какую угрозу представляют смерчи
Ураган, буря, смерч
Ураган – это атмосферный вихрь больших размеров со скоростью ветра до 120 км/ч, а в приземном слое – до 200 км/ч.
Буря – длительный, очень сильный ветер со скоростью более 20 м/с,наблюдается обычно при прохождении циклона и сопровождается сильным волнением на море и разрушениями на суше.
Смерч – атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и распространяющийся вниз, часто до самой поверхности Земли в виде темного облачного рукава или хобота диаметром в десятки и сотни метров.Существует недолго, перемещаясь вместе с облаком.
Опасность для людей при таких природных явлениях заключается в разрушении дорожных и мостовых покрытий, сооружений, воздушных линий электропередачи и связи, наземных трубопроводов, а также поражении людей обломками разрушенных сооружений, осколками стекол, летящими с большой скоростью. Кроме того, люди могут погибнуть и получить травмы в случае полного разрушения зданий. При снежных и пыльных бурях опасны снежные заносы и скопления пыли («черные бури») на полях, дорогах и населенных пунктах, а также загрязнение воды.
Основными признаками возникновения ураганов, бурь и смерчей являются: усиление скорости ветра и резкое падение атмосферного давления; ливневые дожди и штормовой нагон воды; бурное выпадение снега и грунтовой пыли.
Если Вы проживаете в районе, подверженном воздействию ураганов, бурь и смерчей, ознакомьтесь с:
-сигналами оповещения о приближающемся данном стихийном бедствии;
-способами защиты людей и повышения устойчивости зданий (сооружений) к воздействию ураганного ветра и штормового нагона воды;
-правилами поведения людей при наступлении ураганов, снежных и песчаных бурь, смерчей;
-способами и средствами ликвидации последствий ураганов, смерчей, штормового нагона воды, снежных и песчаных бурь, а также приемами оказания помощи пострадавшим, оказавшимся в завалах разрушенных зданий и сооружений;
-местами укрытия в ближайших подвалах, убежищах или наиболее прочных и устойчивых зданиях членов вашей семьи, родственников и соседей;
-путями выхода и районами размещения при организованной эвакуации из зон повышенной опасности;
-адресами и телефонами управления ГО и ЧС, администрации и комиссии по чрезвычайным ситуациям Вашего населенного пункта.
После получения сигнала о штормовом предупреждении приступайте к:
-укреплению крыши, печных и вентиляционных труб;
-заделыванию окон в чердачных помещениях (ставнями, щитами из досок или фанеры);
-освобождению балконов и территории двора от пожароопасных предметов;
-к сбору запасов продуктов и воды на 2-3 суток на случай эвакуации в безопасный район, а также автономных источников освещения (фонарей, керосиновых ламп, свечей);
-переходите из легких построек в более прочные здания или в защитные сооружения гражданской обороны.
Как вести себя во время урагана, бури или смерча
Если ураган (буря, смерч) застал Вас в здании, отойдите от окон и займите безопасное место у стен внутренних помещений, в коридоре, у встроенных шкафов, в ванных комнатах, туалете, кладовых, в прочных шкафах, под столами. Погасите огонь в печах, отключите электроэнергию, закройте краны на газовых сетях.
В темное время суток используйте фонари, лампы, свечи; включите радиоприемник для получения информации управления ГО и ЧС и комиссии по чрезвычайным ситуациям; по возможности, находитесь в заглубленном укрытии, в убежищах, погребах и т.п. Если ураган, буря или смерч застали Вас на улицах населенного пункта, держитесь как можно дальше от легких построек, зданий, мостов, эстакад, линий электропередачи, мачт, деревьев, рек, озер и промышленных объектов. Для защиты от летящих обломков и осколков стекла используйте листы фанеры, картонные и пластмассовые ящики, доски и другие подручные средства. Старайтесь быстрее укрыться в подвалах, погребах и противорадиационных укрытиях, имеющихся в населенных пунктах. Не заходите в поврежденные здания, так как они могут обрушиться при новых порывах ветра.
При снежной буре укрывайтесь в зданиях. Если Вы оказались в поле или на проселочной дороге, выходите на магистральные дороги, которые периодически расчищаются и где большая вероятность оказания Вам помощи.
При пыльной буре закройте лицо марлевой повязкой, платком, куском ткани, а глаза очками. При поступлении сигнала о приближении смерча необходимо немедленно спуститься в укрытие, подвал дома или погреб, либо укрыться под кроватью и другой прочной мебелью. Если смерч застает Вас на открытой местности, укрывайтесь на дне дорожного кювета, в ямах, рвах, узких оврагах, плотно прижимаясь к земле, закрыв голову одеждой или ветками деревьев. Не оставайтесь в автомобиле, выходите из него и укрывайтесь, как указано выше.
Смерчи и торнадо, сущность, характеристики, разрушительная сила, что делать перед, во время и после прохождения смерча или торнадо.
Если писатели неоднократно рассказывали об ураганах в морской и приключенческой литературе, то они почему-то обошли вниманием родственное им явление — смерчи, или торнадо. А ведь они намного зрелищнее и загадочнее. Порождаемые небольшими вихрями (мелкими ураганами), внешне смерчи или торнадо выглядят как огромные вращающиеся воронки, которые вытягиваются из облака. При этом самое страшное происходит в месте их соприкосновения с землей.
Смерчи и торнадо, сущность, характеристики, разрушительная сила, что делать перед, во время и после прохождения смерча или торнадо.
Жестокость и специфика разрушительности данного явления в определенном смысле беспрецедентны. Прежде всего надо заметить, что смерчи в первую очередь представляют собой стену дождя, свернутую в трубу (хобот) с тонкими стенками, но никак не ветер, которая крутится со скоростью до 500 км/ч.
