Метеорологические явления
омной силы.
Возникают такие вихри в мощных грозовых облаках и часто сопровождаются
грозой, дождём, градом. Очевидно, нельзя сказать, что смерчи возникают в
каждом грозовом облаке. Как правело, это происходит на гране фронтов – в
переходной зоне между тёплой и холодной воздушными массами. Прогнозировать
смерчи пока не удаётся, и поэтому их появление бывает неожиданным.
Смерч живёт недолго, так как довольно скоро холодная и тёплая воздушные
массы перемешиваются, и таким образом поддерживающая его причина исчезает.
Однако даже за непродолжительный период своей жизни смерч может произвести
огромные разрушения.
Физическая природа смерча очень разнообразна. С точки зрения физика-
метеоролога - это скрученный дождь, неизвестная ранее форма существования
осадков. Для физика-механика - это необычная форма вихря, а именно:
двухслойный вихрь с воздушно-водяными стенками и резким различием скоростей
и плотностей обоих слоев. Для физика-теплотехника смерч - это гигантская
гравитационно-тепловая машина огромной мощности; в ней мощные воздушные
потоки создаются и поддерживаются за счет теплоты фазового перехода вода-
лед, которая выделяется водой, захваченной смерчем из любого естественного
водоема, когда она попадает в верхние слои тропосферы.
До сих пор смерч не спешит раскрывать и другие свои тайны. Так, нет
ответов на многие вопросы. Что представляет собой воронка смерча? Что
придает ее стенкам сильное вращение и огромную разрушительную силу? Почему
смерч устойчив?
Исследовать смерч не просто трудно, но и опасно - при непосредственном
контакте он уничтожает не только измерительную аппаратуру, но и
наблюдателя.
Сопоставляя описания смерчей (торнадо) прошлого и нынешнего столетий в
России и других странах, можно видеть, что они развиваются и живут по
одинаковым законам, но эти законы до конца не выяснены и поведение смерча
кажется непредсказуемым.
Во время прохождения смерчей естественно все прячутся, бегут, и людям
не до наблюдений, а тем более измерений параметров смерчей. То немногое о
внутреннем строении воронки, что удалось узнать, связано с тем, что смерч,
отрываясь от земли, проходил над головами людей, и тогда можно было видеть,
что смерч представляет собой огромный пустотелый цилиндр, ярко освещенный
внутри блеском молний. Изнутри раздается оглушительный рев и жужжание.
Считается, что скорость ветра в стенках смерча доходит до звуковой.
Смерч может всосать и поднять ввысь большую порцию снега, песка и др.
Как только скорость снежинок или песчинок достигает критического значения,
они будут выброшены через стенку наружу и могут образовать вокруг смерча
своеобразный футляр или чехол. Характерной особенностью этого футляра-чехла
является то, что расстояние от него до стенки смерча по всей высоте
примерно одинаково.
Рассмотрим в первом приближении процессы, возникающие в грозовых
облаках. Обильная влага, попадающая в облако из нижних слоев, выделяет
много тепла, и облако становится неустойчивым. В нем возникают
стремительные восходящие потоки теплого воздуха, которые выносят массы
влаги на высоту 12-15 км, и столь же стремительные холодные нисходящие
потоки, которые обрушиваются вниз под тяжестью образовавшихся масс дождя и
града, сильно охлажденных в верхних слоях тропосферы. Мощность этих потоков
особенно велика из-за того, что одновременно возникают два потока:
восходящий и нисходящий. С одной стороны, они не испытывают сопротивления
окружающей среды, т.к. объем воздуха, идущего вверх, равен объему воздуха,
уходящего вниз. С другой стороны, затраты энергии потоком на подъем воды
вверх полностью восполняется при падении ее вниз. Поэтому потоки имеют
возможность разгонять себя до огромных скоростей (100 м/с и более).
В последние годы была выявлена еще одна возможность подъема больших
масс воды в верхние слои тропосферы. Часто при столкновении воздушных масс
происходит образование вихрей, которые за свои относительно небольшие
размеры получили название мезоциклонов. Мезоциклон захватывает слой воздуха
на высоте от 1-2 км до 8-10 км, имеет диаметр 8-10 км и вращается вокруг
вертикальной оси со скоростью 40-50 м/с. Существование мезоциклонов
установлено достоверно, структура их исследована достаточно подробно.
Обнаружено, что в мезоциклонах на оси возникает мощная тяга, которая
выбрасывает воздух на высоты до 8-10 км и выше. Наблюдателями было
обнаружено, что именно в мезоциклоне иногда зарождается смерч.
Наиболее благоприятная обстановка для зарождения воронки выполняется
при выполнении трех условий. Во-первых, мезоциклон должен быть образован из
холодных сухих масс воздуха. Во-вторых, мезоциклон должен выйти в район,
где в приземном слое толщиной 1-2 км скопилось много влаги при высокой
температуре воздуха 25-35оС. 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.
