Как появляется торнадо.

12.10.2019

Описание

Внутри воронки воздух опускается, а снаружи поднимается, быстро вращаясь, создаётся область сильно разреженного воздуха. Разрежение настолько значительно, что замкнутые наполненные газом предметы, в том числе здания, могут взорваться изнутри из-за разности давлений. Это явление усиливает разрушения от смерча, затрудняет определение параметров в нём. Определение скорости движения воздуха в воронке до сих пор представляет серьёзную проблему. В основном оценки этой величины известны из косвенных наблюдений. В зависимости от интенсивности вихря скорость течения в нём может варьироваться. Считается, что она превышает 18 м/с и может, по некоторым косвенным оценкам, достигать 1300 км/ч. Сам смерч перемещается вместе с порождающим его облаком. Это движение может давать скорости в десятки км/ч, обычно 20-60 км/ч. По косвенным оценкам, энергия обычного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с сравнима с энергией эталонной атомной бомбы , подобной той, которую взорвали в США во время испытаний «Тринити » в Нью-Мексико 16 июля 1945. (недоступная ссылка) Рекордом времени существования смерча можно считать Мэттунский смерч, который 26 мая 1917 года за 7 часов 20 минут прошёл по территории США 500 км, убив 110 человек . Ширина расплывчатой воронки этого смерча составляла 0,4-1 км, внутри неё была видна бичеподобная воронка. Другим знаменитым случаем торнадо является смерч Трех Штатов (Tristate tornado), который 18 марта 1925 года прошёл через штаты Миссури , Иллинойс и Индиана , проделав путь в 350 км за 3,5 часа. Диаметр его расплывчатой воронки колебался от 800 м до 1,6 км.

В Северном полушарии вращение воздуха в смерчах происходит, как правило, против часовой стрелки. Это может быть связано с направлениями взаимных перемещений масс воздуха по сторонам от атмосферного фронта, на котором формируется смерч. Известны и случаи обратного вращения. На соседних со смерчем участках происходит опускание воздуха, в результате чего вихрь замыкается.

В месте контакта основания смерчевой воронки с поверхностью земли или воды может возникать каскад - облако или столб пыли, обломков и поднятых с земли предметов или водяных брызг. При формировании смерча наблюдатель видит, как навстречу опускающейся с неба воронке с земли поднимается каскад, который затем охватывает нижнюю часть воронки. Термин происходит от того, что обломки, поднявшись до некоторой незначительной высоты, не могут уже удерживаться потоком воздуха и падают на землю. Воронку, не касаясь с землёй, может окутывать футляр . Сливаясь, каскад, футляр и материнское облако создают иллюзию более широкой, чем есть на самом деле, смерчевой воронки.

Иногда вихрь, образовавшийся на море, называют смерчем, а на суше - торнадо. Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся в Европе , называют тромбами. Но чаще все эти три понятия рассматриваются как синонимы .

Причины образования

Причины образования смерчей полностью не изучены до сих пор. Можно указать лишь некоторые общие сведения, наиболее характерные для типичных смерчей.

Смерчи в своём развитии проходят три основных стадии. На начальной стадии из грозового облака появляется начальная воронка, висящая над землёй. Холодные слои воздуха, находящиеся непосредственно под облаком, устремляются вниз на смену тёплым, которые, в свою очередь поднимаются вверх (такая неустойчивая система образуется обычно при соединении двух атмосферных фронтов - тёплого и холодного). Потенциальная энергия этой системы переходит в кинетическую энергию вращательного движения воздуха. Скорость этого движения возрастает, и он приобретает свой классический вид.

Вращательная скорость растёт с течением времени, при этом в центре торнадо воздух начинает интенсивно подниматься вверх. Так протекает вторая стадия существования смерча - стадия сформировавшегося вихря максимальной мощности. Смерч полностью оформляется и движется в различных направлениях.

Завершающая стадия - разрушение вихря. Мощность торнадо ослабевает, воронка сужается и отрывается от поверхности земли, постепенно обратно поднимаясь в материнское облако.

Время существования каждой стадии различно и колеблется от нескольких минут до нескольких часов (в исключительных случаях). Скорость продвижения смерчей также различна, в среднем - 40 - 60 км/ч (в очень редких случаях может достигать 210 км/ч).

Места образования смерчей

Места, где могут образовываться смерчи, на карте имеют оранжевый цвет

Вторым регионом земного шара, где возникают условия для формирования смерчей, является Европа (кроме Пиренейского полуострова), и вся Европейская территория России, за исключением юга России , Карелии и Мурманской области , а также других северных областей.

Таким образом, смерчи в основном наблюдаются в умеренном поясе обоих полушарий, приблизительно с 60-й параллели по 45-ю параллель в Европе и 30-ю параллель в США.

Также смерчи фиксируются на востоке Аргентины , ЮАР , западе и востоке Австралии и ряда других регионов, где также могут быть условия столкновения атмосферных фронтов.

Классификация смерчей

Бичеподобные

Это наиболее распространённый тип смерчей. Воронка выглядит гладкой, тонкой, может быть весьма извилистой. Длина воронки значительно превосходит её радиус. Слабые смерчи и опускающиеся на воду смерчевые воронки, как правило, являются бичеподобными смерчами.

