Природные образования в атмосфере

План работы

Введение

1. Природа возникновения торнадо и
смерчей

2. Понятие торнадо

3. Правила поведения при приближении
торнадо

4. Виды торнадо

5. Как образуются торнадо

6. Условия образования торнадо

7. Почему возникают торнадо

8. Правила присвоения имен ураганам,
торнадо и тайфунам

9. Что внутри торнадо

Заключение

Список использованной литературы

Введение

История
сохранила много сведений о природных катастрофах, которые в настоящее время
называют тропическими циклонами и которые, в основном, формируются над океанами
в тропиках, регулярно обрушиваясь на восточные и приэкваториальные районы
материков. Тропические циклоны – это ураганы и тайфуны, встречающиеся в
северной и южной частях Тихого океана, в Бенгальском заливе и Аравийском море,
в южной части Индийского океана, у берегов Мадагаскара и северо-западного
побережья Австралии. Обычно тропическим циклонам присваиваются имена.

Одним из
коварных и неожиданно возникающих природных образований в атмосфере является
смерч (торнадо). Он представляет собой вращающееся воронкообразное облако,
которое протягивается от основания грозового облака до поверхности земли.
Характерными скоростями ветра в торнадо является 65–120 км/ч, но иногда эта
величина достигает 320 км/ч и более. Внешним признаком приближающегося смерча
является шум, подобный грохоту движущегося товарного поезда. Возникновение
торнадо связывается с сочетанием природных процессов, но еще со времен
египетских фараонов известны торнадо искусственного происхождения, которые
создавались над вершинами пирамид и знаменовали собой вознесение духа фараона в
небо к Богу Солнца "Ра". Сохранившиеся в египетских иероглифах
зарисовки торнадо не объясняют технику их образования.

Наиболее
характерным регионом, где торнадо возникают довольно часто, является территория
США. Хотя смерчи отмечаются по всему земному шару. На территории США за период
с 1961 по 2004 гг. от торнадо погибало в среднем 83 человека в год. Чаще всего
торнадо возникают в восточных штатах, прилегающих к Мексиканскому заливу, в
феврале и марте их частота достигает максимума. На территориях штатов Айовы и
Канзаса наибольшая частота возникновения торнадо приходится на май–июнь.
Среднее количество торнадо на территории США оценивается величиной около 800 в
год, из которых 50% приходится на апрель–июнь. Территориальная неоднородность
частоты появления торнадо в США имеет устойчивые характеристики: в штате Техас
– 120 торнадо/год, а в северо-восточных и западных штатах – 1 торнадо/год.
Например, только за апрель и ноябрь 2002 г. по территории США пронеслось более 100 торнадо, оставив множество разрушений и вызвав более 600 случаев выплат
страховок. Не оставляет в покое стихия и другие страны. Например, зимний ураган
2002 г. "Джанетт", пронесшийся над Европой, вызвал многочисленные
разрушения и привел к страховым выплатам свыше 1 млрд. долларов.

1. Природа
возникновения торнадо и смерчей

Торнадо и смерчи
относятся к атмосферным вихрям мелкого масштаба. Природа возникновения этих
атмосферных явлений похожа на природу появления тропических циклонов. Торнадо и
смерчи имеют похожую структуру.

Рассмотрим, каким образом
возникают торнадо и смерчи.

Из центра грозового
облака, нижняя часть которого принимает своеобразную форму опрокинутой воронки,
постепенно опускается огромный тёмный «хобот», вытягивающийся по направлению к
поверхности моря или земли. Тут навстречу этому явлению поднимается широкая
воронка, состоящая из воды и пыли. В открытую чашу образовавшейся воронки
«хобот» погружает свой конец. Возникает сплошной столб, который может
перемещаться со скоростью до 40 км/ч. Высота столба может достигать от
восьмисот метров до полутора километров. Из мощного грозового облака может
опускаться сразу не одна, а несколько смерчевых воронок, каждая из которых
обычно приносит огромный урон.

Перемещение воздуха в
системе торнадо и смерчей осуществляется против часовой стрелки. Но иногда
бывает такое, что движение воздуха происходит по часовой стрелке. В это же
время происходит подъём воздуха в виде спирали. На соседствующих участках может
происходить опускание воздуха и таким образом вихрь замыкается. Под
воздействием огромной скорости вращения в самом вихре появляется центробежная
сила, которая способствует понижению давления в нём. Подобное приводит к тому,
что во время передвижения вихря внутрь него всасывается всё то, что попадается
по пути.

2. Понятие торнадо

Торнадо - быстро
вращающийся столб воздуха, опускающийся из кучево-дождевого облака или
образующийся под кучево-дождевым облаком, часто (но не всегда) виден как
воронкообразное облако. Чтобы быть классифицированным как торнадо, вихрь должен
исходить из облака и касаться земли. Известно, что торнадо может образовать
невидимую воронку.