В случае нарушения целостности трубы при встрече с какой-либо преградой внутрь хобота проникает воздух. Разность давлений приводит к тому, что вокруг нее образуется вторичный воздушный поток, стремительно вращающийся со скоростью 1200 км/ч и выше вплоть до сверхзвуковых значений.
Для возникновения смертоносной воронки непременно требуется грозовое облако, но не любое. Чаще всего это случается на границе фронтов между теплой и холодной воздушными массами. Человечество пока не умеет предсказывать смерчи или торнадо, поэтому они всегда образуются внезапно.
Сущность смерча или торнадо.
В общем виде время существования смерча достаточно короткое. Он исчезает, когда холодная и теплая воздушные массы перемешиваются. Правда, так же как в случае с ураганами, за этот относительно недолгий срок они успевают натворить бед и могут стать причиной огромных разрушений.
Надо сказать, что далеко не все тайны в этом явлении природы раскрыты. Например, даже на вопрос о сущности воронки ученые ответят по-разному в зависимости от их специализации. Указанное в начале объяснение будет достаточным для метеоролога, который видит в смерче уникальный вид осадков.
Однако другие ученые обратят внимание прежде всего на удивительную структуру вихря с водным внутренним и внешним воздушным слоями, в которых фиксируется парадоксальная разница скоростей и плотностей. Третьи опишут смерчи как огромный гравитационно-тепловой механизм колоссальной мощности. Где потоки формируются и сохраняются за счет фазового перехода воды из жидкого состояния в твердое.
В этой системе теплота выделяется водой, которую захватывают смерчи из любого естественного водоема. Выделение теплоты происходит в верхних слоях тропосферы. Кроме того, любопытно было бы узнать, какие силы придают стенкам смерча столь интенсивное вращение и большой разрушительный потенциал. Откуда он берет столько энергии, а также по какой причине смерчи характеризуются устойчивостью.
Получить ответы на эти вопросы не только сложно с точки зрения познания, но и элементарно опасно. Стихия просто уничтожит измерительную аппаратуру и наблюдателя. Поэтому при приближении смерча становится не до измерений, а то немногое, что все-таки известно о строении воронки, узнали из рассказов очевидцев, над которыми проходил смерч, отрываясь от земли, и которые видели, что в разрезе он похож на пустотелый цилиндр. Внутри него сверкают молнии и слышатся громкий рев и жужжание.
Характеристики смерча или торнадо.
О характеристиках явления известно немного.
Высота видимой части колеблется в пределах от 10 метров до 2 км.
У земли диаметр воронки может быть равен 1 метр или 2 км, а на стыке с облаком — 1—2 км.
Скорость вращения слоев колеблется от 20 до 500 м/с.
Их толщина составляет от 3 метров и более.
Время жизни — от 1 минуты до 5 часов.
Преодолеваемое расстояние — от 10 метров до 500 км.
Площадь разрушений — от 10 м2 до 400 км2.
Наибольший вес поднятых предметов около — 300 тонн.
Наивысшая скорость движения по земле — 150 км/ч.
Как уже говорилось выше, сначала формируется грозовое облако. После чего оттуда появляется хобот, который тянется к земле, где также образуется воронка из пыли или воды, растущая вверх. В нее входит первая воронка и получается монолитный столб, самое узкое место которого примерно посередине. Одно облако может «породить» несколько таких воронок.
Внутри торнадо воздух восходит по спирали, тогда как рядом он опускается, что и приводит к замыканию вихря. А в условиях огромных скоростей появляется центробежная сила и давление в смерче понижается. Таким образом возникает эффект пылесоса и в систему вихря всасывается все попадающееся на пути.
Таковы классические представления о смерче или торнадо как о воздушном вихре. Помимо еще нескольких похожих теорий, отличающихся в нюансах, существуют совсем другие версии. Было установлено, что то место, откуда появляется воронка, неважно, отдельная это туча или грозовой фронт, является зоной электрической активности.
На некоторых фото и видеозаписях смерчи и торнадо отличаются удивительными формами, например Г-образной, что трудно объяснить с позиции теории вихрей. Кроме того, существует фото, запечатлевшее доску, пробитую соломинкой, попавшей в смерч. Чтобы такое произошло, ей требовался бы разгон в несколько скоростей звука, но по принятой теории скорость вихря не может быть больше скорости звука. В противном случае это подобно тому, как если бы свет распространялся со скоростью, превышающей скорость света.
Скорости смерчей и торнадо.
Надо сказать, что скорости в смерче напрямую не измеряли и это первостепенная задача будущих исследований. Впрочем, ничто не противоречит тому, чтобы считать превышение скорости звука в смерче вполне возможным. Имеются многочисленные свидетельства прохождения мелкой гальки сквозь стекла без каких-либо других разрушений материала в районе пробоины. Существует масса подтвержденных случаев того, как деревянные доски пробивали стены из дерева, другие доски, деревья или железные листы.
Электрическая природа смерчей и торнадо.
Кроме того, выключенные лампы накаливания загораются, когда смерч проходит рядом, что свидетельствует о наличии у него сильного переменного магнитного поля. Если фото или видеосъемка сделаны в хороших условиях, то есть отсутствует пыль, грязь, дождевые капли, солнечные блики и засветка, то ясно просматривается идеальный крутящийся тонкий конус с вершиной, упирающейся в землю и равными углами справа и слева от вертикальной срединной линии по его центру.
Также видно, что хобот обладает трубчатой структурой с тонкими стенками, а это очень похоже на канал молнии. В связи с этим родилась теория о том, что смерчи (торнадо) представляют собой одиночный электрический разряд — проявление атмосферного электричества.
