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.
Смерчи, даже если они небольшие - самые мощные в природе ураганы. Крутясь и извиваясь, как змеи, выползают они из туч и, спускаясь к земле, причиняют огромные опустошения, разрушая дома, разбрасывая, как мячики, автомобили и вырывая с корнями деревья. Те, кто пережил встречу со смерчем, рассказывают, что на месте происшествия находили соломинки, вбитые в стволы деревьев, как гвозди. Звук приближающегося смерча подобен грохоту гигантского по длине товарного состава.
Соединенные Штаты Америки (США) - чемпион по количеству смерчей. В год в США в среднем бывает до 700 смерчей (в одних штатах смерчи бывают чаще, чем в других). В 1953 году на Аляске был один – единственный смерч, в то время как в Канзасе - больше 1200. На втором месте после США идет Австралия со своими жалкими 15 смерчами в год.
Материалы по теме:
Почему подросток не слушается родителей?
Как образуется смерч или торнадо?
К большой грозовой туче добавляется ветер, дующий в противоположном направлении. Когда этот встречный ветер достигнет тучи, он направляется резко вверх. Если вы посмотрите на вершину грозовой тучи, то увидите, как она вихрем закручивается вверх, а затем опадает вниз, в то время как мощные потоки восходящего воздуха пробуравливают тучу в направлении снизу вверх. Иногда этот восходящий поток, встречаясь с противоположно направленным потоком воздуха в туче, начинает закручиваться.
Почему смерчи чаще всего бывают в США?
В США смерчи называют торнадо. Высоко над Скалистыми горами дуют мощные западные ветры. Вырываясь на равнину, они встречают низкие теплые влажные ветры с Мексиканского залива. Эти воздушные массы сталкиваются над центральными штатами, формируя сильные ураганы и торнадо.
Материалы по теме:
Почему человек болеет тонзиллитом?
Природа смерча и торнадо
Крутящийся столб поднимающегося воздуха называется мезоциклоном. Эта масса крутящегося воздуха и облако, как горловина слива в ванне, наполненной водой, называется вортексом (водоворотом). В центре вортекса атмосферное давление падает, и в горловину водоворота засасывается все больше воздуха. Никто не знает точно, насколько снижается давление в центре смерча, но некоторые ученые считают, что до половины нормального атмосферного давления.
Смерч (синонимы — торнадо, тромб, мезо-ураган) — сильный вихрь, образующийся в жаркую погоду под хорошо развитым кучево-дождевым облаком и распространяющийся к поверхности земли или водоема в виде гигантского темного вращающегося столба или воронки.
Вихрь имеет вертикальную (или слегка наклоненную к горизонту) ось вращения, высота вихря составляет сотни метров (в ряде случаев 1-2 км), диаметр 10-30 м, время существования — от нескольких минут до часа и более.
Смерч проходит узкой полосой, так что непосредственно на метеостанции значительного усиления ветра может и не быть, но фактически внутри смерча скорость ветра достигает 20-30 м/с и более. Смерч чаще всего сопровождается ливневым дождем и грозой , иногда градом.
В центре смерча отмечается очень низкое давление, вследствие чего он засасывает в себя все, что встречается на пути, и может поднять воду, почву, отдельные предметы, постройки, перенося их иногда на значительные расстояния .
Возможности и способы прогнозировани
Смерч — явление, которое трудно спрогнозировать. Система мониторинга смерчей базируется на системе визуальных наблюдений сетью станций и постов, что практически позволяет определить только азимут перемещения смерча .
Техническими средствами, позволяющими иногда обнаружить смерчи, являются метеорологические радиолокаторы. Однако обычный радиолокатор не в состоянии установить наличие смерча, поскольку размеры смерча слишком малы. Случаи обнаружения смерчей обычными радиолокаторами отмечались лишь на очень близком расстоянии. Большую помощь радиолокатор может оказать при слежении за смерчем.
Когда на экране радиолокатора можно выделить радиоэхо облака, связанное со смерчем, оказывается возможным за один — два часа предупредить о приближении смерча .
В оперативной работе ряда метеорологических служб используются доплеровские радиолокаторы .