Расплывчатые

Выглядят как лохматые, вращающиеся, достигающие земли облака. Иногда диаметр такого смерча даже превосходит его высоту. Все воронки большого диаметра (более 0,5 км) являются расплывчатыми. Обычно это очень мощные вихри, часто составные. Наносят огромный ущерб ввиду больших размеров и очень высокой скорости ветра.

Составные

Могут состоять из двух и более отдельных тромбов вокруг главного центрального смерча. Подобные торнадо могут быть практически любой мощности, однако, чаще всего это очень мощные смерчи. Они наносят значительный ущерб на обширных территориях. .

Огненные

Это обычные смерчи, порождаемые облаком, образованным в результате сильного пожара или извержения вулкана. Именно такие смерчи впервые были искусственно созданы человеком (опыты Дж. Дессена (Dessens, ) в Сахаре , которые продолжались в 1960-1962 гг.). "Впитывают" в себя языки пламени, которые вытягиваются к материнскому облаку, образуя огненный смерч. Может разносить пожар на десятки километров. Бывают бичеподобными. Не могут быть расплывчатыми (огонь не находится под давлением, как у бичеподобных смерчей.

Водные

Это смерчи, которые образовались над поверхностью океанов, морей, в редком случае озёр. Они "впитывают" в себя воду (почему? См. Выше) и образовывают водные смерчи. "Впитывают" в себя волны и воду, образовывая, в некоторых случаях, водовороты, которые вытягиваются к материнскому облаку, образуя водный смерч. Бывают бичеподобными. Не могут быть расплывчатыми (как огненные: вода не находится под давлением, как у бичеподобных смерчей).

Земляные

Эти смерчи очень редкие, образовываются во время разрушительных катоклизмов или оползней, иногда землетрясений выше 7 баллов по шкале Рихтера, очень высокие перепады давления, сильно разряжен воздух. Бичеподобный смерч, расположен "морковкой" толстой частью к земле, внутри плотной воронки, тонкая струйка земли внутри, "вторая оболочка" из земляной жижи (если оползень). В случае с землетрясениями поднимает камни, что очень опасно.

Шаровые

Пока не известно, как он "устроен". Ещё не доказали, что он существует. Может быть огненным, водным, земляным, воздушным, и, что самое опасное - газовым, что вызывает взрывы, как шаровая молния. В общем, это объёмный овал или шар, который с бешеной скоростью крутится, потом расплющивается, расплющивая все свое содержимое (если туда попадёт человек, то, он будет похож на толстый блин, или разорванный на части). Был в Бразилии, во время огненного смерча, но из-за маленьких размеров (они примерно 10 - 50 метров в диаметре) его не заметили.

Снежные

Это снежные торнадо во время сильной метели.

Песчаные вихри

От рассмотренных смерчей надо отличать «смерчи» песчаные («пыльные дьяволы»), наблюдаемые в пустынях (Египет , Сахара); в отличие от предыдущих, последние называются иногда тепловыми вихрями. Сходные по внешнему своему виду с настоящими смерчами, песчаные вихри пустынь ни по размерам, ни по происхождению, ни по строению и действиям ничего общего с первыми не имеют. Возникая под влиянием местного накаливания песчаной поверхности солнечными лучами, песчаные вихри представляют собой настоящий циклон (барометрический минимум) в миниатюре. Уменьшение давления воздуха под влиянием нагревания, вызывающее приток воздуха с боков к нагретому месту, под влиянием вращения Земли, а ещё более - неполной симметрии такого восходящего потока, образует вращение, постепенно разрастающееся в воронку и иногда, при благоприятных условиях, принимающий довольно внушительные размеры. Увлекаемые вихревым движением, массы песка поднимаются восходящим движением в центре вихря на воздух, и таким образом создается песчаный столб, представляющий подобие смерча. В Египте наблюдались такие песчаные вихри до 500 и даже до 1000 метров высотой при диаметре до 2-3 метров. При ветре эти вихри могут перемещаться, увлекаемые общим движением воздуха. Продержавшись некоторое время (иногда - до 2 часов), такой вихрь постепенно ослабевает и рассыпается.

Поражающие факторы

Меры предосторожности при смерче

Необходимо укрыться в наиболее прочном железобетонном строении со стальным каркасом, держась возле самой прочной стены, также - наилучший вариант укрытия - подземное убежище или пещера . Оставаться в автомобиле или в вагончике, учитывая большую подъёмную силу смерча, смертельно опасно, также опасно для жизни встретиться со стихией вне помещения.

Если смерч застал человека на открытом пространстве, то нужно перемещаться с максимальной скоростью перпендикулярно видимому движению воронки. Или, при невозможности отступления, укрыться в углублениях на поверхности (овраги, ямы, траншеи, кюветы дорог, рвы, канавы) и плотно прижаться к земле лицом вниз, укрыв голову руками. Это поможет значительно снизить вероятность и тяжесть травм от несомых смерчем предметов и обломков.