Внутри хобота часто замечались шаровые молнии и световые явления. В 1968 году их хорошо описали американские исследователи Б. Вонненгут и Дж. Мейер:
«Огненные шары… Молнии в воронке… Желтовато-белая, яркая поверхность воронки… Непрерывные сияния… Колонна огня… Светящиеся облака… Зеленоватый блеск… Светящаяся колонна… Блеск в форме кольца… Яркое светящееся облако цвета пламени… Вращающаяся полоса темно-синего цвета… Бледно-голубые туманные полосы… Кирпично-красное сияние… Вращающееся световое колесо… Взрывающиеся огненные шары… Огненный поток… Светящиеся пятна…»
Если смерчи и торнадо действительно имеет электрическую природу, то по воронке из заряженной области в облаке транспортируются электрические заряды. Так как в этом случае у торнадо электромагнитная природа, то он без проблем может превышать скорость звука и разгонять до такой же скорости различные предметы. К тому же этот вихрь при падении в колодец почему-то не может из него выбраться. Вряд ли это представляло бы сложности для атмосферного феномена.
Разрушительная сила смерча и торнадо.
Это стихийное бедствие работает поразительно чисто. Например, лошади с оглоблями пропадают, а телега, в которую они были запряжены, остается вместе с фермером. Подобную резкую границу как раз можно было бы объяснить огромной, сверхзвуковой скоростью вихря. В 1953 году под Ростовом наблюдался смерч, который в одном месте стянул с подушки наволочку, а в другом поднял автомобильную раму массой в 1 тонну.
О пределе возможностей смерча относительно массы и объема поднятых и затянутых в смерчи объектов ничего неизвестно. Например, однажды в Канаде он «выпил» из озера около 500 тыс. т воды, понизив уровень водоема на 60 см. Скорее всего, это далеко не предел.
Форма смерча и торнадо.
Форма смерчей весьма разнообразна. Обычно попадаются плотные вихри в виде согнутой коленки или похожие на воронку. Иногда встречаются смерчи, напоминающие змею. То есть узкие и изогнутые в нескольких местах. В любом случае их нельзя перепутать с каким-нибудь другим явлением.
Максимальные разрушения производят расплывчатые смерчи очень больших размеров, которые похожи на движущиеся по земле тучи. А их ширина может достигать нескольких сот километров. Еще опаснее, если появляется целая группа таких смерчей. Они вполне могут уничтожить город.
Продолжительность жизни смерча и торнадо.
По большей части жизнь смерчей непродолжительна и в ней можно выделить периоды юности, зрелости и старости. Например, в 16.00 на город стала надвигаться грозовая туча, от которой начал отделяться выступ. Через 5 минут хобот вырос и пропал из виду. Его наличие заметно по массе поднятой пыли и сорванным крышам.
Еще 10 минут, и смерч завершил образование, достигнув пика своей силы и поднимая в воздух целые здания. Прошло 10 минут, и наступила тишина. Впрочем, не все смерчи настолько поспешны. Некоторые успевают за несколько часов преодолеть несколько сотен километров.
Невидимые, водяные и огненные смерчи и торнадо.
Порой встречаются такие виды атмосферных вихрей, как:
Невидимые смерчи (обычно на начальной стадии). Они проявляются только при попадании в них земли или песка.
Водяные смерчи (захватывают воду).
Огненные смерчи. Возникают при извержении вулканов, во время пожара или взрыва.
В случае с огненными вихрями они вытягиваются не сверху вниз, а снизу вверх и обычно образуются из слияния нескольких очагов пожара в единый большой костер. Температура воздуха над ним увеличивается, а плотность уменьшается, и он поднимается вверх. В то же время снизу в огонь поступает холодный воздух (идет подсос кислорода), который также нагревается.
В результате возникает центростремительное движение струй пламени, которые закручиваются против часовой стрелки на высоту до 5 км. При этом скорость плазмы сопоставима со скоростями в урагане, а температура составляет около 600 градусов. Сгорает и плавится все, что втягивается в огонь из образовавшегося вокруг него ветра. Это продолжается до тех пор, пока не сгорит все, что в пределах досягаемости огня.
Что делать при угрозе смерча или торнадо.
Перед подобными стихийными бедствиями должно быть объявлено штормовое предупреждение. Как только оно будет получено, рекомендуется предпринять определенные действия, чтобы минимизировать возможные негативные последствия. Прежде всего тщательно закрывают и дополнительно укрепляют двери и окна.
Далее не помешает собрать в одно место (например, в рюкзак):
Флягу с водой.
Продовольствие на пару суток.
Медикаменты.
Фонарик.
Свечи.
Радиоприемник на батарейках.
Необходимые документы и деньги.
Потом перекрывают газ и водопровод, отключают электричество. С балконов или из дворов заносят в помещение те предметы, которые могут быть унесены потоками воздуха. Поскольку далеко не все здания построены с учетом устойчивости к смерчам и ураганам, лучше переждать стихию в более крепких строениях или в специальных убежищах. В частном доме имеет смысл обосноваться в самой прочной и просторной его части, а по возможности в подвале.
В случае штормового предупреждения детей отправляют из детских учреждений домой заранее. Если между сообщением об опасности и смерчем слишком мало времени, то их размещают в подвалах или центральной части зданий.
Что делать во время смерча, торнадо или урагана.
Во время смерча или торнадо особенно нужно остерегаться травм от осколков стекла. При сильных порывах ветра стоять нужно вплотную к стене как можно дальше от окон. В качестве защиты можно использовать крепкую мебель, залезть под кровать, например. Или спрятаться в углу и прикрыть себя открытой дверью. С точки зрения безопасности при смерчах и ураганах наиболее привлекательны подвалы и внутренние помещения первого этажа. Конечно, если отсутствует возможность их затопления.