Защита населения при ураганах, бурях, смерчах
По скорости распространения опасности ураганы, бури и смерчи, могут быть отнесены к чрезвычайным событиям с умеренной скоростью распространения, что позволяет осуществлять широкий комплекс предупредительных мероприятий как в период, предшествующий непосредственной угрозе возникновения, так и после их возникновения — до момента прямого воздействия.
Эти мероприятия по времени подразделяются на две группы: заблаговременные (предупредительные) мероприятия и работы; оперативные защитные мероприятия, проводимые после объявления неблагоприятного прогноза, непосредственно перед данным ураганом (бурей, смерчем).
Заблаговременные (предупредительные) мероприятия и работы осуществляются с целью предотвращения значительного ущерба задолго до начала воздействия урагана, бури и смерча и могут охватывать продолжительный отрезок времени.
К заблаговременным мероприятиям относятся: ограничение в землепользовании в районах частого прохождения ураганов, бурь и смерчей; ограничение в размещении объектов с опасными производствами; демонтаж некоторых устаревших или непрочных зданий и сооружений; укрепление производственных, жилых и иных зданий, и сооружений; проведение инженерно-технических мероприятий по снижению риска опасных производств в условиях сильного ветра, в т.ч. повышение физической стойкости хранилищ и оборудования с легковоспламеняющимися и другими опасными веществами; создание материально-технических резервов; подготовка населения и персонала спасательных служб.
К защитным мероприятиям, проводимым после получения штормового предупреждения, относят: прогнозирование пути прохождения и времени подхода к различным районам урагана (бури, смерча), а также его последствий; оперативное увеличение размеров материально-технического резерва, необходимого для ликвидации последствий урагана (бури, смерча); частичную эвакуацию населения; подготовку убежищ, подвалов и других заглубленных помещений для защиты населения; перемещение в прочные или заглубленные помещения уникального и особо ценного имущества; подготовку к восстановительным работам и мерам по жизнеобеспечению населения.
В России смерчи не часты. Наиболее известны московские смерчи 1904 года. Тогда 29 июня из грозового облака над окраиной Москвы спустилось несколько воронок, разрушивших большое количество зданий — как городских, так и деревенских. Смерчи сопровождались грозовыми явлениями — темнотой, громом и молниями.
Материал подготовлен на основе информации из открытых источников
Во всем мире и во все века возникали смерчи - удивительные физические явления, когда из грозовой тучи вниз спускается бешено вращающаяся воронка длиной 1-2 км и диаметром 50-100 м. Смерч, как мы видим из строк знаменитой поэтессы, символизирует для человека нечто темное, ужасающее, разрушительное, опасное. И это не случайно, известно, что энергия типичного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с, 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 (по оценкам С.А. Арсеньева, А.Ю. Губаря и В.Н. Николаевского). Достигнув Земли, смерч с ревом и грохотом уничтожает все на своем пути, причем способен пройти за 5-7 часов путь длиной 500 км, порой увеличиваясь в диаметре и оставляя полосу разрушений шириной 2 км. В течение года на земном шаре возникает около 1000- 1500 смерчей, больше половины из них - в США.
1.1 Определение понятия.
Смерч - восходящий вихрь из чрезвычайно быстро вращающегося в виде воронки воздуха огромной разрушительной силы, в котором присутствуют влага, песок и другие взвеси. Восходящие вихри быстро вращающегося воздуха, имеющие вид темного столба диаметром от несколько десятков до сотен метров с вертикальной, иногда и загнутой осью вращения. Смерч как бы "свешивается" из облака к земле в виде гигантской воронки, внутри которой давление всегда пониженное, поэтому проявляется эффект "всасывания". Средняя скорость ветра от 15-18 м/с, до 50м/с, ширина фронта 350-400 м. Длина пути - от сотен метров до десятков и сотен километров. Иногда смерчи сопровождаются осадками в виде града, проливного дождя.
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).
Торнадо существует от нескольких минут до нескольких часов, а наибольшая траектория их измеряется несколькими сотнями километров. Ширина зоны разрушения соответствует размерам самих торнадо, обычно до 2-3 км. Разность давления между центром вихря и его периферией иногда достигает 150-200 мб.
