Облака и погода

Автор: Борис Алексеевич Сысоев
Дата публикации: 08.07.2016 (14:41)

Информация помечена тегами:

Облака климат погода классификация облаков Инфонарод

7392
* количество прочтений.

 

В Новосибирской области установилась практически тропическая погода. Огромные кучевые облака, грозы, ливни.Таких  огромных  облаков в Новосибирске я ещё  не видел. В связи с этим решил опубликовать информацию об облаках, которая, мне кажется, может быть полезной, если не в этом году и не в этом месте, то в любом другом. Облака изучали давно и по ним пытались определять погоду. Некоторые виды облаков могут быть предвестниками и таких явлений, как смерч, ураган и торнадо.

Как себя вести в случае попадания в ураган, смерч и торнадо, я писал раньше.

Данные облака можно считать предвестниками возможных смерчей. Будут или нет они в Новосибирске и Новосибирской области, никто заранее не скажет, тем более, что методы обнаружения их несовершенны и вряд ли НСО ими располагает. Так что маловероятно, что  МЧС сумеет вас предупредить  вообще. Тогда как оповещение в классическом случае могло бы быть всего за час или два. Но как знать, может спутниковые системы отслеживают? Во всяком случае, будьте внимательны к облакам и к своему самочувствию, которое иногда очень  верно  предсказывает погоду. И будем надеяться, что не будет катаклизмов больше, чем бывает у нас обычно. Но, как говорят, бережёного и Бог бережёт.

(из википедии)

Современные методы

В начале 1930-х годов в Ленинградском институте экспериментальной метеорологии (ЛИЭМ) под руководством В. Н. Оболенского были начаты экспериментальные и теоретические работы по исследованию облаков. В марте 1958 года по инициативе Н. С. Шишкина был создан самостоятельный «Отдел физики облаков» в Главной геофизической обсерватория имени А. И. Воейкова.

С целью исследования облачного покрова Земли и изучения образования и «эволюции» облаков НАСА в 2006 году запустило два специализированных спутника CloudSat и CALIPSO.

В апреле 2007 года НАСА осуществило запуск на полярную орбиту спутника AIM (The Aeronomy of Ice in the Mesosphere), предназначенного для изучения серебристых облаков.

Облака на других планетах

Помимо Земли, облака наблюдаются на всех планетах-гигантах, на Марсе, Венере, спутниках Титане и Тритоне. Внеземные облака имеют разную природу, например, на Венере наиболее мощный облачный слой состоит преимущественно из серной кислоты; облака Титана являются источником метановых дождей при температуре −180°С.

 

Облака отличаются большим разнообразием форм и физического строения. В зависимости от горизонтальных размеров областей, охваченных вертикальными движениями, от интенсивности восходящих движений, от термических и других факторов, образуются облака, различные по внешнему виду и внутреннему строению.

В зависимости от условий образования все облака разделяются на три класса:

  • кучевообразные – сильно развитые по вертикали облака, но имеющие сравнительно небольшую горизонтальную протяженность. Образуются они в результате интенсивных восходящих (конвективных) движений воздуха;
  •  волнистообразные – слой облаков, имеющих большую горизонтальную протяженность и вид «барашков», валов или гряд. Образуются они в результате волновых движений в атмосфере;
  • слоистообразные – слой облаков в виде сплошной пелены, горизонтальная протяженность которых в сотни раз превосходит их вертикальные размеры. Образуются они в результате медленных, плавных восходящих движений воздуха, в частности, над фронтальными поверхностями, но могут быть и внутримассовыми.

Первая классификация облаков была разработана в 1803 г. Говардом в Англии. В дальнейшем она уточнялась и дополнялась. В 1929… 1932 гг. Международной облачной комиссией при участии советских метеорологов В.В.Кузнецова, П.А.Молчанова и др. эта классификация была существенно переработана. В основу новой классификации был положен морфологический признак, т.е. внешний вид облаков.

Согласно международной классификации, облака по высоте делятся на четыре семейства:

  • облака верхнего яруса,
  •  облака среднего яруса,
  •  облака нижнего яруса,
  •  облака вертикального развития.

 Облака верхнего яруса располагаются на высотах более 6 км, облака среднего яруса – на высотах 2-6 км, облака нижнего яруса – от земной поверхности до высоты 2 км. Основания облаков вертикального развития располагаются на высоте облаков нижнего яруса, а вершины – на высоте облаков среднего или верхнего яруса.


 

В зависимости от внешнего вида все облака делятся на 10 форм, а формы подразделяются на виды и разновидности.


 

