Как называется мощный атмосферный вихрь

Атмосферные вихри малых размеров

Смерчи и торнадо. К мелкомасштабным атмосферным вихрям относятся смерчи и торнадо, весьма сходные по структуре. Разрушительная сила их также велика, хотя диаметр их намного меньше тропических циклонов (от 20—100 м до 1—2 км) Скорости ветра в них достигают 100-200 м/сек, или 300—700 км/ч. Эти скорости достаточны для уничтожения векового леса, разрушения домов и т. п.

Смерчи и торнадо обычно возникают при грозах над морем и сушей. Из мощного грозового облака, нижнее основание которого принимает форму опрокинутой воронки, опускается будто гигантский темный хобот, который вытягивается по направлению к поверхности земли или моря. Здесь навстречу ему приподнимается широкая воронка из пыли и воды, в открытую чашу которой хобот как бы погружает свой конец, и образуется сплошной столб, перемещающийся со скоростью 20-40 км/ч. Наиболее узкая часть этого столба приходится примерно на середину, высота его может достигать 800-1500 м. Из грозового облака может опуститься несколько смерчевых воронок, тогда они бывают меньшими в диаметре.

Движение воздуха в системе смерчей и торнадо обычно происходит против часовой стрелки, но не исключены движения и по часовой стрелке. Одновременно совершается подъём 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 нём понижается. Это приводит к тому, что при перемещении вихря в его систему как бы всасывается всё, что встречается на пути – вода, песок или различные предметы (камни, доски, крыши домов и т. п.), которые затем выпадают из облака 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 смешивая 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.

Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся над сушей, называют тромбами, а в США – торнадо, что по-испански означает «вращающийся». Торнадо наиболее часто встречается в Северной Америке, на территории США. Здесь их насчитывают около 200 в год. Об огромной силе ветра в торнадо свидетельствуют результаты произведённых ими разрушений домов и инженерных сооружений. Скорость движения торнадо также велика, иногда она достигает 100 км/ч, но в среднем она равна 40 км/ч. На Юге Северной Америки торнадо возникают в течение всего года, с максимумом весной и минимумом зимой. Торнадо существуют в пределах 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. От такой разности давлений разрушаются дома, а сильнейший ветер поднимает в воздух людей, скот, автомобили, дома, крыши, мосты и т. п. Так, в апреле 1965 г. над США одновременно возникло 37 различных по мощности торнадо с высотой до 10 км и в диаметре около 2 км, со скоростями ветра до 300 км/ч. Этот вихрь произвёл громадные разрушения в шести штатах. Число погибших превысило 250 человек, в 2500 человек получили ранения.

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. Установлено, что при вторжении на территорию США тропических циклонов здесь возникает несколько торнадо. Это, очевидно, можно объяснить тем, что для возникновения тех и других вихрей необходимо неустойчивое состояние атмосферы.

Для обнаружения и предупреждения населения о движении торнадо пользуются радиолокаторами. С их помощью обеспечивается своевременное обнаружение этих вихрей, как и скорость их перемещения. Вихри типа торнадо возникают и в других частях Земли, но, как правило, они имеют меньшие размеры.

Смерчи наблюдаются и на Европейской части СССР. Известен смерч 29 июня 1904 г., когда он возник в грозовом облаке и продвинулся в сторону Москвы, разрушив по пути несколько деревень, повредил дома в Лефортово, повалил вековые деревья в Сокольниках, поднял телеги и коров, встретившихся на пути. Было убито более сотни людей. Проходя через Москву-реку, смерч высосал воду и обнажил на короткое время ее дно. Смерч наблюдался и совсем недавно. Например, в мае 1965 г. сильнейший шквал, сопровождавшийся ливнем и градом, пронесся над Кировской областью. Скорость ветра достигала 200 км/ч. Силой ветра был поднят и отброшен зерноуборочный комбайн, разрушено много домов. В Советском Союзе смерчи обычно наблюдаются на южных морях и озерах. На рисунке 58 приведена фотография смерча, наблюдавшегося на Черном море, вблизи Туапсе, 17 июля 1967 г. (а) и в штате Флорида 25 июня 1964 г. (б).

Шквалы. Шквалы образуются в зоне атмосферных фронтов с большими контрастами температур. Шквалы разной силы почти ежегодно возникают и в нашей стране.

На суше в жаркие дни иногда возникают пыльные вихри, вызванные восходящими струями воздуха. У пыльного вихря диаметр небольшой, он колеблется от нескольких метров до 10-20 метров. При его прохождении в узкой полосе происходит некоторое усиление ветра.

