Чим відрізняється вихор від смерчу

Торнадо (Смерч) – руйнівний атмосферний вихор

Смерч (або Торнадо) - це атмосферне явище у вигляді вихору, що виникає в грозових хмарах і часто тягнеться до самої землі. Іншими словами, це атмосферний вихор, що опускається до поверхні землі і змітає практично все на своєму шляху.

Опис смерчу

Маси повітря обертаються на великій швидкості (500-1000 км/год), утворюючи повітряну вирву. Від самих хмар по внутрішній стінці вирви повітря опускається до землі, а по зовнішній стороні смерчу повітря піднімається. Таким чином виникає зона розрідженого повітря і якщо в цю зону потраплять замкнуті об'єкти, що володіють достатнім тиском, то вони, найімовірніше, відразу вибухнуть через відмінність тисків всередині об'єкта і зовні. Такими об'єктами можуть бути навіть закриті будинки.

Розміри та форма смерчів можуть сильно відрізнятися. Деякі торнадо в діаметрі становлять лише кілька десятків метрів, а інші можуть досягати й кількох кілометрів.
Також вони можуть мати різний колір. Деякі темніші, інші світліші, це залежить від освітленості місцевості (якщо Сонце знаходиться за торнадо – він темний, якщо за спиною спостерігача – світлий) та від насиченості вологою повітря. Один із найнебезпечніших типів торнадо - які виникають у сухих місцях. І тут вони можуть бути безбарвними. Їх не можна буде побачити, доки вони не приступлять до руйнування, адже тоді їх видадуть уламки та сміття, що потрапляють у цей вихор.
Ще небезпечніший смерч, що ховається за стіною дощу чи пилу. Тоді його помітити ще складніше, а коли нарешті побачиш, то вже може бути й пізно.

Класифікація смерчів

Бічоподібні. Тонкі, можуть бути звивистими, досить слабкий тип торнадо, як правило.
Розпливчасті. Як правило, діаметр розпливчастих смерчів перевищує півкілометра, іноді навіть їхня ширина перевищує висоту. А розпливчастими вони називаються, бо не є рівними зовні, кудлаті.
Складові. Навколо головної вирви обертаються ще кілька додаткових. Дуже сильні.
Водяні. Складаються із води.
Снігові. Виникають під час снігової хуртовини.
Земляні. В основі торнадо дуже широкий, але вгору сильно звужується. Усередині такого смерчу обертається небагато землі, яка також може бути і зовні, утворюючи зовнішній шар воронки, іноді разом із землею обертаються каміння.
Вогняні.Виникають із хмари, що утворилося внаслідок пожежі чи виверження вулкана. Небезпечні тим, що можуть розносити пожежі на десятки кілометрів.

Причини виникнення торнадо

Всі причини утворення смерчів досі не вивчені, але все ж таки можна виділити найчастішу з них.

Над деякими ділянками Землі знаходиться своєрідний купол холодного та сухого повітря (наприклад, над морями). Коли з цим куполом стикається вологе і тепле повітря, то вони починають взаємодіяти, в результаті чого утворюється вирва, що розростається в найнебезпечніший торнадо.
Він рухатиметься доти, доки його підживлює холодне або тепле вологе повітря. Як тільки підживлення вичерпується, торнадо втрачає чинність. Деякі з них тривають годинами, а інші вщухають уже за кілька хвилин.

Способи захисту від смерчу

Найкраще сховатися під землею, в якомусь підвалі, або в метро, наприклад. Також непоганий варіант укриття в залізобетонній будові (дерев'яний дої, швидше за все, буде зруйнований, а цегляний може і вистояти, залежить від сили торнадо).

Не можна ховатися від торнадо в автомобілях чи автобусах. Швидше за все, торнадо з легкістю підніме їх у повітря.
Також не можна залишатись на відкритих місцях. Але якщо ви раптом опинилися на відкритому просторі і торнадо рухається на вас - біжіть убік від нього (тільки не біжіть назад, все одно торнадо швидше і наздожене, а ось проскочити осторонь нього можна).
Якщо ж втекти не встигаєте - знайдіть заглиблення у землі і ховайтеся туди. Обличчя до землі і руки на голову.

Іноді цей руйнівний смерч є причиною виникнення сильного хвилювання на морі, штормі. І в цьому випадку залишається сподіватися на фортецю судна та вміння команди, адже у відкритому морі від величезних хвиль і сильного вітру не сховаєшся.

Шквальний вітер
Різкі та сильні пориви вітру називають шквалом. Це здатне змітати дерева і обривати лінії електропередач, хоча до таких крайнощів доходить не завжди.

Пильна імла
Через сильний вітер, який піднімає в повітря багато пилу і піску, часто погіршується видимість. Настільки, що за десяток метрів від себе вже нічого не побачиш.

