Что такое тайфун? Как образуется тайфун? Механизм возникновения тайфуна.

Тайфуны и ураганы – природные явления свойственные южным тропическим широтам. В принципе особой разницы между ними нет, так как основное различие сводится к самому названию. Так у берегов Южной Америки формируются ураганы, тогда как в Индийском океане и Японском море – тайфуны.
Скорость ветра при урагане достигает 100 метров в секунду, ветер подымает огромные волны, сила которых достигает такой мощи, что всего за несколько минут волна разрушает береговую линию на 15 метров вперед. Высокие волны, обрушиваются не только на прибрежные селения и города, но и на находящиеся в море корабли, шансов спастись у которых иногда и вовсе не бывает.

Смертельно красивый ураган

Ураган и тайфун формируется из вихревого потока тогда, когда температура морской воды достигает 27-30 градусов, что обычно случается в конце лета начале осени. Именно в это время года опаснее всего выходить в дальние плавания, в особенности, если в маршруте следования имеется одно из южных морей. Опытные капитаны в это время отваживаются пуститься в путь только при большой необходимости и внимательно следят за сводками погоды.

Характерной чертой, по которой еще в древности моряки определяли надвигающийся ураган, являлось наступление полного штиля, затишья при котором внезапно стихают все звуки, нет ветра, паруса и флаги висят беспомощными тряпками, а море становится гладким и недвижимым, благодаря чему видимость увеличивается в десятки раз.

Явление это носит название « Глаз бури» , оно может возникать как при ясной погоде, так и после небольшого шторма. Радоваться такому затишью не стоит, капитан, владеющий знаниями по истории морских катастроф, причиной которых был ураган, должен на всех парах устремиться к ближайшему берегу, либо попытаться достичь края урагана, определить который несложно по заметному изменению цвета неба и колебаниям морских волн.

Находиться в центре тайфуна, или урагана крайне опасно, выжить в этом случае практически невозможно, даже, несмотря на то, что современные технологии позволяют определить образование циклона и его дальнейшее развитие за много дней и часов до наступления непогоды. Начиная с 1900 года и по наши дни, в мире случилось более 30 ураганов и тайфунов, причем самые мощные атмосферные явления подобного рода наблюдались в середине прошлого века и совсем недавно, всего 11 лет назад в 2004 году, когда мощнейшие ураганы Чарли, Френсис, Жанна, Исабель и Иван обрушились на прибрежные города Соединенных Штатов и Гаити. В это же время непревзойденный по силе тайфун стал причиной гибели тысяч отдыхающих на побережье Таиланда и Индонезии.

Помимо свойственной урагану мощи имеется у него и еще одна характеристика – имя, вот уже более 40 лет все ураганы и тайфуны принято назвать женскими и даже мужскими именами, что заметно упрощает их классификацию метеорологами и одновременно носит некоторый расслабляющий психологический эффект. Так от урагана Катрина погибло несколько сот тысяч человек, но его красивое имя смягчило эту потерю, во всяком случае, для всех, кто наблюдал за разрушительными последствиями стихии по телевизору.

Надвигающийся ураган хорошо виден из космоса, но несмотря на это успеть к нему подготовится крайне сложно, так как определить силу этого атмосферного явления окончательно не способен ни один прибор, потому и тайфуны, и ураганы представляют собой опаснейшее явление на суше и на море, они гибельны как для больших лайнеров, так и для маленьких яхт, они несут смерть.

Смерчи и ураганы.

Известный кинорежиссёр Э.А. Рязанов прекрасно сказал стихами:

"У природы нет плохой погоды
Всякая погода - благодать.
Дождь и снег, любое время года
Надо благодарно принимать."

Мы полностью соглашаемся с этими добрыми, полными любви к родной природе словами Эльдара Александровича. Однако должны заметить, что иногда погода портится до такой степени, что становится мало похожей на благодать. К сожалению, это случается нередко. Мы имеем в виду такие погодные явления, как смерчи и ураганы.

Смерч - это атмосферный вихрь с вертикальной, иногда изогнутой осью вращения. Он возникает из-за неустойчивости атмосферы на границе раздела тёплого и холодного воздуха. Смерч, как правило, рождается из дождевой тучи. Эта туча называется материнской и обычно находится на высоте до 10 километров, т.е. на границах раздела, которые отделяют воздушные массы с различной скоростью ветра, с разными температурами и влажностью воздуха. Из тучи холодный воздух опускается на поверхность земли, навстречу тёплому воздуху, поднимающемуся вверх. Возникает вращательное движение воздуха - смерч. Внутри смерча давление сильно падает - до величины ниже 700 мбар (нормальное атмосферное давление равно 1013 мбар). Смерч, опустившись на поверхность земли, с шумом закручивает и словно гигантский пылесос засасывает в себя пыль, песок, воду, траву, камни и другие предметы.

Движутся смерчи с той скоростью, с которой их гонит ветер: 30-60 км/час. Среднее расстояние, которое проходит смерч - около 25 километров, а средняя ширина захвата смерча (своего рода средний диаметр) составляет 150 метров.

Смерч оценивается в баллах от 0 до 5 в зависимости от его интенсивности и вызываемых последствий (разрушений). Интенсивность смерча обусловлена скоростью внутреннего ветра, которая может составлять от 18 до 140 метров в секунду. Поэтому характер разрушений, причиняемых смерчем, бывает самый различный - от слабых до катастрофических.

В Америке и Западной Европе используются термины "торнадо" и "тромб". Эти слова являются синонимами слова "смерч", т.к. обозначают одно и то же явление - вращающийся вихрь (tornado по-испански "вращающийся", tromb по-французски "труба" - форма вихря по вертикали). Кстати, направление вращения воздуха в воронке смерча в северном полушарии - против часовой стрелки, а в южном - по часовой стрелке, что является результатом действия т.н. силы Кориолиса, зависящей от вращения Земли. Действие этой силы вы можете наблюдать ежедневно, когда из ванны выпускаете воду: возникший водоворот закручивается против часовой стрелки (мы обращаемся в данном случае к жителям северного полушария нашей планеты).

Если говорить о территории России, то здесь смерчи - довольно редкое явление. В среднем они случаются два раза в год, обычно летом (июнь-июль) и чаще всего - после полудня, т.е. в часы максимального переноса тепла и воздушных масс в атмосфере.

Вот несколько примеров смерчей, случившихся в России. Самыми разрушительными были смерчи, которые пронеслись по Москве 29 июня 1904 года и по Иваново 9 июня 1984 года. "Пробег" первого смерча составил только 30 километров, а второго - 160. Смерч 1904 года в московском парке Сокольники повалил почти все деревья, а некоторые из них вырвал с корнями. В Иваново смерч прошёл полосой в 500 метров в направлении на север, срывал крыши домов, валил деревья, столбы и опоры линий электропередач, переворачивал вагоны, не говоря уже об автомобилях.

Самым большим по диаметру - до 1 километра был смерч, который прошёл по Башкирскому заповеднику в июле 1935 года.

Если для России смерчи - редкость, то в США торнадо (так здесь обычно называют смерчи) - сущее национальное бедствие: ведь в среднем по стране они случаются не реже двух раз в день (!) Видимо, такова "расплата" США за их географическое положение между льдами Аляски и Канады и тёплым Мексиканским заливом.

Теперь коротко об ураганах. Ураган - это ветер со скоростью более 33 метров в секунду (т.е. 120 км/час и больше), дующий продолжительное время (несколько часов и даже суток).

По международной шкале Бофорта скорость ветра оценивается баллами: всего 17 баллов, включая нулевой. Нулевым баллом оценивается штиль - скорость ветра равна 0,0 - 0,2 м/с; видимое действие ветра - дым поднимается вертикально, листья на деревьях неподвижны.

Ветер в 11 баллов имеет скорость 28,5 - 32,6 м/с и характеризуется как жестокий шторм, несущий большие разрушения.
Ветер в 12 баллов имеет скорость 32,7 - 36,9 м/с и характеризуется как ураган, несущий опустошительные разрушения.
Баллами 13-17 оцениваются ураганы со скоростями ветра 37 м/с и больше.

В метеорологии используется также понятие шквального ветра или шквальной бури. Так называют ветры, которые быстро (в течение 10-15 минут) достигают ураганной скорости (33 м/с) и так же быстро теряют эту скорость до 1-2 м/с.

Последствиями шквального ветра на суше могут быть разрушения лёгких построек, перевёрнутые автомобили, поваленные деревья, а на море шквальный ветер грозит реальной катастрофой даже крупным судам.

Существует также шкала категорий ураганов, так называемая шкала Саффир-Симпсона. Эта шкала делит все ураганы на пять категорий в зависимости от атмосферного давления в глазе (т.е. в центре), скорости ветра и причиняемого ущерба.

К урагану первой (низшей) категории относится ураган со скоростью ветра 34-42 м/с при давлении в глазе свыше 980 мбар; причиняемый ущерб - незначительный. Ураган пятой (высшей) категории характеризуется атмосферным давлением в глазе ниже 920 мбар и скоростью ветра выше 68 м/с (выше 245 км/час); причиняемый ущерб - колоссальный.

Тайфуны - опасное явление природы.

Отдельно нужно рассказать о таких явлениях, как тайфуны. Это тоже атмосферные вихри, но порождаются они тропическими циклонами. Циклон - это область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре. Основным районом возникновения тропических циклонов является акватория всех океанов, примыкающая к экватору и заключённая между параллелями 10-20 градусов северной и южной широт. Тропический циклон образуется там, где поверхность воды имеет высокую температуру (27°С и выше), превышающую температуру прилегающего воздуха на 2-3°С и более.

Тёплый и влажный воздух поднимается вверх, и огромные его массы за счет вращения Земли начинают круговое движение с одновременным смещением в район более низкого атмосферного давления. При значительном перепаде давления между серединой и периферией циклона скорость ветра вокруг середины быстро возрастает. Если она достигает ураганной силы - 33 м/с и более, а в отдельных случаях - до 100 м/с, это означает, что циклон превратился в тайфун. Такова упрощенная схема образования тайфуна.

Тайфуны отличаются огромными размерами: их поперечник (ширина захвата) достигает 300-700 километров, а в отдельных случаях - до 1000 км, высота - от 5 до 15 км. Тёплый и влажный воздух, поднявшийся вверх, образует над районом тайфуна дождевые облака, несущие огромное количество воды. Принесённые тайфуном проливные дожди продолжаются часами и нередко приводят к наводнениям.

Зародившиеся в северо-западной части тропической зоны Тихого океана тайфуны демонстрируют свою разрушительную мощь на южных берегах Китая и Кореи, на севере Вьетнама, на восточных берегах Японии и Курильских островов. Не оставляют они в покое и Приморский край России, а также Сахалин и Камчатку.

Название "тайфун" по-китайски означает "сильный ветер" и используется для обозначения тропических циклонов, буйствующих в только что перечисленных районах. Циклоны подобной силы, бушующие в восточной части Тихого океана и в Атлантике, называют ураганами, а такие же явления у берегов Индостана называют штормами или просто циклонами.

Циклоны возникают и в умеренных широтах, хотя значительно реже, чем в тропических. Конечно, не каждый циклон набирает ураганную силу и превращается в тайфун. Ежегодно на земном шаре бушует в среднем 20-25 тайфунов.