Бора. На земном шаре есть места, где в условиях холмистого или горного рельефа, при определённой структуре приземного поля давления воздуха, ветер достигает нередко ураганной силы, в то время как в соседних районах он бывает значительно слабее. Одно из таких мест находится на горном перевале вблизи Новороссийска. Здесь такой ветер называется борой. Образуется она, когда на юге Европейской части СССР возникает и усиливается антициклон, заполненный в нижних слоях массами холодного воздуха. При этих условиях холодный воздух задерживается

в предгорье Северного Кавказа и в соответствии с горизонтальным градиентом давления переваливает через невысокий горный хребет Варага (высотой около 600 м) и через Мархотский перевал обрушивается на Новороссийск. Это усугубляется еще тем, что одновременно над Черным морем находится область низкого атмосферного давления или даже циклон. При боре температура воздуха нередко понижается до —15°, —20°, а скорости ветра иногда превышают 50—60 м/сек. Ураганной силы бора может наблюдаться в течение нескольких дней. В результате ледяного дождя здания набережной покрываются толстым слоем льда. Ветер опрокидывает вагоны, сносит крыши домов.

Сильные ветры типа боры наблюдаются на озере Байкал. Называются эти ветры сарма. Возникает сарма при образовании антициклона в холодных массах воздуха севернее Байкала (в Якутии) и при сравнительно низком давлении южнее озера. В этих условиях по горным долинам, в частности по долине реки Сарма, холодный воздух с огромной скоростью врывается к Байкалу. Это явление наблюдается весной, осенью и ранней зимой, когда южнее озера образуется область низкого давления.

Ветры типа боры возникают в тех странах, где вдоль побережья морей существуют невысокие горные перевалы и создаются метеорологические условия, подобные только что описанному. В частности, бора часто возникает и на Новой Земле, где порывы ветра достигают 40—50 м/сек.

Фены. Фён — это теплый и сухой ветер, дующий со стороны гор в долины. Такие ветры имеют продолжительность от нескольких часов до нескольких суток. Хотя фены наблюдаются в определенных районах и относятся к местным ветрам, они, в противоположность горно-долинным ветрам, возникают лишь в тех случаях, когда мощные воздушные течения, вызванные макро-циркуляционными процессами, переваливают через горный хребет средней высоты. Скорости фёнового ветра бывают значительны и нередко достигают 20—25 м/сек.

Сравнительно высокая температура воздуха при фенах определяется адиабатическим нагреванием его при опускании с вершины хребта в долину. Температура воздуха на одних и тех же высотах на наветренной стороне заметно ниже, чем на подветренной. Это объясняется тем, что на наветренной стороне вертикальный градиент температуры (γ) меньше адиабатического. Переваливая через хребет и опускаясь на противоположной стороне в долину, воздух нагревается по адиабатическому закону. Предположим, что на наветренной стороне хребта высотой 3,0 км над уровнем долины температура насыщенного влагой воздуха у подножья равна 10°, а γ равна 0,5°/100 м. Поднимаясь вверх по влажноадиабатическому закону, насыщенный парами воздух должен охладиться на каждый километр на 5°. Следовательно, на вершине хребта его температура будет равна 10° — (5∙3,0) = —5°. При опускании на подветренной стороне воздух, нагреваясь по адиабатическому закону, т. е. 1° на 100 м, или 10° на 1 км, на уровне долины будет иметь температуру —5°+30 о = 25°. В данном случае разность температуры в начальной и конечной точках по обе стороны хребта оказалась равной 15°. При этом вследствие нагревания относительная влажность уменьшилась от 100 до 40%. Фены часто наблюдаются в горах Кавказа, Средней Азии, Алтая, в Альпах, Скалистых горах и других горных районах земного шара. В зависимости от времени года температура воздуха бывает разная. Летом она может повыситься до 35—40° и более при относительной влажности 10—20%. Иногда при фенах температура в долине возрастает очень быстро. За несколько часов она может повыситься даже на 30—40°.

На Кавказе фены наиболее часты в Рионской долине. Здесь они наблюдаются в среднем более 100 дней в году.

Сильные ветры определенных направлений, обусловленные особенностями рельефа местности, наблюдаются в различных странах. В Средней Азии известен так называемый урсатьевский ветер. Это сильный ветер в горле Ферганской долины. Возникает он в узком проходе Ферганской долины у поселка Урсатьевск, когда в соответствии с направлением градиента приземного давления, вызванным крупными атмосферными процессами, потоки холодного воздуха направляются с востока по долине к узкому выходу и вырываются на равнину. Здесь в среднем за год 72 дня ветры бывают сильные. Скорости более 20 м/сек составляют 22%. Подобные ветры возникают и в других районах СССР и зарубежных стран, где имеются аналогичные условия.