В небольшом одно- двух- этажном частном доме можно воспользоваться подвалом (здесь же на подобный экстренный случай разумно зараннее поместить запас воды и консервы, также свечи или светодиодные лампы) , если подвала нет, то следует держаться в ванной или в центре маленькой комнаты на нижнем этаже, можно под прочной мебелью , но подальше от окон. Благоразумным будет - одеться в плотную одежду, взяв с собой деньги и документы. Чтобы дом не взорвался от перепада давления, вызванного нагнетанием воздуха вихрем, со стороны приближающегося смерча рекомендуется плотно закрыть все окна и двери, а с противоположной стороны - открыть нараспашку и зафиксировать. Согласно технике безопасности желательно перекрыть газ и отключить электричество.

Интересные факты из хроники смерчей

Текущие исследования

Литература

Вараксин А. Ю., Ромаш М. Э., Копейцев В. Н. Торнадо. - М.: Физматлит, 2011. - 344 с. - 300 экз. - ISBN 978-5-9221-1249-9

Примечания

Советский энциклопедический словарь. - М .: «Советская Энциклопедия», 1981. - 1600 с.
Наливкин Д. В. Смерчи. - М .: Наука, 1984. - 111 с.
«Смерч» // Этимологический словарь русского языка. / сост. М. Р. Фасмер, - М.: Прогресс 1964-1973
С.П.Хромов, М.А.Петросянц. Маломасштабные вихри . Метеорология и климатология . Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 8 июня 2009.
(недоступная ссылка)
Мезенцев В. А. , «Земля неразгаданная: рассказы о том как открывали и продолжают открывать нашу планету» / рецензент - д-р геогр. наук Э. М. Мурзаев, - М.: Мысль, 1983, С. 136-142
Г. Любославский: // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
Черныш И. В. , «Походная энциклопедия путешественника», - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2006, С. 289, ISBN 5-8183-0982-7
Джон Уайзман «Полное руководство по выживанию», - М.: АСТ, 2011, С. 549, ISBN 978-5-17-045760-1
Константин Ранкс «Пустыня Россия», - М.: Эксмо, 2011, С. 185-187, ISBN 978-5-699-46249-0
Кравчук П. А. Рекорды природы. - Л. : Эрудит, 1993. - 216 с. - 60 000 экз. - ISBN 5-7707-2044-1
(англ.) National Severe Storms Laboratory VORTEX: Unraveling the Secrets . National Oceanic and Atmospheric Administration (30 октября 2006). Архивировано из первоисточника 4 ноября 2012.
(англ.) Micheal H Mogil Extreme Weather. - New York: Black Dog & Leventhal Publisher, 2007. - P. 210–211. - ISBN 978-1-57912-743-5
(англ.) Kevin McGrath Mesocyclone Climatology Project . University of Oklahoma (5 ноября 1998). Архивировано из первоисточника 4 ноября 2012. Проверено 19 ноября 2009.
(англ.) Seymour, Simon (2001). Tornadoes. New York City, New York: HarperCollins . p. 32. ISBN 978-0-06-443791-2 .

См. также

Ссылки

Смерч в Красногорске 3 августа 2007 года - метеорологические данные и видео на сайте Meteoweb.ru, 19.07.2008.

Смерч представляет собой вихрь, который состоит из воздуха, пыли, песка. Вся эта масса вращается с огромной скоростью и поднимается от земли к облаку, соединяя их друг с другом. Визуально смерч похож на хобот.

Образование воронки

Говорят, что нет такой точки на Земле, где бы ни мог образоваться смерч, за долгие годы наблюдений, ученые фиксировали воронки на всех континентах, во всех климатических зонах. Смерчи могут появиться и , и над сушей. Особенно часты они во время жаркой и влажной погоды. Причем наличие облаков далеко не обязательно, часто рождение смерчей наблюдалось при ясном небе, хотя грозы и ливни - спутники смерча.

По сути, смерч - это насос, который засасывает в себя и поднимает в облако различные предметы, порой очень даже громоздкие. И переносит их на многие километры.

Смерч состоит из воронки (вихрь, движущийся по спирали) и стенок (воздух внутри стенок движется порой со скоростью до 250 метров в секунду). Как раз в стенках и поднимаются вверх предметы, а порой и животные, подхваченные .

Рождение воронки не изучено окончательно, считается, что возникает она во время столкновения встречных , одни их которых влажный и холодный, а второй – сухой и горячий. Один оказывается тяжелее, он ложится внутрь будущей воронки, а второй – легче, он окутывает нижний. В результате этого создается движение менее прогретых воздушных масс от периферии к центру, образуется неоднородный столб, который из-за постоянного вращения земного шара тоже закручиватся.

Для образования смерча хватает, как правило, нескольких минут. Стоит заметить, что и его ограничивается минутами, но наблюдателям известны случаи, когда смерч «жил» несколько часов, нанося неповторимый разрушительный удар.

Путь смерча величина не однозначная - от 20-40 метров до нескольких сотен километров. Причем наличие на пути воронки лесов, озер, холмов и гор не является преградой.