Циклоны - это гигантские возмущения атмосферного воздуха, связанные с резкими колебаниями давления и температуры воздушных масс. Эти колебания, а значит, и колебания погоды в огромных районах Земли, зависят в основном от взаимодействия океана и атмосферы, от характера обмена энергией и влагой между ними. Механизм зарождения циклонов не совсем ясен. Очень сложно с достаточной степенью достоверности определить, где и когда возникнет циклон, т.к. среди прочих факторов необходимо учитывать не только общий характер циркуляции атмосферы, но и особенности воздушных течений в каждом конкретном районе. Исследования циклонов затруднены, в частности, и тем, что обычно не удаётся своевременно доставить научную аппаратуру к месту события: циклоны существуют всего несколько суток (по крайней мере - в начальной стадии). Кроме того, на Земле, особенно в акватории океанов, есть немало труднодоступных районов, куда доставить научную аппаратуру вообще нет возможности.

В последние годы исследования циклонов становятся более эффективными за счёт использования специальных аэрозондов, оснащённых необходимыми измерительными приборами и спускаемых по команде с Земли с космических аппаратов, производящих мониторинг соответствующих районов акватории Мирового океана.

FAQ о тропических циклонах (ураганах, тайфунах)

1. Что такое ураган, тайфун и тропический циклон?

Тропический циклон – термин, используемый для нефронтальной системы низкого давления синоптического и мезометеорологического масштаба в тропических и субтропических водах, имеющей организованную конвекцию и определённую циклоническую циркуляцию ветров. Ураганы и тайфуны – это местные названия тропических циклонов.

Тропические циклоны с максимальной скоростью ветров у земной поверхности до 17 м/с называются тропической депрессией. Она имеет замкнутую циркуляцию. Депрессии возникают в результате волновых возмущений во внутритропической зоне конвергенции (ВЗК) на тропическом фронте, а также на пассатных фронтах. Слабые волновые возмущения возникают и независимо от фронтов, внутри пассатного течения. Перемещаются эти тропические депрессии медленно, преимущественно с востока на запад, в общем направлении переноса воздуха внутри тропиков.

Если ветер в тропическом циклоне дует со скоростью от 17 до 33 м/с, то это тропический шторм. Конвекция в нём, как правило, сосредоточена в центре, а осадки выпадают в отчётливых скоплениях Cb.

2. Что такое ураганы «Кабо-Вердэ»? Это тип атлантических тропических циклонов, которые формируются недалеко (меньше 1000 км) от островов Зелёного Мыса и затем становятся ураганами до Карибского бассейна. Как правило такие ураганы возникают в августе и сентябре. Их количество варьирует от 0 до 5 в год – в среднем 2 случая в году.

3. Что такое «супертайфун»?

Супертайфун – это тайфун, скорость ветра в котором составляет 65 и более м/с.

4. Что такое «Восточные волны» и каковы причины их возникновения?

Было отмечено, что в нижних слоях тропосферы (от поверхности океана до высоты 5 км) существуют так называемые «восточные волны», которые являются причиной большого количества тропических циклонов в Атлантике. Эти волны берут своё начало ещё в Африке. Были предложены различные механизмы образования этих волн. Было доказано, что они вызваны нестабильностью африканских восточных потоков. (Это бароклинно-баротропная нестабильность – когда ценность потенциального вихря начинает снижаться в направлении на север.) Эти волны двигаются в западном направлении ч-з Атлантику. Первые волны заметны в апреле-мае и продолжаются до ноября. Длина волн достигает 2500 км, а их период составляет 3 – 4 суток. В среднем, около 60 волн генерируются ежегодно в Северной Африке. Около 85% активных атлантических ураганов зарождаются в восточной волне.

5. Что такое «тропическое возмущение»?

Тропическое возмущение – это отдельная погодная система с явно ограниченной конвекцией, диаметром 200-600 км, возникающая в тропических или субтропических широтах. Имеет нефронтальный миграционны й характер. Сохраняется в течении 24 часов и более. Оно может быть связано или нет с заметным возмущением ветрового поля.

6. Что такое Максимальная устойчивая скорость ветра?

Это максимальная скорость ветра, измеренная за 1 минуту на высоте 10 м от поверхности. Скорость ветра в порывах будет составлять на 20 – 25% больше.

7. Что такое субтропический циклон?

Субтропическим циклоном является система с низким давлением, существующая в тропических и субтропических широтах (где угодно от экватора до 50? с.ш.), которая обладает признаками как тропических циклонов, так и внетропических. Многие из этих циклонов существуют в регионах со слабыми или умеренными температурными градиентами (как циклоны умеренных широт), но при этом значительную часть своей энергии получают от конвективной облачности (как тропические циклоны). Скорость ветра в этих штормах не превышает 33 м/с. Часто эти циклоны трансформируются в чисто тропические.

8. Где возникают тропические циклоны и каковы их траектории?

Тропические циклоны зарождаются над океанами (тропические циклоны Северной Атлантики могут возникать над Африкой, но ветер в них усиливается до шторма или урагана уже над океаном) преимущественно в их западных частях, в экваториальной зоне затишья, но достаточно далеко от экватора (10-20° широты), где температура поверхности воды достигает 28? С. Зародившись, они начинают двигаться на запад, сначала медленно, а затем всё быстрее. Через некоторое время траектория циклонов изгибается к северо-западу, затем к северу, и наконец к северо-востоку. Точка траектории, в которой перемещение циклона меняется с северо-западного на северо-восточное, называется точкой поворота.

9. Какова скорость движения самого тропического циклона и воздушных потоков внутри?

Скорость поступательного движения ураганов и тайфунов различна. Иногда они стоят на месте, правда недолго, или движутся со скоростью несколько километров в час, а затем в десятки километров. Цифры порядка 50-60 км/ч можно считать средними, максимальное продвижение – 150 – 200 км/ч.

10. Каково время жизни ураганов?

Средняя продолжительность атлантического урагана около 9 дней, а в августе – около 12 дней. Наиболее долго существуют ураганы, зарождающиеся в Африке и в районе островов Зеленого Мыса, дважды пересекающие Атлантический океан и уходящие далеко на север. Их длительность – 3 или 4 недели. Иногда тропические ураганы, не теряя силы, переходят во внетропические ураганы, и тогда длительность их жизни огромна.

Каковы основные районы зарождения тропических циклонов?

Тропические циклоны в основном возникают в следующих районах:
В северном полушарии:
1. Желтое море, Филиппинские острова и Тихий океан к востоку от них до 170° в. д. В этом районе наблюдается наибольшее в сравнении с другими количество тропических циклонов: в среднем за год 28, из них около половины с ураганной силой ветра в 9-12 баллов.
В отдельные годы их бывает до 50. Тропические циклоны этого района носят местное название тайфунов. Тайфуны движутся вначале на запад и северо-запад. Если они достигают при этом берегов Китая, они быстро затухают над сушей. Но чаще они, не достигнув материка, поворачивают к северо-востоку и при этом нередко (в 15% случаев) проходят через южные Японские острова или вблизи них. Изредка они могут даже достигать района Камчатки.
2. Тихий океан к западу от Мексики. Здесь возникает в среднем за год 6 тропических циклонов со штормовыми и, сравни¬тельно редко, с ураганными ветрами.
3. Тропики северного Атлантического океана, в особенности на западе океана - в Карибском море, в районе Малых Антильских островов и в Мексиканском заливе - и на востоке океана - в районе островов Зеленого Мыса. Местное их название - ураганы. В среднем над северным Атлантическим океаном возникает в год 10 тропических циклонов.
Циклоны западной части океана нередко проходят над Большими Антильскими островами. Сильнейший ураган «Флора» проходил над Кубой в октябре 1963 г. Иногда они попадают на материк в районе Флориды и других юго-восточных штатов США. В других случаях циклоны, поворачивая к северо-востоку над океаном, могут проходить вблизи Атлантического побережья США. Несмотря на сравнительную редкость, ураганы причиняют хозяйству США большие убытки и не обходятся без человеческих жертв.
4. Бенгальский залив. Здесь возникает в среднем за год 6 циклонов. Попадая на сушу в Индии, они часто производят сильные опустошения; особенно страшны связанные с ними нагоны воды на плоские берега.
5. Аравийское море. Здесь возникает в среднем меньше двух циклонов в год, как и в Бенгальском заливе, - весной и осенью.
В южном полушарии:
1. Тихий океан к востоку от Новой Гвинеи и северной Австралии (Квинсленда) до островов Самоа, а может быть, и дальше. Повторяемость здесь - 7 циклонов в год; циклоны ураганной силы редки.
2. Индийский океан между Мадагаскаром и Маскаренскими островами. Здесь в среднем 7 циклонов в год.
3. Индийский океан между северо-западным побережьем Австралии и Кокосовыми островами. Циклоны здесь очень редки - в среднем 2 в год. Местное название - вили-вили.
В южном Атлантическом океане тропических циклонов штормовой и ураганной силы не возникает.
Всего на Земном шаре возникает за год в среднем около 120 тропических циклонов со штормовыми и ураганными ветрами. Максимум их, как правило, приходится на лето и осень данного полушария, когда тропический фронт наиболее далеко смещен от экватора. Зимой их почти не бывает.

12. Какие стадии эволюции существуют у тропических циклонов?

А) Стадия формирования. Тропические циклоны начинают формироваться из тропического возмущения. Его углубление происходит в течение нескольких суток.

Б) Стадия молодого циклона. Развитие тропического циклона в этой стадии может идти в двух направлениях: или он в виде неглубокой депрессии перемещается на небольшие расстояния и затухает, либо циклон интенсифицируется, давление в его центре падает ниже 1000 гПа, вокруг центра возникает плотное кольцо ветров ураганной силы, радиусом 40 – 60 км.

В) Стадия зрелости. На этой стадии падение давления прекращается. Скорость ветра достигает максимума и прекращает увеличиваться. Радиус штормовых ветров также наибольший. Зона штормовых ветров размещается преимущественно в правой стороне циклона. Эта стадия может продолжаться от нескольких часов до нескольких суток.

Г) Стадия затухания (диссипации). Она начинается, когда циклон выходит на сушу или холодное морское течение. На этой стадии существование урагана может идти в двух направления: либо он постепенно затухает, переходя в тропическую депрессию, либо превращается в мощный внетропический циклон на полярном фронте.

13. Каковы размеры тропических циклонов?

Размеры ураганов весьма различны, различаются также способы их оценки. Нередко за ширину урагана принимают ширину зоны катастрофических разрушений - зоны ветров ураганной силы. Эта зона имеет ширину от 20 до 200 км и более. Часто к этой зоне прибавляют зону ветров штормовой силы со сравнительно небольшими разрушениями; тогда ширина урагана измеряется сотнями километров, иногда до 1000 и даже 1500 км. По последним данным, у атлантических ураганов средний диаметр зоны ураганных ветров около 150 км, диаметр зоны штормов 450-600 км. Более значительны размеры тайфунов. Для Тихого океана средние размеры пояса сильных ветров, сопровождающих циклон, достигают 500-600 км. Наименьшие размеры - около 80 км, наибольшие – 1600 км. За пределами тропиков они увеличиваются до 3000 км.