Международная классификация облаков

Название форм облаков Ср. высота, км Описание
Русское Латинское (сокращ.)
 Облака верхнего яруса  Образуются в результате волнообразных или наклонно восходящих движений воздуха
 Перистые  Cirrus (Ci)  7...8  Отдельные белые волокнистые облака, обычно прозрачные. Толщина слоя - от сотен метров до нескольких километров. Размеры отдельных частей от 300...500 м до 1...2 км, массивы могут распространяться на сотни километров. Сквозь перистые облака просвечивают Солнце и Луна, яркие звезды. Осадков не дают. Время существования от 12-18 часов до нескольких суток.
 Перисто-кучевые  Cirrocumulus (Cc)  6...8  Белые тонкие облака в виде мелких волн, ряби, хлопьев, без серых оттенков. Толщина слоя от 100 до 400 м. Хорошо просвечивают Солнце, Луна, яркие звёзды. Осадков не дают. Время существования от десятков минут до нескольких часов.
 Перисто-слоистые  Cirrostratus (Cs)  6...8  Однородная (без разрывов) беловатая или голубоватая пелена слегка волокнистого строения, сквозь которую просвечивают Солнце и Луна. Обычно приходят на смену уплотняющимся Ci, но могут появляться и на фоне ясного неба. Уплотняясь и снижаясь, Cs нередко переходят в As. Время существования от 12-18 часов до нескольких суток.
   Облака среднего яруса  Образуются в результате волнообразных или наклонно восходящих движений воздуха
 Высококучевые  Altocumulus (Ac)  2...6  Белые, иногда сероватые облака в виде волн или гряд, состоящие из отдельных пластин или хлопьев, иногда сливающихся в сплошной покров. Состоят преимущественно из переохлажденных капель воды. Толщина слоя от 200 до 700 м. В тонких облаках местами просвечивают Солнце и Луна. Осадков не дают.
 Высокослоистые  Altostratus (As)  3...5  Серая или синеватая однородная пелена слегка волокнистого строения. Как правило, постепенно закрывают все небо. Большей частью состоят из переохлажденных капель воды и ледяных кристаллов. Толщина слоя от 1 до 2 км. Солнце и Луна просвечивают как через матовое стекло. Летом осадки из таков облаков обычно не достигают земной поверхности или достигают в виде редких капель, а зимой эти облака могут быть причиной снегопада.
   Облака нижнего яруса  Образуются в результате наклонно восходящих движений воздуха
 Слоисто-кучевые  Stratocumulus (Sc)  0.8...1.5  Серые облака, состоящие из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами или сливающимися в сплошной серый волнистый покров. Состоят преимущественно из капель воды. Толщина слоя от 200 до 800 м. Солнце и луна могут просвечивать только сквозь тонкие края облаков. Осадки, как правило, не выпадают. Из слоисто-кучевых не просвечивающих облаков могут выпадать слабые непродолжительные осадки.
 Слоистые Stratus (St)   0.1...0.7  Однородный слой серого цвета, сходный с туманом, но расположенный на некоторой высоте. Состоят из капель воды. Из облаков могут выпадать осадки в виде мороси (зимой – в виде редкого снега). Толщина слоя от 200 до 800 м. Солнце и Луна обычно не просвечивают.
 Слоисто-дождевые  Nimbostratus (Ns)  0.1...1.0  Темно-серый облачный покров, иногда с синеватым оттенком. Обычно закрывает все небо сплошным слоем. Толщина слоя до нескольких километров. Из облаков выпадают осадки (иногда с перерывами) в виде обложного дождя или снега.
   Облака вертикального развития  Образуются в результате вертикально восходящих движений воздуха (конвекции)
 Кучевые  Cumulus (Cu)  0.8...1.5  Плотные, развитые по вертикали облака с белыми куполообразными вершинами и плоским сероватым основанием. Могут представлять собой как отдельные, редко расположенные облака, так и скопления, закрывающие почти все небо. Облака состоят в основном из капель воды. Осадков не дают, но могут эволюционировать в дождевые облака, в т.ч. Cb.
 Кучево-дождевые  Cumulonimbus (Cb)  0.4...10  Мощные белые облачные массы с темным основанием. Поднимаются в виде гор или башен, верхние части которых имеют волокнистую структуру. Верхняя часть облака (наковальня) состоит из кристаллов льда. Из облаков выпадают ливневые осадки, летом часто с грозами.

 

Необычные виды облаков

Среда, 25 Апреля 2012 г. 20:05 

Облака — это взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности земли. Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами). Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше −10 °C; от −10 до −15 °C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже −15 °C состав облака кристаллический. При укрупнении облачных элементов и возрастании их скорости падения, они выпадают из облаков в виде осадков. 

 
Лентикулярные облака
Лентикулярные (линзовидные) облака (Altocumulus lenticularis)— это термин, который обозначает довольно редко встречающееся природное явление. Образование лентикулярных облаков происходит на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха. Условием формирования лентикулярных облаков является влажный воздух, который проходит через горы или горную цепь, образуя несколько крупных стоячих волн на подветренной стороне. Если температура на гребне волны падает до точки росы, содержащаяся в воздухе влага может образовывать линзовидные облака.
 
 
 
Характерной особенностью облаков этого вида является то, что они не двигаются, несмотря на то, что ветер может быть очень сильным. Когда поток воздуха, который движется над земной поверхностью, минует препятствия, это вызывает образование воздушных волн. Как правило, она располагаются с подветренной стороны горных хребтов, на высоте от двух до пятнадцати километров, перпендикулярно направлению ветра. Лентикулярные облака метеорологами Соединенных Штатов подразделяются на высококучевые линзообразные (ACSL), слоисто-кучевые линзовидные (SCSL) и перисто-линзовидные (CCSL). Благодаря их форме, лентикулярные облака часто принимают за неопознанные летающие объекты.
 
