Бури

Подписаться на эту рубрику по RSS

18
янв 10

Бури и другие атмосферные возмущения

Циклоническое движение воздуха может постепенно усилиться и в конце концов привести к возникновению разных бурь, которые возможны в любое время года. Такие бури всем хорошо известны, и мы знаем, что масштаб этих явлений гораздо меньше масштаба рассмотренной выше общей циркуляции атмосферы.

Различные виды бурь носят местные наименования, часто весьма поэтичные. Но, несмотря на различие названий, все бури имеют одинаковое происхождение, образуются при почти одинаковых процессах в атмосфере, т. е. в результате неустойчивого состояния воздушной массы. В частности, под воздействием такой неустойчивости возникают грозы, торнадо и ураганы. Тропические ураганы представляют собой быстро вращающиеся массы воздуха с определенным распределением ветра, что является следствием неустойчивости воздуха, получившего большое количество энергии при взаимодействии с подстилающей поверхностью. Поступая в атмосферу, эта энергия вызывает движения воздуха.

Когда взаимодействуют между собой воздушные массы разной плотности, температуры и различного влагосодержания, то возникает глубокий центр пониженного давления, вокруг которого начинается интенсивное вращение воздуха. Таким образом, буря может стать конечным результатом развития описанного выше волнового циклона, теория которого разработана В. Бьеркнесом.

17
янв 10

Грозы

Грозы представляют собой местные атмосферные возмущения, возникающие при быстрых и сильных конвективных движениях воздуха во время формирования кучево-дождевых облаков. При грозах выпадают различные виды осадков — град, дождь, ледяные частицы, — наблюдаются молния и гром, сопровождающиеся сильным ветром.

17
янв 10

Возникновение грозы

Грозовая деятельность может возникать при быстром нагревании влажного приземного воздуха. Особенно быстро воздух нагревается летом над сушей. Поскольку плотность нагревающегося воздуха уменьшается, возникает конвекция, и поднимающийся воздух охлаждается. Так как окружающий воздух на высотах тоже холоднее, чем земная поверхность, то интенсивность циркуляционных ячеек постепенно возрастает. Все эти процессы порождаются различными местными факторами. Вертикальное смещение отдельных порций воздуха возникает, во-первых, при общем восходящем движении той или иной воздушной массы, во-вторых, в результате влияния чисто местной тепловой конвекции воздуха, находящегося вблизи земной поверхности, в-третьих, в результате особенностей рельефа данной местности. Наконец, причиной грозовой деятельности может стать адвекция теплого воздуха в нижних слоях атмосферы. В настоящее время, хотя причины образования всех видов грозы и неизвестны точно, все же сами грозы уже настолько изучены, что можно указать основные явления, происходящие при грозе, а также их последствия. Грозы весьма обычны в неустойчивом воздухе, находящемся около фронтального раздела двух соседних воздушных масс. Взаимодействие воздушных масс на холодном фронте — наиболее типичная причина возникновения грозы.

Грозы, как правило, двигаются с запада или с юго-запада и занимают не очень большую территорию, диаметром от 0,5 до 10 км. Средний диаметр площади грозы около 1 км, хотя часто грозы выстраиваются в одну линию, называемую линией шквалов. Это ряд областей сильного ветра и бурь, располагающихся вдоль линии, где самая интенсивная конвекция.

Настоящая гроза всегда сопровождается сильным дождем. Когда гроза достигает зрелой стадии; в занятой ею области происходят сильные и быстрые восходящие и нисходящие движения воздуха. При восходящих движениях образуются полосы сильного дождя, а ветер быстро меняется от слабого до очень сильного. Скорость вертикальных движений воздуха при этом тоже может достигать силы урагана: отмечалась скорость 112 км/ч.

Штормовой ветер и сильная турбулентность, сопровождающие грозу, развиваются за счет энергии термической неустойчивости воздушной массы. Сильные конвективные токи еще более усиливаются радиационным выхолаживанием верхних частей облаков. Поглощаемое же облаками земное излучение может вызвать некоторое нагревание их оснований. Такое нагревание может происходить также под действием соответствующего атмосферного фронта.