14. Что такое «Штормовой нагон»?

Это аномальное повышение уровня моря, связанное с прохождением сильного тропического циклона. Высота нагона определяется как разность между наблюдаемым уровнем моря во время действия циклона и нормальным уровнем моря. Он также оценивается, вычитая нормальный уровень моря во время прилива из наблюдаемого во время шторма.

15. Что такое «ПЦО» (CDO)?

ПЦО – аббревиатура, означающая «Плотная Центральная Облачность» ("central dense overcast"). Это плотное скопление перистых облаков, возникшее в результате образования наковален Cb. (стена глаза).

16. Что такое «глаз бури»? Как он формируется и поддерживается?

Глаз – это область, лежащая в центре хорошо развитого урагана, характеризуется слабыми ветрами и ясной погодой без существенных осадков. Иногда сильные ветры могут распространятся и в глаз. В глазе наблюдается наиболее низкое давление. В области глаза также наблюдается наивысшая температура воздуха: у пов-ти земли она больше окружающей всего на 0,5 – 2? С, но на высоте около 12 км она может быть больше на 10? С. Диаметр глаза составляет 30 – 60 км.

Глаз всегда окружён так называемой «стеной глаза» ("eyewall") – наиболее плотное кольцо мощных Cb. В этой области всегда наблюдается наиболее сильный ветер и осадки. В глазе происходит опускание воздуха и его адиабатическое нагревание, а в стене глаза – мощные восходящие движения. Конвекция в тропических циклонах организована в длинные и узкие полосы мощных Cb (“rainbands”). Так как эти полосы располагаются в виде спирали, то их иногда называют «спиральные полосы». Вдоль этих полос на нижнем уровне конвергенция максимальна, и, следовательно, на верхнем уровне максимальна дивергенция. Теплый и влажный воздух поднимается вверх, а затем опускается по обе стороны полосы.

В некоторых, наиболее интенсивных циклонах прослеживается два или более концентрических стен глаза. То есть конвекция организуется в мощных кольцах циклона.

17. Что такое «Ров» (Moat) в урагане?

Термином «Ров» обычно называют область между стеной глаза и наружной полосой Cb (см. рисунок). Ров является регионом со сравнительно небольшими осадками.

18. Как формируются тропические циклоны?

Для формирования тропического циклона, необходимы следующие условия в данном месте:
- высокая температура воды (не менее 26,5° С) до глубины около 50 м, способствующая сохранению гроз и конвекции;
- нестабильность атмосферы (резкое падение температуры воздуха с высотой), это способствует выделению теплоты конденсации на высоте;
- относительно влажный слой в средней тропосфере (на высоте до 5 км); высокая влажность способствует дальнейшему развитию возмущения;
- расстояние от экватора не менее 500 км (чем дальше от экватора, тем больше сила Кориолиса, которая играет значительную роль в формировании урагана);
- Ранее существующее приповерхностное возмущение с достаточным вращением и конвергенцией. Тропические циклоны не могут возникнуть спонтанно;
- Низкие значения (менее 10 м/с) вертикального сдвига ветра между поверхностью и верхней тропосферой, т.к. большие его значения негативно действуют на развитие циклона.

Но этих условий не достаточно, поэтому много возмущений в дальнейшем не развиваются. Внутри МКК часто зарождаются тёплые вихри. Эти мезовихри имеют горизонтальные размеры 100 – 200 км и наиболее мощные в средней тропосфере (ок. 5 км), а у поверхности не прослеживаются. Повидимому они вносят огромный вклад в дальнейшую эволюцию циклона.

B>19. Почему для образования тропического циклона требуется очень тёплая вода?

Тропические циклоны можно считать двигателями, топливом для которых служит тёплый и влажный воздух. Этот тёплый воздух поднимаясь охлаждается и формирует Cb в виде полос и стены глаза урагана. При конденсации водяного пара в капли выделяется скрытая теплота. В 1948 г. Эрик Палмен установил, что для развития тропического циклона, температура океанических вод должна составлять не менее 26,5? С до глубины около 50 м. Это значение связано с нестабильностью в атмосфере в тропических широтах. При более высокой температуре происходит глубокая конвекция, а при более низком значении атмосфера стабильна и поэтому не происходит грозовой деятельности (конвекции).

20. Что такое Слой воздуха из Сахары (SAL)?

Saharan Air Layer – это слой очень сухого и пыльного воздуха, который формируется над Сахарой на протяжении с весны по осень и обычно движется от туда в сторону тропической Атлантики. SAL как правило, распространяется на высотах 1500 – 6000 м. Он содержит в себе большое кол-во пыли, имеет низкую влажность (менее 50%) и сопровождается сильными ветрами (10 – 25 м/с). Известно, что SAL негативно влияет на интенсивность тропических циклонов. Её сухой воздух способствует ослаблению циклона, т.к. препятствует восходящим движениям, а сильные ветры существенно увеличивают сдвиг ветра в районе шторма. Пыль, содержащаяся в этом воздухе также влияет негативно. SAL могут простираться вплоть до Карибского бассейна.

21. Что такое neutercane?

Это небольшая (меньше 100 миль в диаметре) система с низким давлением, которая имеет характеристики как тропического, так и внетропического циклона. От субтропических циклонов они отличаются своими размерами и тем, что иногода формируются в пределах МКК.

22. Почему наибольшая скорость ветра в ураганах наблюдается справой стороны в северном полушарии и слевой - в южном?

Доказано, что самые сильные ветры в урагане располагаются по правой его стороне, потому что движение урагана также вносит свой вклад в его циркулирующие ветры. В урагане со средней скоростью ветров 145 км/ч по правую его сторону будут ветры со скоростью 160 км/ч, а по левую – 130 км/ч при поступательном движении шторма со скоростью 16 км/ч. Для тропических циклонов Южного полушария всё будет наоборот – максимальные ветры наблюдаются по левую сторону урагана, т.к. в Южном полушарии вращение урагана происходит по часовой стрелке.

23. Какое количество энергии производит ураган?

Энергетику урагана можно оценить двумя способами:
a. Как общий объём энергии, полученный в результате конденсации водяного пара в урагане, или
b. Как сумму кинетической энергии, необходимую для поддержания сильных ветров в урагане.

Существует 2 метода оценки общей энергии урагана:
I метод: общее количество энергии, высвобожденное в процессе формирования облаков и осадков.
Ураган в среднем производит 15 мм осадков в день на площади, равной кругу, радиусом 665 км (большее количество осадков выпадает в стене глаза и в rainbands). Преобразование этого количества осадков в объём даёт около 2.1 x 10 16 см 3 в день. 1см 3 осадков весит 1 гр. Используя скрытую теплоту конденсации, нетрудно подсчитать, что это количество образовавшегося дождя дает около 5,2 х 10 19 Дж / день или 6,0 х 10 14 Вт энергии!!!
II метод: количество кинетической энергии (энергии ветра).

Для зрелого урагана сумма производимой кинетической энергии равна этому количеству рассеянной из-за трения. Используя скорость ветра 40 м/с на расстояние 60 км получаем норму рассеяния, равную около 1,3 х 10 17 Дж / день или 1,5 х 10 12 Вт энергии.

24. Что такое «Концентрические циклы стены глаза» ("Concentric eyewall cycles")?

Это явление происходит в интенсивных тропических циклонах, соответствующих категориям 3, 4 и 5 по шкале Саффира-Симпсона со скоростями ветра более 185 км/ч. Тропические циклоны, достигнув такой категории обычно имеют (но не всегда) стену глаза и радиус максимальных ветров 10 – 25 км. В этот момент некоторые из внешних rainbands могут организовываться во внешнее кольцо гроз (внешняя стена глаза), которое медленно движется внутрь, лишая внутреннюю стену глаза необходимой влажности и момента движения. На протяжении этой фазы, ураган ослабляется (максимальные ветры ослабевают, а давление в центре повышается), т.к. внутренняя стена становится «зажатой» внешней. В результате, внешняя стена глаза заменяет внутреннюю полость и ураган возобновляет свою интенсивность до прежней, а иногда и сильнее.

25. В какое время года наблюдается сезон ураганов в различных частях мира?

Сезон ураганов в Атлантике официально продолжается с 1 июня по 30 ноября. Максимальная их интенсивность приходится на первую половину сентября.

Сезон ураганов в северо-восточной части Тихого океана официально продолжается с 15 мая по 30 ноября.

В северо-западной части Тихого океана тропические циклоны (тайфуны) могут развиваться круглый год. Поэтому здесь нет официального сезона тайфунов. Но есть небольшой минимум циклонической активности в феврале – начале марта, а основной сезон продолжается с июля по ноябрь с пиком в конце августа – начале сентября.

Север Индийского океана имеет двойной пик активности циклонов – в мае и ноябре, но сезон продолжается с апреля по декабрь. Сильные тропические циклоны (более 33 м/с) в этом регионе происходят преимущественно с апреля по июнь и с конца сентября по начало декабря. Юго-запад и юго-восток Индийского океана имеют очень похожие годовые циклы активности циклонов, которые начинаются в конце октября – начале ноября, имея 2 пика активности: в середине января и в конце февраля - начале марта. Конец сезона отмечается в мае.

В юго-западной части Тихого океана сезон тропических циклонов начинается в конце октября – начале ноября, достигая пика в конце февраля – начале марта.

Во всём мире наиболее активным месяцем является сентябрь, а наименее активным – май.

26. Почему в Южной Атлантике тропические циклоны встречаются очень редко?

В марте 2004 года в Южной Атлантике сформировался ураган DID, который обрушился на побережье Бразилии. Это был только второй тропический циклон за последние 60 лет! Остаётся вопрос, почему в этом регионе ураганы настолько редки. Многие причину этого видят в относительно низкой температуре поверхности океана, но главная причина заключается в том, что в этом районе в тропосфере от приповерхностного слоя до высоты 200 гПа существует сильные вертикальный сдвиг ветра. Следствием этого является отсутствие внутритропической зоны конвергенции (ВЗК). А без ВЗК появление крупномасштабных синоптических вихрей становится практически невозможным. Однако есть документальные сведения о сильной тропической депрессии, которая сформировалась у побережья Конго в середине апреля 1991 г. Этот шторм продолжался около 5 дней и перемещался на юго-запад, к центру Южной Атлантики. Однако не проводились исследования относительно условий, которые сопровождали это редкое событие.

27. Какова грозовая активность в тропических циклонах?

Как ни странно, но во внутренней части урагана (в пределах 100 км от центра) молнии происходят не так часто. И только около дюжины или меньше ударов облако-земля в час происходит вокруг стены глаза. Однако на расстоянии около 100 км вокруг шторма количество вспышек может составлять около 100 в час. Такая слабая грозовая активность внутренней части урагана объясняется некоторыми особенностями Cb. В районе формирования этих Cb недостаточно развиты восходящие потоки. Из-за слабых восходящих потоков существует недостаток переохлаждённой воды в стене глаза, следствием чего является очень слабая грозовая деятельность. А большее количество молний во внешней части урагана связано с более конвективными rainbands. Блэк (1975 год) высказал мнение, что резкое повышение конвекции внутри циклона, которое сопровождается увеличением грозовой активности свидетельствует об интенсификации урагана. Как оказалось позже – чаще всего это правда.

