °С воздуха достигает ураганных скоростей. Все, что мгновенно не сгорает, плавится в гигантской топке.

Огненный смерч, возникший во время пожара

Водяной — это воздушно-водяной вихрь небольшого диаметра, возникающий преимущественно в тропических широтах. Он имеет весьма непродолжительное время жизни (10-30 минут), небольшую скорость вращения и передвижения.

Смерч-вихрь — вертикальный вихрь, который, в отличие от торнадо, развивается снизу вверх. Если облако над ним и появляется, то лишь вследствие образования самого вихря.

Вихри в океане — вихреподобные движения океанских вод образуются столкнувшимися течениями. Ярко-зеленый фитопланктон дает возможность наблюдать их с достаточной высоты.

Пыльный (песчаный) вихрь (англ. dust devil) — не связанный с облаками кратковременный вихрь, существующий не более 1-2 минут. Он возникает днем в жаркую, малооблачную погоду у поверхности сильно прогретой солнцем земли. Как правило, он вертикален, имеет 10-40 м в высоту и диаметр 1-5 м.

Но даже такому «малышу» под силу сорвать с земли камешки, песок, мелкие предметы и утащить их на сотни метров.

«Песчаный дьявол» в национальном парке «Амбросели» (Кения)

Известны также снежные, пепловые и невидимые воздушные вихри. Снежные вихри можно увидеть в северных регионах, они достигают подчас 60-метрового роста.

К слову, довольно часто термин «торнадо» относят к наземным вихрям, а «смерч» — к образовавшимся над водой. Но, в принципе, это синонимы.

Торнадо в Гамбурге 1943 г.

Один из наиболее чудовищных огненных смерчей возник во время массированной бомбардировки Гамбурга британскими ВВС летом 1943 г., когда на город было сброшено 2417 тонн фугасных и зажигательных бомб. Диаметр огненного циклона, взметнувшегося на 5 км и бушевавшего несколько часов, составил около 3,5 км.

Поделиться ссылкой

Смерчи и торнадо, сущность, характеристики, разрушительная сила, что делать перед, во время и после прохождения смерча или торнадо.

Если писатели неоднократно рассказывали об ураганах в морской и приключенческой литературе, то они почему-то обошли вниманием родственное им явление — смерчи, или торнадо. А ведь они намного зрелищнее и загадочнее. Порождаемые небольшими вихрями (мелкими ураганами), внешне смерчи или торнадо выглядят как огромные вращающиеся воронки, которые вытягиваются из облака. При этом самое страшное происходит в месте их соприкосновения с землей.

Смерчи и торнадо, сущность, характеристики, разрушительная сила, что делать перед, во время и после прохождения смерча или торнадо.

Жестокость и специфика разрушительности данного явления в определенном смысле беспрецедентны. Прежде всего надо заметить, что смерчи в первую очередь представляют собой стену дождя, свернутую в трубу (хобот) с тонкими стенками, но никак не ветер, которая крутится со скоростью до 500 км/ч.

В случае нарушения целостности трубы при встрече с какой-либо преградой внутрь хобота проникает воздух. Разность давлений приводит к тому, что вокруг нее образуется вторичный воздушный поток, стремительно вращающийся со скоростью 1200 км/ч и выше вплоть до сверхзвуковых значений.

, дождь и град.

Для возникновения смертоносной воронки непременно требуется грозовое облако, но не любое. Чаще всего это случается на границе фронтов между теплой и холодной воздушными массами. Человечество пока не умеет предсказывать смерчи или торнадо, поэтому они всегда образуются внезапно.

Сущность смерча или торнадо.

В общем виде время существования смерча достаточно короткое. Он исчезает, когда холодная и теплая воздушные массы перемешиваются. Правда, так же как в случае с ураганами, за этот относительно недолгий срок они успевают натворить бед и могут стать причиной огромных разрушений.

Надо сказать, что далеко не все тайны в этом явлении природы раскрыты. Например, даже на вопрос о сущности воронки ученые ответят по-разному в зависимости от их специализации. Указанное в начале объяснение будет достаточным для метеоролога, который видит в смерче уникальный вид осадков.

Однако другие ученые обратят внимание прежде всего на удивительную структуру вихря с водным внутренним и внешним воздушным слоями, в которых фиксируется парадоксальная разница скоростей и плотностей. Третьи опишут смерчи как огромный гравитационно-тепловой механизм колоссальной мощности. Где потоки формируются и сохраняются за счет фазового перехода воды из жидкого состояния в твердое.

В этой системе теплота выделяется водой, которую захватывают смерчи из любого естественного водоема. Выделение теплоты происходит в верхних слоях тропосферы. Кроме того, любопытно было бы узнать, какие силы придают стенкам смерча столь интенсивное вращение и большой разрушительный потенциал. Откуда он берет столько энергии, а также по какой причине смерчи характеризуются устойчивостью.

Получить ответы на эти вопросы не только сложно с точки зрения познания, но и элементарно опасно. Стихия просто уничтожит измерительную аппаратуру и наблюдателя. Поэтому при приближении смерча становится не до измерений, а то немногое, что все-таки известно о строении воронки, узнали из рассказов очевидцев, над которыми проходил смерч, отрываясь от земли, и которые видели, что в разрезе он похож на пустотелый цилиндр. Внутри него сверкают молнии и слышатся громкий рев и жужжание.

Характеристики смерча или торнадо.

О характеристиках явления известно немного.

Высота видимой части колеблется в пределах от 10 метров до 2 км.
У земли диаметр воронки может быть равен 1 метр или 2 км, а на стыке с облаком — 1—2 км.
Скорость вращения слоев колеблется от 20 до 500 м/с.
Их толщина составляет от 3 метров и более.
Время жизни — от 1 минуты до 5 часов.
Преодолеваемое расстояние — от 10 метров до 500 км.
Площадь разрушений — от 10 м2 до 400 км2.
Наибольший вес поднятых предметов около — 300 тонн.
Наивысшая скорость движения по земле — 150 км/ч.

Как уже говорилось выше, сначала формируется грозовое облако. После чего оттуда появляется хобот, который тянется к земле, где также образуется воронка из пыли или воды, растущая вверх. В нее входит первая воронка и получается монолитный столб, самое узкое место которого примерно посередине. Одно облако может «породить» несколько таких воронок.

Внутри торнадо воздух восходит по спирали, тогда как рядом он опускается, что и приводит к замыканию вихря. А в условиях огромных скоростей появляется центробежная сила и давление в смерче понижается. Таким образом возникает эффект пылесоса и в систему вихря всасывается все попадающееся на пути.

Таковы классические представления о смерче или торнадо как о воздушном вихре. Помимо еще нескольких похожих теорий, отличающихся в нюансах, существуют совсем другие версии. Было установлено, что то место, откуда появляется воронка, неважно, отдельная это туча или грозовой фронт, является зоной электрической активности.

На некоторых фото и видеозаписях смерчи и торнадо отличаются удивительными формами, например Г-образной, что трудно объяснить с позиции теории вихрей. Кроме того, существует фото, запечатлевшее доску, пробитую соломинкой, попавшей в смерч. Чтобы такое произошло, ей требовался бы разгон в несколько скоростей звука, но по принятой теории скорость вихря не может быть больше скорости звука. В противном случае это подобно тому, как если бы свет распространялся со скоростью, превышающей скорость света.

Скорости смерчей и торнадо.

Надо сказать, что скорости в смерче напрямую не измеряли и это первостепенная задача будущих исследований. Впрочем, ничто не противоречит тому, чтобы считать превышение скорости звука в смерче вполне возможным. Имеются многочисленные свидетельства прохождения мелкой гальки сквозь стекла без каких-либо других разрушений материала в районе пробоины. Существует масса подтвержденных случаев того, как деревянные доски пробивали стены из дерева, другие доски, деревья или железные листы.

Электрическая природа смерчей и торнадо.

Кроме того, выключенные лампы накаливания загораются, когда смерч проходит рядом, что свидетельствует о наличии у него сильного переменного магнитного поля. Если фото или видеосъемка сделаны в хороших условиях, то есть отсутствует пыль, грязь, дождевые капли, солнечные блики и засветка, то ясно просматривается идеальный крутящийся тонкий конус с вершиной, упирающейся в землю и равными углами справа и слева от вертикальной срединной линии по его центру.

Также видно, что хобот обладает трубчатой структурой с тонкими стенками, а это очень похоже на канал молнии. В связи с этим родилась теория о том, что смерчи (торнадо) представляют собой одиночный электрический разряд — проявление атмосферного электричества.

Внутри хобота часто замечались шаровые молнии и световые явления. В 1968 году их хорошо описали американские исследователи Б. Вонненгут и Дж. Мейер:

«Огненные шары… Молнии в воронке… Желтовато-белая, яркая поверхность воронки… Непрерывные сияния… Колонна огня… Светящиеся облака… Зеленоватый блеск… Светящаяся колонна… Блеск в форме кольца… Яркое светящееся облако цвета пламени… Вращающаяся полоса темно-синего цвета… Бледно-голубые туманные полосы… Кирпично-красное сияние… Вращающееся световое колесо… Взрывающиеся огненные шары… Огненный поток… Светящиеся пятна…»

Если смерчи и торнадо действительно имеет электрическую природу, то по воронке из заряженной области в облаке транспортируются электрические заряды. Так как в этом случае у торнадо электромагнитная природа, то он без проблем может превышать скорость звука и разгонять до такой же скорости различные предметы. К тому же этот вихрь при падении в колодец почему-то не может из него выбраться. Вряд ли это представляло бы сложности для атмосферного феномена.

Разрушительная сила смерча и торнадо.

Перепады давления между наружной и внутренней частями вихря настолько значительны, что дома в прямом смысле взрываются, из керосиновых ламп выскакивает керосин, по дворам бегают голые куры, ощипанные смерчем. Такая картина нередко наблюдается в Северной Америке, где смерчи и торнадо любят бывать особенно.

Это стихийное бедствие работает поразительно чисто. Например, лошади с оглоблями пропадают, а телега, в которую они были запряжены, остается вместе с фермером. Подобную резкую границу как раз можно было бы объяснить огромной, сверхзвуковой скоростью вихря. В 1953 году под Ростовом наблюдался смерч, который в одном месте стянул с подушки наволочку, а в другом поднял автомобильную раму массой в 1 тонну.

О пределе возможностей смерча относительно массы и объема поднятых и затянутых в смерчи объектов ничего неизвестно. Например, однажды в Канаде он «выпил» из озера около 500 тыс. т воды, понизив уровень водоема на 60 см. Скорее всего, это далеко не предел.

Форма смерча и торнадо.

Форма смерчей весьма разнообразна. Обычно попадаются плотные вихри в виде согнутой коленки или похожие на воронку. Иногда встречаются смерчи, напоминающие змею. То есть узкие и изогнутые в нескольких местах. В любом случае их нельзя перепутать с каким-нибудь другим явлением.

Максимальные разрушения производят расплывчатые смерчи очень больших размеров, которые похожи на движущиеся по земле тучи. А их ширина может достигать нескольких сот километров. Еще опаснее, если появляется целая группа таких смерчей. Они вполне могут уничтожить город.

Продолжительность жизни смерча и торнадо.

По большей части жизнь смерчей непродолжительна и в ней можно выделить периоды юности, зрелости и старости. Например, в 16.00 на город стала надвигаться грозовая туча, от которой начал отделяться выступ. Через 5 минут хобот вырос и пропал из виду. Его наличие заметно по массе поднятой пыли и сорванным крышам.

Еще 10 минут, и смерч завершил образование, достигнув пика своей силы и поднимая в воздух целые здания. Прошло 10 минут, и наступила тишина. Впрочем, не все смерчи настолько поспешны. Некоторые успевают за несколько часов преодолеть несколько сотен километров.

Невидимые, водяные и огненные смерчи и торнадо.

Порой встречаются такие виды атмосферных вихрей, как:

Невидимые смерчи (обычно на начальной стадии). Они проявляются только при попадании в них земли или песка.
Водяные смерчи (захватывают воду).
Огненные смерчи. Возникают при извержении вулканов, во время пожара или взрыва.

В случае с огненными вихрями они вытягиваются не сверху вниз, а снизу вверх и обычно образуются из слияния нескольких очагов пожара в единый большой костер. Температура воздуха над ним увеличивается, а плотность уменьшается, и он поднимается вверх. В то же время снизу в огонь поступает холодный воздух (идет подсос кислорода), который также нагревается.

В результате возникает центростремительное движение струй пламени, которые закручиваются против часовой стрелки на высоту до 5 км. При этом скорость плазмы сопоставима со скоростями в урагане, а температура составляет около 600 градусов. Сгорает и плавится все, что втягивается в огонь из образовавшегося вокруг него ветра. Это продолжается до тех пор, пока не сгорит все, что в пределах досягаемости огня.

Что делать при угрозе смерча или торнадо.

