Что такое смерч?
Смерч — это атмосферный вихрь с низким давлением в центре. В смерчах могут наблюдаться огромные скорости ветра — до 130 м/с. Не удивительно, что самые сильные смерчи могут разрушать до основания целые районы городов!Появление смерчей всегда связано с кучевыми облаками. Это отличает их от других, похожих внешне, вихрей. Например, от пыльных дьяволов, про которые у нас уже был текст.
Пара смерчей несутся по направлению к Пилгеру, штат Небраска,
16 июня, 2014. Эрик Андерсон — AP
Высота смерчей обычно составляет несколько сотен метров. Верхнюю границу смерча увидеть нетрудно — это облако, в котором он зародился. Ширина воронки смерча на земле обычно составляет от 5 до 30 метров, а у самых огромных может достигать даже нескольких километров. Существуют они от нескольких минут до нескольких часов, и за это время иногда успевают пройти по земле несколько десятков километров.
Какие бывают смерчи
Смерчи чаще всего разделяют по максимальной скорости ветра. Но измерение скорости ветра в таком разрушительном вихре — очень сложная и опасная задача. Метеостанции для этого не подходят — они стоят на одном месте, и можно годами ждать, пока одна из них окажется вблизи смерча. Поэтому, например, в США популярна "охота на торнадо": учёные и просто увлечённые люди берут приборы, оборудуют свои автомобили системами защиты от сильного ветра и летящего мусора и ездят по стране в поисках смерчей. Данные, которые они собирают в самом центре бури, вносят огромный вклад в изучение смерчей. К сожалению, иногда такие исследования заканчиваются трагически.Из-за сложностей в измерениях силу смерчей часто оценивают уже после их окончания — по разрушениям. Для этого используется шкала Фудзиты. Она состоит из шести категорий: от EF0 (самые слабые смерчи) до EF5 (самые разрушительные). Самые сильные смерчи разрушают до основания кирпичные дома, переламывают мосты, а тяжёлые грузовые автомобили могут поднимать в воздух и уносить более чем на километр. Каждому делению этой шкалы соответствует скорость ветра в прошедшем смерче.
Вид с воздуха на разрушения, вызванные мощным торнадо,
обрушившимся на районы к югу от Оклахома-Сити, 2013.
Дэвид Макнис / Getty Images для CNN
По способу возникновения выделяют два основных вида смерчей:
- Смерчи, образующиеся в суперъячейках. Суперъячейка — это очень крупное и развитое кучево-дождевое облако. В Америке этот вид смерчей называется "торнадо".
- Смерчи, образующиеся в активно развивающихся кучевых облаках. При этом размер облака не так важен. Главное, чтобы оно активно росло.
Почему образуются смерчи
Для образования любого смерча необходимо:- Кучевое облако
- Сильный вертикальный сдвиг ветра
В умеренных и тропических широтах кучевые облака возникают достаточно часто, и здесь смерчи уже вполне вероятны.
Кучевые облака тоже могут возникать по разным причинам. Мы помним, что они образуются в условиях неустойчивой стратификации атмосферы. Один из способов получить неустойчивую стратификацию — попадание на прогретую поверхность холодного воздуха. В умеренных широтах такая ситуация встречается довольно часто. Если разница температур очень большая, а в атмосфере много водяного пара, кучевые облака могут развиваться до кучево-дождевых, размер которых превышает 10 км в высоту и 15 км в диаметре. Идеальные условия для столкновения холодного и тёплого воздуха — в США. Там часто наблюдаются очень мощные кучево-дождевые облака, и образуется больше тысячи смерчей в год. Также смерчи часто наблюдаются над Европой, Бангладеш, некоторыми районами Южной Америки, Австралии, Новой Зеландии и Китая.
Кучево-дождевое облако
Но даже в средних широтах такое возможно не везде. Например, в Сибири летом может быть очень жарко, но холодный воздух туда попадает относительно редко, а влажность воздуха низкая, поэтому кучево-дождевые облака и смерчи образуются нечасто.
В тропических районах холодного воздуха почти нет, там везде тепло. Но мы помним, что конвекцию может усиливать тепло от конденсации водяного пара в облаке. А водяного пара в тропиках как раз очень много! И в сочетании с сильно прогретой поверхностью это приводит к образованию самых мощных кучево-дождевых облаков на Земле, высота которых достигает 16 км. В умеренных широтах развитие кучевой облачности без холодного воздуха тоже возможно. Чаще всего это происходит над сильно прогретыми водоёмами, потому что воздух над ними очень влажный. Но при сильной жаре и высокой влажности воздуха такое возможно и над сушей.
Получается, что и в тропиках, и в умеренных широтах могут развиваться кучевые облака, необходимые для образования смерчей. И эти облака образуются по двум причинам:
- Попадание холодного воздуха на тёплую поверхность (такое возможно только в умеренных широтах).
- Высокая влажность воздуха при сильно прогретой поверхности (это возможно как в тропиках, так и в умеренных широтах).
Перейдём ко второму элементу, необходимому для появления смерча. Вертикальный сдвиг ветра — это изменение скорости и направления ветра в зависимости от высоты. То есть у земли ветер может дуть, например, с севера, а на высоте 5 км в это же время он может дуть с запада. Чем больше разница между скоростью и направлением ветра на разных высотах, тем сильнее вертикальный сдвиг ветра. Но сдвиг ветра тоже бывает разный. Точнее, он может иметь разный масштаб.
Например, сдвиг ветра может быть крупномасштабным — это когда основное направление ветра на высоте 10 м отличается от направления ветра на высоте нескольких километров.
И оказывается, что самый сильный крупномасштабный сдвиг ветра наблюдается там, где совсем рядом соседствуют холодный и тёплый воздух. Например, когда холодный воздух попадает на тёплую поверхность. Получается, что в умеренных широтах два фактора (сдвиг ветра и кучевые облака), необходимых для образования смерча, очень часто наблюдаются вместе.
Но существует и мелкомасштабный сдвиг ветра. Он может возникать по самым разным причинам. Одна из них — трение воздуха о подстилающую поверхность. На подстилающей поверхности бывает очень много неровностей. На земле это деревья, холмы и многие другие объекты, на воде — волны. Сталкиваясь с ними, ветер может менять свои скорость и направление. При этом над неровностями трение не ощущается, и ветер там перемещается более свободно. Разница между ветром на высоте неровностей и ветром над ними приводит к мелкомасштабному сдвигу ветра.
Он является причиной формирования смерчей в тропиках и в умеренных широтах, когда нет холодного воздуха. Понятно, что мелкомасштабный сдвиг ветра наблюдается не только под кучевыми облаками, а почти всегда и везде. Но только в сочетании с кучевым облаком он может сыграть свою роль в формировании смерча.
В следующем тексте мы расскажем о том, как происходит образование смерчей. А сейчас вкратце повторим, что мы узнали сегодня.
Кучевые облака можно разделить на два вида. Главная причина образования первых — попадание холодного воздуха на тёплую поверхность. В таких облаках очень сильный крупномасштабный вертикальный сдвиг ветра. Они встречаются только в умеренных широтах. Второй вид облаков образуется над сильно прогретой поверхностью при высокой влажности воздуха, холодный воздух при этом не нужен. Под такими облаками всегда есть мелкомасштабный вертикальный сдвиг ветра. Они могут образовываться как в умеренных, так и в тропических широтах. Забегая вперёд, скажем, что два вида облаков соответствуют и двум разным видам смерчей.
Текст: Евгений Петров, метеоролог и климатолог.