 
Шероховатые волны (Undulatus asperatus)

 

Undulatus asperatus, известные так же, как «дьявольские облака», является формированием облаков нового типа, которое было классифицировано только в 2009 году, как отдельный вид основателем общества любителей облаков Cloud Appreciation Society. Именно он предложил ввести этот тип облаков в Международный атлас облаков из Всемирной метеорологической организации. Если это предложение будет принято, то первое образование облаков, добавленное в этот атлас с 1951 года, когда туда были внесены облака вида cirrus intortus. Название переводится с латыни приблизительно как «поднявшаяся волна»
 
 
Облака этого типа наиболее напоминают внешне волнистые облака. Несмотря на то, что они преимущественно темного оттенка и выглядят грозовыми, эти облака как правило быстро рассеиваются и не приносят грозу. Зловещего вида облака Undulatus asperatus были особенно распространены в равнинных штатах Соединенных Штатов Америки, часто их наблюдали в утренние или полуденные часы после конвективной грозовой активности.
 
 
Серебристые (ночные светящиеся или мезосферные) облака
Это довольно редко встречающееся атмосферное явление. Такие облака можно наблюдать только в глубоких сумерках. Они обычно наблюдаются в летние месяцы в широтах между 50° и 70° северной и южной широты. Эти облака состоят из кристаллов водяного льда. Это самые высокие облака в атмосфере Земли. Серебристые облака, как правило, образуются в мезосфере на высоте около 85 километров. Они слишком бледные, чтобы наблюдать их невооруженным глазом. Эти облака видны только тогда, когда освещены солнцем из-за горизонта, в то время как более низкие слои атмосферы находятся в земной тени; днем такие облака наблюдать невозможно. При этом у них настолько низкая оптическая плотность, что через них чаще всего отчетливо видны звезды. Серебристые облака вплоть до 1885 года оставались абсолютно неизученным явлением. Вплоть до настоящего времени их природа полностью не изучена.
 
 
Серебристые облака могут образовываться только при очень жестких условиях, и их появление может быть знаком происходящих в верхних слоях атмосферы перемен, которые только предстоит изучить метеорологам. В настоящее время большинство ученых, занимающихся этим вопросом, полагают, что появление серебристых облаков связано с изменением климата. В ночь после Тунгусской катастрофы 30 июня 1908 года серебристые облака повсеместно наблюдались в западной Европе и России, став источником оптических аномалий.
 
 
Деформированные перисто-кучевые облака
Для части перисто-кучевых облаков свойственен большой круговой разрыв. Такие дыры образуются, когда температура воды в облаках ниже нуля, но вода еще не замерзла в связи с отсутствием зарождения частиц льда.
 
 
Когда часть воды начинает замерзать, возникает эффект домино, в связи с процессом Бержерона, в результате чего водяной пар также замерзает и иногда оседает на землю. В результате возникает большое, часто округлой формы, отверстие в облаке. Такие облака не являются уникальными для любой географической области, и были сфотографированы на территории от Соединенных Штатов Америки до России. Из-за необычного внешнего вида, такие облака часто принимают за неопознанные летающие объекты.
 
 
«Вымяобразные» облака
Вымяобразные облака (Mammatus clouds) – это метеорологический термин, применяемый к формированиям ячеистой структуры под основанием облака. Название mammatus, происходит от латинского mamma (что означает «вымя» или «грудь»), и относится к сходству между характерной формы этих облаков и грудью женщины. Встречаются редко и преимущественно в тропических широтах, т.к. они связаны с образованием тропических циклонов.
 
 
«Вымяобразные» облака могут расходиться по небу на сотни километров в разных направлениях, а сами их образования какое-то время остаются статичными. Чаще всего «вымяобразные» облака являются предвестниками надвигающегося урагана или других экстремальных погодных условий. Они часто формируются на базе кучево-дождевых облаков, но также основой для их формирования могут стать высоко-кучевые, высоко-слоистые, слоисто-кучевые и перистые облака, а также облака вулканического пепла.
 
 
Волнистые облака
Волнистые облака – облака, в возникновении которых участвуют волновые процессы в атмосфере, в противоположность слоистообразным облакам, связанным с восходящим скольжением, и кучевообразным, связанным с конвекцией. 
 
 
 
Радужные облака
Так называемые радужные облака или радужность в облаках – относительно редко встречающееся явление. Эти облака могут быть окрашены во все возможные цвета спектра, но чаще сего цвета пастельные. Радужные облака формируются из крохотных водяных капелек практически одинакового размера. Радужные облака появляются в том случае, когда солнце занимает строго определенное положение на небе и при этом практически полностью скрыто за более плотными облаками. В результате происходящей когерентной дифракции солнечного света на тонких облаках, эти облака окрашиваются в разные цвета, поскольку лучи света разных длин волн отклоняются под разными углами. 
 
 
Часто бывает так, что радужные облака через некоторое время меркнут. Радужные облака могут формироваться на основе высоко-кучевых, перисто-кучевых облаков и линзовидных облаков, и очень редко в перистых облаках.
 
 
Трубчатые облака
Трубчатые облака, которые также называют грозовым воротником или шкваловым воротом – низкие горизонтальные облака, по форме напоминающие трубу и встречающиеся довольно редко. Грозовой воротник может формироваться около наступающего холодного фронта. Если нисходящий поток воздуха от надвигающейся бури вынуждает теплый влажный воздух подниматься, то происходит его остывание ниже точки росы, вследствеи чего образуется облако. Когда это происходит одинаковым образом вдоль протяженного фронта, может возникать так называемый грозовой воротник. В таком облаке воздух вращается вокруг его длинной горизонтальной оси. Считается, что грозовой воротник не может превратиться в торнадо. В отличие от похожих выступающих облаков или шельфовых облаков, грозовой воротник полностью отделен от породивших его кучево-дождевых облаков.
 
