Из за чего образуется смерч. Смерч - торнадо

СМЕРЧ и ТОРНАДО

Смерч - это очень сильный, вращающийся вихрь с размерами по горизонтали менее 50 км и по вертикали менее 10 км, cо скоростью ветра внутри вихря более 120 км/час. Иногда вихрь, образовавшийся на море, называют смерчем, а образовавшиеся на суше — торнадо. Но, по сути, слова "смерч" и "торнадо" - синонимы.

На верхнем фото - смерч (зарождается на воде), на нижнем фото - торнадо (зарождается на суше).

Механизм образования смерчей полностью не изучен до сих пор. Учебники и энциклопедии указывают лишь некоторые общие сведения, наиболее характерные для смерчей.

Энергия среднего смерча радиусом 1 км и средней скоростью 250 км/час равна энергии первой в мире атомной бомбы!

Форма смерчей может быть многообразной: колонна, конус, бокал, бочка, бичеподобная веревка, песочные часы, рога «дьявола»...

Чаще всего смерчи имеют форму вращающегося хобота, трубы или воронки, свисающей из материнского облака (отсюда и название tornado - по-испански - вращающийся).

Вращение в смерчах происходит против часовой стрелки. В центре смерча образуется область сильного разряжения воздуха, так же как в шприце, когда тянешь за поршень. Из-за этого в смерчи всасывается вода, песок и другие различные предметы (камни, доски, крыши домов), которые разлетаются иногда на очень большие расстояния.

Никто не знает почему, но смерчи образуются не везде на Земле, а чаще в одних и тех же местах. Например, в США сухопутные смерчи - торнадо - обычное явление!

В России наибольшую известность получили московские смерчи начала прошлого века. Сейчас в Москве и Московской области смерчей практичеки не бывает, а тогда случались огромные смерчи, которые засасывали даже целые избы! Остались фото, на которых видна изогнутая в спираль железная лестница, разрушенные дома и сорванные крыши. Очевидцы рассказывали о поднятых в воздух людях и животных.
Московские смерчи 1904 года сопровождались темнотой, страшным шумом, ревом, свистом и молниями, дождем и крупным градом - каждая градинка весила по полкилограмма!

Особый интерес представляют вихри внутри смерча, вращающиеся с большой скоростью, так что поверхность воды, например, в реке Яузе и в Люблинских прудах при прохождении смерча сначала вскипела и забурлила как в котле, затем смерч всосал воду внутрь себя и дно водоема и реки обнажилось!

Хотя разрушительная сила московских смерчей была значительной, нужно отметить, что по пятибалльной классификации японского ученого Т. Фуджита эти смерчи относятся к категории средних (F-2 и F-3).

Наиболее сильные смерчи класса F-5 наблюдаются в США. Например, во время торнадо 2 сентября 1935 во Флориде скорость ветра достигала 500 км/час! Это торнадо убило 400 человек и вызвало полное разрушение построек в полосе шириной 15-20 км.

Смерч (синонимы — торнадо, тромб, мезо-ураган) — сильный вихрь, образующийся в жаркую погоду под хорошо развитым кучево-дождевым облаком и распространяющийся к поверхности земли или водоема в виде гигантского темного вращающегося столба или воронки.

Вихрь имеет вертикальную (или слегка наклоненную к горизонту) ось вращения, высота вихря составляет сотни метров (в ряде случаев 1-2 км), диаметр 10-30 м, время существования — от нескольких минут до часа и более.

Смерч проходит узкой полосой, так что непосредственно на метеостанции значительного усиления ветра может и не быть, но фактически внутри смерча скорость ветра достигает 20-30 м/с и более. Смерч чаще всего сопровождается ливневым дождем и грозой , иногда градом.

В центре смерча отмечается очень низкое давление, вследствие чего он засасывает в себя все, что встречается на пути, и может поднять воду, почву, отдельные предметы, постройки, перенося их иногда на значительные расстояния .

Возможности и способы прогнозировани

Смерч — явление, которое трудно спрогнозировать. Система мониторинга смерчей базируется на системе визуальных наблюдений сетью станций и постов, что практически позволяет определить только азимут перемещения смерча .

Техническими средствами, позволяющими иногда обнаружить смерчи, являются метеорологические радиолокаторы. Однако обычный радиолокатор не в состоянии установить наличие смерча, поскольку размеры смерча слишком малы. Случаи обнаружения смерчей обычными радиолокаторами отмечались лишь на очень близком расстоянии. Большую помощь радиолокатор может оказать при слежении за смерчем.

Когда на экране радиолокатора можно выделить радиоэхо облака, связанное со смерчем, оказывается возможным за один — два часа предупредить о приближении смерча .

В оперативной работе ряда метеорологических служб используются доплеровские радиолокаторы .

Защита населения при ураганах, бурях, смерчах

По скорости распространения опасности ураганы, бури и смерчи, могут быть отнесены к чрезвычайным событиям с умеренной скоростью распространения, что позволяет осуществлять широкий комплекс предупредительных мероприятий как в период, предшествующий непосредственной угрозе возникновения, так и после их возникновения — до момента прямого воздействия.

Эти мероприятия по времени подразделяются на две группы: заблаговременные (предупредительные) мероприятия и работы; оперативные защитные мероприятия, проводимые после объявления неблагоприятного прогноза, непосредственно перед данным ураганом (бурей, смерчем).

Заблаговременные (предупредительные) мероприятия и работы осуществляются с целью предотвращения значительного ущерба задолго до начала воздействия урагана, бури и смерча и могут охватывать продолжительный отрезок времени.

К заблаговременным мероприятиям относятся: ограничение в землепользовании в районах частого прохождения ураганов, бурь и смерчей; ограничение в размещении объектов с опасными производствами; демонтаж некоторых устаревших или непрочных зданий и сооружений; укрепление производственных, жилых и иных зданий, и сооружений; проведение инженерно-технических мероприятий по снижению риска опасных производств в условиях сильного ветра, в т.ч. повышение физической стойкости хранилищ и оборудования с легковоспламеняющимися и другими опасными веществами; создание материально-технических резервов; подготовка населения и персонала спасательных служб.

К защитным мероприятиям, проводимым после получения штормового предупреждения, относят: прогнозирование пути прохождения и времени подхода к различным районам урагана (бури, смерча), а также его последствий; оперативное увеличение размеров материально-технического резерва, необходимого для ликвидации последствий урагана (бури, смерча); частичную эвакуацию населения; подготовку убежищ, подвалов и других заглубленных помещений для защиты населения; перемещение в прочные или заглубленные помещения уникального и особо ценного имущества; подготовку к восстановительным работам и мерам по жизнеобеспечению населения.

В России смерчи не часты. Наиболее известны московские смерчи 1904 года. Тогда 29 июня из грозового облака над окраиной Москвы спустилось несколько воронок, разрушивших большое количество зданий — как городских, так и деревенских. Смерчи сопровождались грозовыми явлениями — темнотой, громом и молниями.