СМЕРЧІ І ТОРНАДО

СМЕРЧІ І ТОРНАДО. Смерч (синоніми - торнадо, тромб, мезо-ураган) - це дуже сильний вихор, що обертається, з розмірами по горизонталі менше 50 км і по вертикалі менше 10 км, що володіє ураганними швидкостями вітру більше 33 м/с. Енергія типового смерчу радіусом 1 км. і середньою швидкістю 70 м/с, за оцінками С.А. США під час випробувань «Трініті» у Нью-Мексико 16 липня 1945 року.Форма смерчів може бути різноманітною - колона, конус, келих, бочка, бичеподобная мотузка, пісочний годинник, роги «диявола» і т.п., але найчастіше смерчі мають форму хоботу, що обертається, труби або лійки, що звисає з материнської хмари (звідси і їх назви: tromb- французькою трубою і tornado – іспанською обертається). Нижче на фотографіях показано три смерчі в США: у формі хобота, колони та стовпа в момент торкання ними поверхні землі, покритої травою (вторинна хмара у вигляді каскаду пилу поблизу поверхні землі не утворюється). Обертання в смерчах відбувається проти годинникової стрілки, як і в циклонах північної півкулі Землі.

У фізиці атмосфери смерчі відносять до мезо-масштабних циклонів і їх треба відрізняти від синоптичних циклонів середніх широт (з розмірами 1500-2000 км) та тропічних циклонів (з розмірами 300-700 км). Мезо-масштабні циклони (від грецького meso – проміжний) відносяться до середини діапазону між турбулентними вихорами з розмірами порядку 1000 м і менше і тропічними циклонами, що утворюються в зоні конвергенції (сходження) пасатів на 5-му градусі північної широти і -го градуса широти У деяких тропічних циклонах вітер досягає ураганної швидкості 33 м/с і більше (до 100 м/c), і тоді вони перетворюються на тайфуни Тихого океану, урагани Атлантики або віллі-вілі Австралії.

Тайфун - китайське слово, воно перекладається як "вітер, який б'є". Ураган – це транслітероване у російську мову англійське слово hurricane. У великих синоптичних циклонах середніх широт вітер досягає штормової швидкості (від 15 до 33 м/с), але іноді й тут може стати ураганним, тобто. перевищити межу 33 м/с.Синоптичні циклони утворюються на зональній атмосферній течії, спрямованій у тропосфері середніх широт північної півкулі із заходу Схід, як дуже великі планетарні хвилі з розміром, порівнянним з радіусом Землі (6378 км – екваторіальний радіус). Планетарні хвилі виникають на Землі, що обертається, і на інших планетах (наприклад, на Юпітері) під дією зміни сили Коріоліса з широтою і (або) неоднорідного рельєфу (орографії) підстилаючої поверхні. Першими важливість планетарних хвиль для прогнозу погоди усвідомили у 1930-х радянські вчені Е.Н.Блінова та І.А.Кібель, а також американський вчений К.Россбі, тому планетарні хвилі іноді називають хвилями Блінової – Россбі.

Смерчі часто утворюються на тропосферних фронтах - межах розділу в нижньому 10-кілометровому шарі атмосфери, які відокремлюють повітряні маси з різними швидкостями вітру, температурою та вологістю повітря. В області холодного фронту (холодне повітря натікає на теплий) атмосфера особливо нестійка і формує в материнській хмарі смерчу і нижче за нього безліч турбулентних вихорів, що швидко обертаються. Сильні холодні фронти утворюються у весняно-літній та осінній період. Вони відокремлюють, наприклад, холодне та сухе повітря з Канади від теплого та вологого повітря з Мексиканської затоки або з Атлантичного (Тихого) океану над територією США. Відомі випадки виникнення невеликих смерчів у ясну погоду за відсутності хмар над перегрітою поверхнею пустелі чи океану. Вони можуть бути абсолютно прозорими і лише нижня частина, запилена піском чи водою, робить їх видимими.

Спостерігаються смерчі і інших планетах Сонячної системи, наприклад на Нептуні і Юпітері.М.Ф.Іванов, Ф.Ф.Кам'янець, А.М.Пухов та В.Є.Фортов вивчали утворення торнадоподібних вихрових структур в атмосфері Юпітера при падінні на нього уламків комети Шумейкера – Леві. На Марсі сильні смерчі виникнути не можуть через розрідженість атмосфери та дуже низький тиск. Навпаки, на Венері ймовірність виникнення потужних торнадо велика, оскільки вона має щільну атмосферу, відкриту в 1761 р. М.В.Ломоносовим. На жаль, на Венері суцільний хмарний шар завтовшки близько 20 км приховує її нижні шари для спостерігачів на Землі. Радянські автоматичні станції (АМС) типу Венера та американські АМС типу Піонер і Марінер виявили на цій планеті у хмарах вітер до 100м/с при щільності повітря, що у 50 разів перевищує щільність повітря на Землі на рівні моря, проте смерчів вони не спостерігали. Втім, час перебування АМС на Венері був коротким і можна очікувати повідомлень про смерчі на Венері в майбутньому. Ймовірно, смерчі на Венері виникають у зоні кордону, що відокремлює темну холодну сторону планети, що дуже повільно обертається від освітленої і нагрітої Сонцем сторони. На користь цього припущення говорить відкриття на Венері та Юпітері грозових блискавок, звичайних супутників смерчів та торнадо на Землі.