 
Наиболее известным примером грозового воротника является Morning Glory или «Утренняя глория», который наблюдается в заливе Карпентария в Квинсленде, Австралия. Как правило, этот грозовой воротник находится на высоте в 100-200 метрах, может достигать значительной протяженности и быстро перемещаться. Прибрежные грозовые воротники были зафиксированы над Калифорнией, Ла-Маншем, Шетландскими островами, Литвой, Восточной Россией и другими регионами, в том числе, в Австралии, недалеко от мексиканского побережья в море Кортеса, в Уругвае, в канадской провинции Новая Шотландия и Онтарио, а также в Бразилии в заливе Coronel Vivida.
 
 
Шельфовые (выступающие) облака
Выступающие или шельфовые облака – это горизонтальные низкие клиновидные облака, которые, как правило, являются грозовыми. Выступающие облака обычно можно увидеть перед шквалом. Тем не менее, они могут быть предвестниками любого значительного фронта сравнительно холодного воздуха. Выступающие облака отличаются от грозового воротника тем, что они всегда связаны с большей облачной системой, которая находится выше.
 
 
Нередко шельфовые облака путают с облачными валами. Главное отличие этих видов облаков в том, что шельфовые облака являются предвестниками шторма, тогда как как облачные валы приходят уже после бури.
 
 
Пирокумулятивные облака 
Пирокумулятивные облака (pyrocumulus) или огненные облака - получили своё название благодаря тому, что пламя создает конвективные восходящие потоки, которые поднимаясь все выше и достигая уровня конденсации приводят к появлению облаков. 
 
 
Появление пирокумулятивных облаков может быть вызвано извержениями вулкана, горение леса, промышленными пожарами, а кроме того, атомным взрывом.
 
 
Полярные стратосферные облака

Полярные стратосферные облака, также известные как перламутровые облака, формируются на высотах от 15 до 25 километров в холодных областях стратосферы (температура ниже –78°). Они причастны к образованию озоновых дыр, их влияние на истощение озонового слоя обусловлено тем, что они поддерживают химические реакции, которые производят активный хлор, который катализирует разрушение озона.

Воздух в стратосфере очень сухой, поэтому облака в ней обычно не формируются. Но в зимний период температура стратосферы иногда опускается до таких значений, что в ней все-таки начинают формироваться облака. 
 
 
Наблюдать полярные стратосферные облака можно либо вечером сразу после захода солнца, либо незадолго до появления солнца, но появляются они очень редко. Дело в том, что в стратосфере концентрация водяного пара в несколько тысяч раз меньше, чем в нижней части атмосферы (тропосфере).
 
 
Облако-шляпа
 
Облака-шляпы или пилеолус представляют собой небольшие, горизонтальные, высоко-слоистые облака, которые могут оказаться выше кучевых и кучево-дождевые облаков. Они образуются, когда сильные восходящие потоки действуют на влажный воздух на более низких высотах, в результате чего воздух охлаждается до точки росы. Облака этого типа являются показателями приближающихся суровых погодных условий. 
 
 
Облако-шляпа может образоваться над облаком из пепла или огненного облака во время извержения вулкана.
 
 
Перистые облака
 
Перистые облака — раздельные, тонкие, нитеобразные облака в виде белых тонких волокон или чуть сероватых вытянутых гряд и клочьев, часто имеющие вид бородки пера, обыкновенно белого цвета; иногда располагаются полосами, пересекающими небесный свод подобно меридианам и, благодаря перспективе, кажутся тогда сходящимися в одной или двух диаметрально противоположных точках горизонта (чаще всего юго-запад и северо-восток). В рассветные и закатные часы перистые облака приобретают розовые и золотистые цвета.
 
 
При определённой ориентации кристалликов льда, из которых состоят перистые облака, на их фоне может наблюдаться такой оптический феномен, как округло-горизонтальная дуга.
 
 
Лучевые облака
 
Лучевые облака или аctinoform – обширные формирования низких облаков в прибрежных районах, которые принимают различные формы. Они получили свое называние в честь греческого слова «луч» в связи с их радиальной структурой. Лучевые облака могут распространяться на 300 километров. Увидеть их можно только с помощью спутника. 
 
 
В настоящее время ученые не могут точно объяснить природу этих атмосферных образований.
 
 
Помимо Земли облака наблюдаются на всех планетах-гигантах, на Марсе, Венере, спутниках Титане и Тритоне. Внеземные облака имеют разную природу, например, на Венере наиболее мощный облачный слой состоит преимущественно из серной кислоты; облака Титана являются источником метановых дождей при температуре −180°С. Облачный рассвет на Марсе:
 
 

 

Серия сообщений "природа":

 

 

История

(из википедии)

Первыми непосредственными наблюдателями за облаками стали воздухоплаватели, поднимавшиеся на воздушных шарах (то есть с конца XVIII века). Ими был установлен факт, что все наблюдаемые формы облаков по своему строению распадаются на две группы:

  1. Облака из водяных частиц в жидком виде.
  2. Облака из мелких ледяных кристалликов.