Материал подготовлен на основе информации из открытых источников

Энциклопедичный YouTube

1 / 1

✪ Самые СИЛЬНЫЕ торнадо в истории человечества

Субтитры

Всем привет! Вы на канале “Удивительные факты”. Смерчи, или, как их называют на Американском континенте, торнадо - одно из самых загадочных и разрушительных явлений природы. Это атмосферный вихрь, возникающий в дождевом или грозовом облаке. Он выглядит как облачная воронка, распространяется с невероятной скоростью и способен причинить немалые разрушения. Сегодня мы поговорим о самых невероятных торнадо в истории человечества! Так что будет интересно - ставим лайки и смотрим дальше! Самый мощный смерч, имевший просто невероятную скорость ветра и занесенный в Книгу рекордов Гиннеса был зафиксирован в США в городке Уичито-Фолс штата Техас 2 апреля 1958г. Максимальная скорость ветра составила 450 км/ч. Городок, по которому «прошелся» торнадо был полностью разрушен, дома поднимались в воздух, а некоторые предметы были перенесены на огромное расстояние. Смерч унес жизни 7 человек, а 100 были ранены. Ущерб от стихийного бедствия составил 15 млн. долларов. Трагедия произошла в 1969 году, когда город Дакка был частью Восточного Пакистана (ныне Бангладеш). Торнадо обрушилось на северо-восточные окраины города. В результате, погибло около 660 человек, и было ранено в общей сложности 4000. Причем в тот день по территории современного Бангладеш прошлось два торнадо. Второй смерч пронесся по Хомна Упазила – области Комилла. Эти торнадо были частью одной штормовой системы, но после образования - разделились. Во время второго торнадо погибло 223 человека. 20 мая 2013 года разрушительный торнадо пронесся над американским штатом Оклахома. Буря прорезала полосу шириной 3 и длиной в 27 км. Сильнее всего пострадал Мур - пригородный городок с населением около 56 000. Большие участки города практически были сметены с лица земли торнадо, который Национальная метеослужба относит к категории EF-4. Скорость ветра достигала 267 км/час. Торнадо просуществовал целых 40 минут. В результате стихии погибло 24 человека. Более 230 человек получили ранения. За последние десятилетия человечество научилось предугадывать появления торнадо, строить надежные сооружения для защиты и быстро эвакуироваться в случае катастрофы. Но июнь 2015 года продемонстрировал, что, несмотря на все достижения, человек все также беззащитен перед силой природы. Речной круизный корабль был застигнут врасплох ужасным смерчем, и это стоило жизни 442 пассажирам. К счастью, другие корабли были предупреждены о приближающемся торнадо и не пострадали. Третье из самых смертоносных торнадо в истории человечества, которое обрушилось на территорию США – торнадо Трех штатов, которое произошло в 1925 году. Это торнадо имело самую высокую оценку по шкале Фуджита - F5 и породило еще восемь торнадо. Как следует из названия, 18 марта 1925 года этот смерч ударил сразу по трем штатам. Основной удар был нанесен по штату Миссури, затем ураган переместился в Иллинойс и завершил свое смертоносное шествие в штате Индиана. Но в числе пострадавших были также штаты Алабама, Теннесси, Кентукки и Канзас. В результате погибло 695 человек, более 2000 получили ранения, а 50 000 человек остались без крыши над головой. Действие торнадо продолжалось 3,5 часа, и средняя скорость передвижения воронки составляла 100 км/час. В 1996 году смерч собрал свою кровавую жертву в местностях от Мадарганж до Мризапура. Причем никакие приготовления и вычисления ученых не смогли предотвратить смерть 700 человек и разрушение более 80 000 домов. Число раненных во время этого торнадо остается неизвестным, а вот количество погибших делает его вторым из самых смертельных торнадо в истории человечества. Сложно найти страну, которая бы пострадала от последствий торнадо, как Бангладеш. Так (сделать паузу)... Торнадо Даулатпур-Сальтурия считается самым смертоносным торнадо и разрушительным за всю письменную историю человечества. Из-за стихии 26 апреля 1989 года погибло около 1300 человек в течение всего нескольких минут. Гигантская воронка ударила по Маникганж, густо населенному району Бангладеш. До сошествия торнадо в течение шести месяцев страна страдала от засухи – фактора, который, как полагают ученые, способствовал формированию этого смерча. Неудивительно, что торнадо, шириной 1,5 километра, полностью уничтожил все на своем пути. В итоге, около 12 000 человек получили ранения и в общей сложности 80 000 остались без крова. А пока все. Подписывайтесь на канал “Удивительные факты” и до новых встреч!

Описание

Внутри воронки воздух опускается, а снаружи поднимается, быстро вращаясь. Создаётся область сильно разреженного воздуха. Разрежение настолько значительно, что замкнутые наполненные газом предметы, в том числе здания, могут взорваться изнутри из-за разности давлений. Это явление усиливает разрушения от смерча, затрудняет определение параметров в нём. Определение скорости движения воздуха в воронке до сих пор представляет серьёзную проблему. В основном оценки этой величины известны из косвенных наблюдений. В зависимости от интенсивности вихря скорость течения в нём может варьироваться. Считается, что она превышает 18 м/с и может, по некоторым косвенным оценкам, достигать 1300 км/ч. Сам смерч перемещается вместе с порождающим его облаком. Это движение может давать скорости в десятки км/ч, обычно 20-60 км/ч. По косвенным оценкам, энергия обычного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с сравнима с энергией эталонной атомной бомбы , подобной той, которую взорвали в США во время испытаний «Тринити » в Нью-Мексико 16 июля 1945 . Рекордом времени существования смерча можно считать Мэттунский смерч, который 26 мая 1917 года за 7 часов 20 минут прошёл по территории США 500 км, убив 110 человек . Ширина расплывчатой воронки этого смерча составляла 0,4-1 км, внутри неё была видна бичеподобная воронка. Другим знаменитым случаем торнадо является смерч Трех Штатов (Tristate tornado), который 18 марта 1925 года прошёл через штаты Миссури , Иллинойс и Индиана , проделав путь в 350 км за 3,5 часа. Диаметр его расплывчатой воронки колебался от 800 м до 1,6 км.

В месте контакта основания смерчевой воронки с поверхностью земли или воды может возникать каскад - облако или столб пыли, обломков и поднятых с земли предметов или водяных брызг. При формировании смерча наблюдатель видит, как навстречу опускающейся с неба воронке с земли поднимается каскад, который затем охватывает нижнюю часть воронки. Термин происходит от того, что обломки, поднявшись до некоторой незначительной высоты, не могут уже удерживаться потоком воздуха и падают на землю. Воронку, не соприкасаясь с землёй, может окутывать футляр . Сливаясь, каскад, футляр и материнское облако создают иллюзию более широкой, чем есть на самом деле, смерчевой воронки.

Иногда вихрь, образовавшийся на море, называют смерчем, а на суше - торнадо. Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся в Европе , называют тромбами. Но чаще все эти три понятия рассматриваются как синонимы .

Размер и форма

Торнадо может появляться во многих формах и размерах. Большинство смерчей возникает в виде узкой воронки (всего несколько сотен метров в поперечнике), с небольшим облаком мусора вблизи земной поверхности. Торнадо может быть полностью скрыт стеной дождя или пыли. Такие торнадо особенно опасны, так как даже опытные метеорологи не могут их видеть .

Внешний вид

В зависимости от условий, в которых они образуются, смерчи могут иметь широкий диапазон цветов. Те, которые зарождаются в сухой среде могут быть практически невидимы и замечены только по закрученному в основании воронки мусору. Конденсированные воронки, которые практически не поднимают или поднимают малое количество мусора могут быть от серого до белого цвета. В процессе перемещения воды по воронке, окраска смерча может становиться белой или даже насыщенного синего цвета. Медленно движущиеся воронки, которые успевают поглотить значительное количество мусора и грязи, как правило, темнее и принимают цвет накопленного мусора. Торнадо, прошедшее по территории Великих равнин может покраснеть из-за красноватого оттенка почвы, а смерчи возникающие в горных районах могут преодолевать заснеженные территории, становясь белыми .

