Как появляется смерч. Смерч
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.
Стихийные бедствия заставляют человека понять, что его возможности по управлению природой не безграничны. Наводнения, землетрясения и ураганы способны стирать с лица земли целые города, меняя привычный уклад жизни. В США ежегодно фиксируют до 1000 торнадо, которые, тем не менее, не несут глобальных последствий. Благодаря четкому следованию разработанным правилам поведения удается избежать большого количества жертв и разрушений. Дома строятся по особой технологии и способны удерживать удар стихии.
Смерчи разрушительной силы возникают не только на территории США. В странах Южной Америки и даже в Европе можно наблюдать это катастрофическое погодное явление, но именно в Соединенных Штатах они появляются чаще и вызывают не только страх, но и азартный интерес. Охотники на торнадо рискуют жизнью, пытаясь заснять самые впечатляющие кадры. Прихватив с собой технику, искатели адреналина отправляются на поиски вихрей. Для удачной охоты они ориентируются на данные национальной системы прогнозирования торнадо.
Люди научились искусственно создавать торнадо и обратить его на пользу. Например, он служит отличным средством вентиляции при сильном задымлении в помещении. В Книге Рекордов Гиннеса зафиксирован такой торнадо, сформированный в музее Mercedes-Benz высотой 34 метра.
Для возникновения торнадо необходимо столкновение теплых и холодных воздушных масс. На основе анализа перемещения атмосферных фронтов можно предположить вероятность появлений торнадо в определенной местности. Современная вычислительная техника (примеры ее вы можете увидеть ) практически безошибочно определяет перепады давления, указывая направление циклонов.
В начале формирования вихря из грозового облака формируется воронка. Холодный воздух опускается к земле, а теплый наоборот поднимается выше – начинается круговое движение.
Воздушные массы, двигаясь по спирали, формируют воронку, которая опускается к земле. В середине вихря располагается зона пониженного давления. Предметы, которые попадают в «глаз» смерча взрываются изнутри. Однажды торнадо «ощипал» целый курятник. Каждое куриное перо имеет в структуре воздушный мешок. Когда куры попали в зону с перепадами давления, то все перья полопались, оставив птиц голыми.
В этот момент, полностью сформированный торнадо начинает перемещаться. Направление перемещения невозможно узнать, оно способно меняться каждую минуту. Именно в это время торнадо достигает пика разрушительной силы. Сила торнадо зависит от радиуса вихревого движения.
Торнадо может продолжаться несколько часов, а может закончиться меньше чем за минуту. Вихрь самой большой продолжительности, зафиксированный в 1917 году, продолжался более 7 часов.
Торнадо бывают разные по форме и скорости движения воздуха. Самая распространенная форма торнадо похожа на бич — длинная воронка, спускающаяся к земле, которая может быть гладкой или извилистой.
Другой вид торнадо имеет радиус больший, чем его длина, по виду похож на облако, тянущееся к земле. Наиболее опасные торнадо те, которые состоят из нескольких вихрей, которые вращаются вокруг основной воронки. Их можно сравнить с переплетением нескольких веревок.
Постепенно торнадо наполняется пылью и обломками затянутых предметов и строений. В воздухе кружатся дома, машины, животные, деревья; один отчаянный журналист добровольно сдался на милость стихии и смог пережить это путешествие, побывав в центре воронки. Вихри могут становиться огненными, причиной их формирования становятся особо сильные пожары.
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.
По телевизору часто рассказывают, что где-то случился смерч, где-то - торнадо. Все это - мощные вихри, которые сметают все на своем пути. Попасть в них не пожелаешь и врагу. Но, рассматривая фото и видео этих явлений, так и хочется узнать о них поподробнее.
Что такое смерч, что такое торнадо?
Смерч и торнадо - это мощные воронкообразные вихри, которые вращаются с бешеной скоростью. Они опускаются из кучево-дождевого облака в виде конусообразных воронок, которые сужаются по направлению к земле.
Высота смерча может достигать 10 км. Диаметр самой широкой части воронки бывает больше 50 км. Приближаясь, вихрь издает звук, напоминающий грохотание поезда или шум водопада. По пути своего движения он втягивает в себя все предметы - и мелкие, и крупные.
Как образуется смерч и какие есть виды?
Там, где образуется смерч, должны быть грозы и перепады давления. Неудивительно, что от этого стихийного бедствия больше всего страдают жители тропиков. Вначале на небе появляется черная грозовая туча. Шторм постепенно усиливается. С одной или сразу нескольких сторон тучи образуется вихревая воронка.
В разных полушариях смерч имеет свои особенности. К северу от экватора воронка закручивается по часовой стрелке, к югу - против часовой стрелки. Вихревой поток движется со скоростью 30 м/с и более. «Хобот» достигает земли и раскручивается в гигантскую воронку.
Смерч движется с места на место, как легковой автомобиль. Он питается большими объемами теплого или холодного воздуха. Когда их не остается, воронка начинает растворяться в воздухе. «Хобот» поднимается от земли и улетает все выше.
Разглядывать смерч интересно, потому что он может принять любую форму:
- Бичеподобную . Воронка выглядит как очень узкий «хобот».
- Расплывчатую . Напоминает вихревое облако.
- Составную . Один огромный смерч, окруженный несколькими вихрями поменьше.
- Огненную . Образуется на месте пожара или извергающегося вулкана.
- Водяную . Возникает над морем или океаном.
- Земляную . Образуется на месте землетрясения или оползня. Воронка затягивает грязь, камни, песок.
- Снежную . Возникает зимой во время метели. В воронку попадает много снега.
- Песчаную . Появляется на земле под действием солнечных лучей. Ветер поднимает в воздух столб песка и образует похожую на смерч воронку.
Чем отличается смерч от торнадо?
Возможно, это кого-то разочарует, но практически ничем не отличается смерч от торнадо. По сути это просто два синонима, которые обозначают одно и то же атмосферное явление.
Вихри чаще всего возникают в Северной Америке. Когда их увидели испанцы, приехавшие на материк после открытия Нового Света, они и произнесли слово «торнадо». В переводе с испанского оно означает «вращающийся», а ведь именно так ведет себя воронка.
Иногда смерчем называют вихрь, который образуется на воде, а торнадо - воронку, закрутившуюся на земле. Но это все - только разница в употреблении двух слов. По сути они обозначают одно стихийное бедствие - мощный и разрушительный вихрь.
Как выглядит смерч и торнадо
Хотите увидеть вихрь своими глазами? Почему бы и нет! На фото ниже можно узнать, как выглядит смерч. Образовавшийся на воде, он стремительно приближается к суше. Не позавидуешь морякам и людям, решившимся на прогулку по берегу. Хорошо, что такие вихри живут всего несколько «минут» и тают прямо на глазах.
Сходным образом выглядит торнадо. В Америке это частое явление, поэтому некоторые настолько осмелели, что останавливаются в пути и наблюдают за стихийным бедствием. Когда образуется торнадо, оно еще и заявляет о себе громыханием, но фотографии, к сожалению, звуков не передают.
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..