Благодаря подъёмам на воздушных шарах и наблюдениям при восхождениях на горы был констатирован другой факт: строение облаков первой группы, когда наблюдатель окружён таким облаком со всех сторон, ничем не отличается от обыкновенного тумана, наблюдаемого вблизи земной поверхности. То, что наблюдателю внизу казалось облаками, держащимися на склоне горы или на некоторой высоте в атмосфере, то наблюдателю, попавшему в такое облако, представлялось туманом. Со времен Галлея и Лейбница было уже известно и подтверждено непосредственным наблюдением, что отдельные частицы тумана, а, следовательно, и облака, имеют шарообразную форму.

Для объяснения того, почему эти шарики держатся в воздухе в равновесии, была предложена гипотеза, что эти шарообразные частицы тумана состоят из воздушных пузырьков, окружённых тончайшей водяной оболочкой (везикюлей — как такие пузырьки были названы); при достаточных размерах пузырьков и достаточно тонкой оболочке (расчёт, сделанный Клаузиусом, показал, что толщина водяной оболочки должна быть не более 0,0001 мм) сопротивление воздуха их падению должно быть настолько значительно, что падение везикюлей может совершаться очень медленно, и они должны представляться плавающими в воздухе, а при самом слабом восходящем потоке их падение может перейти даже в восходящее движение. Гипотеза эта приобрела широкое распространение, после того, как Клаузиусу удалось, основываясь на предполагаемой необычайно тонкой водяной оболочке везикюлей, дать объяснение голубому цвету неба.

Одновременно с везикюлярной гипотезой существовало и другое мнение, считавшее водяные шарики туманов состоящими сплошь из жидкой воды. Трудность рассматривания под микроскопом водяных шариков привела к тому, что подобные наблюдения над ними удалось сделать в достаточно надёжной форме только в 1880 году, когда впервые Динес (Dines), наблюдая водяные шарики, из которых состоят туманы в Англии, пришел к заключению, что наблюдаемые им частицы тумана суть настоящие капельки воды, размеры которых колеблются от 0,016 до 0,127 мм. Позднее подобные же наблюдения были сделаны Ассманом на вершине Брокена, которая — особенно в холодное время года — находится в области наиболее энергичного образования облаков различных форм, образующихся то несколько выше, то немного ниже, то как раз на её высоте. Ассман убедился, что все наблюдаемые им формы облаков, содержащих жидкую воду, состоят из настоящих капелек, размеры которых меняются между 0,006 мм (в верхних частях облаков) и 0,035 мм (в нижних его частях).

Капельки эти наблюдались жидкими даже при температуре −10°С; только прикасаясь к какому-нибудь твёрдому телу (например, предметное стеклышко микроскопа), они моментально превращались в ледяные иголочки. Наконец, Обермайер и Будде показали, что если исходить из явлений капиллярных, существование везикюлей не может быть допущено. Таким образом эта гипотеза ушла в прошлое. Исследования Стокса и расчёты, сделанные Максвеллом, доказали, что слабого потока, подымающегося со скоростью не более 0,5 метров в секунду, достаточно, чтобы остановить падение водяных капелек. Относительно второй группы облаков, образующихся обыкновенно на больших высотах — как перистые и перисто-слоистые — наблюдения воздухоплавателей показали, что эти формы состоят исключительно из воды в твердом состоянии. Мириады ледяных кристалликов и иголочек, подобных тем, которые наблюдаются нередко в нижних слоях атмосферы падающими в тихие, морозные дни зимой, — часто даже при безоблачном небе, — образующих правильные гексагональные пластинки или шестисторонние призмы от микроскопически малых до видимых простым глазом, держатся в верхних слоях атмосферы и то образуют отдельные волокна или перистые пучки, то однообразным слоем распространены на большие пространства, придавая небу белесоватый оттенок при перисто-слоистой облачности.

Для образования облаков необходим переход пара в капельножидкое состояние. Однако теоретические изыскания Бецольда, основанные на опытах Эйткена, показали, что этот переход есть явление весьма сложное. Весьма остроумными опытами Эйткен констатировал, что одного охлаждения воздушных масс ниже температуры их насыщения водяными парами ещё недостаточно, чтобы пар перешёл в капельножидкое состояние: для этого необходимо присутствие хотя бы мельчайших твёрдых частиц, на которых и начинает собираться в капли конденсирующийся в жидкость пар. Когда воздух, переполненный водяными парами, совершенно чист, пары, даже перейдя через температуру насыщения, не обращаются, однако, в жидкость, оставаясь пересыщенными.

Некоторые газообразные тела, как, например, озон и азотистые соединения, также могут содействовать образованию водяных капелек. Что твёрдые тела действительно играют роль при образовании облаков, это можно было видеть уже из наблюдений, установивших существование грязных дождей. Наконец, чрезвычайно яркие зори, наблюдавшиеся вслед за извержением вулкана Кракатау в 1883 году, показали присутствие мельчайших частиц выброшенной извержением пыли на весьма больших высотах. Все это объяснило возможность поднятия сильными ветрами микроскопически мелких частиц пыли весьма высоко в атмосферу, и мнение Эйткена и Бецольда о необходимости присутствия твердых частиц для образования облаков получило обоснование.

 

Luke Howard.jpg

Люк Говард (англ. Luke Howard; 28 ноября 1772 — 21 марта 1864) — британский химик-фармацевт и метеоролог-любитель с широкими интересами в области науки. Известен как создатель ныне используемой номенклатуры облаков[1].