Смерчі і торнадо треба відрізняти від шквальних бур, що утворюються на атмосферних фронтах, що характеризуються швидким (протягом 15 хвилин) зростанням швидкості вітру до 33 м/с і потім її зменшенням до 1–2 м/с (також протягом 15 хвилин). Шквальні бурі ламають дерева в лісі, можуть зруйнувати легку будову, а на морі можуть навіть потопити корабель. 19 вересня 1893 року броненосець «Русалка» на Балтійському морі був перекинутий шквалом і відразу ж затонув. Загинуло 178 людей екіпажу.Деякі шквальні бурі, що виникли на холодному фронті, досягають стадії смерчу, але зазвичай вони слабші і не утворюють повітряних вирв.

Тиск повітря в циклонах знижений, але в смерчах падіння тиску може бути дуже сильним до 666 мбар при нормальному атмосферному тиску 1013,25 мбар. Маса повітря в торнадо обертається навколо загального центру («око бурі», де спостерігається затишшя) і середня швидкість вітру може досягати 200 м/c, викликаючи катастрофічні руйнування, часто з людськими жертвами. Усередині торнадо є дрібніші турбулентні вихори, що обертаються зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку (320 м/с). З гіперзвуковими турбулентними вихорами пов'язані найзліші і найжорстокіші витівки смерчів і торнадо, які розривають людей і тварин на частини або здирають з них шкіру та шкіру. Знижений тиск усередині смерчів і торнадо створює ефект насоса, тобто. втягування навколишнього повітря, води, пилу та предметів, людей та тварин усередину тромбу. Цей же ефект призводить до підйому та вибуху будинків, що потрапляють у депресійну вирву.

Класичною країною торнадо США. Наприклад, у 1990 році в США зареєстровано 1100 руйнівних смерчів. Торнадо 24 вересня 2001 року над футбольним стадіоном у Коледж парку у Вашингтоні викликало 3 смерті, поранило кількох людей та викликало численні руйнування на своєму шляху. Понад 22 тисячі людей залишилося без електрики.

У Росії її найбільшу популярність здобули московські смерчі 1904 року, описані у столичних журнальних і газетних публікаціях як свідчення численних очевидців.Вони містять усі основні риси типових смерчів російської рівнини, що спостерігаються та в інших її частинах (Тверська, Курська, Ярославська, Костромська, Тамбовська, Ростовська та інші області).

29 червня 1904 року над центральною європейською частиною Росії проходив звичайний синоптичний циклон. У правому сегменті циклону виникла дуже велика купово-дощова хмара з висотою 11 км. Воно вийшло з Тульської губернії, пройшло Московську та пішло в Ярославську. Ширина хмари була 15–20 км, судячи з ширини смуги дощу та граду. Коли хмара проходила над околицею Москви, на нижній поверхні спостерігали виникнення і зникнення смерчових воронок. Напрямок руху хмари збігався з рухом повітря в синоптичних циклонах (проти годинникової стрілки, тобто в даному випадку з південного сходу на північний захід). На нижній поверхні грозової хмари невеликі світлі хмари швидко і хаотично рухалися в різні боки. Поступово, на безладні, турбулентні рухи повітря накладався впорядкований середній рух у вигляді обертання навколо загального центру і раптом з хмари звисла гостра сіра воронка. яка не досягла поверхні Землі і була втягнута назад у хмару. Через кілька хвилин після цього, поряд виникла інша вирва, яка швидко збільшувалася в розмірах і відвисала до Землі. Назустріч їй піднявся стовп пилу, що ставав усе вищим і вищим. Ще трохи й кінці обох воронок з'єдналися, колона смерчу в напрямку руху хмари, вона розширювалася вгору і ставала дедалі ширшою. У повітря полетіли хати, простір навколо вирви заповнився уламками будівель та зламаними деревами. Західніше за кілька кілометрів йшла інша вирва, що також супроводжувалася руйнуваннями.

Метеорологи початку 20 ст. оцінювали швидкість вітру в Московських смерчах в 25 м/c, але прямих вимірювань швидкості вітру не було, тому ця цифра ненадійна і має бути збільшена в два-три рази, про це свідчить характер пошкоджень, наприклад вигнуті залізні сходи, що носилися повітрям, зірвані дахи будинків, підняті в повітря люди та тварини. Московські смерчі 1904 року супроводжувалися темнотою, страшним шумом, ревом, свистом і блискавками. Дощем та великим градом (400–600 г). За даними вчених фізико-астрономічного інституту із смерчової хмари у Москві випало 162 мм опадів

Особливий інтерес турбулентні вихори всередині смерчу, що обертаються з великою швидкістю, так що поверхня води, наприклад, в Яузі або в Люблінських ставках при проходженні смерчу спочатку скипіла і завирувала як у котлі. Потім смерч всмоктав воду в себе і дно водойми або річки оголилося.