Движение воздуха в системе смерчей и торнадо обычно происходит против часовой стрелки, но не исключены и движения по часовой стрелке. Одновременно совершается подъем воздуха по спирали. На соседних участках происходит опускание воздуха, в результате чего вихрь замыкается. Под влиянием большой скорости вращения внутри вихря развивается центробежная сила, вследствие которой давление в нем понижается. Это приводит к тому, что при перемещении вихря в его систему как бы всасывается все, что встречается на пути (вода, песок или различные предметы: камни, доски, крыши домов и т. п.), которые затем выпадают из облаков иногда на значительном расстоянии. Именно с этим связаны так называемые цветные, или кровавые дожди, которые образуются благодаря втягиванию в систему вихря окрашенных частичек породы и смешиванию их с каплями дождя. Если вихрь возникает на море или озере, то его называют смерчем. Смерчи часто вместе с водой всасывают в свою систему рыбу, которую облако может выбросить уже на берегу.
Т.к. радиус воронки смерча у земли уменьшается, то скорость у поверхности земли достигает сверхзвуковых величин. Внутри смерча разряжение воздуха так велико, что здания рассыпаются из-за напора, находящегося в них воздуха. Удивительна способность смерчей вонзать продолговатые предметы (соломинки, палки, обломки и др.) в деревья, стены домов, землю и т. п.
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.
Смерчи редко возникают по одному - чаще "семьями", по несколько вихрей одновременно. В отдельных случаях создаются "семьи" из нескольких десятков вихрей, удаленных друг от друга на сотни метров или даже десятки километров. Путь смерча бывает прерывистым: это случается, когда "хобот" вихря отрывается от земли, чтобы обрушиться на нее с новой силой. .
1.2 Причины образования смерчей
Физическая природа смерча совершенно не исследована, нет ответа на вопросы, почему он устойчив, откуда черпает свою энергию, почему он способен, например, полностью уничтожить в саду целый ряд яблонь и оставить висеть нетронутыми яблоки на яблонях соседнего ряда и т.д. Не было среди исследователей согласия даже в вопросе о скорости ветра в смерче: косвенные свидетельства, такие как воткнутые в бревна и щепки соломинки, говорили о сверхзвуковых скоростях, а прямые локационные измерения давали однозначный результат - даже для сильных смерчей скорость равна 300 км/час.
Возникают смерчи и торнадо следующим образом. Из центральной части мощного грозового облака, нижнее основание которого принимает форму опрокинутой воронки, опускается гигантский темный хобот, который вытягивается по направлению к поверхности Земли или моря. Здесь навстречу ему приподнимается широкая воронка из пыли или воды, в открытую чашу которого хобот как бы погружает свой конец. Образуется сплошной столб, перемещающийся со скоростью 20-40 км/ч. Наиболее узкая часть этого столба приходится примерно на середину, высота его достигает 800-1500 м. Из грозового облака может опуститься несколько смерчевых воронок.
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.
Скорость продвижения смерчей также различна, в среднем - 40 - 60 км/ч (в очень редких случаях может достигать 210 км/ч). .
Существует две разновидности смерчей по происхождению: торнадо, причиной возникновения которых стали сильнейшие грозы, и торнадо, появившиеся вследствие других факторов. Как правило, торнадо появляются в результате грозы и часто наиболее опасны. Супершторм – продолжительная (более одного часа) гроза продолжающаяся за счет, восходящего воздушного потока, наклонного и беспрестанно вращающегося. Ширина этого потока достигает 10 миль в диаметре и 50000 футов в высоту требуется от 20 до 60 минут для формирования торнадо. Ученые называют это вращение мезоциклон, когда он определяется на радаре Доплера. Торнадо – крайне небольшая часть этого масштабного круговращения. Наиболее мощные торнадо возникают в результате сильных гроз.