Перед подобными стихийными бедствиями должно быть объявлено штормовое предупреждение. Как только оно будет получено, рекомендуется предпринять определенные действия, чтобы минимизировать возможные негативные последствия. Прежде всего тщательно закрывают и дополнительно укрепляют двери и окна.

Далее не помешает собрать в одно место (например, в рюкзак):

Флягу с водой.
Продовольствие на пару суток.
Медикаменты.
Фонарик.
Свечи.
Радиоприемник на батарейках.
Необходимые документы и деньги.

Потом перекрывают газ и водопровод, отключают электричество. С балконов или из дворов заносят в помещение те предметы, которые могут быть унесены потоками воздуха. Поскольку далеко не все здания построены с учетом устойчивости к смерчам и ураганам, лучше переждать стихию в более крепких строениях или в специальных убежищах. В частном доме имеет смысл обосноваться в самой прочной и просторной его части, а по возможности в подвале.

В случае штормового предупреждения детей отправляют из детских учреждений домой заранее. Если между сообщением об опасности и смерчем слишком мало времени, то их размещают в подвалах или центральной части зданий.

Что делать во время смерча, торнадо или урагана.

Во время смерча или торнадо особенно нужно остерегаться травм от осколков стекла. При сильных порывах ветра стоять нужно вплотную к стене как можно дальше от окон. В качестве защиты можно использовать крепкую мебель, залезть под кровать, например. Или спрятаться в углу и прикрыть себя открытой дверью. С точки зрения безопасности при смерчах и ураганах наиболее привлекательны подвалы и внутренние помещения первого этажа. Конечно, если отсутствует возможность их затопления.

Если смерч, торнадо или ураган застал на улице, важно не подходить близко к постройкам, высоким столбам, деревьям и другим возвышающимся и не слишком устойчивым объектам, а также электропроводам. Под угрозой смерти запрещается находиться на мостах и прочих подобных искусственных конструкциях. Лучше залезть под мост, железобетонную конструкцию. Или найти какое-нибудь другое надежное укрытие.

Подойдут метро, пешеходные переходы, подвалы, погреба и даже обычная яма или овраг. На крышу забираться нельзя ни в коем случае. Также как и на чердак. Чтобы защититься от летающего мусора, можно использовать подручные средства типа фанеры, досок, металлических щитов и т. д.

При передвижении по равнине на автомобиле в момент подхода смерча, торнадо или урагана следует остановиться, выключить его, но не выходить, как можно лучше запереть двери и окна. Из городского транспорта, напротив, необходимо сразу же выйти и искать подходящее место для укрытия.

В любом случае при попадании в смерчи, торнадо или ураган на открытом или возвышенном месте его нужно быстро покинуть. Направившись к укрытию, которое могло бы погасить силу ветра. Не стоит покидать убежище, как только ветер стихнет, поскольку вскоре он может возобновиться.

Что делать по окончанию смерча, торнадо или урагана.

Если уже ясно, что смерч, торнадо или ураган закончился, перед выходом нужно оглядеться в поисках возможных нависающих предметов, элементов конструкций, оборванных проводов, принюхаться — может быть, произошла утечка газа. Пока это точно не будет выяснено, огонь зажигать нельзя. Поврежденные строения лучше не посещать, так как они могут обвалиться.

ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫ | Наука и жизнь

Продолжаем публиковать журнальный вариант статьи П. Н. Манташьяна «Вихри: от молекулы до Галактики» (см. «Наука и жизнь № 2, 2008 г.). речь пойдёт о смерчах и торнадо — природных образованиях огромной разрушительной силы, механизм возникновения которых до сих пор не вполне понятен.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Рисунок из книги американского физика Бенжамина Франклина, поясняющий механизм возникновения смерчей.

Марсоход Spirit обнаружил, что в разреженной атмосфере Марса возникают смерчи, и заснял их. Снимок с сайта НАСА.

Гигантские смерчи и торнадо, возникающие на равнинах юга США и Китая, — явление грозное и очень опасное.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Смерч может достигать километра в высоту, упираясь вершиной в грозовое облако.

Смерч на море поднимает и втягивает в себя десятки тонн воды вместе с морской живностью и может разломать и потопить небольшое судно. В эпоху парусных кораблей смерч пытались разрушить, стреляя по нему из пушек.

На снимке хорошо видно, что смерч вращается, закручивая спиралью воздух, пыль и дождевую воду.

Город Канзас-сити, превращённый в руины мощным торнадо.

Силы, действующие на тайфун в потоке пассатного ветра.

Силы Кориолиса на проигрывателе.

Эффект Магнуса на столе и в воздухе.

‹

›

Вихревое движение воздуха наблюдается не только у тайфунов. Существуют вихри размерами, превышающими тайфун, — это циклоны и антициклоны, самые большие воздушные вихри на планете. Их размеры значительно превосходят размеры тайфунов и могут достигать более тысячи километров в диаметре. В некотором смысле это вихри-антиподы: у них практически всё наоборот. Циклоны Северного и Южного полушарий вращаются в ту же сторону, что и тайфуны этих полушарий, а антициклоны — в противоположную. Циклон приносит с собой ненастную погоду, сопровождаемую осадками, антициклон же, наоборот, приносит ясную, солнечную погоду. Схема образования циклона достаточно проста — всё начинается с взаимодействия холодного и тёплого атмосферных фронтов. При этом часть тёплого атмосферного фронта проникает внутрь холодного в виде своеобразного атмосферного «языка», в результате чего тёплый воздух, более лёгкий, начинает подниматься, и при этом происходят два процесса. Во-первых, молекулы паров воды под воздействием магнитного поля Земли начинают вращаться и вовлекают во вращательное движение весь поднимающийся воздух, образуя гигантский воздушный водоворот (см. «Наука и жизнь» № 2, 2008 г.). Во-вторых, наверху тёплый воздух охлаждается, и пары воды в нём конденсируются в облака, которые выпадают осадками в виде дождя, града или снега. Такой циклон может испортить погоду на срок от нескольких дней до двух-трёх недель. Его «жизнедеятельность» поддерживается за счёт поступления новых порций влажного тёплого воздуха и взаимодействия его с холодным воздушным фронтом.

Антициклоны связаны с опусканием воздушных масс, которые при этом адиабатически, то есть без теплообмена с окружающей средой, нагреваются, их относительная влажность падает, что и приводит к испарению имеющихся облаков. При этом за счёт взаимодействия молекул воды с магнитным полем Земли происходит антициклоническое вращение воздуха: в Северном полушарии — по часовой стрелке, в Южном — против. Антициклоны приносят с собой устойчивую погоду на период от нескольких дней до двух-трёх недель.

Видимо, механизмы образования циклонов, антициклонов и тайфунов идентичны, а удельная энергоёмкость (энергия единицы массы) тайфунов намного больше, чем циклонов и антициклонов, только за счёт более высокой температуры воздушных масс, нагретых солнечным излучением.

СМЕРЧИ

Из всех вихрей, образующихся в природе, наиболее загадочны смерчи, по сути дела, часть грозового облака. Сначала, на первой стадии возникновения смерча, вращение видно только в нижней части грозового облака. Затем часть этого облака отвисает книзу в виде гигантской воронки, которая всё более удлиняется и наконец достигает поверхности земли или воды. Возникает как бы гигантский хобот, свешивающийся из облака, который состоит из внутренней полости и стенок. Высота смерча составляет от сотен метров до километра и, как правило, равна расстоянию от нижней части облака до поверхности земли. Характерная особенность внутренней полости — пониженное давление находящегося в ней воздуха. Такая особенность смерча приводит к тому, что полость смерча служит своеобразным насосом, который может втянуть в себя огромное количество воды из моря или озера, причём вместе с животными и растениями, перенести их на значительные расстояния и низвергнуть вниз вместе с дождём. Смерч способен переносить и довольно большие грузы — автомобили, телеги, малотоннажные суда, небольшие здания, причём иногда даже с находящимися в них людьми. Смерч обладает гигантской разрушительной силой. При соприкосновении со строениями, мостами, линиями электропередач и другими объектами инфраструктуры он причиняет им огромные разрушения.

Смерчи имеют максимальную удельную энергоёмкость, которая пропорциональна квадрату скорости воздушных потоков вихря. По метеорологической классификации при скорости ветра в замкнутом вихре, не превышающей 17 м/с, он называется тропической депрессией, если же скорость ветра не превышает 33 м/с, то это тропический шторм, и если скорость ветра составляет от 34 м/с и выше, то это уже тайфун. В мощных тайфунах скорость ветра может превышать 60 м/с. В смерче же, по данным разных авторов, скорость воздуха может достигать от 100 до 200 м/с (некоторые авторы указывают на сверхзвуковую скорость воздуха в смерче — свыше 340 м/с). Прямые измерения скорости воздушных потоков в смерчах при настоящем уровне развития техники практически невозможны. Все приборы, предназначенные для фиксации параметров смерча, безжалостно им ломаются при первом же соприкосновении. О скорости потоков в смерчах судят по косвенным признакам, главным образом по тем разрушениям, которые они производят, или по весу грузов, которые они переносят. Кроме того, отличительная черта классического смерча — наличие развитого грозового облака, своеобразного электрического аккумулятора, повышающего удельную энергоёмкость смерча. Чтобы разобраться в механизме возникновения и развития смерча, рассмотрим сначала устройство грозового облака.

ГРОЗОВОЕ ОБЛАКО

В типичном грозовом облаке вершина заряжена положительно, а основание несёт отрицательный заряд. То есть в воздухе поддерживаемый восходящими потоками парит гигантский электрический конденсатор многокилометровых размеров. Наличие такого конденсатора приводит к тому, что на поверхности земли или воды, над которыми находится облако, появляется его электрический след — наведённый электрический заряд, имеющий знак, противоположный знаку заряда основания облака, то есть земная поверхность будет заряжена положительно.

Кстати, опыт по созданию наведённого электрического заряда можно провести дома. Насыпьте на поверхность стола мелкие бумажки, расчешите пластмассовой расчёской сухие волосы и приблизьте расчёску к насыпанным бумажкам. Все они, оторвавшись от стола, устремятся к расчёске и прилипнут к ней. Результат этого несложного опыта объясняется очень просто. Расчёска получила электрический заряд в результате трения о волосы, а на бумажке он наводит заряд противоположного знака, который притягивает бумажки к расчёске в полном соответствии с законом Кулона.

Возле основания развитого грозового облака существует мощный восходящий поток воздуха, насыщенного влагой. Кроме дипольных молекул воды, которые в магнитном поле Земли начинают вращаться, передавая импульс нейтральным молекулам воздуха, вовлекая их во вращение, в восходящем потоке имеются положительные ионы и свободные электроны. Они могут образовываться в результате воздействия на молекулы солнечного излучения, естественного радиоактивного фона местности и, в случае грозового облака, за счёт энергии электрического поля между основанием грозового облака и землёй (вспомним о наведённом электрическом заряде!). Кстати, за счёт наведённого положительного заряда на поверхности земли число положительных ионов в потоке восходящего воздуха значительно превышает число ионов отрицательных. Все эти заряженные частицы под действием восходящего потока воздуха устремляются к основанию грозового облака. Однако вертикальные скорости положительных и отрицательных частиц в электрическом поле различны. Напряжённость поля можно оценить по разности потенциалов между основанием облака и поверхностью земли — по измерениям исследователей, она составляет несколько десятков миллионов вольт, что при высоте основания грозового облака в один — два километра даёт напряжённость электрического поля в десятки тысяч вольт на метр. Это поле будет ускорять положительные ионы и тормозить отрицательные ионы и электроны. Поэтому в единицу времени через поперечное сечение восходящего потока положительных зарядов пройдёт больше, чем отрицательных. Иными словами, между земной поверхностью и основанием облака возникнет электрический ток, хотя правильней было бы говорить об огромном количестве элементарных токов, соединяющих земную поверхность с основанием облака. Все эти токи параллельны и текут в одном направлении.

Понятно, что они по закону Ампера будут взаимодействовать между собой, а именно притягиваться. Из курса физики известно, что сила взаимного притяжения единицы длины двух проводников с электрическими токами, текущими в одном направлении, прямо пропорциональна произведению сил этих токов и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками.

Притяжение двух электрических проводников обусловлено силами Лоренца. Электроны, движущиеся внутри каждого проводника, находятся под действием магнитного поля, создаваемого электрическим током в соседнем проводнике. На них действует сила Лоренца, направленная по прямой, соединяющей центры проводников. Но для возникновения силы взаимного притяжения наличие проводников совершенно необязательно — достаточно самих токов. Например, две покоящиеся частицы, имеющие одинаковый электрический заряд, отталкиваются одна от другой согласно закону Кулона, но эти же частицы, движущиеся в одном направлении, притягиваются, причём до тех пор, пока силы притяжения и отталкивания не уравновесят друг друга. Нетрудно видеть, что расстояние между частицами в положении равновесия зависит только от их скорости.