Условия освещения являются основным фактором, определяющим цвет смерча. Торнадо, который «подсвечен» солнцем, расположенным позади него, воспринимается очень тёмным. В то же время торнадо, подсвеченное солнцем, светящим в спину наблюдателя, может показаться серым, белым или блестящим. Смерчи, возникающие в час заката, имеют множество различных цветов и оттенков жёлтого, оранжевого и розового .

Пыль, поднятая грозовым шквалом, проливной дождь и град, мрак ночи - факторы, которые могут уменьшить видимость торнадо. Смерчи, возникающие в этих условиях, особенно опасны, так как могут быть обнаружены только с помощью метеорологических радиолокаторов наблюдения (либо предупреждением о надвигающейся опасности для тех, кого застигла непогода, может стать звук приближающегося торнадо). Наиболее значительные торнадо образуются восходящими потоками штормового ветра, содержащими дождевую воду, что делает их видимыми. Кроме того, большинство торнадо происходят в конце дня, когда яркое солнце может проникнуть даже сквозь самые толстые облака . В ночное время торнадо освещены частыми вспышками молнии.

Вращение

Причины образования

Причины образования смерчей недостаточно изучены до сих пор. Можно указать лишь некоторые общие сведения, наиболее характерные для типичных смерчей.

Смерч может возникнуть при поступлении тёплого воздуха, насыщенного водяным паром, когда происходит соприкосновение тёплого влажного с холодным сухим «куполом», образовавшимся над холодными участками поверхности земли (моря). В месте соприкосновения происходит конденсация водяного пара, при этом образуются дождевые капли и выделяется тепло, локально нагревающее воздух. Нагретый воздух устремляется вверх, создавая зону разрежения. В эту зону разрежения втягивается близлежащий теплый влажный воздух облака и нижележащий холодный воздух, что приводит к лавинообразному развитию процесса и выделению значительной энергии. В результате этого образуется характерная воронка. Холодный воздух, затягиваемый в зону разрежения, ещё более охлаждается. Опускаясь вниз, воронка достигает поверхности земли, в зону разрежения втягивается всё, что может быть поднято воздушным потоком. Сама зона разрежения перемещается в сторону, откуда поступает больший объём холодного воздуха. Воронка двигается, причудливо изгибаясь, касаясь поверхности земли. Осадки при этом относительно небольшие.

Ураган возникает, если поступающий тёплый влажный воздух приходит в соприкосновение с областью холодного воздуха большого объёма, при этом область соприкосновения имеет значительную протяжённость. В результате процесс смешения воздушных масс и выделения тепла происходит в протяжённом объёме. Фронт урагана проходит по линии соприкосновений с поверхностью земли и перемещается в направлении, поперечном его средней линии. С обеих сторон этой линии происходит втягивание холодного воздуха, двигающегося над поверхностью земли с большой скоростью. При прохождении фронта происходит интенсивное перемешивание холодного воздуха, изначально находившегося над поверхностью земли, и пришедшего теплого воздуха, при этом осадки значительные и интенсивные. После прохождения фронта температура воздуха заметно повышается.

Разрушения возникают вследствие локального выделения значительной энергии, накопленной при образовании водяного пара, а исходным источником энергии является излучение солнца.

С повышением температуры мирового океана объём водяного пара в атмосфере будет увеличиваться. Также будет увеличиваться континентальность климата, как следствие этого будет возрастать количество смерчей и ураганов, а также возрастать их сила.

При исчерпании объёмов холодного или тёплого влажного воздуха, мощность смерча торнадо ослабевает, воронка сужается и отрывается от поверхности земли, постепенно обратно поднимаясь в материнское облако.

Время существования смерча различно и колеблется от нескольких минут до нескольких часов (в исключительных случаях). Скорость продвижения смерчей также различна, в среднем - 40-60 км/ч (в очень редких случаях может достигать 480 км/ч).

Места образования смерчей

Вторым регионом земного шара, где возникают условия для формирования смерчей, является Европа (кроме Пиренейского полуострова), и вся Европейская территория России , за исключением северных областей.

Таким образом, смерчи в основном наблюдаются в умеренном поясе обоих полушарий, приблизительно с 60-й параллели по 45-ю параллель в Европе и 30-ю параллель в США.

Также смерчи фиксируются на востоке Аргентины , ЮАР , западе и востоке Австралии и ряда других регионов, где также могут быть условия столкновения атмосферных фронтов.

Классификация смерчей

Бичеподобные

Это наиболее распространённый тип смерчей. Воронка выглядит гладкой, тонкой, может быть весьма извилистой. Длина воронки значительно превосходит её радиус. Слабые смерчи и опускающиеся на воду смерчевые воронки, как правило, являются бичеподобными смерчами.

Расплывчатые

Выглядят как лохматые, вращающиеся, достигающие земли облака. Иногда диаметр такого смерча даже превосходит его высоту. Все воронки большого диаметра (более 0,5 км) являются расплывчатыми. Обычно это очень мощные вихри, часто составные. Наносят огромный ущерб ввиду больших размеров и очень высокой скорости ветра.

Составные

Могут состоять из двух и более отдельных тромбов вокруг главного центрального смерча. Подобные торнадо могут быть практически любой мощности, однако, чаще всего это очень мощные смерчи. Они наносят значительный ущерб на обширных территориях. Чаще формируются на воде. Эти воронки немного связаны друг с другом, но бывают и исключения.

Огненные

Это обычные смерчи, порождаемые облаком, образованным в результате сильного пожара или извержения вулкана. Именно такие смерчи впервые были искусственно созданы человеком (опыты Дж. Дессена (Dessens, ) в Сахаре , которые продолжались в 1960-1962 гг.). «Впитывают» в себя языки пламени, которые вытягиваются к материнскому облаку, образуя огненный смерч. Может разносить пожар на десятки километров. Бывают бичеподобными. Не могут быть расплывчатыми (огонь не находится под давлением, как у бичеподобных смерчей).

Водяные

Это смерчи, которые образовались над поверхностью океанов, морей, в редком случае озёр. Они «впитывают» в себя волны и воду, образовывая, в некоторых случаях, водовороты, которые вытягиваются к материнскому облаку, образуя водный смерч. Бывают бичеподобными. Также как и огненные, не могут быть расплывчатыми (вода не находится под давлением, как у бичеподобных смерчей).

Земляные

Эти смерчи очень редкие, образовываются во время разрушительных катаклизмов или оползней, иногда землетрясений выше 7 баллов по шкале Рихтера, очень высокие перепады давления, сильно разрежен воздух. Бичеподобный смерч расположен «морковкой» (толстой частью) к земле, внутри плотной воронки, тонкая струйка земли внутри, «вторая оболочка» из земляной жижи (если оползень). В случае с землетрясениями поднимает камни, что очень опасно.

Снежные

Это снежные торнадо во время сильной метели.