28. Почему ураганы не встречаются в районе экватора?

Ближе 5° широты к экватору тропические циклоны наблюдаются редко, так как отклоняющая сила вращения Земли здесь слишком мала, чтобы могла развиться сильная циклоническая циркуляция: возникающие здесь разности давления должны быстро заполняться.

29. Что такое «Взрывное углубление циклона»?

Это падение давления в тропическом циклоне со скоростью не менее 2,5 мб/час в течение, по крайней мере, 12 часов или со скоростью не менее 5 мб/час в течение 6 часов.

Что такое «Эффект Фуджихара»?

Это явление, при котором два или более близко расположенных друг к другу тропических циклона циклонически вращаются вокруг общей точки (наподобие бинарных систем в космосе). При этом расстояние между взаимодействующими циклонами должно быть не более 1450 км. В северном полушарии это вращение происходит против часовой, а в южном по часовой стрелке. Это явление наиболее распространено в северной части Тихого океана.

Каковы признаки прохождения урагана через данный пункт?

За 96 часов до появления глаза:
на первый взгляд нет никаких признаков шторма. Атмосферное давление стабильно, ветер лёгкий и переменчивый. На небе отдельные кучевые облака. Но усидчивый наблюдатель заметит выпуклости на поверхности океана, которые каждые 10 сек. обрушиваются на берег в виде волн, высотой около 1 метра. Эти волны, порождённые ураганом, могут быть легко замаскированы обычными ветровыми волнами.

За 72 часа до появления глаза:
мало что изменилось, разве что выпуклости стали около2 метров высотой и обрушиваются на берег каждые 9 секунд. Это означает, что ураган по-прежнему далеко за горизонтом, но постепенно приближается.

За 48 часов до появления глаза:
Кучевые облака ушли, небо ясное, давление стабильно, а ветер спокойный. Выпуклости уже 3 метра в высоту и идут через каждые 8 секунд. Даётся команда для эвакуации густонаселённых районов.

За 36 часов до появления глаза:
Первые признаки урагана. Давление постепенно падает, скорость ветра около 5 м/с, выпуклости уже составляют 4 м в высоту и двигаются обособленно через каждые 7 секунд. На горизонте появляется сплошная масса перистых облаков, которая постепенно покрывает большую часть горизонта.

За 30 часов до появления глаза:
Небо затянуто сплошной облачностью. Давление падает со скоростью около 1 мб/час, ветер усилился до 10 м/с. Выпуклость повторяется через 5 секунд, начинают появляться маленькие барашки. Передаётся предупреждение об урагане и продолжается эвакуация.

За 24 часа до появления глаза:
На небе пасмурно и появились низкие быстродвижущиеся облака (Frnb). Давление падает на 2 мб/час, ветер усилился до 15 м/с. На море много пены и вздутий. К этому времени должна быть окончена эвакуация и завершиться все приготовления.

За 18 часов до появления глаза:
Низкие облака более мощные, несут с собой прерывающийся сильный дождь, сопровождающийся порывистым ветром. Давление продолжает падать, ветер усилился до 20 м/с. Ходьба против ветра затруднена.

За 12 часов до появления глаза:
Заряды сильных дождей становятся всё чаще, ветер усиливается до 33 м/с. По воздуху летают разные предметы и листья. Уровень моря постоянно повышается. Давление падает ещё стремительнее.

За 6 часов до появления глаза:
Дождь льёт безпрерывно, скорость ветра составляет 40 м/с или более. Из-за этого дождь идёт горизонтально. Давление падает очень резко. В воздухе летают любые предметы, происходят всевозможные разрушения, штормовой нагон увеличивается. Поверхность моря белая.

За 1 час до появления глаза:
Ливень льёт сплошным потоком. Низинные районы затоплены от дождя. Давление невообразимо падает. Скорость ветра составляет более 45 м/с. Прибрежные дороги затоплены, волны более 5 м высотой. Самый суровый момент времени!

Глаз:
После достижения своего пика, ветер стихает, осадки прекращаются внезапно и небо начинает просветливаться. Но давление продолжает падать на 3 м/б в час. Штормовой нагон наибольший. Ветер стихает полностью. Воздух тёплый и влажный. Можно увидеть вокруг возвышающиеся до 14 км облака, освещённые Солнцем. Давление на некоторое время остановилось, а затем начало стремительно повышаться. Ветер стал немного сильнее и начал дуть с противоположной стороны.

1 час после появления глаза:
Небо потемнело, ливень и ветер стали такими, как 2 часа раньше. Штормовой нагон начал уменьшаться, но огромные волны продолжают обрушиваться на берег. Давление растёт со скоростью 2 мб/час, ветер больше 45 м/с.

6 часов после появления глаза:
Ливень продолжается, но ветер уменьшился до 40 м/с. Штормовой нагон отходит, увлекая за собой в океан разный мусор.

12 часов после появления глаза:
Ливень идёт периодически и ветер постепенно уменьшается после каждого периода дождя. Основание облаков как и давление повышается. Скорость ветра ещё остаётся в районе ураганной – 30 м/с, а океан покрыт пеной.

24 часа после появления глаза:
Низкие облака разрываются на небольшие фрагменты. Давление растёт с прежней скоростью, ветер уменьшился до 15 м/с. Штормовая волна полностью отошла с берега, но поверхность моря всё ещё охвачена барашками и пеной.

36 часов после появления глаза:
Сплошная облачность распалась, слой перистых облаков почти полностью скрылся за горизонт. Небо стало чистым, давление растёт незначительно, скорость ветра составляет около 5 м/с. Вокруг различные разрушения (в зависимости от категории урагана).

32. Каким образом формируется ураган?

Первым этапом формирования урагана является появление скоплений небольших грозовых облаков в тропических широтах (мезомасштабные конвективные комплексы). Эти комплексы (или кластеры), которые в конечном итоге могут перерасти в ураган (тайфун), носят название «Тропическое возмущение» и является первой стадией развития циклона. Тропическое возмущение (ТВ) образуется, когда происходит конвергенция пассатных ветров (trade winds) в тропических широтах. В следствие этого в атмосфере создаётся неустойчивость, которая является импульсом к формированию шторма. Такая ситуация создаётся около экватора, где сходятся восточные ветры, формируя грозовые очаги. Эта область носит название «Внутритропическая зона конвергенции» (ВЗК). Но большинство Атлантических ураганов формируется из другого вида ТВ, называемых «Восточные волны» . Эта волна вызывает конвергенцию ветров, которые усиливают грозовую деятельность на восточной стороне волны. ТВ на синоптической карте не прослеживается, т.к. не имеет замкнутых изобар.

ТВ входит во вторую фазу развития, называемую «Тропическая депрессия» , когда скорость ветра в нём достигает 37 км/ч. В тропической депрессии (TD) начинает незначительно падать давление, появляется 1 замкнутая изобара. Давление начинает падать, поскольку водяной пар, находящийся в пределах шторма конденсируется, выделяя в атмосферу скрытую теплоту конденсации. Это добавление тепла вынуждает атмосферный воздух расширяться, поэтому он внутри депрессии становится менее плотным и поднимается вверх на тысячи метров. На высоте этот воздух охлаждается и водяной пар в нём конденсируется, добавляя ещё больше тепла. В результате, вверх будет подниматься ещё большее кол-во воздуха, выделяя в результате конденсации ещё больше тепла и т.д. Этот процесс происходит лавинообразно, в результате чего внутри шторма температура постоянно растёт, поэтому атмосферное давление в центре депрессии падает ещё ниже. Поскольку давление падает, то приземный воздух, насыщенный водяным паром, втягивается внутрь, выделяя ещё больше тепла в центре шторма. В результате, облака становятся всё плотнее, а осадки сильнее. Охлаждённый на высоте воздух начинает опускаться вниз вокруг депрессии, вытесняя ещё больше влажного воздуха вверх. Таким образом, существует замкнутая циркуляция воздушных потоков (см. рис.). Т. к. этот цикл продолжается, то давление в центре TD падает ещё больше, следовательно скорость ветра у поверхности постоянно растёт. И когда она достигает 63 км/ч, тогда депрессия вступает в третью фазу развития, которая называется «Тропический шторм». В этот момент начинает прослеживаться глаз бури, на синоптической карте появляется 2 – 3 замкнутые изобары. В этот момент главную роль играет сила Кориолиса, которая придаёт шторму вращательное (циклоническое) движение, а также определяет траекторию его перемещения. На данном рисунке представлено действие силы Кориолиса на ураган Изабель в Северном полушарии. Красными стрелками отмечена сила Кориолиса, синими – градиентная сила, чёрными – воздушные потоки.

Когда скорость ветра в тропическом шторме достигает 119 км/ч, то он официально считается ураганом (тайфуном).

Последняя стадия существования урагана – его диссипация (разрушение).

ШКАЛА САФФИРА - СИМПСОНА

33. Как влияет тропический циклон на температуру поверхности океана?

Прохождение тропического циклона над водной поверхностью не редко приводит к существенному охлаждению поверхности океана, что в дальнейшем может повлиять на развитие циклона. Это охлаждение поверхности моря вызвано главным образом, апвеллингом холодной воды из глубины океана. Также дополнительное охлаждение вызывается падением большого количества дождевых капель. Облачный покров может также играть роль в охлаждении океана, ограждая океанскую поверхность от прямого солнечного света. Совокупность этих эффектов вызывает резкое понижение температуры поверхности моря.

34. Что такое «Гиперураган» (hypercane)?

Гиперураган – это гипотетический вид экстремальных тропических циклонов, который может сформироваться, если температура поверхности океана достигнет примерно 50 °С, что может произойти в связи с падением астероида или кометы, извержениями вулканов или при стремительном глобальном потеплении. Этот термин придумал учёный Кэрри Эммануэль из Массачусетского Технологического университета. в 1994 году.

Согласно расчётам, скорость ветра в гиперурагане будет превышать 800 км/ч, атмосферное давление составит меньше 700 гПа. Размер гиперурагана может быть сопоставим с Северной Америкой. Он вызовет штормовые нагоны высотой 18 м, а его глаз будет иметь 322 км в поперечнике. Облака гиперурагана будут достигать средней стратосферы (до 32 км). Из-за этого он может разрушить озоновый слой.

35. Как разрушается тропический циклон?

Тропический циклон может перестать существовать по нескольким причинам. Одна из главных причин – если он движется над поверхностью земли. В этом случае приземный воздух более холодный, а главное – менее влажный. Поэтому «топливо» в ураган не поступает и он начинает разрушаться. На этом его существование заканчивается.. Но иногда тропический циклон может регенерировать, выходя на тёплое течение. Также циклон может затухнуть, если остаётся практически неподвижным на одном месте, охлаждая поверхность моря под собой более чем на 5 °С. В любом случае тропический циклон превращается либо в тропическую депрессию, постепенно размываясь, либо переходит во внетропический циклон на полярном фронте.

36. Что такое «Эффект стадиона»?