Как образуются торнадо в
США?

Классический ответ на
этот вопрос таков: теплый влажный воздух с Мексиканского залива сталкивается на
территории США с холодным воздухом из Канады и сухим воздухом со Скалистых гор.
При таких условиях возникает большое количество гроз, которые несут в себе угрозу
возникновения торнадо. Самые разрушительные и смертоносные торнадо образуются
под огромными кучево-дождевыми облаками, которые в США называют supersells, эти
облака вращаются, образуя мезоциклоны. Эти облака часто приносят крупный град,
шквалистый ветер, сильные грозы и ливни, а также и торнадо.

Сколько торнадо возникает
в США ежегодно?

Каждый год в США
возникает около тысячи торнадо. Точно сказать сложно, поскольку некоторые
торнадо возникают в малозаселенной местности и поэтому не фиксируются.

В какое время года
возникает больше всего торнадо?

В основном сезон торнадо
длится с начала весны до середины лета. В некоторых штатах пик торнадо
приходится на май, в других - на июнь или даже июль. Но вообще торнадо могут
возникать в любое время года.

Что такое Аллея торнадо?

Это историческое название
центральных американских штатов, в которых наблюдается наибольшее количество
торнадо. Тем не менее торнадо могут возникать где угодно: и на западном, и на
восточном побережье США, а также в Канаде и других государствах.

Как долго длится торнадо?

Торнадо может
продолжаться от нескольких минут до часа и более. Но большая часть из них
существует не более десяти минут.

Как торнадо в северном
полушарии отличаются от торнадо в южном полушарии? Они отличаются направлением
вращения. Большинство торнадо (но не все!) имеют циклоническое вращение, т. е.
против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке - в южном.
Антициклонические торнадо вращаются в северном полушарии по часовой стрелке.
Они чаще всего возникают в виде водяных смерчей, а также известно много случаев
одновременного наблюдения циклонических и антициклонических торнадо под одной и
той же грозой.

3. Правила поведения
при приближении торнадо

Торнадо - сильный
атмосферный вихрь над сушей, отличающийся исключительно большой повторяемостью.

Торнадо возникают
достаточно часто, однако предугадать, где именно он возникнет в следующий раз,
невозможно, и потому за торнадо приходится "гоняться". Подвижные
лаборатории, которые используются в таких погонях, слишком хрупки и разрушаются
раньше, чем успевают достичь центра торнадо и приступить к его изучению.

Получить торнадо в
лаборатории в контролируемых условиях тоже пока не удалось: для этого
потребовалась бы экспериментальная установка размером в сотни метров.

Торнадо до сих пор
остается малопонятным атмосферным явлением, окруженным множеством мифов и
заблуждений.

Обычно при наступлении
торнадо есть время укрыться от невзгоды. На самом деле не всегда можно
догадаться, что наступил настоящий ураган, так как он может начаться с града
или сильным дождем. В лесистой местности, в горах или в городе очень часто
опасность замечается именно тогда, когда она уже неизбежна. Также необходимо
знать, что некоторые торнадо не имеют вид типичного столба, спускающего с тучи.
Приход торнадо сопровождается сильнейшими ветрами, несущими обломки всего, что
встретилось у них на пути.

Мой автомобиль может
ехать гораздо быстрее торнадо. На самом деле, средняя скорость торнадо
составляет 40-65 км/ч, а некоторые перемещаются с еще большей скоростью. Даже
если ваш автомобиль может двигаться быстрее торнадо, это не означает, что вы
должны продолжать свой путь, ведь торнадо движется в разнообразных
направлениях. Если вы находитесь в пути и видите торнадо, движущееся в вашем
направлении, сверните с пути его движения и найдите убежище.

Если нет другой
возможности укрыться, то автомобиль станет более надежным убежищем, чем трейлер
или загородный дом. На самом деле это не всегда так. Эта тема является горячо
обсуждаемой в Северной Америке. Если есть время, можно запрыгнуть в авто и
укрыться там. В случае с торнадо малой мощности автомобиль послужит надежным
укрытием от предметов, переносимых потоком ветра или катящимся по земле. Лучше
всего хорошо пристегнуться и пригнуть голову как можно ниже. Однако не стоит
забывать, что более сильное торнадо может разрушить машины, находящиеся на его
пути.