Из-за взаимного притяжения электрических токов заряженные частицы устремляются к центру грозового облака, по дороге взаимодействуя с электрически нейтральными молекулами и также перемещая их к центру грозового облака. Площадь поперечного сечения восходящего потока уменьшится в насколько раз, а поскольку поток вращается, то по закону сохранения момента количества движения его угловая скорость возрастёт. С восходящим потоком произойдёт то же самое, что с фигуристкой, которая, вращаясь на льду с расставленными руками, прижимает их к телу, отчего скорость её вращения резко увеличивается (хрестоматийный пример из учебников физики, который мы можем наблюдать по телевизору!). Такое резкое увеличение скорости вращения воздуха в смерче с одновременным уменьшением его диаметра приведёт соответственно к увеличению линейной скорости ветра, которая, как упоминалось выше, может даже превысить скорость звука.

Именно наличие грозового облака, электрическое поле которого разделяет заряженные частицы по знаку, приводит к тому, что скорости воздушных потоков в смерче превосходят скорости воздушных потоков в тайфуне. Образно говоря, грозовое облако служит своего рода «электрической линзой», в фокусе которой концентрируется энергия восходящего потока влажного воздуха, что и приводит к возникновению смерча.

МАЛЫЕ ВИХРИ

Существуют также и вихри, механизм образования которых никак не связан с вращением диполь-ной молекулы воды в магнитном поле. Наиболее распространённые среди них — пыльные вихри. Они образуются в пустынных, степных и горных местностях. По своим размерам они уступают классическим смерчам, их высота составляет порядка 100—150 метров, а диаметр — несколько метров. Для образования пыльных вихрей необходимым условием является пустынная, хорошо нагретая равнина. Образовавшись, такой вихрь существует довольно недолго, 10—20 минут, всё это время перемещаясь под действием ветра. Несмотря на то что воздух пустынь практически не содержит влаги, вращательное движение его обеспечивается взаимодействием элементарных зарядов с магнитным полем Земли. Над равниной, сильно прогретой солнцем, возникает мощный восходящий поток воздуха, часть молекул которого под воздействием солнечного излучения и особенно его ультрафиолетовой части, ионизируется. Фотоны солнечного излучения выбивают из внешних электронных оболочек атомов воздуха электроны, образуя при этом пары положительных ионов и свободных электронов. Вследствие того что электроны и положительные ионы имеют существенно разные массы при равных по величине зарядах, их вклад в создание момента количества движения вихря различен и направление вращения пыльного вихря определяется направлением вращения положительных ионов. Такой вращающийся столб сухого воздуха при своём движении поднимает с поверхности пустыни пыль, песок и мелкие камешки, которые сами по себе не играют никакой роли в механизме формирования пыльного вихря, но служат своеобразным индикатором вращения воздуха.

В литературе описаны ещё и воздушные вихри, довольно редкое природное явление. Они возникают в жаркое время дня на берегах рек или озёр. Время жизни таких вихрей невелико, они появляются неожиданно и так же внезапно исчезают. По-видимому, вклад в их создание вносят как молекулы воды, так и ионы, образующиеся в тёплом и влажном воздухе за счёт солнечного излучения.

Гораздо опаснее водяные вихри, механизм образования которых аналогичен. Сохранилось описание: «В июле 1949 года в штате Вашингтон в тёплый солнечный день при безоблачном небе на поверхности озера возник высокий столб из водяных брызг. Он существовал всего несколько минут, но обладал значительной подъёмной силой. Надвинувшись на берег реки, он поднял довольно тяжёлый моторный бот длиной около четырёх метров, перенёс его на несколько десятков метров и, ударив о землю, разбил на куски. Водяные вихри наиболее распространены там, где поверхность воды сильно нагревается солнцем, — в тропических и субтропических зонах».

Закручивание потоков воздуха может происходить при больших пожарах. В литературе описаны такие случаи, приведём один из них. «Ещё в 1840 году в США расчищали лес под поля. На большой поляне было свалено громадное количество хвороста, веток и деревьев. Их подожгли. Через некоторое время пламя отдельных костров стянулось вместе, образовав огненную колонну, внизу широкую, вверху заострившуюся, высотой 50 — 60 метров. Ещё выше огонь сменялся дымом, уходившим высоко в небо. Огненно-дымовой вихрь вращался с поразительной скоростью. Величественное и ужасающее зрелище сопровождалось громким шумом, напоминавшим раскаты грома. Сила вихря была настолько велика, что он поднимал в воздух и отбрасывал в сторону большие деревья».

Рассмотрим процесс образования огненного смерча. При горении древесины выделяется тепло, которое частично переходит в кинетическую энергию восходящего потока нагретого воздуха. Однако при горении происходит ещё один процесс — ионизация воздуха и продуктов сгорания

топлива. И хотя в целом нагретый воздух и продукты сгорания топлива электрически нейтральны, в пламени образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Движение ионизованного воздуха в магнитном поле Земли неизбежно приведёт к образованию огненного смерча.

Хочется отметить, что вихревое движение воздуха возникает не только при больших пожарах. В своей книге «Смерчи» Д. В. Наливкин задаёт вопросы: «Мы уже не раз говорили о загадках, связанных с маломерными вихрями, пытались понять, почему все вихри вертятся? Возникают и другие вопросы. Почему, когда горит солома, нагретый воздух поднимается не по прямой линии, а по спирали и начинает кружиться. Так же ведёт себя в пустыне горячий воздух. Почему он не идёт просто вверх без всякой пыли? То же происходит с водяной пылью и брызгами, когда горячий воздух проносится над поверхностью воды».

Существуют вихри, возникающие в процессе извержения вулканов, их, например, наблюдали над Везувием. В литературе они получили название пепловых вихрей — в вихревом движении участвуют облака пепла, извергаемые вулканом. Механизм образования таких вихрей в общих чертах аналогичен механизму образования огненных смерчей.

Посмотрим теперь, какие силы действуют на тайфуны в неспокойной атмосфере нашей Земли.

СИЛА КОРИОЛИСА

На тело, движущееся во вращающейся системе отсчёта, например, на поверхности вращающегося диска или шара, действует инерционная сила, называемая силой Кориолиса. Эта сила определяется векторным произведением (нумерация формул начинается в первой части статьи)

F_K=2M[VΩ], (20)

где М — масса тела; V — вектор скорости тела; Ω — вектор угловой скорости вращения системы отсчёта, в случае земного шара — угловой скорости вращения Земли, а [VΩ]— их векторное произведение, которое в скалярном виде выглядит так:

F_л = 2M | V | | Ω | sin α, где α — угол между векторами.

Скорость тела, двигающегося на поверхности земного шара, можно разложить на две составляющие. Одна из них лежит в плоскости, касательной к шару в точке нахождения тела, иными словами — горизонтальная составляющая скорости: вторая, вертикальная составляющая перпендикулярна этой плоскости. Сила Кориолиса, действующая на тело, пропорциональна синусу географической широты его местонахождения. На тело, движущееся по меридиану в любом направлении в Северном полушарии, действует сила Кориолиса, направленная вправо по движению. Именно эта сила заставляет подмывать правые берега рек Северного полушария, вне зависимости от того, на север или на юг они текут. В Южном полушарии эта же сила направлена влево по движению и реки, текущие в меридиональном направлении, подмывают левые берега. В географии это явление называется законом Бэра. Когда русло реки не совпадает с меридиональным направлением, сила Кориолиса будет меньше на величину косинуса угла между направлением течения реки и меридианом.

Практически во всех исследованиях, посвящённых вопросам образования тайфунов, смерчей, циклонов и всевозможных вихрей, а также их дальнейшему перемещению, указывается на то, что именно сила Кориолиса служит первопричиной их возникновения и именно она задаёт траекторию их передвижения по поверхности Земли. Однако если бы сила Кориолиса участвовала в создании смерчей, тайфунов и циклонов, то в Северном полушарии они имели бы правое вращение — по часовой стрелке, а в Южном — левое, то есть против. Но тайфуны, смерчи и циклоны Северного полушария вращаются влево, против часовой стрелки, а Южного полушария — вправо, по часовой стрелке. Это абсолютно не соответствует направлению воздействия силы Кориолиса, более того — прямо ей противоположно. Как уже говорилось, величина силы Кориолиса пропорциональна синусу географической широты и, значит, максимальна на полюсах и отсутствует на экваторе. Следовательно, если бы она вносила вклад в создание вихрей разных масштабов, то наиболее часто они появлялись бы в полярных широтах, что полностью противоречит имеющимся данным.

Таким образом, приведённый анализ убедительно доказывает, что сила Кориолиса не имеет никакого отношения к процессу формирования тайфунов, смерчей, циклонов и всевозможных вихрей, механизмы образования которых рассмотрены в предыдущих главах.

Считается, что именно сила Кориолиса определяет их траектории, тем более что в Северном полушарии тайфуны, как метеорологические образования, при своём движении отклоняются именно вправо, а в Южном — именно влево, что соответствует направлению действия силы Кориолиса в этих полушариях. Казалось бы, причина отклонения траекторий тайфунов найдена — это сила Кориолиса, но не будем торопиться с выводами. Как говорилось выше, при движении тайфуна по поверхности Земли на него, как на единый объект, будет действовать сила Кориолиса, равная:

F_к = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

где θ — географическая широта тайфуна; α — угол между вектором скорости тайфуна, как единого целого, и меридианом.

Для выяснения истинной причины отклонения траекторий тайфунов попробуем определить величину силы Кориолиса, действующей на тайфун, и сравнить её с другой, как мы сейчас убедимся, более реальной силой.

СИЛА МАГНУСА

На тайфун, перемещаемый пассатом, будет действовать сила, которую в данном контексте, насколько это известно автору, до сих пор не рассматривал ни один исследователь. Это сила взаимодействия тайфуна, как единого объекта, с воздушным потоком, который перемещает этот тайфун. Если посмотреть на рисунок с изображением траекторий тайфунов, станет видно, что они движутся с востока на запад под действием постоянно дующих тропических ветров, пассатов, которые образуются вследствие вращения земного шара. При этом пассат не только переносит тайфун с востока на запад. Самое главное — на тайфун, находящийся в пассате, действует сила, обусловленная взаимодействием воздушных потоков самого тайфуна с воздушным потоком пассата.

Эффект возникновения поперечной силы, действующей на тело, вращающееся в набегающем на него потоке жидкости или газа, был открыт немецким учёным Г. Магнусом в 1852 году. Он проявляется в том, что если вращающийся круговой цилиндр обтекает безвихревой (ламинарный) поток, перпендикулярный его оси, то в той части цилиндра, где линейная скорость его поверхности противоположна скорости набегающего потока, возникает область повышенного давления. А на противоположной стороне, там, где направление линейной скорости поверхности совпадает со скоростью набегающего потока, — область пониженного давления. Разность давлений на противоположных сторонах цилиндра и приводит к возникновению силы Магнуса.

Изобретатели предпринимали попытки использовать силу Магнуса. Был спроектирован, запатентован и построен корабль, на котором вместо парусов установили вертикальные цилиндры, вращаемые двигателями. Эффективность таких вращающихся цилиндрических «парусов» в некоторых случаях даже превосходила эффективность парусов обычных. Эффект Магнуса используют также футболисты, которые знают, что если при ударе по мячу придать ему вращательное движение, то траектория его полёта станет криволинейной. Таким ударом, который называется «сухой лист», можно послать мяч в ворота противника практически с угла футбольного поля, находящегося на одной линии с воротами. Мяч при ударе закручивают и волейболисты, теннисисты, и игроки в пинг-понг. Во всех случаях движение закрученного мяча по сложной траектории создает немало проблем противнику.

Однако вернёмся к тайфуну, перемещаемому пассатом.

Пассаты, устойчивые воздушные течения (дуют постоянно больше десяти месяцев в году) в тропических широтах океанов, охватывают в Северном полушарии 11 процентов их площади, а в Южном — до 20 процентов. Основное направление пассатов — с востока на запад, однако на высоте 1—2 километра их дополняют ветры меридионального направления, дующие к экватору. В результате в Северном полушарии пассаты движутся на юго-запад, а в Южном

— на северо-запад. Пассаты стали известны европейцам после первой экспедиции Колумба (1492—1493), когда её участники были поражены устойчивостью сильных северо-восточных ветров, уносивших каравеллы от берегов Испании через тропические районы Атлантики.

Гигантскую массу тайфуна можно рассматривать как цилиндр, вращающийся в воздушном потоке пассата. Как уже говорилось, в Южном полушарии они вращаются по часовой стрелке, а в Северном — против. Поэтому за счёт взаимодействия с мощным потоком пассатного ветра тайфуны и в Северном и в Южном полушарии отклоняются в сторону от экватора — на север и на юг соответственно. Этот характер их движения хорошо подтверждают наблюдения метеорологов.