Хоча руйнівна сила московських смерчів була значною і газети рясніли найсильнішими прикметниками, слід зазначити, що з п'ятибальної класифікації японського вченого Т.Фуджита ці смерчі відносяться до категорії середніх (F-2 і F-3). Найбільш сильні смерчі класу F-5 спостерігаються у США. Наприклад, під час торнадо 2 вересня 1935 р. у Флориді швидкість вітру досягала 500 км/год, а тиск повітря впав до 569 мм ртутного стовпа. Це торнадо вбило 400 чоловік і викликало повну руйнацію будівель у смузі завширшки 15–20 км. Флориду не дарма називають краєм смерчів. Тут із травня до середини жовтня смерчі з'являються щодня. Наприклад, у 1964 зареєстровано 395 смерчів. Не всі з них досягають поверхні Землі та викликають руйнування.

Але деякі, такі як торнадо 1935, вражають своєю силою.

Подібні смерчі отримують свої назви, наприклад, торнадо Трьох Штатів 18 березня 1925 року. Воно почалося в штаті Міссурі, пройшло майже прямим шляхом через весь штат Іллінойс і закінчилося в штаті Індіана. Тривалість смерчу 3,5 годин, швидкість руху 100 км/год, смерч пройшов шлях близько 350 км. За винятком початкової стадії, торнадо скрізь не відривалося від поверхні Землі і котилося по ній зі швидкістю кур'єрського поїзда у вигляді чорної, страшної, хмари, що шалено обертається. На площі 164 квадратної милі все було перетворено на хаос. Загальна кількість загиблих – 695 осіб, тяжко поранених – 2027 осіб, збитки на суму близько 40 млн. дол. Такі підсумки торнадо Трьох Штатів.

Смерчі часто виникають групами по два, три, а іноді й більше мезоциклонів. Наприклад, 3 квітня 1974 року виникло більше сотні смерчів, які лютували в 11 штатах США. Постраждало 24 тисячі сімей, а завдані збитки оцінено в 70 млн. дол. У штаті Кентуккі один із смерчів знищив половину міста Бранденбург, відомі й інші випадки знищення смерчами невеликих американських міст. Наприклад, 30 травня 1879 року два смерчі, що прямували один за одним з інтервалом у 20 хвилин, знищили провінційне містечко Ірвінг із 300 жителями на півночі штат Канзас. З Ірвінгським торнадо пов'язане одне з переконливих свідчень величезної сили смерчів: сталевий міст завдовжки 75 м через річку «Велика Блакитна» був піднятий у повітря та закручений як мотузка. Залишки мосту були перетворені на щільний компактний пакунок сталевих перегородок, ферм і канатів, розірваних і вигнутих найфантастичнішим чином. Цей факт підтверджує наявність гіперзвукових вихорів усередині торнадо.Безперечно, швидкість вітру зросла при спуску з високого і стрімкого берега річки. Метеорологам відомий ефект посилення синоптичних циклонів після проходження гірських ланцюгів, наприклад, Уральських або Скандинавських гір. Поряд з Ірвінгськими смерчами, 29 і 30 травня 1879 року виникли два Дельфоські смерчі на захід від Ірвінгу і смерч Лі на південний схід. Загалом у ці два дні, яким передувала дуже суха та спекотна погода у Канзасі, виникло 9 смерчів.

У минулому смерчі США викликали численні жертви, що було пов'язано зі слабкою вивченістю цього явища, зараз кількість жертв від торнадо в США набагато менша – це результат діяльності вчених, метеорологічної служби США та спеціального центру з попередження штормів, що знаходиться в Оклахомі. Отримавши повідомлення про наближення торнадо, розсудливі громадяни США спускаються до підземних сховищ і це рятує їм життя. Втім, зустрічаються і божевільні люди або навіть «мисливці за торнадо», для яких це «хобі» іноді кінчається загибеллю. Смерч у місті Шатурш у Бангладеш 26 квітня 1989 року потрапив у книгу рекордів Гіннеса як найтрагічніший за всю історію людства. Жителі цього міста, отримавши попередження про смерч, що насувається, проігнорували його. В результаті загинуло 1300 людей.

Хоча багато якісних властивостей смерчів до теперішнього часу зрозумілі, точна наукова теорія, що дозволяє шляхом математичних розрахунків прогнозувати їх характеристики, ще повною мірою не створена.Труднощі зумовлені насамперед відсутністю даних вимірювань фізичних величин усередині торнадо (середньої швидкості та напрямки вітру, тиску та щільності повітря, вологості, швидкості та розмірів висхідних та низхідних потоків, температури, розмірів та швидкості обертання турбулентних вихорів, їх орієнтації у просторі, моментів інерції, моментів імпульсу та інших характеристик руху залежно від просторових координат та часу). У розпорядженні вчених є результати фото і кінозйомок, словесні описи очевидців і сліди діяльності торнадо, а також результати радіолокаційних спостережень, але цього недостатньо Торнадо або обходить майданчики з вимірювальними приладами, або руйнує апаратуру з собою. повітря всередині торнадо суттєво турбулентно. турбулентного хаосу - це складна і досі повною мірою ще не вирішена задача фізики. Значне. Тільки до кінця 20 ст. комп'ютери, що дозволяють вирішувати завдання мезо-метеорології, але їх пам'яті і швидкодії часто не вистачає.