Следует сказать и о стоковых ветрах, т. е. потоках холодного воздуха, возникающих под действием силы тяжести на пологих склонах. Такие ветры особенно характерны для прибрежной зоны ледяного материка Антарктиды. Стоковые ветры Антарктиды вблизи ее поверхности достигают большой силы, когда градиент давления совпадает с направлением стока. Это обычно бывает при приближении глубокого циклона к побережью материка, где образуются стоковые ветры. В этих условиях в зимние месяцы ими выбрасывается огромное количество снега с материка на океан.

Погосян, Х.П. Атмосфера Земли/ Х.П. Погосян [и д.р.]. – М.: Просвещение, 1970.- 318 с.

Источник

Характеристика атмосферных вихрей

Характеристики ураганов, бурь, смерчей

Ветер — движение воздуха относительно земной поверхности, возникающее в результате неравномерного распределения тепла и атмосферного давления. Основные показатели ветра — направление (из зоны высокого давления в зоною низкого давления) и скорость (измеряется в метрах в секунду (м/с; км/ч; милях/час).

Для обозначения движения ветра используют много слов: ураган, буря, шторм, смерч. Чтобы их систематизировать, пользуются шкалой Бофорта(разработана английским адмиралом Ф. Бофортом в 1806 г.),которая позволяет весьма точно оценить силу ветра в баллах (от 0 до 12) по его действию на наземные предметы или на волнение в море. Удобна эта шкала еще и тем, что она позволяет по описанным в ней признакам довольно точно определить скорость ветра без приборов.

Шкала Бофорта (табл. 1)

Характеристика атмосферных вихрей

Ураган

Ураган – это быстрое движение ветра, со скорость 32,7 м/с (117 км/час), хотя может превышать и 200 км/час (12 баллов по шкале Бофорта) (табл. 1), со значительной продолжительностью в несколько суток (9—12 суток), непрерывно движущейся над океанами, морями и материками и обладающий большой разрушительной силы. За ширину урагана принимают ширину зоны катастрофических разрушений. Часто к этой зоне прибавляют территорию ветров штормовой силы со сравнительно небольшими разрушениями. Тогда ширина урагана измеряется сотнями километров, достигая иногда 1000 км. Ураганы возникают в любое время года, но наиболее часто с июля по октябрь. В остальные 8 месяцев они редки, пути их коротки.

Ураган одно из самых мощных проявлений природы, по своим последствиям сравним с землетрясением. Ураганы сопровождаются выпадением большого количества осадков и понижением температуры воздуха. Ширина урагана составляет от 20 до 200 километров. Чаще всего ураганы проносятся над США, Бангладеш, Кубой, Японией, Антильскими островами, Сахалином, Дальним Востоком.

В половине случаев скорость ветра при урагане превышает 35 м/сек, доходя до 40-60 м/сек, а иногда и до 100 м/сек. В зависимости от скорости ветра ураганы классифицируются на три типа:

— ураган (32 м/с и более),

— сильный ураган (39,2 м/с и более)

— жестокий ураган (48,6 м/с и более).

Причиной подобных ураганных ветровявляется возникновение, как правило, на линии столкновения фронтов теплых и холодных воздушных масс, мощных циклонов с резким перепадом давления от периферии к центру и с созданием вихревого воздушного потока, движущегося в нижних слоях (3-5 км) по спирали к середине и вверх, в северном полушарии – против часовой стрелки. Каждому урагану синоптики присваивают имя или четырехзначный номер.

Циклоны[1], в зависимости от места их возникновения и структуры подразделять на:

1) Тропические циклонывстречаются над теплыми тропическими океанами, в стадии формирования обычно движется на запад, а после окончания формирования изгибаются к полюсам. Тропический циклон, достигший необычной силы, называется:

— тропическимураганом, если он рождается в Атлантическом океане и примыкающих к нему морям. Северная и Южная Америка. Ураган (исп. huracán, англ. hurricane) по имени майянского бога ветра Хуракана;

— тайфуном – если он зародился над Тихим океаном. Дальний Восток, Юго-Восточная Азия;

— циклоном – в регионе Индийского океана.

Рис. Структура тропического циклона

Внешняя часть тропического циклона организована в дождевые полосы — полосы плотных грозовых кучевых туч, которые медленно движутся к центру циклона и сливаются со стеной глаза.