(Окончание следует.)

Подробности для любознательных

ЗАКОН АМПЕРА

В 1920 году французский физик Анре Мари Ампер экспериментально обнаружил новое явление — взаимодействие двух проводников с током. Оказалось, что два параллельных проводника притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления тока в них. Проводники стремятся сблизиться, если токи текут в одном направлении (параллельны), и удалиться один от другого, если токи текут в противоположных направлениях (антипараллельны). Ампер сумел правильно объяснить это явление: происходит взаимодействие магнитных полей токов, которое определяется по «правилу буравчика». Если буравчик ввинчивать по направлению тока I, движение его рукоятки укажет направление силовых линий магнитного поля H.

Две заряженные частицы, летящие параллельно, тоже образуют электрический ток. Поэтому их траектории будут сходиться или расходиться в зависимости от знака заряда частиц и направления их движения.

Взаимодействие проводников приходится учитывать при конструировании сильноточных электрических катушек (соленоидов) — параллельные токи, текущие по их виткам, создают большие силы, сжимающие катушку. Известны случаи, когда громоотвод, сделанный из трубки, после удара молнии превращался в цилиндрик: его сжимают магнитные поля тока разряда молнии силой в сотни килоампер.

На основе закона Ампера установлен эталон единицы силы тока в СИ — ампер (А). Государственный стандарт «Единицы физических величин» даёт определение:

«Ампер равен силе тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 ^. 10^-7Н».

Подробности для любознательных

СИЛЫ МАГНУСА И КОРИОЛИСА

Сравним действие сил Магнуса и Кориолиса на тайфун, представив его в первом приближении в виде вращающегося воздушного цилиндра, обтекаемого пассатом. На такой цилиндр действует сила Магнуса, равная:

F _м = DρHV_n V_m / 2, (22)

где D — диаметр тайфуна; ρ — плотность воздуха пассата; H— его высота; V_n >— скорость воздуха в пассате; V_т — линейная скорость воздуха в тайфуне. Путём несложных преобразований получим

Fм = R²HρωV_n, — (23)

где R — радиус тайфуна; ω — угловая скорость вращения тайфуна.

Принимая в первом приближении, что плотность воздуха пассата равна плотности воздуха в тайфуне, получим

М_т = R²Hρ, — (24)

где M_т — масса тайфуна.

Тогда (19) можно записать в виде

F_м = M_тωV_п — (25)

или F_м = M_т V_пV_т/R. (26)

Разделив выражение для силы Магнуса на выражение (17) для силы Кориолиса, получим

F_м/F_к = M_т V_пV_т/2RМV_пΩ sinθ cosα (27)

или F_м/F_к = V_т/2RΩ sinθ cosα (28)

Принимая во внимание, что согласно международной классификации тайфуном считается тропический циклон, скорость ветра в котором превышает 34 м/с, примем в расчётах эту наименьшую цифру. Поскольку географическая широта, максимально благоприятная для образования тайфунов, составляет 16^о, примем θ = 16^о и, поскольку сразу же после образования тайфуны движутся практически по широтным траекториям, примем α = 80^о. Радиус тайфуна средних размеров примем 150 километров. Подставив все данные в формулу, получим

F_м/F_к = 205. (29)

Иными словами, сила Магнуса превышает силу Кориолиса в двести раз! Таким образом, ясно, что сила Кориолиса не имеет отношения не только к процессу создания тайфуна, но и к изменению его траектории.

На тайфун, находяшийся в пассате, будут действовать две силы — вышеупомянутая сила Магнуса и сила аэродинамического давления пассата на тайфун, которую можно найти из простого уравнения

F _д= KRHρV²_п, — (30)

где К — коэффициент аэродинамического сопротивления тайфуна.

Нетрудно видеть, что движение тайфуна будет обусловлено действием результирующей силы, являющейся суммой сил Магнуса и аэродинамического давления, которая будет действовать под углом р к направлению движения воздуха в пассате. Тангенс этого угла найдётся из уравнения

tgβ = F_m/F_д. (31)

Подставив в (31) выражения (26) и (30), после несложных преобразований получим

tgβ = V_т/КV_п, (32)

Понятно, что результирующая сила F_р, действующая на тайфун, будет касательной к его траектории, и если известны направление и скорость пассатного ветра, то можно будет с достаточной точностью вычислить эту силу для конкретного тайфуна, определив, таким образом, его дальнейшую траекторию, что позволит минимизировать ущерб, наносимый им. Траектория тайфуна может быть спрогнозирована пошаговым методом, при этом вероятное направление результирующей силы должно вычисляться в каждой точке его траектории.

В векторном виде выражение (25) выглядит так:

F_м = M[ωV_п]. (33)

Нетрудно видеть, что формула, описывающая силу Магнуса, структурно идентична с формулой силы Лоренца:

F_л = q[VB].

Сопоставляя и анализируя эти формулы, замечаем, что структурное сходство формул достаточно глубоко. Так, левые части обоих векторных произведений (М&#969; и qV) характеризуют параметры объектов (тайфуна и элементарной частицы), а правые части (V_п и B) — среды (скорость пассата и индукцию магнитного поля).

Физпрактикум

СИЛЫ КОРИОЛИСА НА ПРОИГРЫВАТЕЛЕ

Во вращающейся системе координат, например на поверхности земного шара, законы Ньютона не выполняются — такая система координат неинерциальна. В ней появляется добавочная сила инерции, которая зависит от линейной скорости тела и угловой скорости системы. Она перпендикулярна траектории движения тела (и его скорости) и называется силой Кориолиса, по имени французского механика Густава Гаспара Кориолиса (1792—1843), который эту добавочную силу объяснил и рассчитал. Сила направлена так, что для совмещения с вектором скорости её нужно повернуть на прямой угол в сторону вращения системы.

Увидеть, как «работает» сила Кориолиса, можно при помощи электрического проигрывателя для пластинок, поставив два несложных опыта. Для их проведения вырежьте из плотной бумаги или картона кружок и положите его на диск. Он будет служить вращающейся системой координат. Сразу сделаем замечание: диск проигрывателя вращается по часовой стрелке, а Земля — против. Поэтому силы на нашей модели будут направлены в сторону, противоположную наблюдаемым на Земле в нашем полушарии.

1. Сложите рядом с проигрывателем две стопки книг, чуть выше его диска. На книги положите линейку или прямую планку так, чтобы один её край приходился на диаметр диска. Если при неподвижном диске провести вдоль планки линию мягким карандашом, от его центра к краю, то она, естественно, будет прямой. Если же теперь запустить проигрыватель и провести карандаш вдоль планки, он начертит криволинейную траекторию, уходящую влево, — в полном согласии с законом, рассчитанным Г. Кориолисом.

2. Постройте из стопок книг горку и приклейте к ней скотчем жёлоб из плотной бумаги, ориентированный по диаметру диска. Если скатить небольшой шарик по жёлобу на неподвижный диск, он покатится по диаметру. А на вращающемся диске он станет уходить влево (если, конечно, трение при его качении будет невелико).

Физпрактикум

ЭФФЕКТ МАГНУСА НА СТОЛЕ И В ВОЗДУХЕ

1. Склейте из плотной бумаги небольшой цилиндр. Недалеко от края стола поставьте стопку книг и соедините её с краем стола дощечкой. Когда бумажный цилиндрик скатится с получившейся горки, мы вправе ожидать, что он станет двигаться по параболе прочь от стола. Однако вместо этого цилиндрик круто изогнёт траекторию в другую сторону и залетит под стол!

Его парадоксальное поведение вполне объяснимо, если вспомнить закон Бернулли: внутреннее давление в потоке газа или жидкости становится тем меньше, чем выше скорость потока. Именно на основе этого явления работает, например, пульверизатор: более высокое атмосферное давление выжимает жидкость в поток воздуха с пониженным давлением.

Интересно, что закону Бернулли в какой-то степени подчиняются и людские потоки. В метро, у входа на эскалатор, где движение затруднено, люди собираются в плотную, сильно сжатую толпу. А на быстро идущем эскалаторе они стоят свободно — «внутреннее давление» в потоке пассажиров падает.

Когда цилиндрик падает, продолжая вращаться, скорость его правой стороны вычитается из скорости набегающего потока воздуха, а скорость левой — складывается с ней. Относительная скорость потока воздуха слева от цилиндра больше, а давление в нём ниже, чем справа. Разность давлений и заставляет цилидрик круто изменять траекторию и залетать под стол.

Законы Кориолиса и Магнуса учитывают при запуске ракет, точной стрельбе на дальние расстояния, расчёте турбин, гироскопов и пр.

2. Обмотайте бумажный цилиндрик бумажной или текстильной лентой в несколько оборотов. Если теперь резко дёрнуть за конец ленты, она раскрутит цилиндрик и одновременно придаст ему поступательное движение. В результате под действием сил Магнуса цилиндрик полетит, описывая в воздухе мёртвые петли.

Смерч (торнадо) – явление природы (описание, фото и видео)

Чтобы узнать, что такое невесомость, вовсе не обязательно быть космонавтом и находиться в космосе. Достаточно просто сходить в сарай – как это однажды сделал Джон Гарисон, решив заточить там лезвие рубанка. На приближающуюся непогоду внимания он не обратил, поскольку ураганы в его краях — явление достаточно частое.

Когда он принялся за работу, беззаботно насвистывая какую-то мелодию, внезапно погас свет, раздался сильный грохот, а постройка начала двигаться. Открыл глаза мужчина уже в воздухе, в полной темноте и безмолвии, а когда захотел вздохнуть – не смог, и снова потерял сознание.

Пришел в себя уже некоторое время спустя, возле открытой двери постройки на абсолютно незнакомой горе. Сам мужчина был покрыт толстенным слоем пыли, а разум его никак не мог постичь, что произошло. И уже намного позже он узнал, что последствия стихии, пронесшейся по его родному городку, ужасны: она разрушила шестьсот домов и изувечила/лишила жизни сотни людей.

А повезло Гарисону по одной простой причине: воздушные массы крутящегося вихря разогнались до сверхзвуковой скорости, из-за чего вес предметов, оказавшихся на периферии мчащегося вихря, уменьшился (в отличие от вещей, очутившихся в центре) – и вихрь, подхватив постройку, перенес её на несколько десятков километров вместе со всем содержимым, не причинив при этом особого вреда. Тогда как другие сооружения, в том числе и сделанные из металла, оказавшись в центре торнадо, были разрушены и с неимоверной силой вдавлены в землю.

Что представляет собой явление

Смерч – это невероятно страшное, загадочное и удивительное явление природы, разрушающее почти все, что встречается на его пути, не щадя при этом ни людей, ни их имущество (некоторые из них обладают такой силой, что без проблем способны поднять в воздух фуру с прицепом и даже дом). При этом по силе действия они чем-то напоминают ураганы, но последствия смерча для людей обычно намного серьезнее и печальнее.

Тайны Бермудского треугольника189124.3982

Этот феномен всегда связан с грозой и сильным ветром и, если наблюдать за ним со стороны, выглядит невероятно потрясающе. В это время по небу, предвещая приближение урагана, приближается огромная, черная, страшная туча, а исходящий из неё гром гремит все сильнее, молнии сверкают все чаще. Некоторое время спустя с одной стороны тучи (хотя, стоит заметить, нередко бывает и двухсторонний смерч, когда он спускается с двух сторон облака) появляется огромный крутящийся вихрь. В Северном полушарии движется он в основном по часовой стрелке, а скорость воздушных масс внутри «хобота» составляет от 18 м/с до 1300 км/ч.

Извиваясь, словно змея, он приближается к краю страшного облака, и на огромной скорости начинает спускаться вниз. В это же время навстречу ему с земли поднимается огромный крутящийся столб пыли, сталкивается с вращающимся воздухом – и образует форму, напоминающую хобот огромного слона. Высота такой фигуры колеблется от 800 м до 1,5 км, а её диаметр на морской воде составляет от 25 до 100 метров и на суше – от 100 метров до целого километра, а в исключительных случаях может доходить даже до двух.

Воздух, находящийся внутри такого «хобота», поднимаясь по спирали вверх, вращается на бешеной скорости – от 70 до 130 км/ч. Ужасающей силы получаются торнадо, когда воздушные массы мчатся со скоростью 320 км/ч. Вихрь этот на месте не стоит, находится в постоянном движении и перемещается вместе с породившей его тучей, при этом скорость его обычно колеблется от 20 до 60 км/ч.

Судить о скорости вращения воздуха внутри подобного вихря можно по летающим веткам, бревнам и другим захваченным им предметам (при этом нередко бывает, что в нескольких десятках метрах от смерча воздух вовсе не движется и царит полный штиль). Мчится «хобот» на огромной скорости, поэтому через одну-две минуты полностью покидает разрушенную им территорию, после чего начинается гроза с сильным ливнем.