Аномалия и ее поведение

Характерны для этой природной аномалии даже прыжки: смерч какое-то время движется по земле, затем поднимается в воздух и летит без соприкосновения с земной поверхностью. Потом снова соприкасается с землей, и именно в этот момент случаются самые страшные разрушения. В смерч попадают не только мелкие предметы, но и животные, машины, дома и даже люди.

В России при наблюдении за смерчами были выделены районы и области, в которых зафиксировано их наиболее частое появление: Поволжье, Урал, Сибирь, а так же побережье Черного, Азовского и Балтийских морей. Стоит заметить, что смерч, возникшей на море, зачастую переходит на сушу, при этом только наращивает свою силу. В среднем за 10 лет в России формируется 20-30 смерчей. Многие из них оставляют после себя ужасающие последствия. К примеру, смерч, возникший по Иваново, разрушил более 600 домов, 20 школ и детских садов, 600 дачных построек, погибло 20 человек, пострадало более 500.

Несмотря на усилия исследователей этого явления, предсказать время и место появления очередного смерча практически невозможно.

СМЕРЧ и ТОРНАДО

Смерч - это очень сильный, вращающийся вихрь с размерами по горизонтали менее 50 км и по вертикали менее 10 км, cо скоростью ветра внутри вихря более 120 км/час. Иногда вихрь, образовавшийся на море, называют смерчем, а образовавшиеся на суше — торнадо. Но, по сути, слова "смерч" и "торнадо" - синонимы.

На верхнем фото - смерч (зарождается на воде), на нижнем фото - торнадо (зарождается на суше).

Механизм образования смерчей полностью не изучен до сих пор. Учебники и энциклопедии указывают лишь некоторые общие сведения, наиболее характерные для смерчей.

Энергия среднего смерча радиусом 1 км и средней скоростью 250 км/час равна энергии первой в мире атомной бомбы!

Форма смерчей может быть многообразной: колонна, конус, бокал, бочка, бичеподобная веревка, песочные часы, рога «дьявола»...

Чаще всего смерчи имеют форму вращающегося хобота, трубы или воронки, свисающей из материнского облака (отсюда и название tornado - по-испански - вращающийся).

Вращение в смерчах происходит против часовой стрелки. В центре смерча образуется область сильного разряжения воздуха, так же как в шприце, когда тянешь за поршень. Из-за этого в смерчи всасывается вода, песок и другие различные предметы (камни, доски, крыши домов), которые разлетаются иногда на очень большие расстояния.

Никто не знает почему, но смерчи образуются не везде на Земле, а чаще в одних и тех же местах. Например, в США сухопутные смерчи - торнадо - обычное явление!

В России наибольшую известность получили московские смерчи начала прошлого века. Сейчас в Москве и Московской области смерчей практичеки не бывает, а тогда случались огромные смерчи, которые засасывали даже целые избы! Остались фото, на которых видна изогнутая в спираль железная лестница, разрушенные дома и сорванные крыши. Очевидцы рассказывали о поднятых в воздух людях и животных.
Московские смерчи 1904 года сопровождались темнотой, страшным шумом, ревом, свистом и молниями, дождем и крупным градом - каждая градинка весила по полкилограмма!

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

Хотя разрушительная сила московских смерчей была значительной, 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! Это торнадо убило 400 человек и вызвало полное разрушение построек в полосе шириной 15-20 км.

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.

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/см 3 и ускорение свободного падения 980,665 м/с 2 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

Литература:

Наливкин Д.В. Ураганы, бури, смерчи . Л., Наука, 1969
Вихревая неустойчивость и возникновение смерчей и торнадо . Вестник Московского Государственного университета. Серия 3. Физики и астрономия. 2000, № 1
Арсеньев С.А., Николаевский В.Н. Рождение и эволюция торнадо, ураганов и тайфунов . Российская Академия Естественных Наук. Известия секции наук о Земле. 2003, Выпуск 10
Арсеньев С.А., Губарь А.Ю., Николаевский В.Н. Самоорганизация торнадо и ураганов в атмосферных течениях с мезо-масштабными вихрями. Доклады Академии Наук . 2004, т. 395, № 6

Введение

1. Природа возникновения торнадо и смерчей

2. Понятие торнадо

3. Правила поведения при приближении торнадо

4. Виды торнадо

5. Как образуются торнадо

6. Условия образования торнадо

7. Почему возникают торнадо

8. Правила присвоения имен ураганам, торнадо и тайфунам

9. Что внутри торнадо

Заключение

Список использованной литературы

Введение

История сохранила много сведений о природных катастрофах, которые в настоящее время называют тропическими циклонами и которые, в основном, формируются над океанами в тропиках, регулярно обрушиваясь на восточные и приэкваториальные районы материков. Тропические циклоны – это ураганы и тайфуны, встречающиеся в северной и южной частях Тихого океана, в Бенгальском заливе и Аравийском море, в южной части Индийского океана, у берегов Мадагаскара и северо-западного побережья Австралии. Обычно тропическим циклонам присваиваются имена.