Такое явление наблюдается в довольно мощных циклонах. Это явление заключается в том, что облака стены глаза располагаются под некоторым наклоном от центра с высотой. При этом диаметр глаза на верху значительно больше, чем у поверхности, т.к. воздух стены поднимается по изолиниям равного углового момента, которые также наклонены наружу от глаза и с высоты это напоминает стадион. Это явление чаще происходит в маленьких глазах.

37. Что такое «Максимальная потенциальная интенсивность»?

Доктор Керри Эммануэль создал математическую модель около 1988 года для вычисления предельной интенсивности тропического циклона на основании температуры поверхности моря и вертикальных профилей атмосферы.Эта модель не учитывает вертикальный сдвиг ветра.

38. Что такое «CLIPER»?

Это компьютерная модель прогнозирования траектории перемещения урагана на 3 или 5 дней. До конца 1980-х годов это была самая точная модель. Также есть r-CLIPER – версия для прогнозирования осадков.

Содержание статьи

АТМОСФЕРЫ ЦИРКУЛЯЦИЯ. Основными факторами, влияющими на формирование климата Земли, является солнечная радиация, циркуляция атмосферы и характер подстилающей поверхности. При их совместном влиянии формируется климат в различных районах земного шара. Количество поступающего солнечного тепла зависит от ряда факторов. Определяющим является угол падения солнечных лучей. Поэтому на низких географических широтах поступает значительно больше солнечной энергии, чем на средних и тем более высоких широтах.

Общей циркуляцией атмосферы называют замкнутые течения воздушных масс в масштабах полушария или всего земного шара, приводящие к широтному и меридиональному переносу вещества и энергии в атмосфере. Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию почвы и воздуха в различных поясах земного шара. Таким образом, солнечная энергия является первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли. Кроме притока солнечной энергии к важнейшим факторам, вызывающим возникновение ветра, относятся также вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность подстилающей поверхности и трение воздуха о почву. В земной атмосфере наблюдаются воздушные движения самых различных масштабов – от десятков и сотен метров (местные ветры) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты, планетарные фронтальные зоны). Простейшая схема глобальной циркуляции атмосферы была составлена более 200 лет назад. Ее основные положения не потеряли своего значения и до сих пор.

Современные принципы классификации форм атмосферной циркуляции северного полушария Вангенгейма – Гирса. Воздушные массы постоянно перемещаются вокруг земного шара. На скорость их движения влияет неравномерность поступления солнечной радиации и поглощение ее различными участками подстилающей поверхности и атмосферы, вращение Земли, термическое и динамическое взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью, в том числе и взаимодействие с океаном.

Основной причиной атмосферных движений является неоднородность нагревания различных участков поверхности Земли и атмосферы. Подъем теплого и опускание холодного воздуха на вращающейся Земле сопровождается формированием циркуляционных систем различного масштаба. Совокупность крупномасштабных атмосферных движений получила название общей циркуляции атмосферы.

Атмосфера получает тепло путем поглощения солнечной радиации, за счет конденсации водяного пара и благодаря теплообмену с подстилающей поверхностью. Поступление скрытой теплоты в атмосферу зависит от подъема влажного воздуха. Так тропическая зона Тихого океана является мощным источником тепла и влаги для атмосферы. Значительная теплопередача от поверхности океана происходит зимой там, где холодные воздушные массы приходят в районы теплых морских течений.

Одним из наиболее крупномасштабных звеньев общей циркуляции атмосферы является циркумполярный вихрь. Его формирование обусловлено очагами холода в полярной области и очагами тепла в тропической зоне. Циркумполярное движение и его проявление – западный перенос – являются устойчивой и характерной особенностью общей атмосферной циркуляции. В 1930-е были начаты обстоятельные исследования общей циркуляции атмосферы путем деления всех синоптических процессов на элементарные (ЭСП) и обобщение их в трех формах циркуляции: западной (W), восточной (Е) и меридиональной (С). Процессы западной формы (W) характеризуются развитием зональных составляющих циркуляции и быстрым смещением с запада на восток барических образований. При развитии меридиональных форм циркуляции, когда формируются стационарные волны большой амплитуды, наблюдаются процессы формы Е и С. Распределение воздушных течений на земном шаре тесно связано с распределением давления, температуры и характером циклонической деятельности. Следовательно, в распределении ветра у Земли должна быть определенная зональность. Но фактические направления ветров зимой и летом отличаются от реальных ветров в зональной схеме. Наиболее четкую зональность имеют ветры в приэкваториальной зоне. В северном полушарии зимой и летом преобладают ветры северо-восточного направления, а в южном – ветры юго-восточного направления – пассаты. Яснее всего пассаты выражены над Тихим океаном. Над материками и вблизи них пассаты нарушаются другой системой течений – муссонами, которые возникают из-за циклонической деятельности, связанной с большим перепадом температуры между морем и сушей. Зимой муссон направлен с континента на океан, а летом – с океана на континент. Муссонный перенос воздушных масс представлен в прибрежных районах Восточной Азии и, в частности, в Приморье. Воздушные массы перемещаются как у поверхности Земли, так и на больших высотах от Земли и не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном. Несмотря на то, что вертикальные скорости движения воздуха малы, они играют важную роль в обмене воздуха по вертикали, образовании облаков, осадков и других погодных явлений. Есть и другие особенности в распределении вертикальных движений. Анализ синоптических карт показал, что температурные контрасты полюс – экватор неравномерно распределены по широте. Наблюдается сравнительно узкая зона, где сконцентрирована значительная часть энергии атмосферной циркуляции. Здесь отмечаются максимальные значения барических градиентов, а следовательно, и скоростей ветра. Для таких областей было введено понятие высотной фронтальной зоны (ВФЗ), а связанные с ней сильные западные ветры стали называть струйными течениями или струями. Обычно скорость ветра вдоль оси струи превышает 30 м/с, вертикальный градиент скорости ветра превышает 5 м/с на 1 км, а горизонтальный градиент скорости достигает 10 м/с и более на 100 км. ВФЗ занимает большие географические пространства: ширина ее 800–1000 км, высота 12–15 км и длина 5–10 тыс. км. ВФЗ включает в себя обычно один или несколько фронтов и является местом возникновения подвижных фронтальных циклонов и антициклонов, перемещающихся по направлению основного (ведущего) потока. В периоды сильного развития меридиональности процессов ВФЗ как бы «извивается», огибая высотные гребни с севера и ложбины с юга.

Общая циркуляция атмосферы представляет собой систему крупномасштабных воздушных течений над земным шаром. Эта система доступна изучению с помощью ежедневных синоптических карт, а также находит отображение на средних многолетних картах для земной поверхности и тропосферы.

Воздушные течения.

С планетарным распределением давления связана сложная система воздушных течений. Некоторые из них сравнительно устойчивы, а другие постоянно изменяются в пространстве и во времени. К устойчивым воздушным течениям относятся пассаты, которые направлены от субтропических широт обоих полушарий к экватору, и муссоны в средних широтах преобладают воздушные течения западного направления (с Запада на Восток), в которых возникают крупные вихри – циклоны и антициклоны, обычно простирающиеся на сотни и тысячи километров. Циклоны наблюдаются и в тропических широтах, где они отличаются меньшими размерами, но особенно большими скоростями ветра, часто достигающими силы урагана (т.н. тропические циклоны). В верхней тропосфере и нижней стратосфере часто возникают сравнительно узкие (в сотни километров шириной) струйные течения, с резко очерченными границами, в пределах которых ветер достигает больших скоростей до 100–150 м/с.

Пассаты

(немецкий, единственное число Passat, вероятно, от испанского viento de pasade) – ветер, благоприятствующий переезду), устойчивые на протяжении года воздушные течения в тропических широтах над океанами. В Северном полушарии направление пассатов преимущественно северо-восточное, в Южном – юго-восточное. Между пассатами Северного и Южного полушарий – внутритропическая зона конвергенции; над пассатами в противоположном им направлении дуют антипассаты.

Муссоны

– система воздушных течений, в которой в одном сезоне преобладают ветры одного направления, а в другом – прямо противоположного или близкого к нему. Слово муссон происходит от арабского маусим, что значит сезон. В течение многих столетий арабские моряки называли этим словом систему ветров над Аравийским морем и Бенгальским заливом. В летние месяцы там дуют ветры с юго-запада, а в зимние – с северо-востока. О муссонах жители Ближнего Востока и Индии знали очень давно. Еще в 4–3 вв. до н.э. индийские и персидские мореплаватели использовали закономерности смены ветров при плавании в Аравийском море. В 1 и 2 вв. н.э. сложился великий муссонный путь от берегов Индии в Южно-Китайское море и Китай. Индийские, малайские и китайские мореплаватели летом вели по нему свои парусные суда на восток, а зимой на – запад. Внимание, которое в течение столетий в разных частях мира уделяется муссонам, связано не только с сезонной сменой преобладающих ветров, но и с закономерностями выпадения дождей в период муссона. Отсутствие муссонных дождей приводит к засухам, потере урожая, обмелению рек. В то же время слишком интенсивный муссон с бурными, продолжительными ливнями вызывает наводнения. Специфические признаки муссона – его устойчивость в течение сезона и смена от одного полугодия к другому, т.е. именно его сезонность. Причины муссонных ветров и смена их направления по сезонам связаны с годовым ходом Солнца и приходом солнечного излучения на земную поверхность.

Муссоны распространены в тропиках на огромных территориях от Западной Африки до Юго-Восточной Азии и Индонезии. Муссонная составляющая общей циркуляции атмосферы оказывает существенное влияние и на формирование климата восточных районов азиатского побережья России. Наиболее четко такой муссонный перенос и смена материкового и морского влияния выражены на юге Дальнего Востока и особенно в Приморском крае. В этих широтах муссон можно разделить на две фазы – зимнюю и летнюю: Азия «выдыхает» воздух зимой и «вдыхает» летом. Зимой наиболее ярко проявляется влияние континента. По мере остывания Евразийского материка над ним все чаще формируются области высокого атмосферного давления. Преобладание таких областей ведет к тому, что на картах атмосферного давления при осреднении за зимние месяцы здесь прослеживается огромная область высокого давления, названная сибирским или азиатским антициклоном. В это время здесь формируется мощный северо-западный поток континентального воздуха, с вертикальной мощностью до 4 км – зимний муссон. Летом муссонный перенос в данных широтах обычно возникает вследствие взаимодействия дальневосточной депрессии (области пониженного давления, формирующейся главным образом в бассейне Амура) и областями повышенного давления над окраинными морями (Японским и Охотским) и северо-западной частью Тихого океана. Максимум циклонической деятельности в южных районах Дальнего Востока приходится на лето и весну, минимум – на зиму и осень. Прогрев материка в летний период, меридиональное расположение горных хребтов, в частности, Сихоте-Алиня, образование антициклонов над окраинными морями приводит к тому, что циклоны, смещающиеся с западных районов, замедляют здесь свое движение, блокируются. Эти причины способствуют формированию летней дальневосточной депрессии. Основной особенностью климата южной части российского Дальнего Востока является выпадение осадков преимущественно в теплое время года: с июня по сентябрь выпадает более 60% их годового количества, причем характерной особенностью муссонного климата является то, что в самый дождливый месяц года выпадает осадков почти в 50 раз больше, чем в самый сухой. В континентальном климате это соотношение едва достигает четырех.