Возникновению или усилению бури могут также способствовать и некоторые механические процессы. Если холодная воздушная масса распространяется вдоль земной поверхности,  она вытесняет  теплый  воздух вверх. В горных районах бури возникают при орографических восходящих движениях воздуха.

Когда начинается буря, и водяной пар, содержащийся в воздухе, конденсируется, выделяется скрытая теплота испарения. Огромное количество выделяющегося тепла поддерживает конвекцию притоком энергии и также помогает дальнейшему усилению бури. Теплый и влажный воздух быстро поднимается выше уровня конденсации, в результате чего образуются кучевые формы облаков.

17
янв 10

Стадии грозы

Гроза проходит несколько стадий развития. Она начинается, быстро увеличивается ее интенсивность, затем она так же быстро прекращается. Каждая стадия сопровождается своими особыми явлениями. Первая стадия, называемая стадией кучевого облака, характеризуется единичным восходящим потоком воздуха, начинающимся от земной поверхности. На этой стадии облако развивается по вертикали, т. е. высота его увеличивается. Восходящий поток, обусловливающий эту стадию, в то же время способствует развитию приземной области пониженного давления со слабым ветром или полным безветрием. К концу первой стадии у земной поверхности развивается система ветров, сходящихся к центру области пониженного давления. Перемещаясь внизу с периферии этой области в ее центральную часть, воздух поднимается и на высотах снова растекается от центра к периферии. Дождь на этой стадии не выпадает, но на высотах уже начинается конденсация пара, сопровождающаяся выделением скрытой теплоты.

Вторая стадия развития грозы, называемая зрелой стадией, характеризуется началом выпадения осадков на земную поверхность. На высотах появляются ледяные кристаллики, особенно в обширных грозовых очагах. Вершина грозового облака может подняться до высоты 22,5 км. В некоторых случаях сильные вихри, развивающиеся во время этой стадии, могут превратиться в торнадо. В это время очаг грозы пронизывают сильные восходящие и нисходящие движения воздуха. Восходящие потоки формируются из приземного воздуха, тогда как более холодные нисходящие потоки возникают под действием выпадающих осадков. На земную поверхность выпадает дождь, нисходящие потоки развиты сильно, и соседние порции более холодного воздуха начинают перемещаться по земной поверхности в сторону развивающегося грозового облака. Постепенно кучево-дождевые облака приобретают вид высоких башен, нередко наблюдаются молния и гром. Зрелая стадия грозы характеризуется также появлением нескольких развитых ячеек или даже очагов восходящего и нисходящего движения воздуха. Совместное их действие может ощущаться в атмосфере на расстоянии многих километров. На этой стадии гроза является наиболее интенсивной.

В последней стадии грозы, называемой стадией разрушения, во всей области грозы развиваются нисходящие движения воздуха. Они и приводят к окончательному прекращению грозовой деятельности. Затухание восходящих движений, раньше подводивших к грозе новые запасы энергии, теперь изолирует прозу от источников тепла и влаги. Осадки тоже вскоре ослабевают и наконец совсем прекращаются. Поскольку новый пар в грозовое облако более не поступает, облако начинает таять. Ветры из сходящихся превращаются в расходящиеся. Гроза заканчивается.

16
янв 10

Распространенность гроз

Грозы чаще всего наблюдаются в районах с тропическим климатом. Значительные количества тепла и влаги, имеющиеся в этих районах, служат питательной средой для гроз и обеспечивают значительную их повторяемость. В США грозы, как правило, бывают в период с июня по сентябрь. Обычно грозы наблюдаются на берегу Мексиканского залива и в южных районах Скалистых гор. Особенно велика их повторяемость в дневные и вечерние часы. Однако, вообще говоря, они образуются на всей территории США в любое время суток и года.

16
янв 10

Торнадо

Торнадо тесно связаны с грозами: они тоже образуются, когда развиваются мощные кучево-дождевые облака, охватывают небольшую территорию и имеют местный характер возникновения. Диаметр торнадо меньше, чем диаметр других видов бурь, но их относительная разрушительная сила очень велика.