Теорія торнадо та ураганів була запропонована Арсеньєвим, А.Ю.Губарем, В.М.Миколаївським.Відповідно до цієї теорії торнадо і смерчі виникають з тихого (швидкість вітру близько 1 м/с) мезо-антициклону (існуючого, наприклад, в нижній або бічній частині грозової хмари) з розміром близько 1 км, який заповнений (за винятком центральної області, де повітря турбулентними вихорами, що швидко обертаються, що утворюються в результаті конвекції або нестійкості атмосферних течій у фронтальних областях. При певних значеннях початкової енергії та моменту імпульсу турбулентних вихорів на периферії материнського антициклону середня швидкість вітру починає зростати та змінює напрямок обертання, формуючи циклон. З часом розміри торнадо, що формується, збільшуються, центральна область («око бурі») заповнюється турбулентними вихорами, а радіус максимальних вітрів зміщується від периферії до центру торнадо. Тиск повітря в центрі торнадо починає падати, формуючи типову депресійну вирву. Максимальна швидкість вітру та мінімальний тиск у оці бурі досягається через 40 хвилин 1,1 сек після початку процесу утворення торнадо. Для розрахованого прикладу радіус максимальних вітрів становить 3 км при загальному розмірі торнадо 6 км, максимальна швидкість вітру дорівнює 137 м/с, а найбільша аномалія тиску (різниця між поточним тиском та нормальним атмосферним тиском) – 250 мбар. В оці торнадо, де середня швидкість вітру завжди дорівнює нулю, турбулентні вихори досягають найбільших розмірів та швидкості обертання. Після досягнення максимальної швидкості вітру торнадо починає загасати, збільшуючи розміри. Тиск зростає, середня швидкість вітру зменшується, а турбулентні вихори вироджуються, тому їх розміри і швидкість обертання зменшуються.Загальний час існування торнадо для розрахованого С.А.Арсеньєвим, А.Ю.Губарем та В.М.Миколаївським прикладу становить близько двох годин.

Джерелом енергії, що живить торнадо є турбулентні вихори, що сильно обертаються, присутні в початковому турбулентному потоці.

Фактично, у запропонованій теорії є дві термодинамічні підсистеми – підсистема А відповідає середньому руху, а підсистема містить турбулентні вихори. У розрахунках не враховувалося надходження нових турбулентних вихорів у торнадо з навколишнього середовища (наприклад, терміків – конвективних бульбашок, що спливають вгору, що утворюються на перегрітій поверхні Землі), тому повна система А + В є замкнутою і сумарна кінетична енергія всієї системи з часом убуває -за процесів молекулярного та турбулентного тертя. Однак, кожна з підсистем є відкритою до іншої і між ними може відбуватися обмін енергією. Аналіз показує, що й значення параметрів порядку (чи, як називають, критичних чисел подоби, яких у теорії п'ять) невеликі, то середнє обурення як початкового антициклону не отримує енергію від турбулентних вихорів і згасає під впливом процесів диссипації (розсіяння енергії). Це рішення відповідає термодинамічної гілки – диссипація прагне знищити будь-яке відхилення стану рівноваги і змушує термодинамическую систему повернутися до стану з максимальною ентропією, тобто. до спокою (настає стан термодинамічної смерті).Однак оскільки теорія – нелінійна, то це рішення не єдине і при досить великих значеннях керуючих параметрів порядку має місце інше рішення – рухи в підсистемі А інтенсифікуються та посилюються за рахунок енергії підсистеми В. Виникає типова дисипативна структура у вигляді торнадо, що має високий ступінь симетрії, але далека стану термодинамічного рівноваги. Подібні структури вивчаються термодинамікою нерівноважних процесів. Наприклад, спіральні хвилі в хімічних реакціях, відкриті та досліджені російськими вченими Б.Н.Білоусовим та А.М.Жаботинським. Інший приклад – виникнення глобальних зональних течій у атмосфері Сонця. Вони отримують енергію від конвективних осередків, які мають набагато менші масштаби. Конвекція на Сонці виникає через нерівномірне нагрівання по вертикалі.

Нижні шариатмосфери зірки нагріваються набагато сильніше, ніж верхні, які охолоджуються через взаємодію Космосу.

Отримані в розрахунках цифри цікаво порівняти з даними спостережень Флоридського торнадо 1935 класу F-5, описаного Ернстом Хемінгуеєм у памфлеті Хто вбив ветеранів війни у Флориді?. Максимальна швидкість вітру цьому торнадо оцінювалася в 500 км/год, тобто. 138,8 м/с. Мінімальний тиск, виміряний метеорологічною станцією у Флориді, впав до 560 мм ртутного стовпа. Враховуючи, що щільність ртуті 13,596 г/см 3 та прискорення вільного падіння 980,665 м/с 2 легко отримати, що це падіння відповідає значенню 980,665 13,596 56,9 = 758,65 мбар. Аномалія тиску 758,65-1013,25 досягла -254,6 мбар. Як видно, відповідність теорії та спостережень хороша. Цю згоду можна поліпшити, трохи варіюючи початкові умови, прийняті при розрахунках.Зв'язок циклонів зі зниженням тиску повітря було відзначено ще 1690 німецьким ученим Г.В.Лейбніцем. З того часу барометр залишається найпростішим і найнадійнішим приладом для прогнозу початку та кінця торнадо та ураганів.