Песчаные вихри

От рассмотренных смерчей надо отличать «смерчи» песчаные («пыльные дьяволы»), наблюдаемые в пустынях (Египет , Сахара), а также на Марсе ; в отличие от предыдущих, последние называются иногда тепловыми вихрями. Сходные по внешнему своему виду с настоящими смерчами, песчаные вихри пустынь ни по размерам, ни по происхождению, ни по строению и действиям ничего общего с первыми не имеют. Возникая под влиянием местного накаливания песчаной поверхности солнечными лучами, песчаные вихри представляют собой настоящий циклон (барометрический минимум) в миниатюре. Уменьшение давления воздуха под влиянием нагревания, вызывающее приток воздуха с боков к нагретому месту, под влиянием вращения Земли, а ещё более - неполной симметрии такого восходящего потока, образует вращение, постепенно разрастающееся в воронку и иногда, при благоприятных условиях, принимающий довольно внушительные размеры. Увлекаемые вихревым движением, массы песка поднимаются восходящим движением в центре вихря на воздух, и таким образом создается песчаный столб, представляющий подобие смерча. В Египте наблюдались такие песчаные вихри до 500 и даже до 1000 метров высотой при диаметре до 2-3 метров. При ветре эти вихри могут перемещаться, увлекаемые общим движением воздуха. Продержавшись некоторое время (иногда - до 2 часов), такой вихрь постепенно ослабевает и рассыпается .

Поражающие факторы

Меры предосторожности при смерче

Необходимо укрыться в наиболее прочном железобетонном строении со стальным каркасом, держась возле самой прочной стены, также - наилучший вариант укрытия - подземное убежище или пещера . Оставаться в автомобиле или в вагончике, учитывая большую подъёмную силу смерча, смертельно опасно, также опасно для жизни встретиться со стихией вне помещения .

Если смерч застал человека на открытом пространстве, то нужно перемещаться с максимальной скоростью перпендикулярно видимому движению воронки. Или, при невозможности отступления, укрыться в углублениях на поверхности (овраги, ямы, траншеи, кюветы дорог, рвы, канавы) и плотно прижаться к земле лицом вниз, укрыв голову руками. Это поможет значительно снизить вероятность и тяжесть травм от несомых смерчем предметов и обломков .

В небольшом одно- двух- этажном частном доме можно воспользоваться подвалом (здесь же на подобный экстренный случай разумно заранее поместить запас воды и консервы, также свечи или светодиодные лампы) , если подвала нет, то следует держаться в ванной или в центре маленькой комнаты на нижнем этаже, можно под прочной мебелью , но подальше от окон . Благоразумным будет - одеться в плотную одежду, взяв с собой деньги и документы . Чтобы дом не взорвался от перепада давления, вызванного нагнетанием воздуха вихрем, со стороны приближающегося смерча рекомендуется плотно закрыть все окна и двери, а с противоположной стороны - открыть нараспашку и зафиксировать . Согласно технике безопасности желательно перекрыть газ и отключить электричество .

Интересные факты из хроники смерчей

Первое упоминание о смерче в России относится к 1406 году. Троицкая летопись сообщает, что под Нижним Новгородом «вихорь страшен зело» поднял в воздух упряжку вместе с лошадью и человеком и унёс так далеко, что они стали «невидимы бысть». На следующий день телегу и мёртвую лошадь нашли висящими на дереве по другую сторону Волги, а человек пропал без вести.
30 мая 1879 года так называемый «ирвингский смерч» поднял в воздух деревянную церковь вместе с прихожанами во время церковной службы, перенеся её на четыре метра в сторону, после чего удалился. Значительного ущерба панически перепуганные прихожане не понесли, если не считать ранений от упавших с потолка штукатурки и кусков древесины .
29 июня 1904 года в 17 часов смерч в Москве вырвал с корнем и перекрутил все деревья (некоторые до метра в охвате) Анненгофской рощи, нанёс ущерб Лефортову, Сокольникам, Басманной улице, Мытищам , высосал воду из Москвы-реки, обнажив её дно .
В 1923 году в штате Теннесси (США) смерч мгновенно уничтожил и унёс стены, потолок и крышу сельского дома, при этом жильцы, сидящие за столом, отделались лёгким испугом .
В 1940 году в деревне Мещеры Горьковской области наблюдался дождь из серебряных монет. Оказалось, что во время грозового дождя на территории Горьковской области был размыт клад с монетами. Проходивший поблизости смерч поднял монеты в воздух и выбросил их у деревни Мещеры .
В апреле 1965 года над США одновременно возникли 37 различных по мощности торнадо, высотой до 10 км и в диаметре около 2 км, со скоростью ветра до 300 км в час. Эти вихри произвели громадные разрушения в шести штатах. Число погибших превысило 250 человек, а 2500 получили ранения.
Самая высокая скорость ветра на поверхности Земли была зарегистрирована во время смерча в США, пронёсшегося по территориям Оклахомы и Канзаса 3 мая 1999 года - 511 км/ч .
Самые крупные смерчи за всю историю наблюдений произошли в штате Оклахома Соединённых Штатов Америки во время серии торнадо во второй половине мая 2013 года. 20 мая ураган сформировался около южного пригорода Оклахома-Сити - городе Мур . Скорость ветра в нём достигла 322 км/ч, диаметр воронки - около 3 км (присвоена наивысшая категория EF5 по усовершенствованной шкале Фудзиты). Ещё более мощным оказался смерч, который прошёл по другому пригороду Оклахома-Сити - городку Эль-Рино, 31 мая 2013 года. Скорость ветра в нём достигала 485 км/ч при диаметре воронки, равном 4,2 км (категория EF5, как у торнадо в Муре). Во время этого торнадо погибли самый известный в США «охотник за смерчами» Тим Самарас вместе со своим сыном Полом, а также их коллега Карл Янг .
В июне 1984 года по центральным областям РСФСР пронеслось несколько смерчей огромной силы. Самый сильный смерч, который причинил большие разрушения, наблюдался около г. Иваново.

Текущие исследования

Фильмы о торнадо

Долина Торнадо [ ]
Ужас торнадо в Нью-Йорке (англ. NYC: Tornado Terror )
Ядерный смерч (англ. Atomic Twister )
Супершторм (англ. Superstorm (film) )
Послезавтра (фильм)

См. также

Примечания

Значение слова торнадо (неопр.) . Дата обращения 18 января 2017.
Советский энциклопедический словарь. - М. : «Советская Энциклопедия», 1981. - 1600 с.
Наливкин Д. В. Смерчи. - М. : Наука, 1984. - 111 с.
«Смерч» // Этимологический словарь русского языка. / сост. М. Р. Фасмер, - М.: Прогресс 1964-1973
С.П.Хромов, М.А.Петросянц. Маломасштабные вихри (неопр.) . Метеорология и климатология . Дата обращения 8 июня 2009. Архивировано 23 августа 2011 года.

Смерчи и торнадо считаются самыми опасными природными бедствиями для всех живых существ. Торнадо досконально изучено, но никто до сих пор не научился спасаться и усмирять это бедствие. По мнению ученых торнадо происходят ежегодно и их количество неуклонно растет. Причиной этого могут быть постоянные климатические изменения, а также ухудшение экологии планеты.

Каждое существо и предмет, попавший туда, через некоторое время будет выброшен с огромной высоты и в абсолютно другом месте. Также огромную опасность представляют предметы, прилетевшие из смерча. Даже дома не являются защитой, сильные воздушные потоки могут запросто снести постройку, затягивая массу обломков внутрь.

Что означает слово «торнадо»?

Больше всего явление происходит на североамериканских территориях. Именно оттуда бедствия берут свое название. На испанском языке «торнадо» имеет значение «вращающийся». Вихри ветра стали называться торнадо испанскими колонистами, прибывшими покорять новые территории.