Циклон

(от греческого kyklon – кружащийся) – область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре. Поперечник циклона – несколько тысяч километров. Характеризуется системой ветров, дующих против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой – в Южном. Погода при циклонах преобладает пасмурная с сильными ветрами. Это связано с особенностями распределения давления и характером циркуляции воздуха.

Под влиянием трения в нижних слоях атмосферы в циклоне наблюдается, помимо кругового движения воздуха, еще и движение от периферии к центру, и поэтому возникает постоянное вертикальное, восходящее, движение воздуха и его охлаждение по мере подъема. Воздух, охлаждаясь, становится влагонасыщенным, в нем образуются облака, дающие осадки. В циклонах, особенно вблизи их центров, всегда велика разность давления между центром и периферией (т.е. велики так называемые горизонтальные градиенты давления) и, следовательно, постоянно наблюдаются сильные порывистые ветры (вихри). По своему происхождению вихри разделяются на две основные группы: тропические (ураганы, тайфуны) и циклоны умеренных широт.

Тропические циклоны.

Родина тропических вихрей – океанские просторы в приэкваториальной области примерно между 10–15° северной и южной широт, их диаметр – несколько сотен километров, а высота – от 5 до 15 км. Тропические циклоны могут возникать в любое время года в тропических частях всех океанов, за исключением юго-восточной части Тихого океана и южной части Атлантики. Наиболее часто (в 87% случаев) тропические циклоны возникают между широтами 5° и 20°. В более высоких широтах они возникают лишь в 13% случаев. Никогда не отмечалось возникновение циклонов севернее 35° северной широты и южнее 22° южной широты. Тропические циклоны, достигшие значительной интенсивности, в каждом районе имеют свое название. В восточной части Тихого океана и в Атлантике их называют ураганами (от испанского слова «уракан» или английского «харикейн»), в странах полуострова Индостан – циклонами или штормами, на Дальнем Востоке – тайфунами (от китайского слова «тай», что означает сильный ветер). Есть и менее распространенные местные названия: «вилли-вилли» – в Австралии, «вилли-вау» – в Океании и «багио» – на Филиппинах. Тайфунам Тихого океана и ураганам Атлантики присваивают имена согласно установленным спискам. Для тайфунов используются четыре списка имен, для ураганов установлен один. Каждому тайфуну или урагану, образовавшемуся в данном календарном году, кроме имени присваивается порядковый номер двухзначная цифра года: например, 0115, что означает пятнадцатый по счету номер тайфуна в 2001.

Чаще всего они образуются в северной части тропической зоны Тихого океана: здесь, в среднем, за год прослеживается около 30 циклонов. В умеренные широты тропические циклоны выходят в период с конца июня по начало октября, а наиболее активны в августе-октябре. Отличительной особенностью циклонов этой группы является то, что они термически однородны (т.е. нет температурных контрастов между различными частями вихря), в них сосредоточено колоссальное количество энергии, они приносят с собой штормовые ветры и сильные осадки.

Тропические циклоны образуются там, где наблюдается высокая температура поверхности воды (выше 26°), а разность температур вода-воздух более 2°. Это приводит к усилению испарения, увеличению запасов влаги в воздухе, что, в известной степени, определяет накопление тепловой энергии в атмосфере и способствует вертикальному подъему воздуха. Появляющаяся мощная тяга увлекает все новые и новые объемы воздуха, нагревшиеся и увлажнившиеся над водной поверхностью. Вращение Земли придает подъему воздуха вихревое движение, и вихрь становится подобным гигантскому волчку, энергия которого грандиозна. Центральную часть воронки называют «глазом бури». Это феноменальное явление, которое поражает особенностями своего «поведения». Когда глаз бури хорошо выражен, на его границе осадки внезапно прекращаются, небо проясняется, а ветер значительно ослабевает, иногда до штиля. Форма глаза бури может быть самой разной, она постоянно меняется. Иногда встречается даже двойной глаз. Средний диаметр глаза бури в хорошо развитых циклонах равен 10–25 км, а в разрушительных он составляет 60–70 км.

Тропические циклоны в зависимости от их интенсивности:

1. Тропическое возмущение – скорости ветра небольшие (менее 17 м/с).

2. Тропическая депрессия – скорость ветра достигает 17–20 м/с.

3. Тропический шторм – скорость ветра до 38 м/с.

4. Тайфун (ураган) – скорость ветра превышает 39 м/с.

В жизненном цикле тропического циклона выделяют четыре стадии:

1. Стадия формирования. Начинается с появления первой замкнутой изобары (изобара – линия равного давления). Давление в центре циклона опускается до 990 гПа. Лишь около 10% тропических депрессий получает дальнейшее развитие.

2. Стадия молодого циклона или стадия развития. Циклон начинает быстро углубляться, т.е. отмечается интенсивное падение давления. Ветры ураганной силы образуют вокруг центра кольцо радиусом 40–50 км.

3. Стадия зрелости. Падение давления в центре циклона и увеличение скорости ветра постепенно прекращаются. Область штормовых ветров и интенсивных ливней увеличивается в размерах. Диаметр тропических циклонов в стадии развития и в зрелой стадии может колебаться от 60–70 км до 1000 км.

4. Стадия затухания. Начало заполнения циклона роста давления в его центре). Затухание происходит при перемещении тропического циклона в зону более низких температур поверхности воды или при переходе на сушу. Это связано с уменьшением притока энергии (тепла и влаги) с поверхности океана, а при выходе на сушу еще и с увеличением трения о подстилающую поверхность.

Двигаясь в сторону умеренных широт, тропические циклоны постепенно теряют свою силу и затухают.

Тайфуны.

К числу наиболее мощных и разрушительных тропических циклонов относятся тайфуны, они возникают над океаном к северо-востоку от Филиппин. Средняя продолжительность существования тайфуна составляет 11 дней, а максимальная – 18 дней. Минимальное давление, наблюдавшееся в таких тропических циклонах, колеблется в широких пределах: от 885 до 980 гПа. Максимальные суточные суммы осадков достигают 400 мм, а скорость ветра – 20–35 м/с. Основной сезон выхода тайфунов в умеренные широты с июля по сентябрь.

Торнадо.

Сильные штормы на Земле могут вызвать появление необычных, небольших по размерам, но неистовых облаков. Торнадо кружатся со скоростью сотен километров в секунду, а когда они достигают поверхности Земли, сметают практически все на своем пути вдоль длинной и узкой полосы следования. Как правило, торнадо длятся не более нескольких минут, но самые сильные и опасные из них могут продолжаться часами.

Циклоны умеренных широт.

Циклоны умеренных широт менее опасны, они возникают преимущественно в зонах атмосферных фронтов, где встречаются две различные воздушные массы. В северном полушарии самые обширные циклоны обычно наблюдаются над акваториями Атлантического и Тихого океанов. Повторяемость их зависит от времени года и географического района. В среднем, в северном полушарии циклоны над европейской частью континента более часты зимой, над Азиатской – летом. Циклоны имеют диаметр порядка 2–3 тыс. км и более.

Погода в циклоне внетропических широт неоднородна: различают переднюю и тыловую части циклона, левую и правую – по отношению к направлению его движения. В передней части циклона преобладают сплошная слоистообразная облачность теплого фронта, обложные осадки с ветрами южной четверти горизонта. В тылу циклона, за холодным фронтом, погода отличается неустойчивостью, с выпадением осадков ливневого типа, порывистым ветром северо-западной и северной четвертей; облачность может быть с разрывами и даже с кратковременными прояснениями, а летом – конвективного типа. Левая (чаще всего северная) часть циклона характеризуется условиями погоды, которые можно назвать промежуточными между передней и тыловой частями циклона; преобладают ветры восточной и северо-восточной четверти, облака сплошные, осадки обложные, выпадающие с перерывами и постепенно переходящие в кратковременные ливневого типа. Правая южная часть циклона некоторый период его жизни является «теплым сектором» – она заполнена теплой воздушной массой, которая со временем вытесняется наверх. Здесь, в зависимости от сезона и типа воздушной массы, погода может быть разнообразной, но преимущественно без существенных осадков, с туманами или низкой тонкой слоистой облачностью, нередко безоблачная и всегда теплая, с ветрами южной и юго-западной четверти.

Антициклон

– область повышенного давления в атмосфере с максимумом в центре (на уровне моря 1050–1070 гПа). Поперечник антициклона – порядка тысяч километров. Антициклон характеризуется системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки – в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.

В зависимости от географического района зарождения различают внетропические и субтропические антициклоны. Возникновение и развитие антициклонов тесно связано с развитием циклонов, практически это единый процесс. В одном районе создается дефицит массы, а в соседнем – избыток. Антициклоны занимают площади, сравнимые с размером материков, над которыми они лучше развиваются зимой,а над океанами – летом. В среднем, повторяемость антициклонов в 2,5–3 раза меньше, чем циклонов.

Годовой ход выражен довольно слабо, но подвижных антициклонов над континентами немного больше, чем над океанами. Есть районы, в которых антициклоны чаще всего становятся малоподвижными и существуют длительное время. От центра антициклона воздух оттекает во все стороны, что исключает возможность сближения и взаимодействия разнородных воздушных масс. В связи с нисходящими движениями воздуха в центральных частях антициклонов преобладает малооблачная погода. Однако при значительной влажности воздуха в холодную половину года в центральной части антициклона могут наблюдаться сплошные облака, а туманы наблюдаются как зимой, так и летом.

В каждом антициклоне погода существенно меняется в различных секторах. На окраинах антициклонов условия погоды, в общих чертах, сходны с условиями погоды в примыкающих секторах соседних циклонов.

Северная окраина антициклона обычно непосредственно связана с теплым сектором соседнего циклона. Здесь в холодное полугодие часто наблюдается сплошная облачность, иногда идут слабые осадки. Нередко отмечаются туманы. Летом в этом секторе антициклона облачность небольшая, в дневные часы могут развиваться кучевые облака.

Западная окраина антициклона примыкает к передней части области низкого давления. В холодное полугодие в этой части антициклона часто отмечаются слоисто-кучевые облака, из которых выпадают слабые осадки. Зона осадков довольно обширная и перемещается вдоль изобар, огибая антициклон по часовой стрелке и претерпевая некоторые изменения. Летом на западной окраине антициклона при высокой температуре воздуха и значительной влажности нередко развиваются кучевые облака и гремят грозы.

Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Здесь нередко наблюдаются слоистые облака, из которых зимой выпадают осадки. В этой части антициклона создаются большие перепады давления, поэтому нередко усиливается ветер и возникают метели.

Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона. Летом при неустойчивой воздушной массе в дневные часы здесь образуются облака кучевых форм, выпадают ливневые дожди и гремят грозы. Зимой может наблюдаться безоблачная погода или не сплошная слоистая облачность.

В разных антициклонах наблюдаются значительные различия в погоде, что обусловливается в каждом случае свойствами воздушных масс и зависит от сезона. Поэтому для прогноза погоды свойства каждого антициклона исследуется индивидуально.

Цунами – длинные морские волны, образующиеся в океанах и морях под действием землетрясений, вулканических извержений, а также в результате резкого перепада атмосферного давления, либо при падении с берега в воду масс грунта и льда.