(из википедии)

 

 

Биография

Люк Говард родился в 1772 году в Лондоне. Его отец, Роберт Говард, был производителем и поставщиком аргандовых ламп. Начальное образование получил в квакерской школе в Берфорде (англ. Burford), Оксфордшир[3]. Был помощником фармацевта в Стокпорте, после чего открыл собственную аптеку в Лондоне[4]. Впоследствии основал фармацевтическую компанию Howard & Sons.

Говард с детства интересовался погодными явлениями, в первую очередь облаками[5]. Видимо, этот интерес возник у него под влиянием событий 1783 года, когда небо над Англией затянула необычная дымка, вызванная мощными извержениями вулканов Лаки в Исландии и Асама в Японии[5]. C этого времени и до конца своей жизни Говард постоянно наблюдал за небом и погодными условиями в Лондоне и в течение 30 лет вёл дневник своих наблюдений[5].

Воспитанный квакерами, Говард всю жизнь оставался глубоко религиозным человеком, остро ощущавшим свой долг по отношению к ближним. Он был участником движения аболиционизма, состоял в Обществе противников смертной казни (Society Against Capital Punishment) и в Обществе противников жестокого отношения к животным (Society Against Cruelty to Animals), а также был в числе основателей African Institution (организации, оказывавшей поддержку бывшим рабам)[6].

C 1796 года Люк Говард был женат на Мариабелле Элиот[2]. У них было восемь детей, один из которых — Джон Элиот Говард — впоследствии стал известным химиком.

Вклад в науку

Главным вкладом Говарда в науку является система номенклатуры облаков, которую он предложил в 1802 году, выступив c докладом перед Аскезианским обществом, членом которого являлся. До начала XIX века облака не пытались классифицировать, считая их чересчур изменчивыми и эфемерными. В 1802 году, независимо друг от друга, свои системы классификации облаков предложили Жан-Батист Ламарк и Люк Говард. Однако терминология Ламарка не вошла в научный обиход, так как он создал её на французском языке. Говард же, ориентируясь на номенклатуру животного и растительного мира, разработанную Линнеем, использовал в своей классификации латинский язык. Именно Говард дал облакам их ныне общепринятые названия, выделив три основных типа: «cumulus» (кучевые), «stratus» (слоистые), «cirrus» (перистые). Комбинации основных типов позволяли охарактеризовать ещё четыре типа облаков: «cirro-cumulus», «cirro-stratus», «cumulostratus», «сumulo-cirro-stratus», или «nimbus».

В 1803 году Говард опубликовал своё «Эссе о видоизменениях облаков» (Essay on the Modifications of Clouds). Он также является автором следующих книг: «Климат Лондона» (The Climate of London, 1818), «Семь лекций о метеорологии» (Seven lectures on meteorology, 1837), «Времена года в Британии на протяжении 18 лет» (A cycle of eighteen years in the seasons of Britain, 1842) и «Барометрография» (Barometrographia,1847). Он был первым учёным, обратившим внимание на специфику городского климата.

В 1821 году Люк Говард, несмотря на отсутствие у него специального образования, был избран членом Лондонского королевского общества, а в 1850 году вступил в Королевское метеорологическое общество (Royal Meteorological Society).

В течение XIX века учёные из разных стран совершенствовали, уточняли и дополняли классификацию Говарда. В России она применялась в обсерваториях при наблюдениях за облаками с 1830-х годов.

Признание и память

Несмотря на то, что Люка Говарда называют «отцом метеорологии» и «крёстным отцом облаков», его имя известно только специалистам. Однако ещё при жизни учёного его классификацией облаков восхищался Гёте, посвятивший Говарду цикл стихотворений, каждое из которых представляло собой поэтическую иллюстрацию одной из описанных Говардом разновидностей облаков. Гёте даже написал молодому учёному восторженное письмо, которое тот поначалу счёл розыгрышем.

Исследованиями Говарда вдохновлялись британские поэты и художники: Перси Биши Шелли, автор знаменитого стихотворения «The Cloud» («Облако»), Джон Констебл, многократно изображавший облака на своих картинах, и Джон Рёскин, руководствовавшийся классификацией Говарда при исследовании произведений художников-пейзажистов. C его работами также были знакомы Уильям Тёрнер и Каспар Давид Фридрих, обратившие внимание на акварельные зарисовки облаков, выполненные самим Говардом.

В XXI веке французский писатель Стефан Одеги отвёл Люку Говарду важное место среди персонажей своего романа «Теория облаков» (La Théorie des nuages, 2005).

В настоящее время на доме Люка Говарда в Лондоне установлена памятная табличка.

Дата рождения:

 

28 ноября 1772

Место рождения:

Лондон

Дата смерти:

21 марта 1864 (91 год)

Место смерти:

Лондон

Страна:

Flag of the United Kingdom.svg Великобритания

Известен как:

автор номенклатуры облаков

Награды и премии:

член Лондонского Королевского общества[d]

Запустите волну сарафанного радио:

54 человек готовы участвовать в продвижении публикации, но ждут Вашего решения. (присоединиться)

сарафанных баллов

У нас не ставят лайков, мы выражаем признательность автору иначе! Каждый сарафанный балл, который Вы перечислите на баланс публикации, превратится в одного уникального читателя. Члены сообщества ИнфоНарод.РФ зарабатывают сарафанные баллы тем, что распространяют публикации. А в будущем, они так же вкладывают баллы в распространение других публикаций. Будьте ответственны! Не помогайте публикациям продвигаться, если они негативно влияют на окружающий мир. И наоборот, помогайте, если они направлены на развитие общества!