Если смерч, торнадо или ураган застал на улице, важно не подходить близко к постройкам, высоким столбам, деревьям и другим возвышающимся и не слишком устойчивым объектам, а также электропроводам. Под угрозой смерти запрещается находиться на мостах и прочих подобных искусственных конструкциях. Лучше залезть под мост, железобетонную конструкцию. Или найти какое-нибудь другое надежное укрытие.
Подойдут метро, пешеходные переходы, подвалы, погреба и даже обычная яма или овраг. На крышу забираться нельзя ни в коем случае. Также как и на чердак. Чтобы защититься от летающего мусора, можно использовать подручные средства типа фанеры, досок, металлических щитов и т. д.
При передвижении по равнине на автомобиле в момент подхода смерча, торнадо или урагана следует остановиться, выключить его, но не выходить, как можно лучше запереть двери и окна. Из городского транспорта, напротив, необходимо сразу же выйти и искать подходящее место для укрытия.
В любом случае при попадании в смерчи, торнадо или ураган на открытом или возвышенном месте его нужно быстро покинуть. Направившись к укрытию, которое могло бы погасить силу ветра. Не стоит покидать убежище, как только ветер стихнет, поскольку вскоре он может возобновиться.
Что делать по окончанию смерча, торнадо или урагана.
Если уже ясно, что смерч, торнадо или ураган закончился, перед выходом нужно оглядеться в поисках возможных нависающих предметов, элементов конструкций, оборванных проводов, принюхаться — может быть, произошла утечка газа. Пока это точно не будет выяснено, огонь зажигать нельзя. Поврежденные строения лучше не посещать, так как они могут обвалиться.
Ураган, буря, смерч
Ураган – это ветер разрушительной силы и значительной продолжительности. Ураган возникает внезапно в областях с резким перепадом атмосферного давления. Скорость урагана достигает 30 м/с и более. По своему пагубному воздействию ураган может сравниться с землетрясением. Это объясняется тем, что ураганы н ес у т в себе колоссальн у ю э нергию, ее количество, выделяемое средним по мощности ураганом в течение одного часа, можно сравнить с энергией ядерного взрыва.
Ураган может захватить территорию в диаметре до нескольких сотен километров и способен перемещаться на тысячи километров. При этом ураганный ветер разрушает прочные и сносит легкие строения, опустошает засеянные поля, обрывает провода и валит столбы линий электропередачи и связи, повреждает транспортные магистрали и мосты, ломает и вырывает с корнями деревья, повреждает и топит суда, вызывает аварии на коммунально-энергетических сетях. Бывали случаи, когда ураганный ветер сбрасывал с рельсов поезда и валил фабричные трубы. Часто ураганы сопровождаются ливневыми дождями, которые вызывают наводнения.
Буря – разновидность урагана. Скорость ветра при буре не много меньше скорости урагана (до 25-30 м/с). Убытки и разрушения от бурь существенно меньше, чем от ураганов. Иногда сильную бурю называют штормом.
Смерч – э то сильный маломасштабный атмосферный вихрь диаметром до 1000 м, в котором воздух вращается со скоростью до 100 м/с, обладающий большой разрушительной силой (в США носит название торнадо).
Во внутренней полости смерча давление всегда пониженное, поэтому туда засасываются любые предметы, оказавшиеся на его пути. Средняя скорость движения смерча 50-60 км/ч, при его приближении слышится оглушительный гул.
Сильные смерчи проходят десятки километров и срывают крыши, вырывают с корнями деревья, поднимают на воздух автомобили, разбрасывают телеграфные столбы, разрушают дома. Оповещение об угрозе осуществляется путем подачи сигнала «Внимание всем» сиреной и последующей речевой информацией.
При получении штормового предупреждения необходимо немедленно приступить к проведению предупредительных работ:
• укрепить недостаточно прочные конструкции, закрыть двери, слуховые отверстия и чердачные помещения, окна обшить досками или закрыть щитами, а стекла заклеить полосками бумаги или ткани, или, если есть такая возможность, вынуть;
• для того чтобы уравновесить наружное и внутреннее давление в здании двери и окна с подветренной стороны целесообразно открыть и закрепить их в этом положении;
• с крыш, балконов, лоджий и подоконников необходимо убрать вещи, которые при падении могут нанести травмы людям. Предметы, находящиеся во дворах, необходимо закрепить или занести в помещение;
• целесообразно также позаботиться об аварийных светильниках – электрических фонарях, керосиновых лампах, свечах. Рекомендуется также создать запасы воды, пищи и медикаментов, особенно перевязочных материалов;
• погасить огонь в печах, проверить состояние электровыключателей, газовых и водопроводных кранов;
• занять заранее подготовленные места в зданиях и укрытиях (в случае см е рчей – только в подвальных помещениях и в подземных сооружениях). В помещении нужно выбрать наиболее безопасное место – в средней части дома, в коридорах, на первом этаже. Для защиты от ранений осколками стекла рекомендуется использовать встроенные шкафы, прочную мебель и матрацы.
Самым безопасным местом во время бури, урагана или смерча являются убежища, подвалы и погреба.
• находиться на мостах, а также в непосредственной близости от объектов, использующих в своем производстве ядовитые сильнодействующие и легковоспламеняющиеся вещества;
• укрываться под отдельно стоящими деревьями, столбами, близко подходить к опорам линий электропередач;
• находиться вблизи зданий, с которых порывами ветра сдувает черепицу, шифер и другие предметы;
• если ветер утих, не рекомендуется выходить на улицу сразу (через несколько минут порывы ветра могут возобновиться).