Образование торнадо

Развитие торнадо

15
янв 10

Ход развития торнадо

В торнадо, как и во всех других циклонических системах, возникающих в северном полушарии, воздух вращается против часовой стрелки, а в южном — по часовой стрелке. Жители американского Среднего Запада называют торнадо волчком. Однако такое название даже приблизительно не отражает те страшные разрушения, которые могут производить торнадо, и тот ужас, который они вызывают у очевидцев.

Торнадо — сравнительно небольшие образования в атмосфере. В среднем диаметр торнадо составляет менее 400 м. Средний путь торнадо равен около 25 км. Однако нередко эти средние значения оказывались превзойденными. Так, 26 мая 1-917 г. торнадо прошел над штатами Иллинойс и Индиана 469 км, произведя на этом пути сильные разрушения. Этот волчок просуществовал 7 часов 20 минут. Скорость ветра в нем была выше, чем средняя скорость большинства других торнадо, хотя последние и не были столь продолжительными.

Несмотря на то что размеры торнадо невелики, энергия огромна. В 1931 г. в штате Миннесота торнадо поднял в воздух железнодорожный вагон со 117 пассажирами, перенес его на 24 метра и без повреждений опустил в кювет. Все пассажиры остались живы.

15
янв 10

Образование торнадо

Торнадо возникает, когда взаимодействуют два слоя воздуха, сильно различающиеся по температуре, влагосодержанию, плотности и характеру ветра, в результате чего сильно нарушается равновесие этих слоев. Холодный воздух при этом начинает интенсивно вытеснять более теплый воздух, который поднимается, двигаясь при этом по сложной криволинейной траектории. Возникает восходящий вихрь и зарождается торнадо. Радиус всего этого атмосферного возмущения невелик и поэтому торнадо охватывает небольшую территорию. Если радиус торнадо уменьшается, скорость вращения воздуха в нем увеличивается, тогда сила торнадо значительно возрастает. Торнадо пополняется воздухом, который, двигаясь по его периферии, вовлекается в восходящее движение, достигающее вершины вихря.

Как и другие циклонические бури, торнадо характеризуется небольшим глазом, в котором атмосферное Давление сильно понижено. Возникает резкий перепад давления между периферией торнадо и центральной его частью. Над глазом торнадо и его окрестностями развивается кучево-дождевое облако, занимающее центральную воронкообразную часть циклонического вихря.

Торнадо не обязательно двигается по земной поверхности: оно может быстро приподниматься над ней и снова опускаться, т. е. без видимой причины „перескакивать" через некоторые районы. Оно может описывать криволинейные траектории. Движением торнадо управляют восходящие движения и конвективные токи, подводящие энергию к нему. Скорость ветра в торнадо порой превышает 400 км/ч. Эти-то огромные скорости ветра, а также сильные перепады давления и разрушают наземные объекты. Сила, с которой ветер в торнадо действует на препятствия, достигает нескольких десятков килограммов на каждый квадратный метр. Давление же в глазу торнадо может быть весьма низким; так, когда торнадо проходит над населенным пунктом, давление изнутри зданий может выдавить их стены наружу. Сильнейшие восходящие потоки легко поднимают в воздух различные предметы и переносят их на расстояние нескольких сотен метров. Хотя и не всегда, но нередко перед торнадо или же за ним выпадают сильные осадки. Бывает, что торнадо приближается и уходит без всяких предупредительных признаков.

В связи с ограниченными размерами и огромной скоростью движения горнадо в каждом отдельном пункте в среднем продолжается не более одной минуты. Однако скорость торнадо и продолжительность его действия могут колебаться в очень широких пределах. Торнадо может пройти путь длиной от нескольких сотен метров до сотен километров.