Запропонована теорія дозволяє правдоподібно розраховувати та прогнозувати еволюцію смерчів, проте вона висуває чимало нових проблем. Відповідно до цієї теорії, для виникнення торнадо потрібні турбулентні вихори, що сильно обертаються, лінійна швидкість обертання яких іноді може перевищувати швидкість звуку. Чи існують – чи прямі докази наявності гіперзвукових вихорів, що заповнюють смерч? Прямих вимірів швидкостей вітру в смерчах досі немає і саме їх мають отримати майбутні дослідники. Непрямі оцінки максимальних швидкостей вітру всередині торнадо дають позитивну відповідь це питання. Вони отримані фахівцями з опору матеріалів на підставі вивчення вигину та руйнувань різних предметів, знайдених у сліді смерчів. Наприклад, куряче яйце було пробите сухим бобом так, що шкаралупа яйця навколо пробоїни залишилася неушкодженою, як і при проходженні револьверної кулі. Часто спостерігаються випадки, коли дрібні гальки проходять через скло, не пошкоджуючи їх довкола пробоїни. Документально зафіксовано численні факти пробивання дошками, що летять, дерев'яних стін будинків, інших дощок, дерев або навіть залізних листів. Жодної крихкої руйнації при цьому не спостерігається. Встромляються, як голки в подушку, соломинки або уламки дерев у різні дерев'яні предмети (у тріски, кору, дерева, дошки). На фото показано нижню частину материнської хмари, з якої формується торнадо. Як видно, вона заповнена циліндричними турбулентними вихорами, що обертаються.

Великі турбулентні вихори мають трохи менші розміри, ніж загальний розмір торнадо, але вони можуть дробитися, збільшуючи швидкість обертання за рахунок зменшення своїх розмірів (як фігурист на льоду збільшує швидкість обертання, притискаючи руки до тіла). Величезна відцентрова сила викидає з гіперзвукових турбулентних вихорів повітря і всередині них виникає область дуже низького тиску. Багато в смерчах та блискавок.

Розряди статичної електрики постійно виникають через тертя швидко рухомих частинок повітря одна про одну і що відбувається внаслідок цього електризації повітря.

Турбулентні вихори, так само як і сам смерч, мають дуже велику силу і можуть піднімати важкі предмети. Наприклад, смерч 23 серпня 1953 року у місті Ростові Ярославської області підняв і відкинув убік на 12 м раму від вантажного автомобіля вагою понад тонну. Вже згадувався інцидент зі сталевим мостом довжиною 75 м скрученим у щільний пакунок. Смерчі ламають дерева і телеграфні стовпи як сірники, зривають з фундаментів і потім у клаптики розривають будинки, перекидають поїзди, зрізають ґрунт з поверхневих шарів Землі і можуть повністю висмоктати колодязь, невелику ділянку річки чи океану, ставок чи озеро, тому після смерчів іноді спостерігаються дощі з риб, жаб, медуз, устриць, черепах та інших мешканців водного середовища. 17 липня 1940 р. у селі Мещери Горьківської області під час грози випав дощ зі старовинних срібних монет 16 ст. Очевидно, що їх витягли з скарбу, закопаного неглибоко в землю і розкритого смерчем. Турбулентні вихори та низхідні потоки повітря в центральній області смерчу вдавлюють у землю людей, тварин, різні предмети, рослини.Новосибірський вчений Л.Н.Гутман показав, що в самому центрі смерчу може існувати дуже вузький і сильний струмінь повітря, спрямований вниз, а на периферії смерчу вертикальна складова середньої швидкості вітру спрямована вгору.

З турбулентними вихорами пов'язані й інші фізичні явища, що супроводжують смерчі. Генерація звуку, чутного як шипіння, свист чи гуркіт, звичайна цього явища природи. Свідки зазначають, що в безпосередній близькості від смерчу сила звуку жахлива, але при віддаленні від смерчу вона швидко зменшується. Це означає, що в смерчах турбулентні вихори генерують звук високої частоти, що швидко загасає з відстанню, т.к. коефіцієнт поглинання звукових хвиль у повітрі обернено пропорційний квадрату частоти і зростає при її збільшенні. Цілком можливо, що сильні звукові хвилі смерчі частково виходять за частотний діапазон чутності людського вуха (від 16 гц до 16 кгц), тобто. є ультразвуком чи інфразвуком. Вимірювання звукових хвиль у торнадо відсутні, хоча теорія породження звуку турбулентними вихорами була створена англійським ученим М. Лайтхіллом у 1950-х.