Одним из коварных и неожиданно возникающих природных образований в атмосфере является смерч (торнадо). Он представляет собой вращающееся воронкообразное облако, которое протягивается от основания грозового облака до поверхности земли. Характерными скоростями ветра в торнадо является 65–120 км/ч, но иногда эта величина достигает 320 км/ч и более. Внешним признаком приближающегося смерча является шум, подобный грохоту движущегося товарного поезда. Возникновение торнадо связывается с сочетанием природных процессов, но еще со времен египетских фараонов известны торнадо искусственного происхождения, которые создавались над вершинами пирамид и знаменовали собой вознесение духа фараона в небо к Богу Солнца "Ра". Сохранившиеся в египетских иероглифах зарисовки торнадо не объясняют технику их образования.

Наиболее характерным регионом, где торнадо возникают довольно часто, является территория США. Хотя смерчи отмечаются по всему земному шару. На территории США за период с 1961 по 2004 гг. от торнадо погибало в среднем 83 человека в год. Чаще всего торнадо возникают в восточных штатах, прилегающих к Мексиканскому заливу, в феврале и марте их частота достигает максимума. На территориях штатов Айовы и Канзаса наибольшая частота возникновения торнадо приходится на май–июнь. Среднее количество торнадо на территории США оценивается величиной около 800 в год, из которых 50% приходится на апрель–июнь. Территориальная неоднородность частоты появления торнадо в США имеет устойчивые характеристики: в штате Техас – 120 торнадо/год, а в северо-восточных и западных штатах – 1 торнадо/год. Например, только за апрель и ноябрь 2002 г. по территории США пронеслось более 100 торнадо, оставив множество разрушений и вызвав более 600 случаев выплат страховок. Не оставляет в покое стихия и другие страны. Например, зимний ураган 2002 г. "Джанетт", пронесшийся над Европой, вызвал многочисленные разрушения и привел к страховым выплатам свыше 1 млрд. долларов.

1. Природа возникновения торнадо и смерчей

Торнадо и смерчи относятся к атмосферным вихрям мелкого масштаба. Природа возникновения этих атмосферных явлений похожа на природу появления тропических циклонов. Торнадо и смерчи имеют похожую структуру.

Рассмотрим, каким образом возникают торнадо и смерчи.

Из центра грозового облака, нижняя часть которого принимает своеобразную форму опрокинутой воронки, постепенно опускается огромный тёмный «хобот», вытягивающийся по направлению к поверхности моря или земли. Тут навстречу этому явлению поднимается широкая воронка, состоящая из воды и пыли. В открытую чашу образовавшейся воронки «хобот» погружает свой конец. Возникает сплошной столб, который может перемещаться со скоростью до 40 км/ч. Высота столба может достигать от восьмисот метров до полутора километров. Из мощного грозового облака может опускаться сразу не одна, а несколько смерчевых воронок, каждая из которых обычно приносит огромный урон.

Перемещение воздуха в системе торнадо и смерчей осуществляется против часовой стрелки. Но иногда бывает такое, что движение воздуха происходит по часовой стрелке. В это же время происходит подъём воздуха в виде спирали. На соседствующих участках может происходить опускание воздуха и таким образом вихрь замыкается. Под воздействием огромной скорости вращения в самом вихре появляется центробежная сила, которая способствует понижению давления в нём. Подобное приводит к тому, что во время передвижения вихря внутрь него всасывается всё то, что попадается по пути.

2. Понятие торнадо

Торнадо - быстро вращающийся столб воздуха, опускающийся из кучево-дождевого облака или образующийся под кучево-дождевым облаком, часто (но не всегда) виден как воронкообразное облако. Чтобы быть классифицированным как торнадо, вихрь должен исходить из облака и касаться земли. Известно, что торнадо может образовать невидимую воронку.

Как образуются торнадо в США?

Классический ответ на этот вопрос таков: теплый влажный воздух с Мексиканского залива сталкивается на территории США с холодным воздухом из Канады и сухим воздухом со Скалистых гор. При таких условиях возникает большое количество гроз, которые несут в себе угрозу возникновения торнадо. Самые разрушительные и смертоносные торнадо образуются под огромными кучево-дождевыми облаками, которые в США называют supersells, эти облака вращаются, образуя мезоциклоны. Эти облака часто приносят крупный град, шквалистый ветер, сильные грозы и ливни, а также и торнадо.

Сколько торнадо возникает в США ежегодно?

Каждый год в США возникает около тысячи торнадо. Точно сказать сложно, поскольку некоторые торнадо возникают в малозаселенной местности и поэтому не фиксируются.

В какое время года возникает больше всего торнадо?

В основном сезон торнадо длится с начала весны до середины лета. В некоторых штатах пик торнадо приходится на май, в других - на июнь или даже июль. Но вообще торнадо могут возникать в любое время года.

Что такое Аллея торнадо?

Это историческое название центральных американских штатов, в которых наблюдается наибольшее количество торнадо. Тем не менее торнадо могут возникать где угодно: и на западном, и на восточном побережье США, а также в Канаде и других государствах.

Как долго длится торнадо?

Торнадо может продолжаться от нескольких минут до часа и более. Но большая часть из них существует не более десяти минут.