После получения сообщения о стабилизации обстановки выходить из дома следует осторожно, необходимо осмотреться – нет ли нависающих предметов и частей конструкций, оборванных электропроводов т.к. не исключена вероятность того, что они находятся под напряжением.
Без крайней необходимости не заходите в поврежден ные здания, но если такая необходимость возникла, то делать это нужно осторожно, убедившись в отсутствии значительных повреждений лестниц, перекрытий и стен, очагов пожара, разрывов электропроводов, нельзя пользоваться лифтами.
Огонь нельзя зажигать до тех пор, пока не будет уверенности, что обошлось без утечки газа. На улице держитесь подальше от зданий, столбов, высоких заборов и т.д.
Главное в этих условиях – не поддаваться панике, действовать грамотно, уверенно и разумно, не допускать самому и удерживать других от неразумных поступков, оказывать помощь пострадавшим.
Основными видами поражения людей при ураганах, бурях и смерчах являются закрытые травмы различных областей тела, ушибы, переломы, сотрясения головного мозга, ранения, сопровождающиеся кровотечением.
Смерчи в России: реальная угроза?
Александр Чернокульский,
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН
«Троицкий вариант — Наука» № 10(329), 18 мая 2021 года
В самом начале книги «Удивительный волшебник из страны Оз» мощный шумный вихрь уносит Элли вместе с ее домиком и несколько раз поворачивает дом вокруг своей оси. В оригинале у Лаймена Фрэнка Баума используется слово cyclone (а в русском переводе — «ураган»), но закрутка, подъемная сила, характерный шум и внезапность указывают на то, что Элли унес не циклон, а торнадо. Действительно, штат Канзас, как и его соседи, находится в так называемой аллее торнадо — регионе, где ежегодно образуется несколько сотен смерчей. А всего в США в год возникает около 1300 смерчей (в отдельные годы — более 1500) [1]. Но это в русском языке они все «смерчи»; в английском это — tornado, landspout, waterspout, gustnado и их ближайшие братья dustdevil и steam devil.
Какие бывают смерчи?
Все эти вихри представляют собой вращающуюся колонну воздуха (воронку). Наиболее безобидные из них, несмотря на «дьявольское» название, — dustdevil и steam devil — пыльные или паровые вихри (а в арабском языке — «джинны»). Образуются они над очень перегретой поверхностью (когда температура поверхности гораздо выше температуры воздуха) — например, над очень темной пашней весной в солнечный день, над поверхностью пустыни или над озером с горячими источниками. Такие вихри скоротечны (живут секунды и, реже, минуты) и невелики (размер составляет метры). Чаще всего такие «джинны» не приводят к серьезным последствиям, хотя торговые палатки на рынке или солнечные зонтики на пляже разбросать могут. А вот на климат планет пыльные вихри влияние оказывают, поднимая в атмосферу пыль и песок. И если на Земле их вклад не так заметен, то на Марсе он решающий [2].
Пыльные вихри часто называют по ошибке смерчами, но всё же настоящим смерчем является вращающаяся колонна воздуха, которая связывает землю и облако. Есть две разновидности: обычные смерчи и смерчи по типу торнадо.
Смерч и торнадо: в чем различия?
Обычные смерчи чем-то напоминают своих «дьявольских» пыльных собратьев и растут снизу, от поверхности земли. Они появляются под типичными кучево-дождевыми облаками. Прогрев поверхности и конвергенция ветра (то есть стечение его в одну узкую область) приводят к подъему теплого воздуха и росту облаков от кучевых до кучево-дождевых. Капли в облаках укрупняются, и в какой-то момент вертикальный подъем становится слабее силы притяжения: капли устремляются вниз — идет дождь, который гасит конвекцию. Часть капель испаряется, на что тратится тепло, опускающийся воздух становится более холодным — поэтому дождь, как правило, сопровождается понижением температуры. Под облаком на смену конвергенции приходит дивергенция (растекание воздуха), часто выражающаяся в шквалах на так называемых фронтах порывистости — резком усилении ветра при его растекании из-под облака. Скорее всего, такое резкое кратковременное усиление ветра перед ливнем многие испытывали на себе.
А когда же формируются смерчи? Чаще всего — на стадии роста облака: при определенных условиях, когда конвергенция слишком сильна, а ветер слегка меняет направление с высотой, воздух поднимается в достаточно узкой области и приобретает закрутку. Так формируются смерчи по типу landspout над сушей и waterspout над водой. Последние — частые гости на Черноморском побережье России. Иногда смерчи формируются и на стадии разрушения, на фронте порывистости — это так называемые gustnado. Оба типа смерчей достаточно слабые и короткоживущие — время их жизни составляет считаные минуты. Да и диаметр таких смерчей обычно не превышает нескольких десятков метров.
В отличие от обычных смерчей, торнадо растут сверху, из облака. Но не из любого, а из так называемого суперъячейкового. Формируется оно из кучево-дождевого облака при сильном сдвиге ветра — т. е. при изменении силы и направления ветра с высотой. Сдвиг ветра наклоняет растущее облако, в результате зона подъема теплого воздуха и зона осадков разносятся в пространстве и облако само себя не гасит. Если воздух внизу особенно теплый и влажный, такое облако может разрастись до нескольких десятков километров. Сдвиг ветра определяет закрутку как поднимающегося воздуха в зоне конвекции, так и опускающегося — в зоне осадков.