Смерчі також генерують сильні електромагнітні поля та супроводжуються блискавками. Кульові блискавки у смерчах спостерігалися неодноразово. Одна з теорій кульової блискавки була запропонована П.Л.Капіцей в 1950-х в ході експериментів з вивчення електронних властивостей розріджених газів, що знаходяться в сильних електромагнітних полях надвисокого частотного (НВЧ) діапазону. У смерчах спостерігаються не тільки кулі, що світяться, а й хмари, що світяться, плями, смуги, що обертаються, а іноді і кільця. Часом світиться вся нижня межа материнської хмари.Цікаві описи світлових явищ у смерчах, зібрані американськими вченими Б.Вонненгутом і Дж.Мейєром в 1968 «Вогняні кулі… Блискавки у вирві… Жовтувато-біла, яскрава поверхня вирви… Безперервні сяйва… Колона вогню… Світляться хмари… Блиск у формі кільця…Яскрава хмара кольору полум'я, що світиться…Обертова смуга темно-синього кольору…Блідно-блакитні туманні смуги… Цегляно-червоне сяйво…Обертове світлове колесо… Вибухають вогняні кулі…»Вогняний потік…»Світяться плями. Очевидно, що свічення всередині смерчу пов'язані з турбулентними вихорами різної форми і розмірів. Іноді світитись жовтим світлом весь смерч. Світні колони двох смерчів спостерігалися 11 квітня 1965 року в місті Толедо, штат Огайо. Американський вчений Г. Джонс в 1965 виявив імпульсний генератор електромагнітних хвиль, видимий у смерчі у вигляді світлової круглої плями блакитного кольору. Генератор з'являється за 30-90 хвилин до утворення смерчу і може бути прогностичною ознакою.

Російський вчений Качурін Л.Г. досліджував у 70-х роках 20 ст. основні характеристики радіовипромінювання конвективних купо-дощових хмар, що утворюють грози та торнадо. Дослідження проводилися на Кавказі за допомогою літакового радіолокатора у НВЧ діапазоні (0,1–300 мегагерц), сантиметровому, дециметровому та метровому діапазоні радіохвиль. Виявили, що НВЧ радіовипромінювання виникає задовго до утворення грози. Передгрозова, грозова та післягрозова стадії відрізняються спектрами напруженості поля випромінювання, тривалістю та частотою проходження пакетів радіохвиль. У сантиметровому діапазоні радіохвиль радар бачить сигнал, відбитий від хмар і опадів.У метровому діапазоні добре видно сигнали, відбиті від каналів сильних блискавок. У рекордно сильно грозі 2 липня 1976 року в Аланській долині в Грузії спостерігалося до 135 блискавкових розрядів за хвилину. Збільшення масштабів грозових розрядів відбувалося зі зменшенням частоти їх виникнення. У хмарі поступово утворюються зони з меншою частотою розрядів, між якими відбуваються найбільші блискавки. Л.Г.Качурин відкрив явище «безперервного розряду» як суцільної сукупності часто наступних імпульсів (понад 200 за хвилину), амплітуда яких має майже постійний рівень, в 4–5 разів менший, ніж амплітуди сигналів відбитих від блискавкових розрядів. Це можна розглядати як «генератора довгих іскор», які розвиваються в лінійні блискавки великого масштабу. Генератор має довжину 4-6 км і повільно зміщується, перебуваючи в центрі грозової хмари – області максимальної грозової діяльності. В результаті цих досліджень було вироблено методи оперативного визначення стадій розвитку грозових процесів та ступеня їх небезпеки.

Сильні електромагнітні поля в хмарах торнадо-утворюючих можуть служити і для дистанційного відстеження шляху руху смерчів. М.А.Гохберг виявив цілком значні електромагнітні збурення у верхніх шарах атмосфери (іоносфері), пов'язані з утворенням та рухом торнадо. С.А.Арсеньєв досліджував величину магнітного тертя в смерчах і висловив ідею придушення торнадо методом запилення материнської хмари спеціальними феромагнітними тирсою. В результаті величина магнітного тертя може стати дуже великою і швидкість вітру в торнадо має зменшитися. Способи боротьби з торнадо нині перебувають у стадії вивчення.

Що таке смерч, які його причини та в чому небезпека

Смерчі в Росії трапляються не так часто, як, наприклад, у США, проте їх можна спостерігати на Уралі та Чорноморському узбережжі. Дуже небезпечне метеорологічне явище візуально виглядає як вирва з відростком, яка, опускаючись із грозової хмари, досягає поверхні води чи землі. Одним із найтриваліших за часом існування вважається меттунський смерч 1917 року - він вирував 7 годин 20 хвилин, пройшовши за цей час 500 км. РБК Life розповідає, як народжуються смерчі, чим вони небезпечні і що робити, якщо опинишся поруч.

Що таке смерч

Смерч – це вихровий рух повітря. Виглядає як гігантський чорний стовп або лійка діаметром до сотень метрів і здатна затягувати різні предмети. Виникають смерчі, як правило, у потужних грозових хмарах і часто супроводжуються грозою, дощем та градом. Швидкість обертання повітря у вихровому стовпі сягає 50–300 м/с та більше. За час існування він може пройти шлях до 600 км і бути шириною до кількох сотень метрів, а іноді й кілометрів. Смерч зазвичай живе недовго, тому що досить скоро холодна і тепла повітряні маси перемішуються, і таким чином причина, що його підтримує, зникає.