Основным районом, где возникает цунами, является Тихий океан. Из 400 действующих сегодня на земле вулканов 330 расположены в бассейне Тихого океана, здесь наблюдается более 80% всех землетрясений.

«Цунами» в переводе с японского языка означает «волна в гавани». И хотя этот перевод звучит несколько экзотически и носит описательный характер, указанный термин как нельзя лучше характеризует суть явления. Основная природа возникновения цунами – сейсмическая. В участках земной коры, находящихся под дном океана, происходят разрывы, проявляющиеся в виде землетрясений. В случаях, когда эпицентр землетрясений располагается на глубине более 50 км, цунами, как правило, не образуется. Существует и иная трактовка причин образования цунами – это извержение наземных и подводных вулканов. Иногда возникают цунами метеорологического происхождения. Такие «метеоцунами» связаны с выходами на морские акватории тайфунов и ураганов.

Упрощенная схема образования цунами.

Чаще всего волны цунами бывают сейсмического происхождения, при землетрясениях образуются разломы поверхности земной коры – трещины и, как следствие – сбросы, сдвиги и надвиги, приводящие к опусканию или поднятию значительных районов дна. При этом в толще воды происходят мгновенные изменения объема и давления, вызывающие появление волн сжатия и разрежения, которые, достигая поверхности океана, вызывают ее колебания и формируют цунами. Период образовавшихся волн составляет от 2 до 20 мин, т.е. это длинные волны. В открытом море эти волны не заметны, но они несут огромную энергию. Скорость смещения волн цунами на глубокой воде составляет 500–700 км/час. При движении энергия цунами расходуется на преодоление сил вязкости и трения о дно. Интенсивность цунами связана с силой землетрясения. В России для определения интенсивности землетрясения используется 12-ти бальная шкала, в Японии единицей землетрясения служит магнитуда, представляющая собой величину, пропорциональную логарифму максимальной амплитуды горизонтального смешения почвы (дна) на расстоянии 100 км от очага землетрясения. Самые сильные землетрясения имеют магнитуду 8,5.

Основным методом предсказания цунами является сейсмический, основанный на существовании разницы между скоростью распространения сейсмических волн в земной коре и скоростью распространения в океане волн цунами. Сейсмические волны достигают побережья в 50–80 раз быстрее, чем волны цунами. Сейсмическая служба регистрирует землетрясение, определяет его параметры, цунамигенность и передает эту информацию оперативной службе Центра морской гидрометеорологии.

Свыше 99% волн цунами вызываются подводными землетрясениями. При землетрясении под водой образуется вертикальная трещина и часть дна опускается. Дно внезапно перестает поддерживать столб воды, лежащий над ним. Поверхность воды приходит в колебательное движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, – среднему уровню моря, – и порождает серию волн.

Ветер

– движение воздуха относительно земной поверхности (горизонтальная составляющая этого движения), иногда говорят о восходящем или о нисходящем ветре, учитывая и его вертикальную составляющую.

Скорость ветра.

Оценка скорости ветра в баллах, так называемая шкала Бофорта , по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т.п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное название. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т.е. полное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла, по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5–7 м/сек; в 7 баллов – сильным, со скоростью 12–15 м/сек; в 9 баллов – штормом, со скоростью 18–21 м/сек; наконец, ветер в 12 баллов по Бофорту – это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек. У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4–8 м/сек и редко превышают 12–15 м/сек. Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек, а отдельные порывы – до 100 м/сек. В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек. В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70–100 м/сек. Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемометрами разной конструкции. Приборы для измерения ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10–15 м над земной поверхностью.

Направление ветра.

Под направлением ветра подразумевают направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т.е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. И 8 промежуточных румбов между ними: север-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, север-северо-запад. Шестнадцать румбов, указывающих направление, откуда дует ветер, имеют сокращенные обозначения:

Эдвард Кононович

Литература:

Eris Chaisson, Steve McMillan Astronomy today. Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, 2002
Интернет-ресурсы: http://ciencia.nasa.gov/
http://spaceweather.com

Вихревое движение жидкостей и газов широко распространено в природе. Вихри на воде и в воздухе видел каждый. Однако даже полноценное определение этого движения трудно дать для неспециалиста, а неизученных особенностей в нём столько, что хватит ещё не одному поколению учёных. Метеорологи, занимаясь прогнозом погоды, постоянно имеют дело с гигантскими атмосферными вихрями.

Атмосферный вихрь – это атмосферное образование с вращательным движением около некоторого центра. Если к центру давление воздуха уменьшается, то такой вихрь называется циклоном. Циклоны умеренных широт являются главными виновниками нашей плохой погоды. Но самый грозный и опасный класс атмосферных вихрей – тропические циклоны. В разных регионах тропической зоны эти вихри называют по-разному. «Ареалы обитания», а также их местные названия показаны на рис. 1. Нашей стране угрожают только тайфуны – тропические циклоны Тихого океана, поэтому наши метеорологи часто все тропические циклоны называют тайфунами. В этой статье мы также будем придерживаться этой терминологии. Эффектнее всего тайфуны выглядят на спутниковых снимках.

Рис. 1. «Ареалы обитания» тропических циклонов и их местные названия

Ввиду того, что каждый отдельный тайфун потенциально очень опасен, метеорологи внимательно следят за ними с момента зарождения, обмениваясь полученной информацией. При таком обмене важно кратко и точно обозначить объект, поэтому ещё во время Великой Отечественной войны американские военные синоптики стали называть тайфуны короткими женскими именами в алфавитном порядке. Но тропических циклонов на Земле каждый год бывает более сотни, причём только около 60% из них именно тайфуны. Возникают они почти весь год – летом, осенью и зимой (в соотношении примерно 20: 10: 1), – поэтому возникли дополнительные требования к удобству хранения и каталогизации информации. Сейчас идентификация тропических циклонов каждого региона ведётся по строгим правилам с использованием стандартных списков имён, принятых Всемирной метеорологической организацией.

Все тропические циклоны и особенно тайфуны (обычно самые большие из них) страшны, если они выходят на населённое побережье. Обратимся к рис. 2, где схематично показано, как обычно движется тайфун в Северном полушарии. От места возникновения он перемещается на запад, постепенно отклоняясь к северу. Угол поворота бывает разным, поэтому тайфун может с примерно равной вероятностью либо пройти вдоль побережья и устремиться на северо-восток, чтобы в умеренных широтах превратиться в обычный циклон (рис. 2 а ), либо выйти на побережье (рис. 2 б ), и там, превратив всю свою мощь в разрушения, затухнуть, либо уйти в океан и постепенно исчезнуть там. Именно прогноз траектории тайфуна и представляет особую важность и сложность.

Рис. 2. Схема движения тайфуна в Северном полушарии

Ветер – это первый опасный фактор. На рис. 2, а короткими стрелочками показан ветер в движущемся тайфуне. Там, где они сгущаются, скорость ветра возрастает. Он так силён, что метеорологические приборы ломаются, и максимальные скорости ветра в большинстве случаев определены именно по характеру разрушений. Только в центральной части – «глазе» – ветер вдруг стихает. Но эта часть обычно очень мала по сравнению с диаметром самого тайфуна.

Волнение – это второй опасный фактор. На рис. 2, б показаны три зоны волнения океана в тайфуне. Поскольку энергия волн черпается из энергии ветра, то волнение затухает в зоне I, откуда тайфун уходит и где ветер ослабевает. Там направление перемещения циклона противоположно направлению ветра, вращающегося вокруг центра против часовой стрелки (в Северном полушарии). В зоне II, которая смещается вместе с тайфуном, ветер силён, а волны могут разгоняться, далеко опережая сам тайфун. Самые высокие и опасные волны в зоне III, где ветер наиболее силён из-за сложения скоростей вращательного и поступательного движений. Именно правая тыловая четверть тайфуна наиболее опасна для моряков.

Третий фактор угрозы тайфуна, помимо ветра и волн, – это ливневые дожди с грозой и градом. Вследствие того, что передняя часть перемещающегося циклона оказывается всегда теплее, чем тыловая, которую сам циклон и охлаждает, ливни, грозы и град сильнее всего именно там. Зона ливней для тайфуна, перемещающегося слева направо, схематически показана на рис. 2, г . Этот рисунок сам по себе интересен, т.к. построен японскими метеорологами по уникальным гидрометеорологическим наблюдениям, сделанным японскими военными моряками в 1935 г., когда одна из эскадр японского флота попала в тайфун и понесла большие потери в людях и кораблях. Более 20 лет эти материалы были военной тайной и ещё долгое время после оставались единственными массовыми наблюдениями за погодой внутри тайфуна.

Опираясь на сказанное, можно представить себе, что случается, когда тайфун выходит на побережье. Для большей наглядности нужно обратиться к рис. 2, в , на котором условно изображена зона затопления волнами. За несколько часов до прихода тайфуна к берегу добегают волны из зоны II, вызывая сгонно-нагонные изменения уровня воды, показанные штриховой линией.

Затем приходят мощные кучевые облака, и начинаются ливни с грозой и градом. Они продолжаются всё время, пока тайфун движется над районом. Передняя зона ливней уже уходит в глубь побережья и вызывает там паводковые волны в текущих к берегу океана реках. Но на смену ей на побережье приходят волны из зоны III, ещё более сильные грозы и ливни как из ведра, которые могут продолжаться, пока тропический циклон не уйдёт, т.е. несколько часов и даже суток. При этом дует очень сильный ветер. В это время по рекам, впадающим в океан в этом районе, проходят паводковые волны. Берег оказывается атакованным водой не только со стороны океана, но и со стороны рек. А если в это время наступает ещё и прилив, то возникают катастрофические наводнения.

Особенно ужасные события происходят, если выход тайфуна приходится на низкий равнинный берег. Такие географические условия характерны для Бангладеш, страны, на 90% представляющей собой болотистую равнину в дельте двух многоводных рек – Ганга и Брахмапутры. Перепады уровня воды в их низовьях только за счёт дождей доходят до 10–12 м. Тропический циклон 1970 г. погубил в Бангладеш более 300 000 человек.

Тайфун представляет собой самоорганизующуюся структуру в движущемся атмосферном потоке. Физика его очень сложна и далеко ещё не полностью изучена. «На пальцах» можно объяснить только самые основные особенности строения и образования этого вихря. Главное, чтобы в средней части тропосферы образовалась более тёплая, чем обычно, область. Этому особенно благоприятствует конвекция над огромными пятнами воды, имеющими температуру на 1–2 °С выше окружающей. Такие пятна иногда возникают и долго сохраняются в океане.

Поскольку в тёплом воздухе давление с высотой падает более медленно, чем в соседних районах, над тёплым ядром в верхней тропосфере образуется область повышенного давления, а под ним, у поверхности Земли (океана), давление оказывается пониженным. Под влиянием силы градиента давления в верхних слоях начинается отток воздуха от центра к периферии, а это приводит к потере массы воздуха в атмосферном столбе, и, в свою очередь, вызывает ещё большее понижение давления у поверхности под тёплой областью. Так у поверхности океана возникает сила барического градиента, направленная к центру области прогрева.