Как торнадо в северном полушарии отличаются от торнадо в южном полушарии? Они отличаются направлением вращения. Большинство торнадо (но не все!) имеют циклоническое вращение, т. е. против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке - в южном. Антициклонические торнадо вращаются в северном полушарии по часовой стрелке. Они чаще всего возникают в виде водяных смерчей, а также известно много случаев одновременного наблюдения циклонических и антициклонических торнадо под одной и той же грозой.

3. Правила поведения при приближении торнадо

Торнадо - сильный атмосферный вихрь над сушей, отличающийся исключительно большой повторяемостью.

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.

Торнадо до сих пор остается малопонятным атмосферным явлением, окруженным множеством мифов и заблуждений.

Обычно при наступлении торнадо есть время укрыться от невзгоды. На самом деле не всегда можно догадаться, что наступил настоящий ураган, так как он может начаться с града или сильным дождем. В лесистой местности, в горах или в городе очень часто опасность замечается именно тогда, когда она уже неизбежна. Также необходимо знать, что некоторые торнадо не имеют вид типичного столба, спускающего с тучи. Приход торнадо сопровождается сильнейшими ветрами, несущими обломки всего, что встретилось у них на пути.

Мой автомобиль может ехать гораздо быстрее торнадо. На самом деле, средняя скорость торнадо составляет 40-65 км/ч, а некоторые перемещаются с еще большей скоростью. Даже если ваш автомобиль может двигаться быстрее торнадо, это не означает, что вы должны продолжать свой путь, ведь торнадо движется в разнообразных направлениях. Если вы находитесь в пути и видите торнадо, движущееся в вашем направлении, сверните с пути его движения и найдите убежище.

Если нет другой возможности укрыться, то автомобиль станет более надежным убежищем, чем трейлер или загородный дом. На самом деле это не всегда так. Эта тема является горячо обсуждаемой в Северной Америке. Если есть время, можно запрыгнуть в авто и укрыться там. В случае с торнадо малой мощности автомобиль послужит надежным укрытием от предметов, переносимых потоком ветра или катящимся по земле. Лучше всего хорошо пристегнуться и пригнуть голову как можно ниже. Однако не стоит забывать, что более сильное торнадо может разрушить машины, находящиеся на его пути.

О приближении торнадо можно узнать достаточно заблаговременно, чтобы успеть предупредить население, благодаря доплеровским радарам. Доплеровские радары распознают образование осадков и ветер, сопровождающие бурю, и позволяют метеорологам обнаружить признаками приближающего торнадо. Но о приближении торнадо можно утверждать с уверенностью только когда торнадо находится в поле зрения. Если метеослужбы предупреждают о приближении грозы, то существует вероятность торнадо.

4. Виды торнадо

Торнадо – это узкий, вращающийся с огромной скоростью столб воздуха, протягивающийся до земли аж от основания грозового облака. Человек не всегда сможет распознать торнадо с первого взгляда, так как оно состоит из ветра, который невозможно увидеть. Существенным признаком является воронка, которая состоит из водяных капель. Делать торнадо заметным могут мусор и пыль, которые могут содержаться в воронке. Исследователи этого явления пришли к выводу, что торнадо не всегда может соприкасаться с землей.

Существует два вида этого стихийного бедствия:

– торнадо, которые возникли вследствие очень сильных гроз;

– торнадо, на появление которых повлияли другие факторы.

Самыми опасными считаются торнадо, появившиеся как результат грозы.

Супершторм – это гроза, которая длиться больше чем 1 час и продолжается за счет воздушного потока, который постоянно вращается.

Торнадо, которое относится ко второму виду, представляет собой ничто иное, как вихрь пыли и мусора, который образуется возле поверхности земли, вдоль линии потока ветра без воронки. Другим вариантом торнадо является смерч (ураган). Он выглядит как узкая веревочнообразная воронка.

Образование торнадо – удивительная загадка. Образование вихрей в природе происходит буквально на каждом шагу, взять бы хоть воронку, образующуюся при вытекании воды из ванной. Маленькая воронка в ванной и огромный смерч – явления одного порядка, правда, в воронке закрученная масса направлена вниз, а в торнадо – вверх. При выяснении того, как двигаются воздушные потоки внутри вихря, будет уместным упоминание о небольшом опыте великого Альберта Эйнштейна. Ученого очень сильно интересовал процесс, происходящий в чае при помешивании его ложкой. Оказывается, чаинки, плавающие на поверхности, при интенсивном вращении воды каким-то самым невероятным образом всегда оказывались в центре вращения. Эйнштейн объяснил это так: нижние слои жидкости вращаются с меньшей скоростью, а верхние – с большей. Именно поэтому все чаинки собираются к центру чашки и немного приподнимаются вверх.