Торнадо второго вида образуются без участия восходящих крутящихся воздушных потоков. Такой торнадо – представляет собой вихрь пыли и мусора, образующийся возле самой поверхности земли, вдоль линии фронта ветра без той страшной крутящейся воронки. Другой вариант торнадо – смерч, или иначе ураган. Это явление характеризуется узкой веревочнообразной воронкой, которая образуется, когда грозовая туч еще только формируется, и нет восходящего закручивающегося потока воздуха. Водяной смерч аналогичен «сухопутному» только возникает он над водой.
Наиболее благоприятная обстановка для зарождения воронки выполняется при выполнении трех условий. Во-первых, мезоциклон должен быть образован из холодных сухих масс воздуха. В этом случае по его высоте возникает особенно большой температурный градиент, близкий к адиабатическому значению. Во-вторых, мезоциклон должен выйти в район, где в приземном слое толщиной 1-2 км скопилось много влаги при высокой температуре воздуха 25-35 о С, т.е. создано состояние неустойчивости приземного слоя, готового к образованию ячеек с восходящими и нисходящими потоками. Проходя над этими районами, за короткое время мезоциклон засасывает в себя влагу с больших пространств и забрасывает ее на высоту 10-15 км. Температура внутри мезоциклона по всей высоте скачком повышается за счет принесенного влагой тепла, накопленного не только насыщенным паром, но и водяными каплями. Третье условие - это выбрасывание масс дождя и града. Выполнение этого условия приводит к уменьшению диаметра потока от первоначального значения 5-10 км до 1-2 км и увеличению скорости от 30-40 м/с в верхней части мезоциклона до 100-120 м/с - в нижней части..
1.3 Места образования смерчей
Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся в Европе, называют тромбами, а в США - торнадо. Торнадо и смерчи, как и тропические циклоны, зарождаются при наличии большого запаса энергии неустойчивости в атмосфере. Эти условия создаются, когда внизу находится очень теплый и влажный воздух, а в верхней тропосфере - холодный.
Грозы бывают в большей части земного шара, за исключением регионов с субарктическим климатом и арктическим климатом, однако смерчи могут сопровождать только те грозы, которые находятся на стыке атмосферных фронтов.
Наибольшее количество смерчей фиксируется на североамериканском континенте, в особенности в центральных штатах США, меньше - в восточных штатах США. Здесь их насчитывают около 200 в год. Скорость движения торнадо также велика, иногда она достигает 100 км/ч. На юге Северной Америки торнадо возникают в течение всего года, с максимумом весной и минимумом зимой.
Вторым регионом земного шара, где возникают условия для формирования смерчей, является Европа (кроме Аппенинского полуострова), и вся Европейская территория России, за исключением юга России и 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-ую параллель в Европе и 30-ую 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.
1.4 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
Составной торнадо в Далласе1957 г.
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, 1962) вСахаре, которые продолжались в 1960-1962 гг.).
По интенсивности и степени разрушений смерчи делятся на семь категорий:
1. Скорость ветра 18-32 м/с. Слабые разрушения: повреждаются печные трубы, заборы, деревья.
2. Скорость ветра 33-49 м/с. Умеренные разрушения: срываются покрытия с крыш, движущиеся автомобили сбрасываются с дороги.
3. Скорость ветра 50-69 м/с. Значительные разрушения: срываются крыши с домов, переворачиваются грузовики, вырываются с корнем деревья.
4. Скорость ветра 70-92 м/с. Сильные разрушения: крыши и часть стен разрушаются, переворачиваются вагоны, в лесу с корнем вырывается большая часть деревьев, поднимаются над землей и перемещаются тяжелые автомобили.
5. Скорость ветра 93-116 м/с. Опустошительные разрушения: разрушаются тяжелые здания, строения со слабым фундаментом переносятся на другое место, автомашины разбрасываются в стороны, крупные предметы носятся в воздухе.
6. Скорость ветра 117-142 м/с. Сверхопустошительные разрушения: поднимаются тяжелые здания, переносятся и разрушаются автомобили, огромные предметы перемещаются по воздуху на большие расстояния с большой скоростью, деревья разламываются на части.
7. Скорость ветра от 143 м/с до скорости звука и больше. Полное разрушение.