В результате в зоне поднимающегося теплого воздуха формируется мезоциклон: вращающаяся (в Северном полушарии — против часовой стрелки) часть облака диаметром 3–10 км. Особенно мощные мезоциклоны, способные привести к торнадо, «любят» большую влажность и сильный сдвиг ветра в нижней тропосфере, а также низкое атмосферное давление. Вокруг мезоциклона по большему радиусу опускается холодный воздух. Мезоциклон работает как мощный пылесос: конвекция в суперъячейке настолько сильна, что она пытается втянуть обратно и этот опускающийся холодный воздух, если только он не слишком холодный (с температурой на 5–10 градусов ниже окружения), а значит — и тяжелый. А если разница составляет лишь несколько градусов, то образуется сильная конвергенция, которая помогает мезоциклону «прорасти» вниз и сформировать смерч по типу торнадо [3].
В отличие от обычных смерчей, смерчи-торнадо достигают размера в сотни метров, а иногда и больше — до 4 км в США и до 2 км в России. В США самый широкий смерч был зарегистрирован 31 мая 2013 года в районе Эль-Рино. А в России двухкилометровую полосу вываленного леса оставил смерч 26 июня 2008 года в Верхнетоемском районе Архангельской области [4]. Торнадо могут жить больше часа и проходить вместе с материнским облаком путь более 100 км.
Скорость ветра внутри смерча
В обычном смерче скорость ветра редко превышает 50 м/с. Другое дело торнадо, в котором ветер может разгоняться до 100 м/с и даже больше. Правда, реальную скорость ветра внутри сильного торнадо напрямую измерить невозможно. Анемометры — приборы для контактных измерений скорости ветра — имеют предел, да и просто ломаются внутри сильных смерчей.
Методы видеограмметрии позволяют восстановить скорость на внешней стене смерча — для этого нужна съемка с высоким разрешением и хорошо видимые обломки, которые могут служить ориентиром. Доплеровские радары, которые измеряют скорость по смещению частоты возвратного сигнала относительно излученного, позволяют восстановить поле ветра, но не у поверхности Земли, поскольку сигнал излучается под определенным углом. И чем дальше торнадо от радара, тем на большей высоте будет определена скорость ветра.
В последнее время американские ученые активно используют установки по типу doppler on wheels — мощные укрепленные грузовики с радарами на борту. Данный метод соединил подходы ученых и охотников за смерчами (storm chasers): такие мобильные установки позволяют подъехать максимально близко к суперъячейке и торнадо (помогает и густая сеть американских дорог), а специальные сваи удерживают грузовик неподвижным даже при очень сильном ветре. Максимальная измеренная скорость ветра в смерче с помощью радара составила 144 м/с [5].
Мобильный доплеровский радиолокатор Doppler-on-Wheel. Фото с сайта tornadoalleymovie.com
Оценка интенсивности смерча
Очевидно, что такой ветер наносит серьезный ущерб. Именно на степени ущерба, а не на скорости ветра основана шкала интенсивности смерчей, предложенная американским метеорологом Теодором Фудзитой (Theodore Fujita). Выделяется шесть градаций интенсивности смерча — от нулевой до пятой, определяемых по степени разрушений построек и характеру повреждения деревьев [6]. Сейчас используется улучшенная шкала Фудзиты, предлагаются различные варианты международных шкал [7].
Обычно смерчу присваивается максимальная интенсивность, отмеченная на его пути. Наибольшие разрушения отмечаются в области, где суммируется направление движения материнского облака и вращение смерча (в Северном полушарии — в правой части смерчевого трека, если смотреть по ходу движения). Причем внутри большого торнадо иногда формируются отдельные жгутики (suction vortices), в которых ветер еще сильнее, и тогда надо складывать уже три вектора.
Наибольшую угрозу для человека внутри смерча представляют вращающиеся обломки — различные доски, ветки, гравий, куски стен, — а совсем не опасность улететь, как часто представляется. Кстати, именно обломки и поднятая пыль делают торнадо видимым для наблюдателя. Играет роль и падение давления внутри смерча — по отдельным данным наблюдений с помощью специальных, хорошо защищенных от ветра барометров, оно составляет до 40 мм рт. ст. [8].
Смерч-торнадо третьей категории по шкале Фудзиты, прошедший 15 июля 2014 года в Алтайском крае (Петропавловский район, село Зеленый Дол)
Ветер и падение давления «на двоих» дают смерчу хорошую подъемную силу. Именно отсюда берут начало истории про золотые монеты, рыб и лягушек, падающих с неба. Например, проходя через небольшой пруд, смерч может полностью его осушить, поднять в воздух всех его обитателей и высыпать через несколько километров. Но он способен поднимать и предметы тяжелее лягушек. Можно найти как безобидные описания подъемной силы смерча: «с чердака одного из домов смерчем был унесен ящик с салом весом до 8 пудов», так и по-настоящему страшные. Например, смерч, прошедший через Ростов Великий 24 августа 1953 года, сбросил с железнодорожных путей два 16-тонных вагона, груженных кирпичами и известью, и на 10 м перенес железную раму весом в тонну; с крыш было содрано железо и местами скручено в жгуты; серьезно был поврежден Ростовский кремль — почти все купола оказались разрушены [9].
Как укрыться от торнадо? Если вихрь застал вас в чистом поле — посмотрите, куда он движется. Если справа налево (или слева направо) и к вам не приближается — то просто оставайтесь на месте. Крайне редко смерчи резко меняют направление движения, они продолжают смещаться вместе с материнским облаком — кстати, довольно быстро, со скоростью около 40–50 км/ч, так что пешком или на велосипеде его не обогнать. А вот если смерч как будто застыл на месте, при этом шум усиливается — это опасный знак: значит, он идет строго на вас. Учитывая, что наибольшей силой смерч обладает в своей правой части (где суммируются векторы движения облака и самого смерча), т. е. по левую руку для наблюдателя, — в этом случае стоит попробовать убегать направо.