5. Как образуются торнадо

Изучая причины возникновения торнадо, ученые используют теоретические разработки, данные, полученные в процессе наблюдений, физические модели, но на протяжении десятилетий торнадо продолжаю досаждать людям. Supercell-торнадо (торнадо, являющиеся следствием формирования облачной сверхячейки). Закручивающийся восходящий воздушный поток – краеугольный камень в образовании Supercell-бури и, как следствие, торнадо. Есть много теорий, в результате чего начинается этот процесс. Например: воздушный столб может начать закручиваться в результате «сдвига» ветров, когда воздушные массы на различных высотах от уровня земли перемещаются с различными скоростями или в различных направлениях. Сдвиг, в итоге приводящий к появлению торнадо, возникает например, когда ветер, дующий у самой земли, замедляется в результате трения от соприкосновения с поверхностью, тогда как в более удаленных от земли слоях атмосферы ветры дуют со скоростью, во много раз превосходящей нижние потоки, в результате «невидимая» воздушная труба начинает горизонтальное вращение. У нас все еще множество вопросов. Из наблюдений ученые выяснили, что около 20 процентов всех сильных бурь обычно порождают торнадо. Почему одна буря становится причиной торнадо, в то время как соседняя не менее мощная оканчивается без этого? Какие еще факторы кроме восходящих потоков питают торнадо? Какова роль нисходящих воздушных потоков и разницы температур и влажности (как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях распространения торнадо). К тому же не все торнадо имеют грозовое происхождение, что можно сказать о таких явлениях? Торнадо негрозового происхождения появляются не в результате мощного циркулирования воздушных масс на всей площади бури. Эти торнадо образуются в результате вертикального вращения участка воздушных масс происходящего возле самой поверхности земли, диаметром около 1-10 км, причиной которого явилось «смещение» ветра. Когда восходящий поток поднимается над местом подобного состояния воздушных масс, появляется большая вероятность зарождения торнадо. В восточной части Колорадо распространены подобные негрозовые торнадо, т.к. холодный воздух, приносимый с горных вершин, сталкивается с горячими воздушными потоками равнин. Поскольку такие торнадо случаются в основном на бедно заселенных территориях, ученые не могут точно определить их силу, но в целом, это не очень мощные ветры.

6. Условия образования торнадо

Детальные причины образования торнадо пока до конца не изучены. Ведь если будут известны все причины, тогда можно будет избежать и сам торнадо, и возможные последствия от его “разгула”.

На сегодня известны некоторые условия, при коих возникают торнадо. Для зарождения нужно, чтобы в нижних пластах атмосферы присутствовал влажный теплый воздух, а ветры должны дуть в южном направлении. А в верхних пластах атмосферы при этом должен быть сухой и холодный воздух. При таких условиях происходит подъем воздушной массы у поверхности земли, откуда торнадо набирает свою энергию.

Жизнь торнадо можно разделить на три фазы: зарождение, развитие и затухание. При зарождении торнадо в дождевом или кучево-дождевом облаке появляется воронка, которая вырастает по спирали к поверхности земли или воды. Энергия будущего торнадо формируется за счет термической конвекции, когда нагретый воздух уходит вверх. С каждой минутой с поднимающимся воздухом возрастает и скорость вращения будущего торнадо. От скорости вращения притягивается больше теплого воздуха, а от теплого воздуха увеличивается скорость вращения. И так по кругу, пока мощь не доберется до своего апогея. Тогда стартует вторая стадия - стадия полного развития. Здесь уже сформированное торнадо достигает максимальных значений в скорости и размерах и начинает свое движение. Более мощные и губительные торнадо наблюдаются на суше, в море они непродолжительны и не так сильны.

Третья стадия – затухания. Здесь скорость вращения воронки уменьшается, цвет от темного меняется на светлый, а само торнадо разрывается приблизительно пополам, одна часть уходит к земле, другая поднимается в “материнское” облако.

По времени жизнь любого торнадо занимает несколько десятков минут. Лишь некоторые наиболее мощные могут существовать несколько часов. Приблизительная скорость движения среднего торнадо составляет 60 километров в час, и очень редко достигает 200 километров в час.

7. Почему возникают торнадо

На сегодня природные катаклизмы, такие как торнадо, смерчи и ураганы, приносят большие разрушения, человеческие жертвы и сотни миллионов долларов материального убытка. Специалисты-метеорологи считаю, что наиболее разрушительные ураганы, участившиеся за последние десятилетия, напрямую связаны с глобальным потеплением климата. А так как температура в атмосфере с каждым годом продолжает неуклончиво и неконтролируемо расти, следует ожидать еще больше “подарков” от природы.

Смерч (торнадо, как его называют в Америке) представляет вращающийся нагретый воздушный поток. Скорость вращения при этом может доходить 1000 метров в секунду. Для его образования в атмосфере необходимы разреженные дождевые облака и мощный вертикальный поток воздуха между облаком и поверхностью земли. Наиболее мощные и разрушительные торнадо могут проходить до 500-1000 километров, обрушивая на месте затухания все то, что было им собрано по пути. Самый разрушительный торнадо имел место быть на территории США весной 1974 года. Тогда он насчитывал более 100 вихрей, которые забрали жизни более 30 человек (4000 при этом были ранены). Убыток исчислялся более 700-тами миллионов долларов.

Европейский смерч не менее опасен. Хотя более мощные смерчи образовываются на обширных равнинах, в Европе случались немалые разрушения от такого “нежданного гостя”. В России в том же 1974 году смерч даже опрокинул в реку 240-тонный строительный кран.