Одним из наиболее распространенных определений размера циклона, которое применяется в различных базах данных, является расстояние от центра циркуляции до наиболее внешней замкнутой изобары, это расстояние имеет название радиуса внешней замкнутой изобары.

2) Циклоны умеренных широтмогут формироваться как над сушей так и над водой. Обычно они движутся с запада на восток. Характерной особенностью таких циклонов является их большая «сухость». Количество осадков при их прохождении значительно меньше, чем в зоне тропических циклонов.

3) На Европейский материк воздействуют как тропические ураганы, зарождающиеся в центральной Атлантике, так и циклоны умеренных широт.

Рис. Ураган Изабель 2003 года, фотография с МКС — можно четко увидеть характерные для тропических циклонов глаз, стену глаза и окружающие дождевые полосы.

Буря (шторм)

В зависимости от окраски частиц, вовлеченных в движение, различают: черные, красные, желто-красные и белые бури.

В зависимости от скорости ветра бури классифицируются:

Бури подразделяются:

1) Вихревые– представляют собой сложные вихревые образования, обусловленные циклонической деятельностью и распространяющиеся на большие площади. Они бывают:

— Песчаные бури (пыльные) – которые разыгрываются в пустынях, переносят тысячи тонн песка и пыли. Кроме резкого ухудшения видимости, они опасны еще и высокой температурой воздуха. Пыльные бури вызывают удушье и приводят к болезням (переносят различных паразитов), в значительной мере страдает техника.

— Снежные бури (зимние) образуются зимой. Такие бури называют пургой, бураном, метелью. Сопровождаются сильным морозом и вьюгой, они могут перемещать огромные массы снега на большие расстояния, что приводит к обильным снегопадам, метелям, снежным заносам. Снежные бури парализуют движение транспорта, нарушают энергоснабжение, приводят к трагическим последствиям. Ветер способствует охлаждению организма, обморожению.

— Шквальные бури – возникают внезапно, а по времени крайне не продолжительные (несколько минут). Например, в течение 10 минут скорость ветра может возрасти с 3 до 31 м/сек.

2) Потоковые бури– это местные явления небольшого распространения, слабее, чем вихревые бури. Проходят чаще всего между цепями гор, соединяющих долины. Подразделяются на:

— Стоковые –поток воздуха движется по склону сверху вниз.

— Струевые – поток воздуха движется горизонтально или вверх по склону.

Рис. Буря (шторм.) Работа на мачтах парусного судна в шторм.

Смерч (торнадо)

Смерч возникает в грозовом облаке (в верхней части имеет воронкообразное расширение, сливающееся с облаками) насыщенном заряженными ионами и затем распространяется в виде тёмного рукава или хобота по направлению к поверхности суши или моря. Когда смерч опускается до поверхности земли или воды, нижняя часть его тоже становится расширенной, похожей на опрокинутую воронку. Смерчи возникают как над водной поверхность, так и над сушей, значительно чаще, чем ураганы, обычно в тёплом секторе циклона, чаще перед холодным фронтом. Образование его связано с особо сильной неустойчивостью закономерного распределения по высоте температур атмосферного воздуха (стратификации атмосферы). Он часто сопровождается грозой, дождем, градом, резким усилением ветра.

Смерчи наблюдаются во всех районах земного шара. Чаще всего они возникают в Австралии, Северо-Восточной Африке наиболее распространены в Америке (США), в теплом секторе циклона перед холодным фронтом. Смерч движется в том же направлении, что и циклон. В год их случается более 900, причем большинство их зарождается и приносит наибольший ущерб в «Долине торнадо».

«Долине торнадо» простирается от Западного Техаса до Дакоты на 100 миль с севера на юг и на 60 миль с востока на запад. Тёплый влажный воздух, идущий с севера от Мексиканского залива встречается с сухим, холодным ветром, движущимся с юга из Канады. Начинают образовываться огромные скопления грозовых туч. Воздух резко поднимается вверх внутри облаков, там остывает и спускается вниз. Эти потоки сталкиваются и вращаются друг относительно друга. Возникает грозовой циклон, в котором зарождается смерч.

Классификация смерчей

Водяные — это смерчи, которые образовались над поверхностью океанов, морей, в редком случае озёр. Они «впитывают» в себя волны и воду, образовывая, в некоторых случаях, водовороты, которые вытягиваются к материнскому облаку, образуя водный смерч. Бывают бичеподобными. Также как и огненные, не могут быть расплывчатыми (вода не находится под давлением, как у бичеподобных смерчей).

Рис. Смерч и кавитационный шнур за радиально-осевой турбиной и распределения скорости и давления в поперечных сечениях этих вихревых образований.

Источник