Образования феномена

Несмотря на то, что учёные уже довольно неплохо изучили это удивительное явление природы, загадка происхождения воздушных вихрей подобной силы до конца не разгадана. Не вызывает сомнений тот факт, что смерч – это всего-навсего одна из разновидностей движений такого прозрачного и, на первый взгляд, невесомого воздуха.

Зарождаются смерчи предположительно в середине огромной грозовой тучи на высоте от 3 до 4 км от поверхности земли – именно здесь расположена так называемая ось воздушных потоков и можно наблюдать сильные восходящие потоки воздуха и резкие не только по направлению, но и по силе, скачки ветра.

Теплый влажный воздух, очутившись в туче, сталкивается с холодными воздушными массами, что были образованы над холодными участками земной (морской) поверхности. Столкнувшись, водяной пар конденсируется, после чего появляются капли дождя и выделяется тепло. Тёплые воздушные массы уходят наверх и создают там зону разрежения, втягивающую в себя не только находящийся поблизости теплый насыщенный паром, воздух тучи, но и холодный, находящийся под ней (при этом температура холодного воздуха, после того, как он оказывается в зоне разряжения, охлаждается ещё больше).

Вследствие этого выделяется огромное количество энергии и образуется воронка, которая спускается на земную поверхность, продолжая втягивать в разреженную зону абсолютно все, что только способны поднять воздушные массы. Если смерч полностью прячется между слоем пыли или стеной дождя, он становится чрезвычайно опасным прежде всего потому, что метеорологи далеко не всегда способны вовремя заметить это явление и предупредить об опасности.

Очутившись на земле, зона разряжения на месте не стоит и постоянно смещается в сторону, захватывая все новые порции холодного воздуха. «Хобот», изгибаясь, движется, соприкасаясь с поверхностью земли, а осадки если и есть – то незначительные.

Когда заканчиваются необходимые для смерча объемы холодного или теплого влажного воздуха, смерч начинает ослабевать, «хобот» сужается и, оторвавшись от земной поверхности, возвращается домой, на облако.

Воздушный вихрь способен просуществовать достаточно долго. Например, дольше всех продержался Мэттунский смерч: за 7 ч. 20 мин. он преодолел 500 км, погубив при этом 110 человек.

Виды

Ученые выделяют несколько видов смерчей:

Бичеподобные – этот вид смерча считается самым распространенным. Воронка в нём гладкая, тонкая, иногда – извилистая, при этом длина её нередко значительно превышает радиус. Такие смерчи не слишком сильные и разрушительные, часто спускаются на воду.
Расплывчатые – похожи на лохматые, крутящиеся, достигающие земной поверхности облака. При этом иногда они могут быть настолько широки, что их диаметр значительно больше их высоты (поэтому все воронки шире 0,5 км обычно называют расплывчатыми). Такие смерчи обычно очень сильны, поскольку из-за того, что охватывают большую территорию, а ветер несется на ужасающей скорости, они способны причинить немалый ущерб.
Составные – являют собой сразу нескольких столбов, вьющихся вокруг основного смерча. Торнадо чрезвычайно сильны и способны нанести ущерб на огромной территории.

Огненные – такие вихри порождает туча, возникающая либо из-за сильного пожара, либо из-за извержения вулкана. Они чрезвычайно опасны из-за того, что способны разносить огонь и вызывать пожар на несколько десятки километров.
Водяные – появляются в основном над океанической, морской поверхностью, иногда – над озерами. Образовываются в основном над участками с холодной водой и высокой температурой воздуха. Нижняя часть воронки, приближаясь к воде, раскручивает и перемешивает верхний слой воды, создавая из него облако водной пыли и образуя водный смерч. Держится такой смерч недолго, всего лишь несколько минут.
Земляные – чрезвычайно редкий вид смерчей, образуются только во время серьезных природных катаклизмов. Имеют обычно бичеподобную форму, толстая часть «хобота» находится возле земли. В середине вихря крутится тонкий столб земли, за ним (если он возник из-за оползня) – оболочка из земляной жижи. Если появления такого смерча вызвало землетрясение, он нередко поднимает с земли огромные камни, что для людей может быть чрезвычайно опасно.
Снежные – смерч такого типа образуется зимой, во время сильной метели.
Песчаные – подобные смерчи отличаются от настоящих торнадо, поскольку образуются не на небе, в облаке, а под влиянием солнечных лучей, которые накаливают песок до такой степени, что давление в этом месте уменьшается – и, соответственно, сюда со всех сторон устремляются воздушные массы. После этого песок и ветер, благодаря вращению планеты, начинают кружиться, образуя воронку внушительных размеров, создавая напоминающий торнадо песчаный столб, который способен перемещаться и может просуществовать около двух часов.

Возникновение ураганов

Несколько схожи по своей природе со смерчем ураганы, скорость ветра которых способна достигать 120 км/ч. В отличие от торнадо, ураганы имеют горизонтальную направленность, приходят в основном с моря и образуются над морской поверхностью водой скапливается холодный воздух, появляется низкое давление и, естественно, наблюдается высокая влажность. В это же время над земной поверхностью все наоборот – давление высокое, влажность – низкая, поэтому теплые воздушные массы с суши уходят в море, туда, где низкое давление и сталкиваются с холодным воздухом. Чем больше разница температур атмосферных фронтов, тем сильнее дует ветер: из порывистого переходит в шквальный, затем – в ураган.

Ураганы способны удаляться на довольно-таки большое расстояние от берега, вызывая ливни, дожди. Если скорость движения воздушных масс будет слишком велика, ураганы вполне могут в прибрежных регионах вызывать наводнения, разрушать дома, сносить легкие постройки, поднимать людей и другие предметы в воздух и с силой кидать их на землю.

Где они встречаются

В последнее время смерчи всё чаще появляются там, где прежде никогда не бывали и куда никогда не доходили. Существуют территории, где смерчи и торнадо – явления обыденные, часто встречающееся и местных жителей мало удивляющие.

В основном торнадо образуются в умеренных широтах как северного, так и южного полушарий, между 60 и 45 параллелями в Европе, в США (именно здесь ученые зафиксировали наибольшее количество крутящихся вихрей) охватывает значительно большую площадь – до 30-ой параллели. Весной и летом возникновение смерчей наблюдается в пять раз чаще и в основном – в дневное время.

Секреты самых необычных природных явлений189124.24

Меры предосторожности

Если вы попали в зону действия торнадо, чтобы выжить, нужно обязательно придерживаться несложных правил. Если есть возможность, нужно спрятаться в самой прочной постройке, желательно, чтобы она была сделана из железобетона и имела стальной каркас. Спастись от стихии можно в пещере или каком-либо подземном убежище, если есть подвал – нужно спуститься вниз, если нет – спрятаться в ванной или другом небольшом помещении, подальше от оконных и дверных проемов.

Чтобы дом не развалился из-за перепадов атмосферного давления, со стороны приближающейся стихии нужно все окна и двери закрыть, с другой – наоборот открыть и закрепить их при этом. Также нужно перекрыть газ и отключить электричество.

Прятаться от стихии в машине чрезвычайно опасно, поскольку смерч способен поднять её в воздух и кинуть вниз с огромной высоты. Если так случилось, что крутящийся вихрь застал вас на открытом пространстве, нужно уходить от него как можно быстрее, двигаясь перпендикулярно к движению «хобота». Если нет возможности уйти от стихии, необходимо найти какое-либо углубление (овраг, яму, траншею, канаву) и плотно прижаться к земной поверхности – это снизит вероятность травмирования тяжелыми предметами.

Стихия воздуха. Величайшие ураганы, тайфуны, смерчи, торнадо в истории человечества

Мы уже писали о величайших бедствиях, которые природа обрушивала на человечество: землетрясения, вулканические извержения. Все эти явления имели своей причиной процессы, проходящие в недрах Земли. Между тем, у матери-природы есть в запасе и еще кое-что не менее разрушительное. Ураганы, тайфуны, смерчи, торнадо. А их природа связана с атмосферными процессами, не имеющими ничего общего с тем, что происходит в глубинах Земли. Вот об этом мы сегодня и поговорим.

Как устроена атмосфера и что в ней происходит

Атмосфера простирается от поверхности Земли примерно на 100 километров. Чем дальше от поверхности Земли, тем она становится все более разреженной. Делится атмосфера на несколько слоев: тропосфера (нижний слой, простирающийся на 8 – 10 километров от поверхности Земли), стратосфера, мезосфера. Никаких четких границ между ними нет. Каждая из этих зон исполняет свои важные функции. Мы не будем здесь их перечислять, ибо для темы нашей статьи значение имеет только нижний слой, который и определяет погоду на планете.

Не надо ругать Росгидромет

А это нынче принято- ругают метеорологов все кому не лень из-за ошибок в прогнозах погоды. Даже краткосрочных прогнозов, не говоря уже о длительных. Так что если вы в интернете встречаете публикацию под примерно таким заголовком «Следующее лето в России будет жарким», можете ее даже не читать. Это следующее лето может быть, каким угодно. Да и к краткосрочным прогнозам погоды надо относиться с некоторой долей сомнения. Вот пообещают вам, что со следующего понедельника пойдут дожди и похолодает. Просыпаетесь вы в этот следующий понедельник – а на дворе солнышко светит. И никакого похолодания нет.

И такое происходит не только в России, но и во всем мире. Хотя Землю опоясывает сеть метеостанций, которые обмениваются между собой собранной информацией. Мощнейшие суперкомпьютеры ее обрабатывают, выдают те самые «прогнозы погоды», которые иногда сбываются, а иногда нет. И метеорологи здесь не при чем. Просто так устроена природа.

Так в чем же дело

А дело в явлении, которое называется турбулентностью. Не будем вдаваться в детальное объяснение, что это такое. Достаточно сказать, что уже более ста лет ученые бьются над созданием теории турбулентности. Локальные, и немалые, успехи, конечно, достигнуты. Но общей теории не существует. И не понятно, появится ли она когда-нибудь.

А речь о следующем. При определенных условиях движение жидкости или газа начинает носить случайный и непредсказуемый характер. Рождаются крупномасштабные вихри, которые взаимодействуют друг с другом, причем нерегулярным образом. Но дело этим не ограничивается. Помимо крупномасштабных существует целая иерархия все более и более мелких вихрей, которые ведут себя также случайным образом. Энергия крупномасштабных вихрей передается вниз по иерархической лестнице. Возникает сложнейшая система, ведущая себя случайным образом. Рассчитать ее поведение не по силам даже самым мощным суперкомпьютерам.

Движение воздуха в нижних слоях атмосферы Земли, является турбулентным. Всегда. И те крупномасштабные вихри, о которых мы говорили выше, – это всем известные циклоны и антициклоны. Когда они распространяются над огромными пространствами континентальной суши, например Россией, тоже не все предсказуемо. Но здесь ситуация в большинстве случаев, более-менее нормальная. Ну, пойдет дождичек неделей раньше или неделей позже – ничего, переживем. Есть регионы, где вообще все классно. Вот, например Сахара или Аравийский полуостров. Ну, в силу объективных причин, не идут там дожди. Целый год солнце светит. Вот бы устроиться в местный Гидромет! Напечатал один раз в год прогноз погоды – и сиди, зарплату получай…

Природа циклонов

Но в некоторых местах дело обстоит намного хуже, чем в этих солнечных краях. Это экваториальные акватории Атлантического и Тихого океанов. Именно они определяют, во многом, погоду на всей Земле.

Вот как, например, образуется циклон, который наиболее интересен для нас, ибо именно он, при определенных, до конца непонятных условиях, может порождать те самые ураганы и тайфуны.

Дело обстоит примерно так. Воздух над нагретой поверхностью океана прогревается, становится более легким и устремляется вверх. Внизу, соответственно, создается область пониженного давления. Туда устремляются более холодные воздушные массы. Поднявшийся вверх теплый воздух охлаждается, становится более тяжелым и «сваливается» вниз. Образуется своеобразная воронка. Однако, в силу вращения Земли, потоки воздуха в этой воронке начинают закручиваться – против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке — в Южном. Поперечник циклона может достигать 1000 км и более. Так и образуется тот самый гигантский вихрь, о котором мы упоминали выше. Далее он начинает свое путешествие по атмосфере.

Это, конечно, очень примерная схема, но, в первом приближении, соответствующая действительности. Попадая в зоны более холодного климата, содержащиеся в циклоне водяные пары начинают конденсироваться и проливаются дождями. Вращающиеся потоки воздушных масс вызывают сильные ветры. Вы наверняка видели по телевизору такого рода кадры. Качающиеся под ветром пальмы, потоки воды, низвергающиеся с неба. Все описанные неприятности могут длиться по нескольку дней. Затем, интенсивность циклона ослабевает, и он постепенно сходит на нет.

