Смерчем (тромбом или торнадо) называют вихрь с вертикальной осью
вращения, диаметр которого обычно составляет от нескольких десятков до
нескольких сотен метров. По косвенным оценкам максимальные скорости
ветра в смерче составляют 200— 300 м/с. Такие очень большие скорости
развивают в смерче центробежные силы, вызывающие понижение давления в
его центре. Наиболее низкое давление, измеренное в смерче, составляло
912 гПа, градиент давления при этом был около 10 гПа/100 м. Если судить
по разрушениям, причиняемым смерчами, то градиент давления в них может
быть и больше.
Смерч причиняет катастрофические разрушения вследствие весьма
значительной силы ветрового напора и большой разности давления в нем и в
окружающем пространстве.
Обычно смерч опускается из кучево-дождевого облака, называемого
материнским облаком, к поверхности суши или моря, втягивая в себя пыль,
песок, камни, траву и воду.
С приближением смерча слышен очень сильный шум, создаваемый ветром при
столкновении различных предметов, втянутых в разреженную центральную
область смерча.
Длительность существования смерча небольшая: от нескольких минут
до нескольких часов, длина пути составляет в среднем 5—10 км, иногда
более 30 км (в США длина пути торнадо может достигать 100 км и более).
Скорость движения смерча различна: от 10—20 до 60—70 км/ч и более, что в
основном обусловлено характером распределения ветра в средней
тропосфере.
На территории СССР смерчи — сравнительно редкое явление. Они наблюдаются
в Прибалтике, Белоруссии, на Украине, в Центральных областях, в
Поволжье, на Урале и в Сибири. Водяные смерчи бывают у Черноморского
побережья Кавказа, у берегов Крыма, над северо-западной частью Черного
моря, у побережья Куршского и Рижского заливов.
Образование смерчей в большой степени обусловлено неустойчивостью
стратификации атмосферы. Чем больше неустойчивость стратификации
атмосферы, тем более они вероятны. Однако образование смерчей даже и при
большой неустойчивости атмосферы происходит крайне редко. Это говорит о
том, что в атмосфере должны существовать и другие благоприятные для их
образования условия, заключающиеся, по-видимому, в мезомасштабных
особенностях циркуляции нижних слоев атмосферы.
Данные наблюдений показывают, что смерчи связаны с двумя типами
мезомасштабной циркуляции:
1. С облаками, имеющими горизонтальную ось вращения (крутящийся облачный
вал), наблюдающимися на линиях неустойчивости (линиях шквалов) перед
быстро движущимися холодными фронтами.
2. С облаками, вращающимися вокруг вертикальной оси. Последний тип
циркуляции чаще встречается на холодных фронтах, вдоль которых
перемещаются мезомасштабные циклонические вихри.
В передней части материнского облака первоначально, до возникновения
смерча, существует крутящийся по ходу движения облачный вал. Чаще всего
смерчи возникают с правой стороны облака (по направлению его
перемещения), представляя собой как бы продолжение правой части
крутящегося вала, при этом наблюдается циклоническое вращение ветра.
Имеют место случаи, когда в смерче происходит и антициклоническое
вращение ветра.
Смерчи связаны с мезомасштабной циклонической циркуляцией в слоях выше
смерча, диаметр которой от нескольких километров до 50 км, а по высоте
она распространяется до 10—12 км. Такой тип циркуляции называют
«циклон-торнадо». На экране радиолокатора циклон-торнадо имеет вид
подковообразного образования с просветом в центре.
По современным представлениям структура смерча, достигающего земной
поверхности, весьма сложная. В центральной части смерча имеется ядро,
диаметром 100—150 м и меньше, в котором наблюдаются нисходящие движения
воздуха до 60—80 м/с. Выхоложенный опускающийся воздух при конвергенции у
поверхности Земли, увеличивает разрушительную силу смерча и образует
его подножье. Вокруг ядра смерча отмечаются восходящие движения воздуха
до 70—90 м/с, в результате которых происходит конденсация водяного пара,
что придает смерчу белесоватый цвет, видимый издалека. Когда же смерч
вбирает в себя пыль и песок, он становится темным.
Смерч — явление локальное, образуется он вследствие макро- и
мезомасштабных особенностей циркуляции атмосферы и наблюдается на
холодных фронтах с волнами при наличии мезо-масштабной, диаметром 5—50
км, циклонической циркуляции в нижних слоях тропосферы и при
значительной неустойчивости стратификации атмосферы, когда высота
верхней границы радиоэха более 11 км, температура на высоте верхней
границы радиоэха ниже —48 °С и логарифм радиолокационной отражаемости
более 4,0.