15
янв 10

Прохождение тропического циклона

Тропический циклон представляет собой систему очень сильных ветров, дующих вокруг безветренного центра, называемого глазом. Сверху тропический циклон имеет вид плоской спирали, хотя соответствующая система ветров и прослеживается до высоты нескольких километров. Физические свойства тропического циклона — одинаковые температуры, давление, скорость ветра, характеристики облачности и т. д.— концентрически распределены вокруг его глаза. При приближении к глазу скорость ветра в некоторых случаях достигает 320 км/ч. Первоначально тропический циклон перемещается вместе с пассатом субтропического пояса, а затем продолжает двигаться на запад или северо-запад. Под действием силы Кориолиса он в конце концов поворачивает на север или северо-восток.

В тропическом циклоне ветер вокруг глаза вращается в северном полушарии против часовой стрелки, а в южном — по часовой стрелке.

Чудовищная, сила тропического циклона является результатом исключительно больших градиентов давления в этом атмосферном возмущении. Среднее атмосферное давление в Северной Америке составляет около 765 мм, в тропических широтах оно редко опускается ниже 760 мм, но в глазу бури бывает менее 730 мм. Рекордно низкое давление в глазу составляло 700 мм. При приближении тропического циклона давление уменьшается очень быстро и его изменение может достигать 25 мм/ч.

Сильные ветры располагаются вокруг центра тропического циклона спиралевидно, так что эта буря в какой-то степени подобна некоторой пустотелой шпульке. Периферия циркуляционной области характеризуется сильным ветром и облаками особой формы. В центре тропического циклона стоит тихая и ясная погода. В верхней части циркуляционной области воздух „отсасывается" от центра и выбрасывается на периферию.

Размеры тропического циклона могут колебаться в широких пределах. Диаметр его составляет от 480 до 960 км, а диаметр глаза около 24—40 км. Энергия одного тропического циклона примерно равна энергии, освобождающейся при одновременном взрыве четырехсот 20-мега-тонных бомб. Это количество равно также всей электроэнергии, используемой в США в течение шести лет.

Приближение тропического циклона можно заметить по тому, что давление быстро падает, а скорость ветра резко возрастает. На небосводе последовательно появляются типичные формы облаков: от перистых до кучево-дождевых, причем все более плотные, увеличивается их вертикальная протяженность. При приближении тропического циклона начинается сильный ливень, который уже и сам по себе способен вызвать значительные разрушения. Может также наблюдаться сильная гроза. Ливень и гроза — первые опасные проявления приближающегося тропического урагана, приносящие большой ущерб. Когда в район, сильно увлажненный ливнем и пострадавший от ветра, приходит наконец глаз бури, устанавливается тихая погода.  Внезапное  полное   затишье после ураганного ветра производит очень сильное впечатление и успокаивает. Глаз бури удерживается здесь недолго: он предвещает лишь развитие событий.

Но пройдет глаз бури, и ураган разыгрывается с новой силой — теперь это тыловая часть спиральной системы ветра. Ветер быстро меняет направление на противоположное и снова достигает силы урагана. Атмосферное давление внезапно, начинает повышаться. Прохождение тропического циклона через данный район может продолжаться от 24 до 48 часов и больше.

14
янв 10

Тропические циклоны

Исключительно сильная циклоническая деятельность, сопровождающаяся ураганным ветром, развивается в тропических широтах вокруг областей с крайне низким атмосферным давлением. Воздух в таких областях движется по сильно изогнутым траекториям. Названия таких областей в разных местностях очень различны. В районах, прилегающих к Тихому океану, тропические циклоны называют тайфунами, в районах Индийского океана — просто циклонами, а в Вест-Индии — ураганами. Последнее название связано с именем бога бурь у древнего народа майя, но корни его относятся к еще более древним именам, которыми индейцы бассейна Карибского моря называли злых духов. Из-за своей огромной силы тропические циклоны у доисторических индейцев считались страшным бедствием. Во время прохождения тропического циклона ветер может достигать большой силы, затем внезапно и ненадолго наступает полное безветрие, после чего ветер начинает дуть снова, но уже имеет противоположное направление. При этом он опять может причинять большой ущерб. Такое „странное" поведение ветра легко могло вызвать у наших древних предков веру в то, что тропический циклон является результатом действия каких-то сверхъестественных сил, обративших свой гнев на несчастных людей.