Лучше спрятаться в доме и закрыть все окна, но и это не панацея: летающие обломки и перепад давления могут «вскрыть» загородный жилой дом, как консервную банку. Сначала обломки разбивают окна и нарушают герметичность дома, дальше сильный ветер и разность давления отрывают крышу, затем разрушают внешние стены. До последнего держатся внутренние стены, и именно внутренняя комната, если такая есть, может быть наилучшим убежищем во время прохождения смерча. Но надежнее всего пережидать стихию в специально оборудованном подвале, куда надо спуститься заранее, как только вы получили предупреждение о торнадо.
Прогнозирование смерчей
Первый прогноз торнадо был сделан еще в 1884 году военным метеорологом Джоном Парком Финли (John Park Finley), но его руководство посчитало, что паника, которую посеет это сообщение, опаснее самого явления. Был наложен запрет даже на само слово «торнадо» [10]. С запретом связано несколько анахронизмов, которые можно встретить в современных фильмах и книгах о США 1920–1930-х годов, например в фильме «Погоня за Бонни и Клайдом»: на 13-й минуте действия радиопередача прерывается экстренным сообщением и жена главного героя говорит: «А, это, скорее всего, очередное предупреждение о торнадо». Но никакого предупреждения тогда быть не могло — а торнадо вполне себе были! Запрет продержался почти 70 лет, до марта 1952 года, когда служба погоды выпустила первый прогноз торнадо. Решение было принято после того, как в 1948 году очередной смерч уничтожил 52 крупных военных самолета на военной базе в Оклахоме.
При прогнозе вероятности смерчей и других опасных конвективных явлений на несколько дней вперед часто используется ингредиентный подход [11]. Выделяют основные «ингредиенты» торнадо: а) теплый и влажный воздух внизу; б) неустойчивая стратификация (т. е. профиль температуры с высотой должен не гасить конвекцию, а поддерживать ее); в) затравочный подъем (например, орографический или на холодном фронте). Если сравнить торнадо с огнем в печи, то «а» — это дрова, «б» — тяга в трубе, «в» — спичка и бумага под дровами. Уже эти три ингредиента дадут мощную конвекцию, но для перехода в «долгоиграющий» вариант с мезоциклоном нужен четвертый ингредиент — сдвиг ветра. Все эти четыре составляющие могут быть выражены численно в виде так называемых индексов конвективной неустойчивости.
Наличие всех этих ингредиентов (а именно закритических значений индексов неустойчивости) в прогнозе указывает на высокий риск формирования опасных конвективных явлений в том или ином регионе. И поэтому для такого региона выпускается более детальный гидродинамический прогноз с высоким разрешением на несколько часов вперед, оценивается вероятность возникновения непосредственно торнадо.
Дальше для сверхкраткосрочного прогноза (наукастинга) используются радарные и спутниковые данные, которые позволяют уточнить конкретное место и время прохождения торнадо. В США заблаговременность прогноза такого события с высокой пространственной детализацией сейчас составляет около получаса [10]. Достаточно, чтобы успеть укрыться в подвале.
В России прогнозируются такие опасные конвективные явления, как сильные ливни, град и шквалистый ветер. Но не смерчи: по-прежнему считается, что в нашей стране они исключительно редки. На это указывала как самая первая работа по климатологии смерчей в Европе, выполненная немецким геофизиком Альфредом Вегенером еще в начале XX века, так и более поздние работы С. П. Хромова, А. И. Снитковского, А. А. Васильева. Однако последние работы российских ученых показывают, что смерчи в нашей стране случаются гораздо чаще, чем считалось раньше [4, 12, 13].
Смерчи в России
Смартфоны с камерами, мобильный Интернет и социальные сети подарили исследователям море новой информации о смерчах в густонаселенных районах [4, 13]. А в лесных областях помогли спутниковые данные о ветровалах: смерчевые ветровалы хорошо видны из космоса в виде узких областей, внутри которых деревья лежат против часовой стрелки, в отличие от шкваловых ветровалов, где деревья лежат по направлению ветра [12].
Спутниковый снимок ветровала, оставленного смерчем 7 июня 2009 года на юге республики Коми (Усть-Куломский район). Снимок с карт Bing
Согласно последним данным, в нашей стране формируется 100–300 смерчей в год (не включая водные), из них 10–50 — со скоростью ветра >50 м/с, 1–3 — со скоростью >70 м/с. Если водные смерчи наблюдаются в основном в конце лета и в начале осени, главным образом в первую половину дня, то сухопутные (особенно сильные) — «предпочитают» начало лета (июнь) и время в районе 5–6 вечера [4]. Особенно много смерчей на европейской территории России. В Московской области, например, в среднем за год формируется около 7,5 смерча (1,9 смерча со скоростью ветра >50 м/с) [13]. Часто смерчи проходят и непосредственно через населенные пункты, в том числе областные центры: Москву (1904), Нижний Новгород (1974), Иваново (1984), Владивосток (1997), Благовещенск (2011), Ханты-Мансийск (2012).
Самые сильные смерчи в России отмечались в Москве в 1904 году, в Ивановской и Ярославской областях в 1984 году и в Курганской области в 2017 году. Некоторым даже присваивали имена. Так, смерч, прошедший в 1909 году через деревню Мишкино (сейчас в Курганской области), получил название «Горыныч». Про этот смерч, наряду с сухим описанием ущерба, есть интересный пассаж: «Одного интеллигента носило по воздуху, он спасся от возможной смерти, ухватившись за полуразрушенный дом и бесследно утеряв находившиеся при нем документы».