В западной метеорологии интенсивность смерчей (торнадо) оценивают по шкале Фуджита-Персона, названной так по имени ученых, исследовавших это явление. По этой шкале интенсивность оценивается по трем показателям: скорости ветра в смерче F, длине пройденного пути L и ширине полосы разрушений W..
Мне захотелось подробнее изучить обыкновенные. Например, откуда они берутся, где чаще всего их можно встретить, и что вообще это за причудливые создания неукротимой стихии.
Оказывается, что огненный вихрь – одна из разновидностей вихрей, которые встречаются у нас на Земле. И не только на Земле! Кстати говоря, некоторые виды вихрей встречаются и на других планетах, которые имеют атмосферу. Но об этом потом.
Так вот, вихри. Грозные и смертоносные разрушители, сметающие все на своем пути. Те из них, которые рождаются над землей, так и над водой называются торнадо или смерч. Водные торнадо немного отличаются от своих сухопутных братьев. Они уступают им в продолжительности жизни, размерах и скорости. Но о них как-нибудь позже.
Вообще торнадо – это атмосферный вихрь, который возникает в кучево-дождевом облаке. Он распространяется вниз, почти всегда достигая поверхности земли. При этом размер его диаметра может варьироваться от десятков метров до нескольких киломеров. Интересно, что форму торнадо может иметь самую разнообразную. Им даже придумали классификацию.
Самый, пожалуй, распространенный классический вариант торнадо, который можно встретить, это бичеподобный торнадо . Его воронка с виду очень тоненькая и практически гладкая, при этом она может быть достаточно извилиста. Эти смерчи, пожалуй, самые слабые. Но не стоит недооценивать их мощь, потому что такой вот смерчик разрушит все, что встретится ему на пути. Еще одна примечательная особенность, что ширина воронки намного меньше её длины.
Следующий вид воронок называют расплывчатыми. Похоже на кусок быстро вращающегося облака, который почему-то касается земли. Диаметр этих воронок более 0,5 километра и на вид выглядит очень расплывчатой. Это очень мощные вихри, действие которых невозможно предугадать. Такие вихри часто являются составными.
Так, а что же представляет собой вихрь с составной воронкой? Оказывается, что такой смер представляет собой главный, самой мощный вихрь, вокруг которого вращаются два и более отдельных смерчиков. Хотя мощность таких торнадо может быть различной, обычно они представляют собой едва ли не самые мощные вихри. Естественно, что они наносят огромный ущерб большим территории, по которой прошли.
Есть еще так же огненные, песчаные и водные вихри.
Примечательно, что смерч состоит из воздуха и сам по себе не виден. Мы видим не воздух, а тот мусор, воду и пыль, которую он поднял.
Каковы же причины образования торнадо? Оказывается, что, несмотря на современные технологии, ученые до сих пор не смогли ответить на этот вопрос. Ученые на сегодняшний момент смогли лишь охарактеризовать некоторые общие признаки, которые присущи практически всем представителям этого рода.
Ну, пожалуй, самое существенное, это то, что существование торнадо можно разделить на три этапа. Первый этап, представляет собой, естественно, рождение пресловутого вихря. В этот период из грозового облака можно наблюдать появление небольшой воронки. Затем она постепенно опускается все ближе к земле, иногда при этом значительно увеличиваясь. Холодные слои воздуха, которые находятся под облаком, начинают падать вниз, вытесняя более теплые. Это все вполне нормально, если исходить из известных физических законов. При этом образуется столкновение холодного и теплого фронтов, при котором потенциальная энергия смело переходит в кинетическую. Постепенно скорость увеличивается, и, в итоге, рождается смерч.
Вторую стадию существования смерча можно назвать его непосредственной жизнью. Скорость вращательного движения воздуха растет со временем, при этом в центре торнадо потоки воздуха устремляются на верх, образую при этом область низкого давления, которое намного меньше давления окружающей среды. Именно по этой причине так называемое сердце торнадо наиболее опасно. Постройки, которые попали в центр торнадо, взрываются, органы людей не выдерживают, и разрываются. На второй стадии мы видим вихрь, мощность которого максимальна. Смерч живет, движется в нужном ему направлении, сметая при этом все на своем пути.