На территориях России явление называлось привычным смерчем. Слово происходит со старорусского «смърчь» или «смьрчь», что означает облако. Таким образом, понятия «торнадо» и «смерч» являются синонимами. Они описывают одно и то же явление.

Интересный факт : один раз был зафиксирован случай, когда вихрь унес тяжелый поезд, весом в 80 тонн. Вихрь оттащил его на 40 метров с путей.

Что представляет собой торнадо и смерч?

В основном смерчи возникают в грозовых тучах. Они представляют собой атмосферные вихри, которые протянулись с небес на землю. Массы воздуха находятся в постоянном движении, формируют собой воронку, затягивающую любой объект на своем пути. Внутренними потоками торнадо притягивается к поверхности, наружные же поднимаются ввысь. Таким образом, внутри смерча воздух сильно разряжен.

Все объекты, попадающие внутрь торнадо, могут взорваться от одновременного воздействия разного давления. В основном такими объектами считаются замкнутые постройки. Торнадо не щадит никого.

СМЕРЧИ И ТОРНАДО. Смерч (синонимы – торнадо, тромб, мезо-ураган) – это очень сильный вращающийся вихрь с размерами по горизонтали менее 50 км и по вертикали менее 10 км, обладающий ураганными скоростями ветра более 33 м/с. Энергия типичного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с, по оценкам С.А.Арсеньева, А.Ю.Губаря и В.Н.Николаевского, равна энергии эталонной атомной бомбы в 20 килотонн тротила, подобной первой атомной бомбе, взорванной США во время испытаний «Тринити» в Нью-Мексико 16 июля 1945. Форма смерчей может быть многообразной – колонна, конус, бокал, бочка, бичеподобная веревка, песочные часы, рога «дьявола» и т.п., но чаще всего смерчи имеют форму вращающегося хобота, трубы или воронки, свисающей из материнского облака (отсюда и их названия: tromb- по французски труба и tornado – по испански вращающийся). Ниже на фотографиях показаны три смерча в США: в форме хобота, колонны и столба в момент касания ими поверхности земли, покрытой травой (вторичное облако в виде каскада пыли вблизи поверхности земли не образуется). Вращение в смерчах происходит против часовой стрелки, как и в циклонах северного полушария Земли.

В физике атмосферы смерчи относят к мезо-масштабным циклонам и их нужно отличать от синоптических циклонов средних широт (с размерами 1500–2000 км) и тропических циклонов (с размерами 300–700 км). Мезо-масштабные циклоны (от греческого meso – промежуточный) относятся к середине диапазона между турбулентными вихрями с размерами порядка 1000 м и менее и тропическими циклонами, образующимися в зоне конвергенции (схождения) пассатов на 5-ом градусе северной широты и выше, вплоть до 30-го градуса широты. В некоторых тропических циклонах ветер достигает ураганной скорости 33 м/с и более (до 100 м/c) и тогда они превращаются в тайфуны Тихого океана, ураганы Атлантики или вилли-вилли Австралии.

Тайфун – китайское слово, оно переводится как «ветер, который бьет». Ураган – это транслитерированное в русский язык английское слово hurricane . В больших синоптических циклонах средних широт ветер достигает штормовой скорости (от 15 до 33 м/с), но иногда и здесь он может стать ураганным, т.е. превысить предел 33 м/с. Синоптические циклоны образуются на зональном атмосферном течении, направленном в тропосфере средних широт северного полушария с запада на восток, как очень большие планетарные волны с размером, сравнимым с радиусом Земли (6378 км – экваториальный радиус). Планетарные волны возникают на вращающейся, сферической Земле и на других планетах (например, на Юпитере) под действием изменения силы Кориолиса с широтой и (или) неоднородного рельефа (орографии) подстилающей поверхности. Первыми важность планетарных волн для прогноза погоды осознали в 1930-х советские ученые Е.Н.Блинова и И.А.Кибель, а также американский ученый К.Россби, поэтому планетарные волны иногда называют волнами Блиновой – Россби.

Смерчи часто образуются на тропосферных фронтах – границах раздела в нижнем 10-километровом слое атмосферы, которые отделяют воздушные массы с различными скоростями ветра, температурой и влажностью воздуха. В области холодного фронта (холодный воздух натекает на теплый) атмосфера особенно неустойчива и формирует в материнском облаке смерча и ниже него множество быстро вращающихся турбулентных вихрей. Сильные холодные фронты образуются в весенне-летний и осенний период. Они отделяют, например, холодный и сухой воздух из Канады от теплого и влажного воздуха из Мексиканского залива или из Атлантического (Тихого) океана над территорией США. Известны случаи возникновения небольших смерчей в ясную погоду при отсутствии облаков над перегретой поверхностью пустыни или океана. Они могут быть совершенно прозрачными и лишь нижняя часть, запыленная песком или водой, делает их видимыми.

Наблюдаются смерчи и на других планетах Солнечной системы, например на Нептуне и Юпитере. М.Ф.Иванов, Ф.Ф.Каменец, А.М.Пухов и В.Е.Фортов изучали образование торнадо-подобных вихревых структур в атмосфере Юпитера при падении на него осколков кометы Шумейкера – Леви. На Марсе сильные смерчи возникнуть не могут из-за разреженности атмосферы и очень низкого давления. Наоборот, на Венере вероятность возникновения мощных торнадо велика, так как она имеет плотную атмосферу, открытую в 1761 М.В.Ломоносовым . К сожалению, на Венере сплошной облачный слой толщиной около 20 км скрывает ее нижние слои для наблюдателей, находящихся на Земле. Советские автоматические станции (АМС) типа Венера и американские АМС типа Пионер и Маринер обнаружили на этой планете в облаках ветер до 100м/с при плотности воздуха, в 50 раз превышающей плотность воздуха на Земле на уровне моря, однако смерчей они не наблюдали. Впрочем время пребывания АМС на Венере было кратким и можно ожидать сообщений о смерчах на Венере в будущем. Вероятно, смерчи на Венере возникают в зоне границы, отделяющей темную холодную сторону очень медленно вращающейся планеты от освещенной и нагретой Солнцем стороны. В пользу этого предположения говорит открытие на Венере и Юпитере грозовых молний, обычных спутников смерчей и торнадо на Земле.

Смерчи и торнадо надо отличать от образующихся на атмосферных фронтах шквальных бурь, характеризующихся быстрым (в течение 15 минут) возрастанием скорости ветра до 33 м/с и затем ее убыванием до 1–2 м/с (также в течении 15 минут). Шквальные бури ломают деревья в лесу, могут разрушить легкое строение, а на море могут даже потопить корабль. 19 сентября 1893 броненосец «Русалка» на Балтийском море был опрокинут шквалом и сразу же затонул. Погибло 178 человек экипажа. Некоторые шквальные бури, возникшие на холодном фронте, достигают стадии смерча, но обычно они слабее и не образуют воздушных воронок.

Давление воздуха в циклонах понижено, но в смерчах падение давления может быть очень сильным, до 666 мбар при нормальном атмосферном давлении 1013,25 мбар. Масса воздуха в торнадо вращается вокруг общего центра («глаза бури», где наблюдается затишье) и средняя скорость ветра может достигать 200 м/c , вызывая катастрофические разрушения, часто с человеческими жертвами. Внутри торнадо есть более мелкие турбулентные вихри, которые вращаются со скоростью, превышающей скорость звука (320 м/с). С гиперзвуковыми турбулентными вихрями связаны самые злые и жестокие проделки смерчей и торнадо, которые разрывают людей и животных на части или сдирают с них кожу и шкуру. Пониженное давление внутри смерчей и торнадо создает «эффект насоса», т.е. втягивания окружающего воздуха, воды, пыли и предметов, людей и животных внутрь тромба. Этот же эффект приводит к подъему и взрыву домов, попадающих в депрессионную воронку.