На вращающейся Земле силу барического градиента стремится уравновесить сила Кориолиса, и под действием этих сил около области пониженного давления возникает криволинейное движение воздуха по концентрическим траекториям, направленное (в Северном полушарии) против часовой стрелки. В таком движении возникает центробежная сила, возрастающая к центру. Баланс этих трёх сил возможен только на определённом расстоянии от центра. На этом расстоянии и формируется зона сильнейших круговых ветров. Более близкие к центру воздушные частицы отбрасываются центробежной силой к этой зоне изнутри. Более далёкие от центра, расположенные там, где центробежные силы меньше, чем сила градиента давления, подталкиваются к зоне сильных ветров.

Поскольку зона равновесия становится областью, куда стремится воздух с обеих сторон, втянутый туда поток начинает подниматься и охлаждаться. Водяной пар, содержащийся в притянутом воздухе, конденсируется и образует кольцо кучево-дождевой облачности и осадков вокруг центра тропического циклона. Так возникает стена облаков, окружающая глаз тайфуна. Скрытая теплота конденсации создаёт дополнительный нагрев, необходимый для дальнейшего понижения давления в нижних слоях тропосферы. В области центра, по краям которой воздух втягивается в стену, возникают компенсационные нисходящие токи, также способствующие дополнительному нагреву и дальнейшему падению давления. Давление по области глаза выравнивается, сила барического градиента уменьшается, и ветер стихает. Так формируется глаз тайфуна.

Воздух, втягиваемый в стену глаза от периферийной части тайфуна, собирает с поверхности океана испаряющуюся воду и приносит её к зонам подъёма, где она отдаёт тепло в процессе подъёма и конденсации. Так возникает почти неисчерпаемый источник энергии тайфуна. После конденсации воздух, поднявшийся в стене, оказывается высоко над центральными областями тайфуна, в области высокого давления. Оттуда он растекается по верхним слоям атмосферы, унося избыточное тепло.

Важнейшие стадии эволюции тайфуна – от начала до максимального развития – показаны на рис. 3: вертикальные разрезы облачности (слева), изобары приземного давления (в средней части) и изобары на высоте верхней части тайфуна (справа). Это очень упрощённое описание можно дополнить, используя многочисленные материалы, помещаемые в интернете, которые несложно найти на русском и особенно на английском языках.

Рис. 3. Развитие тайфуна, начиная от его зарождения (стадия I, верхний ряд рисунков) до максимума (стадия IV, нижний ряд): вертикальные разрезы облачности (левая колонка), изобары приземного давления (средняя колонка), изобары в верхней части циклона (правая колонка)

На уровне, доступном школьникам, трудно сделать хорошие количественные оценки параметров тайфунов. Как показал акад. Г.С.Голицын, даже определение запасов энергии в них требует высочайшей квалификации. Тем не менее некоторые интересные расчёты можно сделать, представив небольшой тайфун в виде вращающегося цилиндра радиусом основания R = 3 10 5 м и высотой h = 12 км. Полезно отметить, что площадь основания такого цилиндра S 0 = 3 10 11 м 2 , а боковой поверхности S b = 3 10 10 м 2 , т.е. он напоминает блин. Эта форма характерна для всех крупномасштабных атмосферных вихрей.

Метеорологи обычно используют в качестве параметра не высоту, а давление (в гектопаскалях), связанное с высотой законом гидростатики р = g h . Произведение средней плотности слоя атмосферы на высоту h представляет собой массу m атмосферного столба площадью сечения 1 м 2 . Давление на нижней границе тайфуна можно принять равным р 0 = 1000 гПа, а на верхней р h = 200 гПа (это соответствует высоте 12 км). Тогда масса единичного столба в тайфуне вычисляется по формуле m = (р 0 – р h )/g и равна примерно 8 10 3 кг/м 2 (не забывайте переводить давление в паскали и округлять результаты до целых единиц!). Теперь можно вычислить массу тайфуна M = S 0 m 2 10 15 кг.

Зная массу, можно вычислить момент инерции тайфуна I по отношению к вертикальной оси симметрии. Для цилиндра I = MR 2 /2 10 25 кг м 2 . По результатам наблюдений за радиусами областей с заданным значением скорости ветра в тайфуне можно оценить угловую скорость вращения воздуха = /R 5 10 –4 c –1 . Это примерно на порядок больше, чем значение вертикальной составляющей вектора угловой скорости вращения Земли в этих широтах 4 10 –5 c –1 . Таким образом, момент количества движения тайфуна I 5 10 21 кг м 2 /c.

Теперь можно оценить кинетическую энергию тайфуна E. Используя формулу для тела вращения, получим E = I 2 /2 10 18 Дж 10 12 кВт ч. Для сравнения полезно привести прогнозируемое значение энергопотребления всего мира в 2025 г.: 25 10 12 кВт ч.

Если принять полученную акад. Г.С.Голицыным оценку характерного времени восстановления запаса кинетической энергии в тайфуне (1 сутки, или 10 5 с), то мощность тайфуна можно принять равной 10 13 Вт. (Для сравнения: мощность одного агрегата Ленинградской АЭС равна 10 9 Вт.)

Можно оценить и источники энергии тайфуна – потоки явного и скрытого тепла от поверхности океана Q s и через боковую поверхность Q b . Первый источник оценим по охлаждению за сутки (T = 2 °C) верхнего слоя океана толщиной h s = 50 м. Учитывая теплоёмкость C в = 4 10 3 Дж кг/град и плотность воды в = 10 3 кг/м 3 , получим Q s = в C в h s T 4 10 8 Дж/м 2 за сутки. Это значит, что у основания выбранный тайфун имеет источник питания мощностью 4000 Вт/м 2 , т.е. получает за сутки примерно 10 20 Вт. Это больше, чем поступает на ту же площадь от Солнца.

Второй источник энергии тайфуна оценим, считая, что через боковую поверхность S b с радиальной скоростью r = sin 12 м/с ( = 50 м/с – скорость ветра, 15° – примерный угол втекания) поступает масса водяного пара. Пусть q – средняя плотность водяного пара в воздухе тайфуна, примерно равная 6 10 –3 кг/м 3 . Тогда поток массы приблизительно равен E b = S b q r 10 9 кг/с. Если этот пар сконденсируется, а дождь равномерно распределится по основанию цилиндра, то скорость выпадения дождя составит E b /(S 0 в) 20 мм/ч (1 мм слоя осадков – это 1 кг воды). Это сильный ливень. При конденсации пара выработается мощность LE b 10 15 Вт (L – скрытая теплота конденсации водяного пара), а за сутки тайфун получит энергию Q b = 10 20 Дж, т.е. примерно столько же, сколько и от поверхности, несмотря на то, что площадь основания значительно больше боковой поверхности. Это потому, что скорость испарения во много раз меньше скорости горизонтального переноса пара в воздухе. Если сравнить поступающую энергию с кинетической, то можно видеть, что КПД тайфуна как тепловой машины низок. Это также характерно для других атмосферных систем, в которых большие потоки энергии рассеяны, а механическая работа по сравнению c ними очень мала.

Можно ли управлять тайфуном? Люди постоянно стремятся направленно воздействовать на опасные явления природы и, в частности, на тропические циклоны. Например, предлагали подрывать их водородными бомбами. Но, даже не говоря об экологической недопустимости, подобные действия в конечном счёте могут быть абсолютно бессмысленными ввиду огромных энергетических запасов тропических циклонов.

Гораздо более интересными являются проекты тонких воздействий. К ним относятся рассеивание облаков, покрытие поверхности океана специальной тонкой биологически разлагающейся плёнкой для сокращения испарения, охлаждение поверхности океана айсбергами. Наконец, существуют проекты облучения эпицентра урагана микроволнами из космоса или рассеивания реагентов в ионосфере ракетами.

Однако, прежде чем приступить к управлению ураганами, необходимо научиться точно прогнозировать их маршрут и определять физические параметры, влияющие на поведение атмосферных вихрей. Пока мы ещё в самом начале пути, но успехи компьютерного моделирования реакции тайфунов на мельчайшие изменения их первоначального состояния оказались весьма обнадёживающими.

Так, Росс Хоффман с коллегами (фирма «Исследования атмосферы и окружающей среды», США) провёл компьютерное моделирование разрушительных ураганов, неистовствовавших в 1992 г. Когда один из них, «Иники», прошёл прямо над гавайским островом Кауаи, погибли несколько человек, был нанесён огромный материальный ущерб, и целые лесные массивы сровнялись с землёй.

Если учесть несовершенство существующих методов прогнозирования, первый эксперимент моделирования имел неожиданный успех. Чтобы изменить путь «Иники», учёные выбрали место, в котором должен был оказаться тайфун через определённое время. Затем составили изменённые данные возможных наблюдений в этом месте (в 100 км западнее острова) и загрузили эту информацию в компьютерную модель. Программа должна была рассчитать мельчайшие изменения основных параметров первоначального состояния урагана, которые модифицировали бы его маршрут нужным образом.

Оказалось, что самые значительные преобразования коснулись первоначальных значений температуры и ветра. Типичные изменения температуры по всей сети координат составили десятые доли градуса, но самые заметные (повышение на 2 °С) оказались в нижнем слое к западу от центра циклона. Согласно расчётам, изменения скорости ветра составили 3,2–4,8 км/ч. В некоторых местах скорость ветра изменилась на 32 км/ч в результате незначительной переориентации направления ветра вблизи центра тайфуна.

Хотя обе компьютерные версии урагана «Иники», первоначальная и с внесёнными возмущениями, казались идентичными по структуре, небольших изменений ключевых переменных было достаточно, чтобы виртуальный ураган развернулся за 6 ч на запад, а потом двинулся прямо на север, оставив остров Кауаи нетронутым. Относительно малые искусственные преобразования начальной стадии тайфуна были обсчитаны с помощью системы нелинейных уравнений, описывающих его деятельность, – через 6 ч ураган «пришёл» в назначенное место.

О тропических циклонах написано очень много. Существует несколько очень хороших научно-популярных книг; есть учебные, демонстрационные сайты в интернете. Желающие могут найти множество сведений, не упомянутых здесь.

Игорь Николаевич Русин – выпускник Ленинградского гидрометеорологического института 1968 г. (диплом с отличием). Занимался вопросами моделирования климата в проблемной лаборатории взаимодействия океана и атмосферы ЛГМИ. В 1974 г. защитил диссертацию на звание к.ф.-м.н. Вёл научно-исследовательскую работу по оценке последствий переброски вод северных рек на юг, читал курсы лекций «Современные методы метеорологических прогнозов», разработал курс «Гидродинамические методы динамических прогнозов». Автор шести учебников и монографий, а также программ, использовавшихся для решения задач прогноза погоды. В 2000 г. защитил диссертацию на соискание степени доктора географических наук. С 2002 г. – профессор по кафедре климатологии и мониторинга окружающей среды СПбГУ, читает курсы «Метеорология и климатология», «Динамическая метеорология», «Стихийные бедствия и природные катастрофы». Ученое звание – профессор по кафедре климатологии и мониторинга окружающей среды. Ведёт активную научную работу в областях динамической метеорологии и климатологии, связанных с исследованием горных районов и опасных явлений природы. В семье профессора три дочери и четыре внука. Хобби – на фото.