На третьей стадии, как вы уже, наверное, догадались, происходит постепенное угасание вихря. Он начинает постепенно отрываться от земли и в итоге возвращается туда, откуда пришел – в свое грозовое облако.
Примечательно, что существование каждой стадии нельзя каким либо образом определить. Это может длиться от нескольких минут до нескольких часов, что весьма редко. Максимально зарегистрированная продолжительность существования торнадо – 7 часов 20 минут (Мэттунский смерч, 1917 год).
Скорость движения торнадо так же различна, но обычно она составляет от 40 до 60 км/ч. Максимально зарегистрированная скорость – 210 км/ч. При этом стоит упомянуть, что смерч движется не один, а вместе с облаком, которое его породило. При этом за свое существование он может пройти расстояние, которое достигает 60 километров.
Что же касается его высоты, то она может достигать полутора километров.
Воздух в смерче в нашем полушарии обычно вращается против часовой стрелки.
А вот с определением скорости вращения внутри торнадо у ученых возникаю проблемы. Ввиду большой разрушительной мощности, практически её посчитать очень сложно. А из-за сильных разрушений, связанных с резким изменением давления, предположить теоретически, какая скорость у него была, так же составляет затруднение. Считается, что она превышает 18 м/с и может достигать 1300 м/с. Но сведения, к сожалению, не точные.
Кстати, в месте, где воронка соприкасается с землей, может образоваться так называемый каскад. Он представляет собой столб пыли и обломков, которые торнадо поднимет в воздух. Когда смерч образуется можно наблюдать такую интересную картину. Навстречу спускающемуся с неба вихрю с земли поднимается каскад, который, кажется, захватывает нижнюю часть воронки. При этом каскад имеет вполне определенную высоту. Это связано с тем, что обломки, которые смерч поднял в воздух, достигая определенной высоты, уже не могут удерживаться смерчем и падают. Еще так же воронку может окружать футляр. В совокупности, футляр, каскад и сам смерч очень часто создают ошибочное представление о ширине воронки. Она кажется намного больше, чем есть на самом деле.
Кстати, оказывается, что торнадо и смерч – это названия вихрей, которые бушуют в Америке. Смерч возникает над морем, а торнадо – над сушей. В Европе же их принято называть тромбами. Но в итоге все три имени грозного явления считают синонимами.
Многие считают, что торнадо – одно из самых неистовых стихийных бедствий. И с этим нельзя не согласиться.
Оказывается, что торнадо классифицирую не только по форме воронки, но и по мощности. Классификацию ввел профессор Теодоро Фудзита в 1971 году в форме шкалы. Шкалу так и назвали: Шкала Фудзиты или Шкала Фудзиты-Пирсона. Её еще так же величают F-шкалой. Она состоит из 13 категорий от F0 до F12. Интересно, что теоретически скорость смерча шкалы F12 можно приравнять к скорости звука. Наиболее часто встречаются смерчи второй и третий категории. Категории выше практически не встречаются.
Самое массовое одновременное появление торнадо разной мощности произошло в США в 1965 году. Тогда в одно и то же время возникло 37 смерчей разной мощности. Естественно, ущерб, причиненный ими шести штатам был весьма значителен. Погибло 3250 человек, а около 2,5 тысяч были ранены.
В России смерчи хотя и достаточно редкое явление, но все же они встречаются. Впервые о них письменно упомянули в 1406 году в Троицкой летописи. Тогда пострадала лошадь и её хозяин.
Курьезный случай произошел в деревне Мещеры, которая находится в Горьковской области. Однажды на жителей снизошла благодать и с неба пошел дождь из серебряных монет. К сожалению, виновником сей благодати, оказался обыкновенный смерч, который поднял в воздух вымытый дождем клад недалеко от деревни.
О смерчах можно говорить очень долго. Ведь, не смотря на смертельную опасность, это очень красивое и интересное явление. О песочных и водных вихрях я расскажу вам в своих следующих статьях. Вот и все, пожалуй.