И смерчи, и торнадо являются локальными атмосферными образованиями, и по возможности встречу с ними можно избежать. А вот что действительно устрашает своей мощью, так это ураган. Обычно от ураганов страдает население тех стран, которые расположены от 5 по 35 градуса в северном полушарии. Здесь такие природные явления наиболее часты. Все ураганы возникают над океаном, точнее над наиболее прогретой его частью. Для образования урагана температура воды должна быть не менее 27 градусов по Цельсию. С космоса он напоминает тот же торнадо, только гораздо больше. А на периферии урагана могут образоваться новые вихревые потоки в виде смерчей, что сделает такой воздушный фронт еще мощнее и свирепее.

Самым "фатальным" ураганом в истории человечества (разумеется, то, что осталось в истории) стал ураган Катрина, который настиг южные штаты США 27-29 августа 2005 года. По мере приближения к побережью специалисты дали ему наивысший балл по шкале Саффира-Симпсона. Скорость ветра при урагане Катрина равнялась 220-280 километров в час.

Больше других в те дни вынес город Новый Орлеан, который был уничтожен на 80 процентов. Ураган Катрина забрал почти 2000 человеческих жизней и принес экономический ущерб в размере 125 миллиардов долларов.

Многие страны мира выделят средства на изучение и борьбу с такими природными явлениями. Но если предсказать еще можно приближение урагана или торнадо, то бороться сегодня нам не под силу.

8. Правила присвоения имен ураганам, торнадо и тайфунам

До того момента, как появилась первая в мире система присвоения имен ураганам, эти явления природв получали свои названия случайно, без какой-либо системности. Иногда ураганы называли в честь имени святого, в день которого происходило бедствие. Так, к примеру, получил свое имя ураган «Санта Анна», достигший города Пуэрто-Рико в 1825, в день святой Анны. Также название ураганы могло даваться по названию местности, которая наиболее пострадала от его воздействия. Иногда имя определялось самой формой этого явления. Таким образом, получил свое имя ураган «Булавка» 1935 года. Форма траектории данного урагана напоминала канцелярскую булавку.

Весьма интересным методом присвоения имен ураганам отличился австралийский метеоролог Клемент Рагг: он предлагал называть тайфуны в честь имен политиков, которые отказывались голосовать в пользу выделения кредитов на проведение метеоисследований.

9. Что внутри торнадо?

И по сей торнадо считается малопонятным атмосферным явлением. Основная трудность изучения состоит в том, что торнадо очень сложно изучить экспериментально. Подобные природные явления возникают достаточно часто, однако время их возникновения предугадать невозможно. Подвижные лаборатории, «гонящиеся за торнадо» разрушаются раньше, чем центр этого урагана успевает дойти до них.

Создать полноценное торнадо в лабораторных условиях до настоящего момент никому так и не удалось, так как для этого необходимо наличие экспериментальной установки размером в несколько сотен метров. Вся информация, имеющаяся у ученых на сегодняшний день, получена непрямым методом. Заметим, что для изучения торнадо используется астрономия. Так как «залезть» внутрь самого явления невозможно, приходится просто наблюдать за ним, пытаясь при этом понять его природу.

Что же находится в самом центре торнадо? Пока известно, что в центре находится область пониженного давления. В более мощных торнадо разность давления между внутренней и наружной частью составляет 0,1 атмосферы и более.

Заключение

Смерчи, бури и ураганы – это одни из самых мощных сил природной стихии. Они наносят значительный ущерб населению, вызывают значительные затруднения, приводят к человеческим жертвам. Их сравнивают с наводнениями и землетрясениями по разрушительному воздействию. Разрушающее действие смерчей, бурь и ураганов зависит от скоростного напора воздушных масс, который обладает метательным действием и обуславливает силу динамического удара.

Часто ураганы и бури сопровождаются выпадением града и грозовыми явлениями. Зарождаясь в океане ураган, приходит на сушу, принося с собой катастрофические разрушения. В результате совместного действия ветра и воды сносятся легкие и повреждаются прочные строения, опустошаются поля, обрываются провода линий связи и электропередачи, с корнями вырываются и ломаются деревья, гибнут люди и животные, уничтожаются дороги, тонут корабли.

Чем же так страшен ураган?

Во-первых, своими ураганными волнами, которые обрушиваются на побережье. Ураган на берег как бы выдавливает перед собой огромные волны, высота которых достигает нескольких метров. В прибрежных районах они приводят с сильным наводнениям, и разрушают все, что встречается им на пути. Очевидцы таких мощных и страшных волн редко остаются в живых.

Во-вторых, катастрофическими наводнениями и ливнями. Все дело в том, что при зарождении ураган вбирает в себя огромные массы водяного пара, который конденсируется и собирается в мощные и большие грозовые облака, которые вызывают наводнения не только в прибрежной зоне, но и в районах, значительно удаленных от берега, и служащие источником катастрофических ливней. Ливневые осадки, которые сопровождают ураганы, также становятся причиной появления оползней и селевых потоков.

Список использованной литературы

1. Дж. Кристенсон «Торнадо и смерчи» М. Эколитгиз 2004

2. Сибиряков А.С. «Мировые природные катастрофы» Л. Издательство «Дело» 2009

3. Ханжин Г.Б. «Ветра изнутри» Инфра-М, 2001.