Найчастіше смерчі виникають у низьких (тропічних) широтах, особливо вони поширені у США, де їх називають торнадо. На території Росії смерчі відзначаються у Центральному районі, Поволжі, на Уралі, у Сибіру, Забайкаллі, на Краснодарському узбережжі Чорного моря.

Чим смерч відрізняється від торнадо

Смерч у Сургуті, Росія. 2016 рік

Торнадо і смерч — те саме явище, у США частіше використовують саме першу назву.У Росії інтенсивні малорозмірні вихори під хмарами, що мають вертикальну і часто вигнуту вісь, називають смерчами (від давньоруського "См'рч" - "хмара").

На Заході прижилася назва «Торнадо» (від іспанського дієслова tornat — «крутити», «крутити»). Американці також можуть використовувати термін "твістер" (twister), а європейці - "тромб". По суті це те саме природне явище з однаковим механізмом виникнення.

Чим смерч відрізняється від урагану

Ураган "Ірма" обрушився на південну частину штату Флорида, у Форт-Лодердейлі, США. 2017 рік

Ураган має набагато більшу силу. Це руйнівний вітер значної тривалості, що виникає раптово в областях із різким перепадом атмосферного тиску. Швидкість урагану досягає 30 м/с та більше. За руйнівною силою ураган становить конкуренцію землетрусу, оскільки містить у собі колосальну енергію, порівнянну з енергією ядерного вибуху. Ураган може захопити територію діаметром до кількох сотень кілометрів і здатний переміщатися на тисячі кілометрів.

Чим смерч відрізняється від тайфуну

Тайфун "Марія" наближається до материкової частини Китаю, провінція Чжецзян. 2018 рік

Тайфун (від китайського "великий вітер") - назва
тропічних циклонів штормової та ураганної сили в Південно-Східній Азії та на Далекому Сході. Відрізняється тривалим штормовим вітром (30-50 км/год з поривами до 100 км/год), зливами і, як наслідок, повенями. Всередині тайфуну атмосферний тиск знижується, що змушує повітря всередині природного явища рухатися по колу.

Тайфун виникає над океаном чи морем, а потім найчастіше виходить на сушу.У його центрі формується відносно спокійна область, її називають «очі тайфуну», де небо найчастіше ясне, тоді як навколо вирує ураганний вітер. Тайфуни, як правило, сезонне явище, вони виникають із липня по вересень.

Як утворюється смерч

Смерч найчастіше виникає при вторгненні холодного повітря на теплішу поверхню суші або води і не завжди пов'язаний із грозовим хмарою. Він утворюється біля земної поверхні, поступово піднімаючись нагору у вигляді стовпа. Повітря в смерчі обертається і одночасно піднімається по спіралі, втягуючи із землі пил, воду та різні предмети.

Види смерчів

На вигляд смерчі діляться на:

бичеподібні - тонкі, гладкі, довгі вирви без внутрішньої структури. Можуть бути досить звивистими;
розпливчасті — широкі, схожі на хмару вирви з розпливчастою «головкою». Такі смерчі зазвичай червоного кольору;
складові — формуються із двох і більше окремих тромбів навколо головного центрального смерчу. Подібні явища особливо небезпечні, оскільки здатні завдавати кількох ударів по одній території. Можуть супроводжуватися опадами та градом.

За способом утворення смерчі бувають:

мезоциклонні. Мезоциклон (область повітря, що обертається навколо вертикальної осі повітря діаметром 2–5 км) формується всередині потужної купово-дощової хмари, яку називають суперосередком. Така хмара стає суперосередком через різку зміну швидкості та напрямки вітру з висотою, тобто. зсуву вітру і струминної течії на нижньому рівні атмосфери. Струмене протягом під впливом зсуву вітру починає закручуватися, утворюється горизонтальний вихор.Висхідні потоки, пов'язані з конвективною хмарою, піднімають цю область кругового обертання, нахиляючи вісь їх обертання.
немезоциклонні. Такі смерчі виникають через деякий час після появи материнської хмари: в зоні збіжності повітряних потоків зароджується кілька невеликих вихрів, що мають вертикальну вісь обертання. спільної циркуляції, формування структури вихору.

Чим небезпечний смерч

Дахи будинків, зірвані смерчем у селі Пестрівка Самарської області.

У внутрішній порожнині смерч тиск завжди знижений, тому туди засмоктуються будь-які предмети, що опинилися на його шляху. Сильні смерчі проходять десятки кілометрів і зривають дахи, виривають з корінням дерева, розкидають телеграфні стовпи, руйнують будинки.

Люди можуть постраждати в результаті обвалення будівель, падіння дерев, від осколків стекол, що летять з великою швидкістю (закриті травми, забиті місця, переломи, струс головного мозку, поранення, що супроводжуються кровотечею). ліній електропередач та зв'язку, наземних трубопроводів, перекиданні транспорту.

Цікаво: проходячи над водною поверхнею, смерч всмоктує великі об'єми води, а разом з нею і водних жителів: риб, жаб і т.д. обрушується на сушу. Саме таке походження «рибного дощу», що спостерігається у різних країнах.