На территорию континентальной России приходят уже слабые составляющие. Однако иногда даже у нас дожди затапливают города, и МЧС предупреждает о порывах ураганного ветра (до 25 метров в секунду, или 9,3 километра в час), гражданам рекомендуют соблюдать осторожность, не ставить машины под деревьями.

Ну, насчет «ураганного ветра», это конечно, образное выражение. Что на самом деле есть ураган, и каковы его параметры вы прочитаете ниже.

Возникновение ураганов и тайфунов

Как мы уже говорили, циклоны бывают довольно «мирными». Но в некоторых случаях, они резко усиливаются, превращаясь в ураганы и тайфуны. Почему это происходит – по большому счету, непонятно. И предсказать это сегодня невозможно. Спасает то, что эти атмосферные монстры движутся не очень быстро. Их удается зафиксировать, определить скорость и направление движения. А также спрогнозировать конечную интенсивность. Хотя, и это, как вы увидите в дальнейшем, не особо спасает. Ураганы и тайфуны приносят колоссальные разрушения и в наши дни. Вот снимок урагана из космоса.

Здесь ясно видно вихревое движение воздушных масс. Черная точка в середине снимка – та самая воронка, о которой мы писали. Она называется «глаз урагана» или «око тайфуна». Здесь необходимо отметить, что ураганы и тайфуны – это в сущности одно и то же явление. Просто ураганом называется то, что происходит в Атлантическом океане, а тайфун – примерно то же самое, но в Тихом океане.

Природа смерчей и торнадо

Механизмы возникновения смерчей и торнадо отличаются от ураганов и тайфунов. Интересно то, что хотя смерчи и торнадо внешне очень похожи друг на друга, но причины их возникновения различаются.

Смерчи возникают из-за вторжения холодного воздуха на более теплую поверхность земли. Образуясь у поверхности, смерч постепенно поднимается вверх. Это тоже огромный вихрь с гигантской скоростью вращения воздуха на его периферии.

Возникновение торнадо связано с мощными грозовыми облаками. В таких облаках неминуемо возникает вращение воздуха. Вихревое движение в грозовом облаке передается нижним слоям. Поэтому, в отличие от смерча, торнадо опускается из облака вниз в виде «хобота».

Торнадо чаще всего возникают на великих равнинах США (около 30 случаев в год), а также в Бразилии и Китае. Для холодной России это редкое явление. Исключением является только черноморское побережье и прилегающие к нему районы. Интенсивность «российских» смерчей и торнадо невелика по сравнению с мировыми аналогами. Это тот случай, когда приятно и полезно быть не «впереди планеты всей».

С природой обсуждаемых атмосферных явлений мы немного разобрались. А теперь поговорим о том, к чему они приводят.

Самые мощные ураганы и тайфуны

1780 год. Ураган «Санкт-Каликсто», Карибский архипелаг. Вой ветра заглушал голоса людей. Деревья вырывались с корнями, ветер снимал с них кору. 19 кораблей были разбиты возле острова Гренада. Стихия передвигала по палубе даже тяжелые пушки. Возле острова Сент-Люсии британский флот был разбит в щепки. Всего погибло 27 тысяч человек.

1900 год. Штат Техас. Ураган «Галвестон». Ветер дул со скоростью 215 километров в час. Погибли 6000 человек, были разрушено 3600 домов.

Ураган «Галвестон», штат Техас 1900 год.

Август 1969 года. Ураган «Камилла». Локация стихии – Куба и Мексиканский залив. Скорость ветра достигала 310 километров в час, высота волн – 7,3 метра. Причиненный ущерб – 9,34 миллиарда долларов.

1970 год. Ураган «Бхола» прошелся по Бангладеш и Индии. Погибли до 500 тысяч человек.

1975 год. Тайфун «Нина». Прошелся по Китаю. Погибло до 239 тысяч человек.

Но хватит страшных картинок, Тем более, что все они похожи друг на друга. Поэтому далее мы просто перечислим вторую пятерку самых разрушительных ураганов и сообщим последствия, к которым они привели.

1998 год Ураган «Митч». Он прошел по территориям Гондураса, Сальвадора и Никарагуа. Скорость ветра достигала 280 километров в час. Погибли 11 тысяч человек, 3 миллиона остались без крова.

2005 год. Ураган «Катрина». Он затопил 80% Нового Орлеана. Погибли 1836 человек, полмиллиона лишились своих домов. Ущерб составил 80 миллиардов долларов.

2008 год. Ураган «Айк». Скорость ветра достигала 140 километров в час. Убытки составили 30 миллиардов долларов.

2013 год. Тайфун «Йоланда». Скорость ветра достигала 389 километров в час. Пострадали Вьетнам и Филиппины. Погибло 8 тысяч человек. Своего жилья лишились 11 миллионов человек.

Самые мощные смерчи и торнадо

Апрель 1958 года. Штат Техас. Там был зафиксирован самый мощный смерч, попавший в книгу рекордов Гиннеса. Скорость ветра в нем достигала 450 километров в час. Дома поднимались в воздух, некоторые предметы переносились на огромные расстояния.

Самый мощный смерч, Штат Техас, апрель 1958

1969 год. Город Дакка в восточном Пакистане (современный Бангладеш). Торнадо прошелся по северо-восточной части города. Погибло около 660 человек, еще около 4000 было ранено. Одновременно второе торнадо ударило по области Комилла. Погибло 223 человека. Интересно, и это редкий случай, что оба торнадо изначально были единым образованием, а потом разделились.

2013 год. Штат Оклахома. Разрушительный торнадо прорезал полосу шириной в 3 и длиной в 27 километров. Скорость ветра достигала 267 километров в час. Больше всего пострадал небольшой городок Мур, большая часть которого была сметена с лица земли.

Июнь 2015 года. Речной пароход был застигнут врасплох гигантским смерчем. Погибли все 442 пассажира.

1925 год. Третье из самых смертоносных торнадо в истории – так называемое «торнадо трех штатов». Основной удар пришелся на штат Миссури, но также захватил штаты Иллинойс и Индиана. В результате погибло 695 человек, более 2 тысяч получили ранения, 50 тысяч остались без крыши над головой.

Торнадо, штат Миссури и Иллинойс, 1925 год

1989 год. Бангладеш. Торнадо, получившее название «Даулатпур-Сальтурия», считается самым разрушительным за всю историю наблюдений. В течение нескольких минут погибло около 1300 человек, 12000 получили ранения, 80000 тысяч остались без крова.

Торнадо «Даулатпур-Сальтурия», Бангладеш, 1989 год

Заключение

И что со всем этим делать? Предотвратить возникновение таких стихийных бедствий и повлиять на их развитие мы не можем. Зафиксировать момент возникновения иногда получается. Правда это относится, в основном, к ураганам и тайфунам, которые, как мы писали, рождаются над поверхностью океанов, так что время их приближения к суше довольно значительно. Поэтому можно попытаться эвакуировать население. С торнадо и смерчами дело сложнее. Они внезапно возникают над поверхностью суши, и тут уж кому как повезет. Впрочем, для России с ее прохладным климатом, это не слишком актуально. У нас и других проблем хватает – лесные пожары и наводнения, с которыми в этом году идет сражение в Сибири уже несколько недель подряд.

Что внутри торнадо?

Торнадо до сих пор остается малопонятным атмосферным явлением, и основная загвоздка состоит как раз в том, что его очень трудно изучать экспериментально. Торнадо возникают достаточно часто, однако предугадать, где именно он возникнет в следующий раз, невозможно, и потому за торнадо приходится «гоняться». Подвижные лаборатории, которые используются в таких погонях, слишком хрупки и разрушаются раньше, чем успевают достичь центра торнадо и приступить к его изучению.

Получить торнадо в лаборатории в контролируемых условиях тоже пока не удалось: для этого потребовалась бы экспериментальная установка размером в сотни метров. Поэтому вся доступная на сегодняшний день проверенная информация о физических условиях в центре торнадо получена непрямым методом. Благодаря радарным наблюдениям издалека удается измерить скорости вращения воздуха в торнадо и на основании этого уже делать выводы о его внутреннем устройстве.

Заметим, кстати, что возникает удивительная ситуация: для изучения торнадо пока что используются методы … астрономии. Будучи не в силах ни «залезть» в само явление, ни воспроизвести природные условия в лаборатории, мы вынуждены просто внимательно наблюдать за торнадо, пытаясь на основании наблюдений понять его природу. Именно таков подход астрономии.

Итак, пока что известно, что в центре торнадо находится область пониженного давления. В самых мощных торнадо перепад давления снаружи и внутри может превышать одну десятую атмосферы. Собственно, сам торнадо представляет собой наружний воздух, который под действием этого перепада давления пытается заполнить внутренность торнадо, но из-за закона сохранения момента импульса так сильно закручивается вокруг оси, что центробежная сила не подпускает его к центру.

Какие именно течения воздуха имеют место в центре торнадо, сказать пока трудно, поскольку прямых достоверных экспериментальных наблюдений нет. Вполне вероятно, что там имеются вертикальные потоки, однако вряд ли очень сильные.

Вообще, знаменитая подъемная сила торнадо происходит не из-за того, что воронка всасывает в себя предметы, а из-за того, что вращающийся столб воздуха имеет вертикальную турбулентность. То есть воздух обвивает воронку не строго по кругу (тогда бы вертикальное движение отсутствовало) и не по фиксированной спирали (тогда бы вертикальное движение было постоянным), а имеет быстро меняющуюся вертикальную компоненту скорости.

Поскольку для США проблема торнадо — одна из самых важных метеорологических проблем, то на их исследования регулярно выделяются значительные деньги. Планируется даже создать тяжелую машину типа танка, которая была бы одновременно и очень тяжелой, и достаточно проворной. Такая машина смогла бы догнать торнадо, войти в его центр и провести там эксперименты. Так что надо запастись терпением: вероятно, через год-два мы будем знать о внутренностях торнадо заметно больше, чем сейчас.

Ответил: Игорь Иванов

Суровая погода 101: Tornado FAQ

Суровая погода 101

Часто задаваемые вопросы о торнадо

Если на ваш вопрос не дан ответ ниже, проверьте этот превосходный, исчерпывающий список часто задаваемых вопросов о торнадо в Центре прогнозирования штормов NOAA.

Откуда берутся торнадо?

Торнадо исходят из энергии, выпущенной грозой. Как бы они ни были сильны, торнадо составляют лишь крошечную долю энергии во время грозы.Что делает их опасными, так это то, что их энергия сконцентрирована на небольшой площади, возможно, всего в сотне ярдов в поперечнике. Конечно, не все торнадо одинаковы, и наука еще не до конца понимает, как часть энергии грозы иногда фокусируется на чем-то таком маленьком, как торнадо.

Где происходят торнадо?

Когда и где бы ни находились условия, торнадо возможны. В США они наиболее распространены на центральных равнинах Северной Америки, к востоку от Скалистых гор и к западу от Аппалачей.Они встречаются в основном весной и летом; сезон торнадо наступает рано на юге, а затем на севере, потому что весна наступает позже в этом году, когда человек движется на север. Они обычно происходят в конце дня и рано вечером. Однако известно, что они происходят в каждом штате США, в любой день года и в любое время. Они также встречаются во многих других частях света, включая Австралию, Европу, Африку, Азию и Южную Америку.

Какой тип урона могут нанести торнадо?

Урон от торнадо исходит от сильных ветров, которые они содержат, и от летящих обломков, которые они создают.Принято считать, что скорость сильного торнадо в самых сильных торнадо может достигать 300 миль в час. Высокая скорость ветра может привести к тому, что автомобили окажутся в воздухе, разорвут обычные дома в клочья и превратят битое стекло и другие обломки в смертоносные ракеты. Самая большая угроза для живых существ (включая людей) от торнадо от летящих обломков и от того, что их швыряют на ветру. Раньше считалось, что низкое давление в торнадо способствовало повреждению, заставляя здания «взрываться», но это больше не считается правдой.

Может ли торнадо копать землю?

Поступали сообщения о торнадо, уносящем грязь и создающем траншею глубиной 3 фута, но это очень редко. Торнадо, как было известно, раздели асфальтовое покрытие.

Как обнаруживаются торнадо?

В настоящее время разработка доплеровского радара позволила при определенных обстоятельствах обнаруживать ветра торнадо с помощью радара (см. Наш раздел по обнаружению торнадо). В некоторых случаях также возможно обнаружить летающие осколки, созданные торнадо с помощью радара.Тем не менее, люди остаются важной частью системы обнаружения торнадо, потому что не все торнадо возникают в ситуациях, когда радар может их «видеть». Добровольцы из рядовых граждан составляют так называемую сеть наблюдателей за штормом SKYWARN, которые работают со своими местными общинами, чтобы следить за приближением торнадо, чтобы эти сообщества могли предпринять соответствующие действия в случае торнадо. Информация о наблюдателе передается в Национальную службу погоды.