Классической страной торнадо является США. Например, в 1990 в США зарегистрировано 1100 разрушительных смерчей. Торнадо 24 сентября 2001 над футбольным стадионом в Колледж парке в Вашингтоне вызвало 3 смерти, ранило несколько человек и вызвало многочисленные разрушения на своем пути. Свыше 22 000 человек осталось без электричества.

В России наибольшую известность получили московские смерчи 1904 года, описанные в столичных журнальных и газетных публикациях как свидетельства многочисленных очевидцев. Они содержат все основные черты типичных смерчей русской равнины, наблюдающихся и в других ее частях (Тверская, Курская, Ярославская, Костромская, Тамбовская, Ростовская и другие области).

29 июня 1904 над центральной европейской частью России проходил обычный синоптический циклон. В правом сегменте циклона возникло очень большое кучево-дождевое облако с высотой 11 км. Оно вышло из Тульской губернии, прошло Московскую и ушло в Ярославскую. Ширина облака была 15–20 км судя по ширине полосы дождя и града. Когда облако проходило над окраиной Москвы, на нижней его поверхности наблюдали возникновение и исчезновение смерчевых воронок. Направление движения облака совпадало с движением воздуха в синоптических циклонах (против часовой стрелки, то есть в данном случае с юга-востока на северо-запад). На нижней поверхности грозовой тучи небольшие, светлые облака быстро и хаотично двигались в разные стороны. Постепенно, на беспорядочные, турбулентные движения воздуха налагалось упорядоченное среднее движение в виде вращения вокруг общего центра и вдруг из облака свесилась серая остроконечная воронка. которая не достигла поверхности Земли и была втянута обратно в облако. Через несколько минут после этого, рядом возникла другая воронка, которая быстро увеличивалась в размерах и отвисала к Земле. Навстречу ей поднялся столб пыли, становившийся все выше и выше. Еще немного и концы обоих воронок соединились, колонна смерча по направлению движения облака, она расширялась вверх и становилась все шире и шире. В воздух полетели избы, пространство вокруг воронки заполнилось обломками строений и сломанными деревьями. Западнее в нескольких километрах шла другая воронка, также сопровождавшаяся разрушениями.

Метеорологи начала 20 в. оценивали скорость ветра в Московских смерчах в 25 м/c, но прямых измерений скорости ветра не было, поэтому эта цифра ненадежна и должна быть увеличена в два-три раза, об этом свидетельствует характер повреждений, например изогнутая железная лестница, носившаяся по воздуху, сорванные крыши домов, поднятые в воздух люди и животные. Московские смерчи 1904 сопровождались темнотой, страшным шумом, ревом, свистом и молниями. Дождем и крупным градом (400–600 г). По данным ученых физико-астрономического института из смерчевого облака в Москве выпало 162 мм осадков

Особый интерес представляют турбулентные вихри внутри смерча, вращающиеся с большой скоростью, так что поверхность воды, например, в Яузе или в Люблинских прудах при прохождении смерча сначала вскипела и забурлила как в котле. Затем смерч всосал воду внутрь себя и дно водоема или реки обнажилось.

Хотя разрушительная сила московских смерчей была значительной и газеты пестрели самыми сильными прилагательными, нужно отметить, что по пятибалльной классификации японского ученого Т.Фуджита эти смерчи относятся к категории средних (F-2 и F-3). Наиболее сильные смерчи класса F-5 наблюдаются в США. Например, во время торнадо 2 сентября 1935 во Флориде скорость ветра достигала 500 км/час, а давление воздуха упало до 569 мм ртутного столба. Это торнадо убило 400 человек и вызвало полное разрушение построек в полосе шириной 15–20 км. Флориду не зря называют краем смерчей. Здесь с мая до середины октября смерчи появляются ежедневно. Например, в 1964 зарегистрировано 395 смерчей. Не все из них достигают поверхности Земли и вызывают разрушения.

Но некоторые, такие как торнадо 1935 года, поражают своей силой.

Подобные смерчи получают свои названия, например, торнадо Трех Штатов 18 марта 1925. Оно началось в штате Миссури, прошло по почти прямому пути через весь штат Иллинойс и закончилось в штате Индиана. Длительность смерча 3,5 часа, скорость движения 100 км/час, смерч прошел путь около 350 км. За исключением начальной стадии, торнадо везде не отрывалось от поверхности Земли и катилось по ней со скоростью курьерского поезда в виде черного, страшного, бешено вращающегося облака. На площади в 164 квадратной мили все было превращено в хаос. Общее число погибших – 695 человек, тяжело раненных – 2027 человек, убытки на сумму около 40 млн. долл., таковы итоги торнадо Трех Штатов.

Смерчи часто возникают группами по два, три, а иногда и более мезо-циклонов. Например, 3 апреля 1974 возникло более сотни смерчей, которые свирепствовали в 11 штатах США. Пострадало 24 тысячи семей, а нанесенный ущерб оценен в 70 млн. долл. В штате Кентукки один из смерчей уничтожил половину города Бранденбург, известны и другие случаи уничтожения смерчами небольших американских городов. Например, 30 мая 1879 два смерча, следовавшие один за другим с интервалом в 20 минут, уничтожили провинциальный городок Ирвинг с 300 жителями на севере штат Канзас. С Ирвингским торнадо связано одно из убедительных свидетельств огромной силы смерчей: стальной мост длиной 75 м через реку «Большая Голубая» был поднят в воздух и закручен как веревка. Остатки моста были превращены в плотный компактный сверток стальных перегородок, ферм и канатов, разорванных и изогнутых самым фантастическим образом. Этот факт подтверждает наличие гиперзвуковых вихрей внутри торнадо. Несомненно, что скорость ветра возросла при спуске с высокого и обрывистого берега реки. Метеорологам известен эффект усиления синоптических циклонов после прохождения горных цепей, например Уральских или Скандинавских гор. Наряду с Ирвингскими смерчами, 29 и 30 мая 1879 возникли два Дельфосских смерча западнее Ирвинга и смерч Ли к юго-востоку. Всего в эти два дня, которым предшествовала очень сухая и жаркая погода в Канзасе, возникло 9 смерчей.

В прошлом, смерчи США вызывали многочисленные жертвы, что было связано со слабой изученностью этого явления, сейчас число жертв от торнадо в США намного меньше – это результат деятельности ученых, метеорологической службы США и специального центра по предупреждению штормов, который находится в Оклахоме. Получив сообщение о приближении торнадо, благоразумные граждане США спускаются в подземные убежища и это спасает им жизнь. Впрочем встречаются и безумные люди или даже «охотники за торнадо», для которых это «хобби» иногда кончается гибелью. Смерч в городе Шатурш в Бангладеш 26 апреля 1989 попал в книгу рекордов Гиннеса как самый трагический за всю историю человечества. Жители этого города, получив предупреждение о надвигающемся смерче, проигнорировали его. В результате погибло 1300 человек.

