Смерчь часть 2
Пришло время поговорить о том, как именно образуется смерч. Если вы не читали предыдущий текст, то обязательно прочтите. В нём говорилось про необходимые условия для появления смерча.Как мы помним, существует два вида смерча: в суперъячейке и в активно развивающемся кучевом облаке. Начнём с первого.
Смерч в суперъячейке
Суперъячейка — это очень большое и развитое кучево-дождевое облако, которое, подобно циклону, начало вращаться. Как это может произойти? Мы уже знаем, что на Земле действует сила Кориолиса — она как раз заставляет вращаться циклоны и антициклоны. Но в случае наших облаков вращение имеет другую природу, ведь они всё ещё слишком маленькие, чтобы сила Кориолиса существенно на них влияла. Причина вращения суперъячейки — крупномасштабный вертикальный сдвиг ветра.Сдвиг ветра может приводить к образованию завихренностей, причём прямо внутри кучево-дождевого облака. Представьте себе вихрь, лежащий на боку: ветер в его верхней и нижней частях будет дуть в противоположную сторону.
Конечно, сдвиг ветра в настоящем облаке не сможет создать такой красивый и стройный вихрь, но и неидеального вполне достаточно. Причём размер у таких вихрей довольно большой. Поскольку крупномасштабный вертикальный сдвиг ветра наблюдается почти по всей высоте облака, а не в какой-то его небольшой части, то и получающиеся вихри занимают почти всё облако, и даже могут выходить за его пределы.
Теперь ещё раз вспомним, что кучево-дождевое облако образовано поднимающимися от земли потоками воздуха. Достигая внутри облака горизонтальных вихрей, поднимающийся воздух может с ними взаимодействовать. Он может поднимать вихри вверх, менять направление их вращения, разрушать их. А может и развернуть таким образом, что эти вихри будут уже не лежать на боку, а "встанут" и приобретут привычную нам ориентацию (вертикальная ось, вокруг которой вращается воздух).
Как мы уже писали выше, по размерам эти вихри сравнимы с самим облаком. И если они разворачиваются, они могут заставить вращаться всё облако. В этот момент кучево-дождевое облако становится суперъячейкой.
Облако вращается, и от контакта с ним вращаться начинает и окружающий облако воздух. В том числе, вращаться начинает воздух под облаком. При этом часть водяных капель, из которых состоит облако, затягивается вращением вниз — прямо под облаком появляется воронка ("хвостик") — это самая первая стадия образования будущего смерча.
Составлено из восьми фотографий, снятых последовательно
во время торнадо, образовавшегося в Канзасе в 2016 году.
А сейчас рассмотрим суперъячейку более подробно.
Мы всё время говорим, что в кучево-дождевых облаках воздух поднимается. Но он ведь должен ещё и где-то опускаться! Иначе весь воздух ушёл бы от земли вверх, и внизу его бы не осталось. Оказывается, часть воздуха опускается прямо внутри самого облака. В тыловой его части, где сильных осадков уже нет, маленькие градинки, не успевшие упасть на землю, тают, а маленькие капельки — испаряются. На эти процессы тратится энергия, воздух в этом месте охлаждается, становится тяжёлым и начинает опускаться.
Дальнейшее развитие смерча будет происходить, если в районе нашей воронки (будущего смерча) будут соседствовать мощные восходящие движения воздуха (из-за которых и образовалось когда-то облако) и сильный ветер, дующий из облака вниз. Холодный воздух спускается сверху, а тёплый находится снизу.
Как и в самом облаке, мы получаем неустойчивую стратификацию, но уже на меньшем масштабе, да ещё и с вращением. Восходящие движения воздуха усиливаются, а давление в их центре становится ещё ниже (давление всегда падает, когда воздух движется вверх — мы об этом писали в статье про циклоны). В зону пониженного давления устремляется новый воздух, который хочет заполнить образовавшуюся пустоту, и это приводит к очень сильным ветрам. Но происходит это таким образом, что холодный воздух вновь оказывается над тёплым, и восходящие движения, а вместе с ними и ветер, только усиливаются.
Чем дольше процесс длится, тем дальше вниз успевает проникнуть вращение суперъячейки. Воронка из облака продолжает спускаться к земле. В итоге она касается земли, объединяясь с зоной сильных ветров и низкого давления, — так появляется смерч.
Самое главное в этом механизме — то, что он является самоподдерживающимся. Пока суперъячейка вращается, а потоки воздуха у земли взаимодействуют по нашей схеме, смерч продолжит существовать. А рассеется он только с исчезновением одной из причин, его вызвавших.
Также важно помнить, что вся эта длинная и сложная цепочка может прерваться на любом этапе — достаточно отсутствия любой её части, чтобы смерч не возник. Поэтому это явление такое редкое.
Смерч в кучевом облаке
Для образования таких смерчей не нужно, чтобы облако вращалось. Не нужен, соответственно, и вертикальный сдвиг ветра внутри облака. Достаточно любого кучевого облака, которое активно развивается. Поэтому критически важно, чтобы подстилающая поверхность при этом была очень тёплой и влажной, тогда развитие облака будет наиболее интересным. Поэтому такие смерчи чаще всего образуются над водой, в тёплых тропических морях, а называют их водяными смерчами.
Водяные смерчи образуются над озерами, морями и гаванями.
Именно в образовании водяных смерчей участвует мелкомасштабный сдвиг ветра, наблюдающийся прямо у поверхности воды. Вблизи поверхности образуется горизонтальный вихрь (как и в суперъячейке), а мощные восходящие потоки воздуха могут разворачивать этот вихрь вертикально, после чего он касается облака, и появляется водяной смерч. Выходя на сушу, водяные смерчи обычно быстро разрушаются, поэтому они редко причиняют серьёзный ущерб.
Ещё раз повторим, чем отличаются два главных вида смерча:
Обычные смерчи рождаются внутри суперъячейки благодаря её вращению и опусканию в ней холодного воздуха, а затем спускаются вниз, на землю. А водяные смерчи рождаются под кучевым облаком из-за трения ветра о подстилающую поверхность, а затем под влиянием восходящих потоков воздуха вырастают вверх.Кстати, водяные смерчи могут образовываться не только над водой, но и над влажными участками суши. А над водой могут образовываться не только водяные смерчи, но и смерчи в суперъячейках (для этого нужно, чтобы над очень тёплой водой оказался холодный воздух). Но нас такими исключениями теперь не испугать! Мы знаем, в чём разница этих двух видов смерчей, и какие условия приводят к появлению каждого из них.
Люди, живущие в районах с частыми смерчами, почти всегда имеют специальный бункер под землёй, чтобы переждать непогоду. А иногда специально строят дома из дешёвых материалов — чтобы было не жалко. Смерчи несут серьёзную угрозу вашему имуществу и вашей жизни. Если вы видите предпосылки для появления этого страшного явления, будьте предельно внимательны. Ищите укрытие в самых крепких постройках, желательно под землёй, и берегите себя.
Текст: Евгений Петров, метеоролог и климатолог.
Windy.app