Ты тоже можешь быть штормовиком! Посетите www.skywarn.org. На этом сайте есть ссылка на местные группы SKYWARN. Если вашего района нет в списке, обратитесь в местное отделение Национальной службы погоды.

Как образуются торнадо?

См. Наше объяснение в разделе «Типы торнадо».

Можно ли предсказывать торнадо?

Да, но только в ограниченной степени. Хотя процесс образования торнадо до конца не изучен, научные исследования показали, что торнадо обычно образуются при определенных типах атмосферных условий.Когда синоптики видят эти условия, они могут предсказать вероятность возникновения торнадо. Однако пока невозможно заранее точно предсказать, когда и где они будут развиваться, насколько они будут сильными или каким именно путем они пойдут. После того, как торнадо сформирован и обнаружен, могут быть выданы предупреждения, основанные на пути шторма, производящего торнадо, но даже они не могут быть совершенно точными относительно того, кто будет или не будет поражен.

Как называются люди, которые изучают торнадо?

Люди, которые изучают торнадо, являются просто исследователями-метеорологами или атмосферными учеными.Возможно, вы слышали другой термин — «охотник за штормом», но на самом деле это относится к людям, которые охотятся за торнадо и штормами. Исследователи-метеорологи преследуют суровые погодные условия. Они должны задавать вопросы, на которые, по их мнению, они могут ответить, выполнив определенные измерения.

Каковы скорости ветра в торнадо?

Мы не совсем уверены, какая максимальная скорость ветра может быть внутри торнадо, поскольку сильные и сильные торнадо разрушают погодные инструменты.У нас действительно только измерения ветра в более слабых торнадо. Мобильные доплеровские радары могут измерять скорость ветра в торнадо над уровнем земли, и самая сильная скорость была 318 миль в час, измеренная 3 мая 1999 года в районе Бридж-Крик / Мур, штат Оклахома.

Как быстро движутся торнадо?

У нас нет подробной статистики по этому поводу. Движение может варьироваться от почти неподвижного до более чем 60 миль в час. Типичный торнадо движется со скоростью около 10–20 миль в час.

Сколько обычно торнадо на земле?

Подробные статистические данные о времени, когда торнадо находится на земле, отсутствуют.Это время может варьироваться от мгновенного до нескольких часов. В среднем около пяти минут.

Делает ли NSSL такие вещи, как они показали в фильме Twister?

Фильм «Твистер» был основан на работе, проделанной NSSL в середине 1980-х годов с использованием 55-галлонного барабана, оснащенного различными метеорологическими датчиками. Он назывался TOTO (TOtable Tornado Observatory). NSSL несколько лет пытался поставить его на пути надвигающегося торнадо, но имел минимальный успех. У ТОТО не было датчиков, которые летят в торнадо; это изображение в фильме полностью выдумка, а технологии не существует.Вполне возможно, что технология может когда-нибудь существовать; однако существуют значительные проблемы с такими наблюдениями, как эти.

Узнайте больше о Twister science

Был ли в каждом штате торнадо?

Да, хотя в некоторых штатах смерчей намного больше, чем в других.

Есть ли торнадо на Полярном круге?

Нам неизвестно о каких-либо торнадо, происходящих за Полярным кругом. Торнадо для образования влаги и теплого воздуха, что необычно для этой широты.Кроме того, кто-то должен наблюдать за торнадо или их свидетельства, а у полярного круга мало жителей!

Действительно ли торнадо держатся подальше от оврагов, рек и гор?

Овраг может на самом деле сделать торнадо более интенсивным, точно так же, как фигуристка быстрее вращается, когда он или она встает высоко и вытягивает руки прямо над головой. Каждая крупная река к востоку от Скалистых гор была пересечена значительным торнадо, и высокие возвышенности в Аппалачах, Скалистых горах и Сьерра-Неваде все испытали торнадо.Сильный торнадо пересек Континентальный водораздел в Йеллоустонском национальном парке.

Всегда ли торнадо происходят из облаков стены?

Облако стены не всегда присутствует. Также возможно, что вы не можете видеть облако на стене из-за угла обзора или облаков низкого уровня.

Как звучит торнадо?

Люди, которые были в торнадо, говорят, что это звучит как реактивный двигатель или грузовой поезд и очень громко. Они сказали, что это повредило их уши, но они больше беспокоились о том, что может с ними случиться, чем о боли в ушах.

Можно ли остановить торнадо?

Вы должны учитывать, что торнадо является частью чего-то большего: гроза суперячейки. Если вы не нарушите саму грозу суперячейки, у вас, скорее всего, будет еще один торнадо, даже если вы сможете уничтожить первый. Энергия грозы намного больше, чем у смерча. Никто не пытался разрушить торнадо, потому что методы, которые могут это сделать, могут нанести еще больший ущерб, чем торнадо. Взрыв ядерной бомбы, например, чтобы разрушить торнадо, был бы даже более смертоносным и разрушительным, чем сам торнадо.Меньшая тактика (например, развертывание огромных куч сухого льда или меньшее обычное оружие) была бы слишком сложной, чтобы достаточно быстро попасть в нужное место, и, вероятно, в любом случае не имела бы достаточного воздействия, чтобы сильно повлиять на торнадо.

Грозы и все опасности, которые они создают, являются частью естественного земного цикла. Выполнение действий, достаточных для прерывания этого цикла, может привести к непредвиденным последствиям.

В чем разница между часами торнадо и предупреждением торнадо?

Часы «Торнадо» определяют область, где возможны торнадо и другие виды суровой погоды в течение следующих нескольких часов.Это означает, что вам нужно быть начеку и быть готовым отправиться в безопасное убежище, если случаются торнадо или выдается предупреждение. Если у вас есть метеостанция NOAA и она настроена правильно, она предупредит вас о часах. Настройтесь на местное телевидение, радио или интернет для получения дополнительной информации. Предупреждение о торнадо означает, что торнадо был обнаружен, или что доплеровский радар показывает циркуляцию грозы, которая может порождать торнадо. Когда в вашем районе выдается предупреждение о торнадо, немедленно ищите убежище. Центр Предсказания Шторма выпускает торнадо и суровые часы грозы.Ваше местное отделение Национальной службы погоды выпускает предупреждения о торнадо, а также предупреждения о грозе, которые включают вероятность возникновения торнадо.

Каково это быть в глазах торнадо?

Нет «глаза» на торнадо, как в урагане. Это вымысел, в значительной степени вызванный фильмом Twister. Торнадо являются сложными и могут иметь несколько небольших структур, называемых «субвихрями», вращающимися внутри большей родительской циркуляции. Внутри самого торнадо может быть некоторое движение вниз, но наблюдать за этим и другими свойствами торнадо сложно, так как инструменты, необходимые для их наблюдения, не выживают в самом торнадо.

Сколько торнадо попадает в США каждый год?

Около 1200, хотя он может значительно варьироваться от года к году или от места к месту.

У меня есть теория о торнадо; с кем мне поговорить?

Мы получаем буквально сотни идей для наблюдения, контроля или остановки разрушительных штормов. Наши ученые, скорее всего, взглянут на идеи, которые исследует исследователь, который публикует результаты в рецензируемом журнале. Таким образом, они могут рассмотреть и, при необходимости, воспроизвести результаты, что затем предложит следующий шаг для продвижения науки вперед.

Я хотел бы добровольно помочь NSSL во время полевого проекта по перехвату торнадо.

К сожалению, правительственные постановления делают невозможным принятие предложений от общественности на добровольную полевую работу для любых программ перехвата торнадо. Вопросы юридической ответственности не позволяют NSSL принимать добровольцев даже на свой страх и риск.

Как определяется сила торнадо?

Шкала оценок для торнадо основана исключительно на ущербе, который они наносят. По урону мы можем оценить скорость ветра. В 2007 году Национальная метеорологическая служба внедрила «Расширенную шкалу Фудзиты» для более точной и точной оценки торнадо. Шкала EF учитывает больше переменных, чем исходная шкала Фудзита (шкала F), при присвоении рейтинга скорости ветра торнадо, включая 28 индикаторов повреждения, таких как тип здания, конструкции и деревья. Для каждого индикатора урона существует 8 степеней урона от начала видимого урона до полного уничтожения индикатора урона.Оригинальная F-шкала не учитывала эти детали. Исходная база исторических данных F-Scale не изменится. Торнадо F5, оцененный несколько лет назад, все еще является F5, но скорость ветра, связанная с торнадо, могла быть несколько меньше, чем предполагалось ранее.

Сильные или сильные торнадо могут и происходят в областях, где наносится минимальный ущерб, что приводит к низкому рейтингу шкалы EF.

Нацелены ли торнадо на парки передвижных домов?

Хотя торнадо могут нацеливаться на парки передвижных домов, на самом деле это не так.Торнадо EF1 может нанести значительный ущерб мобильному дому и нанести незначительный ущерб строящемуся дому, похожему на то, как торнадо «пропустил» дом. В целом, для торнадо гораздо проще повредить и разрушить мобильные дома, чем хорошо построенные дома и офисные здания. Мобильный дом или промышленный дом, по определению, строится на заводе и доставляется в место, которое они будут занимать, поэтому они гораздо более доступны, чем дом, построенный на месте. Они часто изготавливаются из более легких материалов, которые плохо выдерживают торнадовые ветра.

Прямые ветры также могут уничтожить дом на колесах так же легко, как торнадо, особенно тот, который не закреплен на якоре. Любой порыв ветра, который поддерживается в течение 3 секунд со скоростью более 50 миль в час, может повредить мобильные дома.

Эти сайты могут быть вам интересны:

Некоторые штаты начинают требовать укрытия от штормов для своих жителей. Проблема предупреждения и укрытия жителей домов на колесах стала самым большим препятствием для продолжения сокращения числа смертей от торнадо.

Приносят ли большие торнадо больше урона?

Наблюдается статистическая тенденция к широким торнадо, имеющим больший урон в масштабе EF.Это может быть из-за более сильного ветра или из-за большей вероятности поражения целей, или из-за комбинации обоих. Тем не менее, размер или форма любого конкретного торнадо ничего не говорит о его силе. Некоторые маленькие торнадо все еще могут нанести очень сильный урон EF4 или EF5. И некоторые очень большие торнадо шириной более четверти мили нанесли лишь слабый урон.

В чем разница между торнадо и циклоном?

Торнадо — это небольшая циклоническая циркуляция, которая в прошлом упоминалась как циклон.Термин циклон использовался для описания всего, что вращалось против часовой стрелки, поэтому часто торнадо (небольшая циклоническая циркуляция) и циклон были взаимозаменяемыми. Современная метеорология в настоящее время ограничивает использование термина «циклон» более масштабными циркуляциями, которые обычно сопровождаются низким давлением и плохой погодой. Тем не менее, люди все еще используют его в обоих направлениях.

Существуют ли электромагнитные или магнитогидродинамические объяснения развития торнадо?

Насколько ученые понимают, торнадо образуются и поддерживаются чисто термодинамическим процессом.В результате их исследовательские усилия направлены на достижение этой цели. Они потратили много времени, моделируя формирование торнадо и измеряя множество параметров внутри и вокруг торнадо, когда он формируется и проходит свой жизненный цикл. Они не видели никаких доказательств того, что магнетизм или электричество играют какую-то роль.

Может ли мой телевизионный сигнал обнаруживать торнадо?

Возможно, вы читали о методике обнаружения торнадо под названием «метод Веллера». Идея заключалась в том, чтобы иметь возможность использовать ваш телевизор в качестве детектора молнии для обнаружения радиоволн, излучаемых вспышкой молнии, при условии, что торнадские грозы были очень активными производителями молний.Но не все торнадические штормы производят большое количество молний. Кроме того, все телевизоры отличаются друг от друга и обладают разной чувствительностью, а некоторые даже созданы для фильтрации сигналов молнии. Плюс, если вы подключены к кабелю, он не будет работать. Метод был признан совершенно ненадежным, и в большинстве случаев от него отказались.

Встречаются ли торнадо, когда холодно?

Нет определенной температуры, при которой образуются торнадо. Это больше о том, что температура поверхности по отношению к температуре выше в атмосфере.Даже если у поверхности холода холодно, пока он выше, ветры правы, чтобы установить сдвиг ветра низкого уровня, наряду с другими необходимыми ингредиентами, возможен торнадо.

В каком направлении вращаются торнадо?

Больше смерчей в Северном полушарии вращается против часовой стрелки, чем по часовой стрелке.

Камни, холмы или деревья увеличивают или уменьшают скорость ветра в торнадо?