Хотя многие качественные свойства смерчей к настоящему времени поняты, точная научная теория, позволяющая путем математических расчетов прогнозировать их характеристики, еще в полной мере не создана. Трудности обусловлены прежде всего отсутствием данных измерений физических величин внутри торнадо (средней скорости и направления ветра, давления и плотности воздуха, влажности, скорости и размеров восходящих и нисходящих потоков, температуры, размеров и скорости вращения турбулентных вихрей, их ориентации в пространстве, моментов инерции, моментов импульса и других характеристик движения в зависимости от пространственных координат и времени). В распоряжении ученых есть результаты фото и киносъемок, словесные описания очевидцев и следы деятельности торнадо, а также результаты радиолокационных наблюдений, но этого недостаточно. Торнадо либо обходит площадки с измерительными приборами, либо ломает и уносит аппаратуру с собой. Другая трудность состоит в том, что движение воздуха внутри торнадо существенно турбулентно. Математическое описание и расчет турбулентного хаоса – это сложнейшая и до сих пор в полной мере еще не решенная задача физики. Дифференциальные уравнения, описывающие мезо-метеорологические процессы, – нелинейные и, в отличие от линейных уравнений, имеют не одно, а много решений, из которых нужно выбрать физически значимое. Только к концу 20 в. ученые получили в свое распоряжение компьютеры, позволяющие решать задачи мезо-метеорологии, но и их памяти и быстродействия часто не хватает.

Теория торнадо и ураганов была предложена Арсеньевым, А.Ю.Губарем, В.Н.Николаевским. Согласно этой теории торнадо и смерчи возникают из тихого (скорость ветра порядка 1 м/с) мезо-антициклона (имеющегося, например, в нижней или боковой части грозового облака) с размером порядка 1 км, который заполнен (за исключением центральной области, где воздух покоится) быстро вращающимися турбулентными вихрями, образующимися в результате конвекции или неустойчивости атмосферных течений во фронтальных областях. При определенных значениях начальной энергии и момента импульса турбулентных вихрей на периферии материнского антициклона средняя скорость ветра начинает возрастать и меняет направление вращения, формируя циклон. С течение времени размеры формирующегося торнадо увеличиваются, центральная область («глаз бури») заполняется турбулентными вихрями, а радиус максимальных ветров смещается от периферии к центру торнадо. Давление воздуха в центре торнадо начинает падать, формируя типичную депрессионную воронку. Максимальная скорость ветра и минимальное давление в глазу бури достигается через 40 минут 1,1 сек после начала процесса образования торнадо. Для рассчитанного примера радиус максимальных ветров составляет 3 км при общем размере торнадо 6 км, максимальная скорость ветра равна 137 м/с, а наибольшая аномалия давления (разность между текущим давлением и нормальным атмосферным давлением) составляет – 250 мбар. В глазу торнадо, где средняя скорость ветра всегда равна нулю, турбулентные вихри достигают наибольших размеров и скорости вращения. После достижения максимальной скорости ветра торнадо начинает затухать, увеличивая свои размеры. Давление растет, средняя скорость ветра убывает, а турбулентные вихри вырождаются, так что их размеры и скорость вращения уменьшаются. Общее время существования торнадо для рассчитанного С.А.Арсеньевым, А.Ю.Губарем и В.Н.Николаевским примера составляет около двух часов.

Источником энергии, питающим торнадо являются сильно вращающиеся турбулентные вихри, присутствующие в первоначальном турбулентном потоке.

Фактически, в предложенной теории есть две термодинамическое подсистемы – подсистема А соответствует среднему движению, а подсистема В содержит турбулентные вихри. В расчетах не учитывалось поступление новых турбулентных вихрей в торнадо из окружающей среды (например, термиков – всплывающих вверх, вращающихся конвективных пузырей, образующихся на перегретой поверхности Земли), поэтому полная система А + В является замкнутой и суммарная кинетическая энергия всей системы со временем убывает из-за процессов молекулярного и турбулентного трения. Однако, каждая из подсистем является открытой по отношению к другой и между ними может происходить обмен энергией. Анализ показывает, что если значения параметров порядка (или, как их называют, критических чисел подобия, которых в теории пять) невелики, то среднее возмущение в виде начального антициклона не получает энергию от турбулентных вихрей и затухает под действием процессов диссипации (рассеяния энергии). Это решение соответствует термодинамической ветви – диссипация стремится уничтожить любое отклонение от состояния равновесия и заставляет термодинамическую систему вернуться к состоянию с максимальной энтропией, т.е. к покою (наступает состояние термодинамической смерти). Однако поскольку теория – нелинейна, то это решение не единственно и при достаточно больших значениях управляющих параметров порядка имеет место другое решение – движения в подсистеме А интенсифицируются и усиливаются за счет энергии подсистемы В. Возникает типичная диссипативная структура в виде торнадо, обладающая высокой степенью симметрии, но далекая от состояния термодинамического равновесия. Подобные структуры изучаются термодинамикой неравновесных процессов. Например, спиральные волны в химических реакциях, открытые и исследованные русскими учеными Б.Н.Белоусовым и А.М.Жаботинским. Другой пример – возникновение глобальных зональных течений в атмосфере Солнца. Они получают энергию от конвективных ячеек, имеющих намного меньшие масштабы. Конвекция на Солнце возникает из-за неравномерного нагрева по вертикали.

Нижние слоиатмосферы звезды нагреваются намного сильнее, чем верхние, которые охлаждаются из-за взаимодействия с космосом.

Полученные в расчетах цифры интересно сравнить с данными наблюдений Флоридского торнадо 1935 класса F-5, которое было описано Эрнстом Хемингуэем в памфлете Кто убил ветеранов войны во Флориде ?. Максимальная скорость ветра в этом торнадо оценивалась в 500 км/час, т.е. в 138,8 м/с. Минимальное давление, измеренное метеорологической станцией во Флориде, упало до 560 мм ртутного столба. Учитывая, что плотность ртути 13,596 г/см 3 и ускорение свободного падения 980,665 м/с 2 легко получить, что это падение соответствует значению 980,665·13,596·56,9 = 758,65 мбар. Аномалия же давления 758,65–1013,25 достигла –254,6 мбар. Как видно соответствие теории и наблюдений хорошее. Это согласие можно улучшить, слегка варьируя начальные условия, принятые при расчетах. Связь циклонов с понижением давления воздуха была отмечена еще в 1690 немецким ученым Г.В.Лейбницем . С тех пор барометр остается наиболее простым и надежным прибором для прогноза начала и конца торнадо и ураганов.

Предложенная теория позволяет правдоподобно рассчитывать и прогнозировать эволюцию смерчей, однако она выдвигает и немало новых проблем. Согласно этой теории, для возникновения торнадо нужны сильно вращающиеся турбулентные вихри, линейная скорость вращения которых иногда может превышать скорость звука. Существуют – ли прямые доказательства наличия гиперзвуковых вихрей, заполняющих возникающий смерч? Прямых измерений скоростей ветра в смерчах до сих пор нет и именно их должны получить будущие исследователи. Косвенные оценки максимальных скоростей ветра внутри торнадо дают положительный ответ на этот вопрос. Они получены специалистами по сопротивлению материалов на основании изучения изгиба и разрушений различных предметов, найденных в следе смерчей. Например, куриное яйцо было пробито сухим бобом так, что скорлупа яйца вокруг пробоины осталась невредимой, как и при прохождении револьверной пули. Часто наблюдаются случаи, когда мелкие гальки проходят через стекла, не повреждая их вокруг пробоины. Документально зафиксированы многочисленные факты пробивания летящими досками деревянных стен домов, других досок, деревьев или даже железных листов. Никакое хрупкое разрушение при этом не наблюдается. Втыкаются, как иглы в подушку, соломинки или обломки деревьев в различные деревянные предметы (в щепки, кору, деревья, доски). На фото показана нижняя часть материнского облака, из которого формируется торнадо. Как видно, она заполнена вращающимися цилиндрическими турбулентными вихрями.