В силу малой повторяемости и небольших размеров смерчей крайне редки
случаи, когда удается с помощью обычных метеорологических наблюдений
измерить характеристики смерча. Поэтому каждый случай непосредственных
измерений смерча представляет интерес для выяснения физической сущности
его образования.
Пример: 3 июля 1974 г. между 17 и 18 ч через г. Горький прошел
разрушительной силы смерч, нанесший большой материальный ущерб в
городе. Смерч сопровождался градом, грозой и ливнем.
В этот день в Горьком стояла теплая погода. К середине дня температура
повысилась до 24—26 °С, массовая доля влаги достигла 13%, атмосферное
давление продолжало падать на 2—3 гПа/3 ч, прошел небольшой дождь. Около
15 ч в южной половине Горьковской области возникли грозы, которые стали
перемещаться к северу. В 16 ч 10 мин—16 ч 15 мин три метеорологические
станции города отметили отдаленную грозу на юго-западе, а спустя
примерно 40—45 мин юго-восточнее пос. Дубенки возник смерч.
Из района Дубенки смерч смещался к северо-северо-западу, прошел через
метеорологическую площадку ст. Мыза и вышел на жилой массив новой
застройки в Приокском районе. В районе Стрелки смерч пересек реку Оку и
Волгу и ушел в заволжские луга. Скорость движения смерча была 35— 40
км/ч.
Ход метеорологических величин на ст. Мыза 3 июля 1974 г.
T - температура воздуха
a - парциальное давление водяного пара
f - относительная влажность воздуха
p - давление
После прохождения смерча ветер ослабел, пошел дождь, который
продолжался до 19 ч.
При прохождении смерча через метеорологическую станцию Мыза, в 17 ч 10
мин измерительным прибором М-63 был зафиксирован порыв восточного ветра
48 м/с, после чего прибор был сломан (за 100-летний период
метеорологических наблюдений в Горьком скорость ветра более 36 м/с не
наблюдалась). Через 5 мин ветер стал южного направления и ослабел почти
до штиля. При прохождении смерча стрелка барографа резко опустилась
вертикально вниз почти на 20 гПа, а затем поднялась до прежнего давления
— 997 гПа.
Во время смерча на двух станциях был отмечен слабый ветер. Только когда
смерч ушел за пределы города, с 17 ч 50 мин — 18ч произошло
кратковременное усиление юго-западного ветра до 16—18 м/с, выпал град и
дождь, количество осадков составило 41—62 мм (на ст. Мыза — только 11
мм).
В радиусе 500—800 км вокруг Горького, кроме Павлова и Саранска, где
наблюдались порывы ветра до 16 м/с, ни на одной метеорологической
станции сильный ветер не отмечался. По сообщениям же очевидцев, довольно
сильные шквалы прошли южнее и севернее Горького.
Смерч возник вблизи вершины волны на холодном арктическом фронте,
связанном с глубоким циклоном на севере. В зоне фронта имелись большие
контрасты температуры: до 14 °С у поверхности Земли и 8—9 °С на высоте.
Во время смерча на двух станциях был отмечен слабый ветер. Только когда
смерч ушел за пределы города, с 17 ч 50 мин — 18ч произошло
кратковременное усиление юго-западного ветра до 16—18 м/с, выпал град и
дождь, количество осадков составило 41—62 мм (на ст. Мыза — только 11
мм).
В радиусе 500—800 км вокруг Горького, кроме Павлова и Саранска, где
наблюдались порывы ветра до 16 м/с, ни на одной метеорологической
станции сильный ветер не отмечался. По сообщениям же очевидцев, довольно
сильные шквалы прошли южнее и севернее Горького.
Смерч возник вблизи вершины волны на холодном арктическом фронте,
связанном с глубоким циклоном на севере. В зоне фронта имелись большие
контрасты температуры: до 14 °С у поверхности Земли и 8—9 °С на высоте.
Массовая доля влаги воздуха у поверхности Земли была 13%» и с высотой
убывала неравномерно. Нулевая изотерма располагалась на уровне 3,5 км. С
высотой наблюдались резкие изменения температуры, влажности и скорости
ветра.
|