Смерчи в Московской области. На врезке — границы ветровала от Шереметьевского смерча 9 июня 1984 года, совмещенные с «Яндекс»-картами. Иллюстрация: А. Чернокульский и А. Шихов
Но не всегда людям везет: например, из-за так называемой Ивановской вспышки смерчей 9 июня 1984 года погибли, по разным данным, от 69 до 400 человек. Вообще, смерчи любят формироваться такими «гроздьями»-вспышками (tornado outbreak). В России до трети всех смерчей возникает именно таким образом; больше всего их было зарегистрировано 2 августа 2017 года в Тверской и соседних областях: 52 смерча за один день [13]! Но они были достаточно слабыми, в отличие от Ивановской вспышки, которая стала одной из самых мощных в Европе; если бы она случилась в США, то была бы в числе 25% самых сильных вспышек торнадо в этой стране [14]. В тот день сформировалось от 8 до 13 смерчей, они ударили по Московской, Ярославской и Ивановской областям [14, 15]. Один из смерчей прошел через московский аэропорт Шереметьево, повредив три самолета и оставив к северу от него широкую просеку — она и теперь прослеживается на картах к северо-востоку от Перепечинского кладбища: здесь посреди леса как будто выросли большие поляны, сейчас они заняты различными СНТ («Мечта», «Энциклопедист», «Луч», «Рябинка», «Ветеран», «Нефтехимик» и так далее). В Ярославской области смерч шириной 1,7 км сильно повредил деревни Большое и Малое Сартово, смял рейсовый автобус. А в Ивановской — самый сильный смерч (4-й категории по шкале Фудзиты) пронесся по пригородам Иваново и ушел дальше на север, к Волге, проделав путь в 85 км [14].
Карта смерчей разной интенсивности в России и соседних странах с X века по 2016 год. На врезке: изменение числа смерчей (трехлетнее скользящее) в России с 1900 по 2018 годы, по данным очевидцев и спутниковых наблюдений. Источники: [4] и [13]
Похожие крупные ветровалы — до 80 км в длину и до 2 км в ширину — смерчи оставляют в российских лесах вдали от населенных пунктов и в наши дни [12]. То есть нам пока просто везет, что многие разрушительные смерчи проходили мимо городов. Но вряд ли везение будет вечным. Более того, изменение климата может привести к учащению опасных конвективных событий, в том числе и смерчей. Рост числа самих смерчей, отмеченный учеными в последние годы, не показателен, так как зависит от увеличения объема информации. Более репрезентативна повторяемость дней с закритическими значениями индексов конвективной неустойчивости — она растет по данным наблюдений и будет расти и дальше согласно расчетам с климатическими моделями [16]. А значит, прогнозирование смерчей — очевидная необходимость самого ближайшего будущего.
Литература
1. Carbin G., Guyer J. The 2015 Tornado Season: In Like a Lamb, Out Like a Lion // Weatherwise. 2016. 69. P. 43–49.
2. Lorenz R. D., Balme M. R., Gu Z., Kahanpää H., Klose M., Kurgansky M. V. et al. History and Applications of Dust Devil Studies // Space Sci Rev. 2016. 203. P. 5–37.
3. Markowski P. M., Richardson Y. P. How to make a tornado // Weatherwise. 2013. 66. P. 12–19.
4. Chernokulsky A., Kurgansky M., Igor M., Shikhov A., Azhigov I., Selezneva E. et al. Tornadoes in northern Eurasia: From the middle age to the information era // Monthly Weather Review. 2020. 148. P. 3081–3110.
5. Wurman J., Kosiba K., White T., Robinson P. Supercell tornadoes are much stronger and wider than damage-based ratings indicate // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2021. 118. e2021535118.
6. Fujita T. T. Tornadoes and downbursts in the context of generalized planetary scales // Journal of the Atmospheric Sciences. 1981. 38. P. 1511–1534.
7. Groenemeijer P., Holzer A. M., Hubrig M., Kühne T., Bock L., Soriano J. de D. et al. The International Fujita (IF) Scale. Wessling, 2018.
8. Winn W. P., Hunyady S. J., Aulich G. D. Pressure at the ground in a large tornado // Journal of Geophysical Research. 1999. 104. P. 22067–22082.
9. Попов Б. М. Прохождение смерча по г. Ростову, Ярославской области 24 августа 1953 г. // Метеорология и гидрология. 1954. № 3. P. 27–30.
10. Brooks H. E., Doswell C. A. III, Zhang X., Chernokulsky A., Tochimoto E., Hanstrum B. et al., A Century of Progress in Severe Convective Storm Research and Forecasting // Meteorological Monographs. 2018. 59. P. 18.1–18.41.
11. Doswell C. A. III, Schultz D. M. On the use of indices and parameters in forecasting severe storms // E-Journal of Severe Storms Meteorology. 2006. 1. P. 1–24.
12. Shikhov A. and Chernokulsky A. A satellite-derived climatology of unreported tornadoes in forested regions of northeast Europe // Rem. Sens. Environ. 2018. 204. P. 553–567.
13. Чернокульский А. В., Курганский М. В., Мохов И. И., Шихов А. Н., Ажигов И. О., Селезнева Е. В., Захарченко Д. И., Антонеску Б., Куне Т. Смерчи в российских регионах // Метеорология и гидрология. 2021. № 2. С. 17–34.
14. Chernokulsky A., Shikhov A. 1984 Ivanovo tornado outbreak: Determination of actual tornado tracks with satellite data // Atmospheric Research. 2018. 207. P. 111–121.
15. Васильев А. А., Песков Б. Е., Снитковский А. И. Смерчи, шквалы и град 8–9 июня 1984 г. // Метеорология и гидрология. 1985. № 8. С. 5–15.
16. Чернокульский А. В., Курганский М. В., Мохов И. И. Анализ изменений условий смерчегенеза в Северной Евразии с использованием простого индекса конвективной неустойчивости атмосферы // Доклады Академии наук. 2017. № 477. С. 722–727.