Зарегистрируйтесь в системе ИнфоНарод.РФ, чтобы продвигать публикации.

Раздел комментариев к данной публикации:


Фотография пользователя
Автор комментария: Борис Алексеевич Сысоев
Дата публикации: 08/07/2016 (11:08)

Смерчи: причины возникновения и способы прогнозирования

22:1222.05.2013
(обновлено: 18:52 25.06.2015)
024555267
О причинах возникновения смерчей и о том, как их спрогнозировать - читайте в справке РИА Новости >>

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.

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).

Причины образования смерчей до сих пор окончательно не выяснены. Смерчи образуются под мощными кучево-дождевыми облаками в результате взаимодействия очень сильных восходящих и нисходящих потоков, связанных с движениями в облаке.

Чаще всего он образуется следующим образом: из грозового облака по направлению к земле протягивается гигантский "черный хобот", воронкообразно расширяющийся у основания облака и сужающийся книзу. Если "хобот" достигает поверхности земли, то здесь он снова расширяется, образуя воронку, содержащую пыль, песок или почву (если смерч развивается над сушей), или воду (если смерч проходит над водной поверхностью).

В своем развитии каждый смерч проходит три стадии: образования изначальной воронки из грозового облака, вихря максимальной мощности (когда воронка касается земли) и разрушения вихря — когда воронка отрывается от земли и поднимается в материнское облако. Длительность каждой стадии непостоянна и колеблется от нескольких минут до нескольких часов.

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.

Важным направлением работы по снижению ущерба является борьба за устойчивость линий связи, сетей электроснабжения, городского и междугородного транспорта. Основным способом повышения устойчивости в этом случае является их дублирование временными и более надежными в условиях сильного ветра средствами.

Самые разрушительные смерчи и наиболее часто происходят в США. Для характеристики силы смерчей в США разработана шкала Фуджиты — Пирсона, состоящая из 7 категорий, причем нулевая (самая слабая) по силе ветра совпадает с ураганным ветром по шкале Бофорта.

Самым длительным по времени существования до сих пор считается Мэттунский смерч 1917 года — он просуществовал 7 часов 20 минут, пройдя за это время 500 км. Другим длительным и очень разрушительным смерчем было торнадо Трех Штатов, возникшее 18 марта 1925 года и прошедшее путь в 350 км по штатам Миссури, Иллинойс и Индиана за 3,5 часа, его жертвами стали 695 человек, тяжело раненных было 2027 человек, убытки составили около 40 миллионов долларов.

3 апреля 1974 года возникло более сотни смерчей, которые свирепствовали в 11 штатах США. Пострадало 24 тысячи семей, а нанесенный ущерб оценен в 70 миллионов долларов.

Смерч в городе Шатурш в Бангладеш 26 апреля 1989 года 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.

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

 


Фотография пользователя
Автор комментария: Борис Алексеевич Сысоев
Дата публикации: 08/07/2016 (16:42)

Смерч

 

Смерч — атмосферное явление, представляющее собой стремительный воронкообразный вихрь высотой до 1,5 км, который вытягивается от кучево-дождевого облака к поверхности воды или земли.

Внутри воронки воздух поднимается вверх, создается разрежение.
Когда воронкообразный отросток облака достигает земли, его ширина составляет 50-500 м.

 

Смерч проносится над поверхностью со скоростью 30-60 км/ч и примерно через 30 км теряет свою разрушительную силу. Правда известны случаи, когда смерчи сохраняли живучесть на протяжении 500 км. Возникновение связано с локальной неоднородностью атмосферы, чередованием теплых и холодных слоев воздуха.
 

Смерчи часто наносят урон инфраструктуре городских поселений (могут переносить с места на место крупные предметы, автомобили).
В Северной Америке смерчи известны под названием торнадо. Также известны под названием тромбов.

 

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 г. (!)
 

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).
 

Вращение в смерчах происходит против часовой стрелки, как и в циклонах северного полушария Земли.
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 торнадоподобных 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 г. 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 100 м/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 г. 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 г. 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.
 

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.
 

Во время торнадо 2 сентября 1935 г. 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 г. зарегистрировано 395 смерчей. Не все из них достигают поверхности Земли и вызывают разрушения.
Подобные смерчи получают свои названия, например, торнадо «Трех Штатов» 18 марта 1925 г.

 

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 г. 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 г. два смерча, следовавшие один за другим с интервалом в 20 минут, уничтожили провинциальный городок Ирвинг с 300 жителями на севере штата 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 г. 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 в 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 безумные люди или даже «охотники за торнадо», для которых это «хобби» иногда кончается гибелью.

 

Смерч в городе Шатурш в Бангладеш 26 апреля 1989 г. 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 ХХ 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 С. А. 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 течением 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.
 

Полученные в расчетах цифры интересно сравнить с данными наблюдений Флоридского торнадо 1935 г. 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/см3 и ускорение свободного падения 980,665 м/с2 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 г. 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).
 

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.
О том, насколько мощным может быть смерч и какие он может причинить беды, свидетельствует случай, имевший место в центральных областях РСФСР в 1984 г.