Большие турбулентные вихри имеют размеры немногим меньшие, чем общий размер торнадо, но они могут дробиться, увеличивая скорость вращения за счет уменьшения своих размеров (как фигурист на льду увеличивает скорость вращения, прижимая руки к телу). Огромная центробежная сила выбрасывает из гиперзвуковых турбулентных вихрей воздух и внутри них возникает область очень низкого давления. Много в смерчах и молний.

Разряды статического электричества постоянно возникают из-за трения быстро движущихся частиц воздуха друг о друга и происходящей вследствие этого электризации воздуха.

Турбулентные вихри, также как и сам смерч, обладают очень большой силой и могут поднимать тяжелые предметы. Например, смерч 23 августа 1953 года в городе Ростове Ярославской области поднял и отбросил в сторону на 12 м раму от грузового автомобиля весом более тонны. Уже упоминался инцидент со стальным мостом длиной 75 м скрученным в плотный сверток. Смерчи ломают деревья и телеграфные столбы как спички, срывают с фундаментов и затем в клочки разрывают дома, опрокидывают поезда, срезают грунт с поверхностных слоев Земли и могут полностью высосать колодец, небольшой участок реки или океана, пруд или озеро, поэтому после смерчей иногда наблюдаются дожди из рыб, лягушек, медуз, устриц, черепах и других обитателей водной среды. 17 июля 1940 в деревне Мещеры Горьковской области во время грозы выпал дождь из старинных серебряных монет 16 в. Очевидно, что они были извлечены из клада, зарытого неглубоко в землю и вскрытого смерчем. Турбулентные вихри и нисходящие потоки воздуха в центральной области смерча вдавливают в землю людей, животных, различные предметы, растения. Новосибирский ученый Л.Н.Гутман показал, что в самом центре смерча может существовать очень узкая и сильная струя воздуха, направленная вниз, а на периферии смерча вертикальная составляющая средней скорости ветра направлена вверх.

С турбулентными вихрями связаны и другие физические явления, сопровождающие смерчи. Генерация звука, слышимого как шипение, свист или грохот, обычна для этого явления природы. Свидетели отмечают, что в непосредственной близости от смерча сила звука ужасна, но при удалении от смерча она быстро убывает. Это означает, что в смерчах турбулентные вихри генерируют звук высокой частоты, быстро затухающий с расстоянием, т.к. коэффициент поглощения звуковых волн в воздухе обратно пропорционален квадрату частоты и растет при ее увеличении. Вполне возможно, что сильные звуковые волны в смерче частично выходят за частотный диапазон слышимости человеческого уха (от 16 гц до 16 кгц), т.е. являются ультразвуком или инфразвуком. Измерения звуковых волн в торнадо отсутствуют, хотя теория порождения звука турбулентными вихрями была создана английским ученым М.Лайтхиллом в 1950-х.

Смерчи также генерируют сильные электромагнитные поля и сопровождаются молниями. Шаровые молнии в смерчах наблюдались неоднократно. Одна из теорий шаровой молнии была предложена П.Л.Капицей в 1950-х в ходе экспериментов по изучению электронных свойств разреженных газов, находящихся в сильных электромагнитных полях сверхвысокого частотного (СВЧ) диапазона. В смерчах наблюдаются не только светящиеся шары, но и светящиеся облака, пятна, вращающиеся полосы, а иногда и кольца. Временами светится вся нижняя граница материнского облака. Интересны описания световых явлений в смерчах, собранные американскими учеными Б.Вонненгутом и Дж.Мейером в 1968 «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…». Очевидно, что свечения внутри смерча связаны с турбулентными вихрями разной формы и размеров. Иногда светиться желтым светом весь смерч. Светящиеся колонны двух смерчей наблюдались 11 апреля 1965 в городе Толедо, штат Огайо. Американский ученый Г.Джонс в 1965 обнаружил импульсный генератор электромагнитных волн, видимый в смерче в виде светового круглого пятна голубого цвета. Генератор появляется за 30–90 минут до образования смерча и может служить прогностическим признаком.

Русский ученый Качурин Л.Г. исследовал в 70-х годах 20 в. основные характеристики радиоизлучения конвективных кучево-дождевых облаков, образующих грозы и торнадо. Исследования проводились на Кавказе с помощью самолетного радиолокатора в СВЧ диапазоне (0,1–300 мегагерц), сантиметровом, дециметровом и метровом диапазоне радиоволн. Было обнаружено, что СВЧ радиоизлучение возникает задолго до образования грозы. Предгрозовая, грозовая и послегрозовая стадии отличаются спектрами напряженности поля излучения, длительностью и частотой следования пакетов радиоволн. В сантиметровом диапазоне радиоволн, радар видит сигнал, отраженный от облаков и осадков. В метровом диапазоне отлично видны сигналы, отраженные от каналов сильных молний. В рекордно сильно грозе 2 июля 1976 в Аланской долине в Грузии наблюдалось до 135 молниевых разрядов в минуту. Увеличение масштабов грозовых разрядов происходило по мере уменьшения частоты их возникновения. В грозовом облаке постепенно образуются зоны с меньшей частотой разрядов, между которыми происходят наиболее крупные молнии. Л.Г.Качурин открыл явление «непрерывного разряда» в виде сплошной совокупности часто следующих импульсов (более 200 в минуту), амплитуда которых имеет практически неизменный уровень, в 4–5 раз меньший, чем амплитуды сигналов отраженных от молниевых разрядов. Это явление можно рассматривать как «генератора длинных искр», которые не развиваются в линейные молнии большого масштаба. Генератор имеет протяженность 4–6 км и медленно смещается, находясь в центре грозового облака – области максимальной грозовой деятельности. В результате этих исследований были выработаны методы оперативного определения стадий развития грозовых процессов и степени их опасности.

Сильные электромагнитные поля в торнадо-образующих облаках могут служить и для дистанционного отслеживания пути движения смерчей. М.А.Гохберг обнаружил вполне значимые электромагнитные возмущения в верхних слоях атмосферы (ионосфере), связанные с образованием и движением торнадо. С.А.Арсеньев исследовал величину магнитного трения в смерчах и высказал идею подавления торнадо методом запыления материнского облака специальными ферромагнитными опилками. В результате величина магнитного трения может стать очень большой и скорость ветра в торнадо должна уменьшиться. Способы борьбы с торнадо в настоящее время находятся в стадии изучения.

Сергей Арсеньев

Литература:

Наливкин Д.В. Ураганы, бури, смерчи . Л., Наука, 1969
Вихревая неустойчивость и возникновение смерчей и торнадо . Вестник Московского Государственного университета. Серия 3. Физики и астрономия. 2000, № 1
Арсеньев С.А., Николаевский В.Н. Рождение и эволюция торнадо, ураганов и тайфунов . Российская Академия Естественных Наук. Известия секции наук о Земле. 2003, Выпуск 10
Арсеньев С.А., Губарь А.Ю., Николаевский В.Н. Самоорганизация торнадо и ураганов в атмосферных течениях с мезо-масштабными вихрями. Доклады Академии Наук . 2004, т. 395, № 6