К сожалению, нет четкого ответа. Оба наблюдения (реальных торнадо), компьютерное моделирование и лабораторные исследования (в вихревых камерах торнадо) показали, что «шероховатость поверхности», т.е.например, мера того, насколько ветер под землей нарушен такими объектами, как грязь, камни, холмы, деревья и даже дома, может увеличивать или уменьшать скорость ветра в торнадо. Как деревья могут увеличить скорость ветра? Ну, самые сильные ветры в торнадо возникают, когда воздух снаружи торнадо может течь ближе всего к центру вихря. Сохранение углового момента, например, вращение в воздухе, требует, чтобы по мере того, как воздух движется к центру торнадо (по мере его закручивания), его вращение должно увеличиваться.В зависимости от конфигурации воздушного потока вне торнадо, иногда не хватает «притока» к центру, и поэтому капли воздуха вне торнадо не подходят очень близко к центру вращения, пока они не поднимаются вверх от земли , В этом случае увеличение шероховатости поверхности помогает приблизить эти пузырьки воздуха к центру торнадо, где они вращаются даже быстрее, чем раньше. Так что иногда мы видим в видеороликах торнадо интенсивность вихря, когда он перемещается от одного типа поверхности земли (скажем, поля) в рощу деревьев или жилищное подразделение.Это не всегда происходит, но достаточно часто, чтобы мы знали об этом. Это тот случай, когда «трение», которое люди обычно думают о замедлении, на самом деле ускоряет их!

Можете ли вы порекомендовать хорошего производителя штормовых укрытий?

Мы не поддерживаем какую-либо конкретную компанию или тип укрытия от шторма. Подумайте о проверке сайта Федерального агентства по чрезвычайным ситуациям. Они работают с сообществами над подготовкой торнадо.

Где Торнадо Аллея?

«Аллея Торнадо» — это просто прозвище для области относительно высокого распространения торнадо; это не четко определенная область.Является ли Аллея Торнадо районом с наиболее сильными торнадо, или это район с наибольшим количеством смертей, связанных с торнадо, или самая высокая частота или торнадо? Это зависит от того, какую информацию вы хотите!

Более суровая погода 101:

← Основы обнаружения торнадо → ,

Торнадо | метеорология | Britannica

Глобальное вхождение

Торнадо были зарегистрированы на всех континентах, кроме Антарктиды. Они наиболее распространены на континентах в средних широтах (между 20 ° и 60 ° северной широты), где они часто связаны с грозами, которые развиваются в регионах, где холодный полярный воздух встречается с теплым тропическим воздухом.

Расчет того, в какой стране больше всего торнадо в год, зависит от того, как определяется это измерение. В Соединенном Королевстве больше всего смерчей на землю, большинство из них слабые.В среднем, около 33 торнадо ежегодно регистрируются там. В абсолютных цифрах в Соединенных Штатах больше всего торнадо на сегодняшний день (с 1990 года сообщается о более чем 1000 в год). У этого также есть самые сильные торнадо (приблизительно 10 — 20 в год). Торнадо такой интенсивности очень редки за пределами Соединенных Штатов. Канада сообщает о втором по величине количестве смерчей (около 80-100 в год). В России может быть много торнадо, но нет отчетов для количественной оценки их возникновения.Около 20 смерчей сообщается в Австралии каждый год, хотя фактическое число, вероятно, намного выше. Многие штормы происходят в необитаемых районах, и поэтому любые торнадо, которые они производят, не имеют документов.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Записи случаев торнадо являются фрагментарными для многих областей, что затрудняет оценку частоты торнадо в мире. Страховые отчеты показывают, что торнадо принесли значительные потери в Европе, Индии, Японии, Южной Африке и Австралии.Редкие, но смертельные торнадо произошли во многих других странах, включая Бангладеш, Китай и Аргентину. Есть немного сообщений о торнадо из Арктики или экваториальных тропиков.

В Соединенном Королевстве почти все зарегистрированные торнадо связаны с энергичной конвекцией, происходящей перед холодной фронтальной границей и вдоль нее. Большие перепады температур связаны с ранними зимними холодными фронтами, которые быстро перемещаются по всей стране с севера и запада, порой порождая массовые вспышки небольших торнадо.Например, при прохождении очень сильной фронтальной границы через Соединенное Королевство 23 ноября 1981 года было получено 105 задокументированных торнадо. Подобные явления происходят в других европейских странах, таких как Франция и Бельгия.

Большинство торнадо в южном полушарии происходят в Австралии. Многие сообщения поступают из Нового Южного Уэльса, где было зарегистрировано 173 торнадо с 1901 по 1966 год. Кроме того, Южная Африка и Аргентина сообщили о 191 торнадо с 1930 по 1979 год. Поскольку образование торнадо тесно связано со скоростью и направленным сдвигом ветра с высотой торнадо в Южном полушарии почти исключительно вращаются по часовой стрелке, в противоположность вращению их коллег из Северного полушария.

Суровая Погода 101: Типы Торнадо

Суровая погода 101

Типы Торнадо

Торнадо происходят в основном из двух типов гроз: суперячейка и не суперячейка.

Торнадо из-за грозы суперячейка являются наиболее распространенными и часто наиболее опасными. Вращающееся обновление — ключ к развитию суперячейки и, в конечном итоге, торнадо. Есть много идей о том, как начинается это вращение.Один из способов, которым воздушный столб может начать вращаться, — это сдвиг ветра — когда ветер на двух разных уровнях над землей дует с разной скоростью или в разных направлениях.

Торнадо, которые происходят из грозы суперячейки, являются наиболее распространенными и часто наиболее опасными. [+]

Пример сдвига ветра, который может в конечном итоге создать торнадо, — это когда ветры на уровне земли, часто замедляемые трением с земной поверхностью, приходят с юго-запада со скоростью 5 миль в час.Но выше, на высоте 5000 футов над тем же местом, дуют ветры с юго-востока со скоростью 25 миль в час! Невидимая «трубка» воздуха начинает вращаться горизонтально. Восходящий воздух внутри грозы наклоняет вращающийся воздух от горизонтального к вертикальному — теперь область вращения распространяется на большую часть шторма.

После того, как восходящий поток вращается и питается теплым влажным воздухом, втекающим на уровне земли, может образоваться торнадо. Есть много идей об этом тоже.

У ученых еще много вопросов.Только 20 процентов всех гроз сверхъестественных ячеек на самом деле производят торнадо. Почему одна гроза суперячейки порождает торнадо, а другая поблизости — нет? Каковы некоторые из причин ветра, движущегося с различными скоростями или направлениями, которые создают вращение? Каковы другие источники обращения для торнадо? Какова роль нисходящих потоков (тонущего потока воздуха) и распределения температуры и влажности (как по горизонтали, так и по вертикали) в торнадогенезе?

И, так как не все торнадо происходят из суперячеек, как насчет торнадогенеза при грозах не суперячейки?

Торнадо без суперячейки — это циркуляции, которые не образуются в результате организованного вращения в масштабе бури.Эти торнадо образуются из вертикально вращающегося участка воздуха, уже возникающего у земли, вызванного сдвигом ветра от теплого, холодного или морского фронта или сухой линии. Когда восходящий поток движется над вращением и растягивает его, может образоваться торнадо. Восточный Колорадо испытывает сверхъестественные торнадо, когда холодный воздух устремляется вниз со Скалистых гор и сталкивается с горячим сухим воздухом равнин. Так как торнадо такого типа случаются в основном на малонаселенных землях, ученые не уверены, насколько они сильны, но они, как правило, невелики.

Один торнадо, не являющийся суперячейкой, — это gustnado , вихрь пыли или мусора на земле или рядом с ней без конденсационной воронки, которая образуется вдоль порывистого фронта шторма.

Еще один торнадо, не являющийся суперячейкой, — это сухопутных носиков . Ландспойн — это торнадо с узкой, похожей на веревку конденсационной воронкой, которая образуется, когда грозовое облако все еще растет, и нет вращающегося восходящего потока — вращающееся движение возникает около земли.

Водосточные трубы похожи на водосточные трубы, за исключением того, что они происходят над водой.Урон от этих типов торнадо имеет тенденцию быть EF2 или меньше.

Торнадо без суперячейки включают в себя (L-R):

Gustnadoes , вихри пыли или мусора на земле или около нее без воронки для конденсации, которые образуются вдоль фронта порыва бури.

Landspouts , узкие, похожие на веревку воронки конденсации, которые образуются, пока грозовое облако все еще растет и нет вращающегося восходящего потока. Вращающееся движение происходит около земли.

Водосточные трубы , похожи на водосточные трубы, за исключением того, что они происходят над водой. [+]

Торнадо без суперячейки включают в себя (L-R):

Gustnadoes , вихри пыли или мусора на земле или около нее без воронки для конденсации, которые образуются вдоль фронта порыва шторма.

Водосточные трубы , похожи на водосточные трубы, за исключением того, что они происходят над водой.

Более суровая погода 101:

← Основы торнадо Обнаружение торнадо → ,

Суровая погода 101: Основы торнадо

Полосы притока — это рваные полосы облаков с низкой кучевой облачностью, простирающиеся от главной ливневой башни обычно на юго-восток или юг. Наличие полос притока предполагает, что шторм собирает низкоуровневый воздух на расстоянии нескольких миль. Если полосы притока имеют спиральную природу для них, это предполагает наличие вращения.

Хвост бобра представляет собой гладкую плоскую облачную полосу, простирающуюся от восточного края основания без осадков на восток или северо-восток.Обычно он окутывает южный край зоны осадков. Это также предполагает наличие вращения.

Стенное облако представляет собой изолированное понижение облака, прикрепленное к безоблачному основанию грозы. Стенное облако обычно находится позади видимой области осадков.

Стенное облако, которое может вызвать торнадо, может существовать в течение 10–20 минут до появления торнадо, но не всегда. Стенное облако также может постоянно вращаться (часто визуально), иметь сильные поверхностные ветры, втекающие в него, и может иметь быстрое вертикальное движение, на которое указывают небольшие облачные элементы, быстро поднимающиеся в основание без дождя.

По мере усиления шторма восходящий поток втягивает низкоуровневый воздух на расстоянии нескольких миль. Некоторое количество воздуха низкого уровня втягивается в восходящий поток из зоны дождя. Этот охлажденный дождем воздух очень влажный; влажность воздуха, охлаждаемого дождем, быстро конденсируется под безоблачным основанием , образуя облако стены.

Нисходящий поток с задней стороны (RFD) представляет собой нисходящий поток воздуха на задней стороне шторма, который спускается вместе с торнадо. RFD выглядит как «чистая щель» или «яркая щель» только сзади (юго-запад) от облака стены.Это также может быть похоже на завесы дождя, окутывающие циркуляцию облачного основания. RFD вызывает порывистые поверхностные ветры, которые иногда имеют встроенные выбросы. Нисходящий поток с задней стороны — это движение во время шторма, которое вызывает эхо-сигнал крюка на радаре.

Конденсационная воронка состоит из капель воды и простирается вниз от основания грозы. Если он соприкасается с землей, это торнадо; в противном случае это воронкообразное облако. Пыль и мусор под воронкой для конденсата подтверждают присутствие торнадо.

Будьте осторожны! Торнадо могут образовываться и находиться в контакте с землей без полностью уплотненной воронки!

Отличный исчерпывающий список вопросов и ответов о торнадо можно найти здесь: http://www.spc.noaa.gov/faq/tornado/

NSSL работает над моделированием штормов, которые производят торнадо в компьютерных моделях, чтобы лучше понять, как они образуют и ведут себя.

СМЕРЧИ И ТОРНАДО | Энциклопедия Кругосвет

Непредсказуемый убийца

Только цифры

Механизм образования торнадо

Классификация смерчей

Торнадо в Гамбурге 1943 г.

Смерчи и торнадо, сущность, характеристики, разрушительная сила, что делать перед, во время и после прохождения смерча или торнадо.

Сущность смерча или торнадо.

Характеристики смерча или торнадо.

Скорости смерчей и торнадо.

Электрическая природа смерчей и торнадо.

Разрушительная сила смерча и торнадо.

Форма смерча и торнадо.

Продолжительность жизни смерча и торнадо.

Невидимые, водяные и огненные смерчи и торнадо.

Что делать при угрозе смерча или торнадо.

Далее не помешает собрать в одно место (например, в рюкзак):

Что делать во время смерча, торнадо или урагана.

Что делать по окончанию смерча, торнадо или урагана.

ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫ | Наука и жизнь

Что представляет собой явление

Образования феномена

Виды

Возникновение ураганов

Где они встречаются

Меры предосторожности

Как устроена атмосфера и что в ней происходит

Не надо ругать Росгидромет

Так в чем же дело

Природа циклонов

Возникновение ураганов и тайфунов

Природа смерчей и торнадо

Самые мощные ураганы и тайфуны

Самые мощные смерчи и торнадо

Заключение

Что внутри торнадо?

Суровая погода 101: Tornado FAQ

Суровая погода 101

Часто задаваемые вопросы о торнадо

Более суровая погода 101:

Торнадо | метеорология | Britannica

Глобальное вхождение

Суровая Погода 101: Типы Торнадо

Суровая погода 101

Типы Торнадо

Более суровая погода 101:

Суровая погода 101: Основы торнадо

Добавить комментарий Отменить ответ