Подобной силы смерчи до сих пор на территории СССР не были зарегистрированы.
Во второй половине дня 9 июня 1984 г. через Московскую, Калининскую, Ярославскую, Ивановскую и Костромскую области прошли смерчи. Наиболее сильный смерч наблюдался в Иванове.
В 15 часов 45 минут вблизи города Иваново появилось очень темное облако с хоботом, который, раскачиваясь из стороны в сторону, опускался к земле.

Почти коснувшись земли, хобот стал быстро расширяться и всасывать предметы, причем нижний конец его неоднократно приподнимался и опускался. Было хорошо видно быстрое вращение хобота, слышны сильный свист и гул, подобные тому, какой создает реактивный самолет.
Явление напоминало «кипящий котел», внутри хобот светился. От хобота отрывались «рукава», которые разлетались в стороны или вновь возвращались.
Облако, из которого опустился смерч, быстро перемещалось на север, и в полосе шириной около 500 метров смерч срывал крыши домов, ломал и вырывал деревья, столбы и опоры электропередачи.
Прочные деревянные дома, особенно их кровли, разрушались, переворачивались тяжелые вагоны, приподнимались, многократно перевертывались и сносились в сторону автомашины, автобусы, троллейбусы и другие предметы.
Через час смерч оказался примерно в 60 километрах к северо-востоку от Иванова и на холмистом берегу Волги (вблизи турбазы Лунево) вновь проявился особенно сильно.
Падали вывороченные с корнем ели, ломались сосны и березы, рушились щитовые домики. Бак водонапорной башни весом 50 тонн был отброшен на 200 метров в сторону.
Как и на окраине Иванова, бетонные и большие кирпичные строения в основном не разрушались, с них срывалась кровля, вылетали или разбивались стекла.
В Луневе диаметр выпавшего перед смерчем града достигал трех сантиметров. В это же время смерчи были отмечены и в двух местах Ярославской области. Один из них сопровождался градом диаметром 3—15 сантиметров, вес отдельных градин достигал одного килограмма.
В тот же день после 13 часов еще один смерч прошел через аэропорт Шереметьево вблизи Москвы. Он разрушил ангар и проложил в лесу полосу поваленных деревьев.3

 

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.

 

29 июля 1904 г. на Москву с юго-востока надвинулась большая черная туча, из которой свисал огромный хобот. Одна из пожарных команд приняла его за дым и примчалась тушить пожар.
Смерч раскидал людей и лошадей, разбил пожарные повозки. Коровы летали по воздуху.
Смерч поднял в воздух полицейского, который «вознесся в небо», а затем, раздетый и избитый градом, был брошен на землю.
Была поднята в воздух железнодорожная будка, которую отбросило в сторону на 40 метров. Находившийся в будке обходчик остался жив.
Там, где смерч пересек Москву-реку, обнажилось ее дно.
Пройдя 40 километров, смерч вызвал большие разрушения, погибло более 100 человек.3
17 июля 1940 г. в деревне Мещеры Горьковской области во время грозы выпал дождь из старинных серебряных монет XVI 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 г.
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 г. 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 г.:
«•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 г. в городе Толедо, штат Огайо. Американский ученый Г. Джонс в 1965 г. 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 Л. Г. Качурин исследовал в 70-х годах ХХ 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 г. 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.

 

По интенсивности и степени разрушений смерчи делятся на семь категорий:
1. Скорость ветра 18 - 32 метра в секунду. Слабые разрушения: повреждаются печные трубы, заборы, деревья.
2. Скорость ветра 33 - 49 метров в секунду. Умеренные разрушения: срываются покрытия с крыш, движущиеся автомобили сбрасываются с дороги.
3. Скорость ветра 50 - 69 метров в секунду. Значительные разрушения: срываются крыши с домов, переворачиваются грузовики, вырываются с корнем деревья.
4. Скорость ветра 70 - 92 метра в секунду. Сильные разрушения: крыши и часть стен разрушаются, переворачиваются вагоны, в лесу с корнем вырывается большая часть деревьев, поднимаются над землей и перемещаются тяжелые автомобили.
5. Скорость ветра 93 - 116 метров в секунду. Опустошительные разрушения: разрушаются тяжелые здания, строения со слабым основанием переносятся на расстояние, автомашины разбрасываются в стороны, крупные предметы носятся в воздухе.
6. Скорость ветра 117—142 метра в секунду. Сверхопустошительные разрушения: поднимаются тяжелые здания, переносятся и разрушаются автомобили, огромные предметы перемещаются по воздуху на большие расстояния с большой скоростью, деревья разламываются на части.
7. Скорость ветра от 142 метров в секунду до, предположительно, скорости звука.3

 

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.
 

Но смерч способен и на поистине «ювелирные» проделки. Так, в городе Ростове, Ярославская область, он проник внутрь дома, где сорвал и унес наволочку с пуховой подушки.
 

А в другом доме этот же смерч перенес со стола будильник через три комнаты прямо на чердак. Причем будильник исправно показывал время после этого еще в течение шестнадцати лет!3

 

 
Рубрики:  духовное непозноное и непонятное

 



Image CAPTCHA

Логотип

Экомир

Канал Общественного движения "В защиту лесов".

Предложить публикацию

@

Модераторы содержания канала: Борис Алексеевич Сысоев; Яшкова Наталья; Прийдак Наталья Владимировна; Александр Князев; Марина Петровна Кузьмина;
Дата создания: 03.10.2014 (19:38)