Для того чтобы иметь представление о последствиях смерчей, кратко дадим
описание московского смерча 1904 г. и ивановского - 1984 г.
Над восточной частью Москвы 29 июня 1904 г. пронесся сильнейший
вихрь. Его путь лежал неподалеку от трех московских обсерваторий:
Университетской - в западной части города, Межевого института - в восточной
и Сельскохозяйственной академии - в северо-западной, поэтому ценный
материал зафиксировали самописцы этих обсерваторий. По карте погоды в 7 ч
утра этого дня на востоке и западе Европы располагались области повышенного
давления (более 765 мм рт.ст.). Между ними, преимущественно на юге
Европейской части России, находился циклон с центром между Новозыбковом
(Брянская обл.) и Киевом (751 мм рт.ст.). В 13 ч он углубился до 747 мм
рт.ст. и сместился к Новозыбкову, а в 21 ч - к Смоленску (давление в центре
упало до 746 мм рт.ст.). Таким образом, циклон двигался с ЮЮВ на ССЗ. Около
17 ч, во время прохождения смерча через Москву, город находился на северо-
восточном фланге циклона. В последующие дни циклон ушел в Финский залив,
где вызвал бури на Балтике. Если остановиться только на этом синоптическом
описании, то причина смерча явственно не проступает.
Картина несколько проясняется, если произвести анализ распределения
температур и воздушных масс. Теплый фронт шел от центра циклона на Калугу,
Заметчино и Пензу, а холодный фронт - от центра циклона на Курск, Харьков,
Днепропетровск и далее к югу. Таким образом, циклон имел хорошо выраженный
теплый сектор с массами теплого влажного воздуха при дневных температурах
28-32оС. Перед теплым фронтом располагался сухой холодный воздух с
температурой 15-16оС. В самой фронтальной зоне температура несколько выше.
Контраст температур весьма большой. Расчет показывает, что теплый фронт
смещался к северу со скоростью 32-35 км/ч. Образование московского смерча
произошло перед теплым фронтом, где при участии тропического воздуха всегда
создается угроза возникновения сильнейших гроз и шквалов.
В тот день была отмечена сильная грозовая деятельность в четырех
районах Московской области: в Серпуховском, Подольском, Московском и
Дмитровском, почти на протяжении 200 км. Грозы с градом и бурей
наблюдались, кроме того, в Калужской, Тульской и Ярославской областях.
Начиная с Серпуховского района, буря превратилась в ураган. Ураган усилился
в Подольском районе, где пострадало 48 селений и имелись жертвы. Самые же
страшные опустошения принес смерч, возникший к юго-востоку от Москвы в
районе деревни Беседы. Ширина грозовой области в южной части Московского
района определена в 15 км; здесь буря двигалась с юга на север, а смерч
возник в восточной (правой) стороне грозовой полосы.
Смерч на своем пути произвел огромные разрушения. Были уничтожены деревни
Рязанцево, Капотня, Чагино; далее ураган налетел на Люблинскую рощу, вырвал
с корнем и сломал до 7 га леса, затем разрушил деревни Грайвороново,
Карачарово и Хохловку, вступил в восточную часть Москвы, уничтожил
Анненгофскую рощу в Лефортово, посаженную еще при царице Анне Иоановне,
сорвал крыши домов в Лефортово, прошел в Сокольники, где повалил вековой
лес, направился в Лосиноостровскую, где уничтожил 120 га крупного леса, и
распался в районе Мытищ. Далее смерча не было, и отмечена только сильная
буря. Длина пути смерча - около 40 км, ширина все время колебалась от 100
до 700 м.
По внешнему виду вихрь представлял собой столб, широкий внизу,
постепенно сужавшийся в виде конуса и вновь расширявшийся в облаках; в
других местах иногда он принимал вид просто черного крутящегося столба.
Многие очевидцы принимали его за поднимающийся черный дым от пожара. В тех
местах, где смерч проходил через Москва-реку, он захватывал столько воды,
что обнажалось русло.
Среди массы поваленных деревьев и общего хаоса местами удалось
обнаружить некоторую последовательность: так, вблизи Люблино лежали три
правильно расположенные ряда берез: северный ветер повалил нижний ряд, над
ним лег второй, сваленный восточным ветром, а верхний ряд упал при южном
ветре. Следовательно, это признак вихревого движения. При прохождении
смерча с юга на север он захватил этот участок правой стороной, судя по
смене ветра, и вращение у него было циклональное, т.е. против часовой
стрелки, если смотреть сверху. Вертикальная составляющая вихря была
необычайно велика. Сорванные крыши зданий летели в воздухе, как клочья
| |  скачать работу |
Метеорологические явления |