О приближении торнадо
можно узнать достаточно заблаговременно, чтобы успеть предупредить население,
благодаря доплеровским радарам. Доплеровские радары распознают образование
осадков и ветер, сопровождающие бурю, и позволяют метеорологам обнаружить
признаками приближающего торнадо. Но о приближении торнадо можно утверждать с
уверенностью только когда торнадо находится в поле зрения. Если метеослужбы
предупреждают о приближении грозы, то существует вероятность торнадо.

4. Виды торнадо

Торнадо – это узкий,
вращающийся с огромной скоростью столб воздуха, протягивающийся до земли аж от
основания грозового облака. Человек не всегда сможет распознать торнадо с
первого взгляда, так как оно состоит из ветра, который невозможно увидеть.
Существенным признаком является воронка, которая состоит из водяных капель.
Делать торнадо заметным могут мусор и пыль, которые могут содержаться в воронке.
Исследователи этого явления пришли к выводу, что торнадо не всегда может
соприкасаться с землей.

Существует два вида этого
стихийного бедствия:

– торнадо, которые
возникли вследствие очень сильных гроз;

– торнадо, на появление
которых повлияли другие факторы.

Самыми опасными считаются
торнадо, появившиеся как результат грозы.

Супершторм – это гроза,
которая длиться больше чем 1 час и продолжается за счет воздушного потока,
который постоянно вращается.

Торнадо, которое
относится ко второму виду, представляет собой ничто иное, как вихрь пыли и
мусора, который образуется возле поверхности земли, вдоль линии потока ветра
без воронки. Другим вариантом торнадо является смерч (ураган). Он выглядит как
узкая веревочнообразная воронка.

Образование торнадо –
удивительная загадка. Образование вихрей в природе происходит буквально на
каждом шагу, взять бы хоть воронку, образующуюся при вытекании воды из ванной.
Маленькая воронка в ванной и огромный смерч – явления одного порядка, правда, в
воронке закрученная масса направлена вниз, а в торнадо – вверх. При выяснении
того, как двигаются воздушные потоки внутри вихря, будет уместным упоминание о
небольшом опыте великого Альберта Эйнштейна. Ученого очень сильно интересовал
процесс, происходящий в чае при помешивании его ложкой. Оказывается, чаинки,
плавающие на поверхности, при интенсивном вращении воды каким-то самым
невероятным образом всегда оказывались в центре вращения. Эйнштейн объяснил это
так: нижние слои жидкости вращаются с меньшей скоростью, а верхние – с большей.
Именно поэтому все чаинки собираются к центру чашки и немного приподнимаются
вверх.

5. Как образуются
торнадо

Изучая причины
возникновения торнадо, ученые используют теоретические разработки, данные,
полученные в процессе наблюдений, физические модели, но на протяжении
десятилетий торнадо продолжаю досаждать людям.  Supercell-торнадо (торнадо,
являющиеся следствием формирования облачной сверхячейки). Закручивающийся
восходящий воздушный поток – краеугольный камень в образовании Supercell-бури
и, как следствие, торнадо. Есть много теорий, в результате чего начинается этот
процесс. Например: воздушный столб может начать закручиваться в результате
«сдвига» ветров, когда воздушные массы на различных высотах от уровня земли
перемещаются с различными скоростями или в различных направлениях. Сдвиг, в
итоге приводящий к появлению торнадо, возникает например, когда ветер, дующий у
самой земли, замедляется в результате трения от соприкосновения с поверхностью,
тогда как в более удаленных от земли слоях атмосферы ветры дуют со скоростью,
во много раз превосходящей нижние потоки, в результате «невидимая» воздушная
труба начинает горизонтальное вращение. У нас все еще множество вопросов. Из
наблюдений ученые выяснили, что около 20 процентов всех сильных бурь обычно порождают
торнадо. Почему одна буря становится причиной торнадо, в то время как соседняя
не менее мощная оканчивается без этого? Какие еще факторы кроме восходящих
потоков питают торнадо? Какова роль нисходящих воздушных потоков и разницы
температур и влажности (как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях
распространения торнадо). К тому же не все торнадо имеют грозовое
происхождение, что можно сказать о таких явлениях?  Торнадо негрозового
происхождения появляются не в результате мощного циркулирования воздушных масс
на всей площади бури. Эти торнадо образуются в результате вертикального
вращения участка воздушных масс происходящего возле самой поверхности земли,
диаметром около 1-10 км, причиной которого явилось «смещение» ветра. Когда
восходящий поток поднимается над местом подобного состояния воздушных масс,
появляется большая вероятность зарождения торнадо. В восточной части Колорадо
распространены подобные негрозовые торнадо, т.к. холодный воздух, приносимый с
горных вершин, сталкивается с горячими воздушными потоками равнин. Поскольку
такие торнадо случаются в основном на бедно заселенных территориях, ученые не
могут точно определить их силу, но в целом, это не очень мощные ветры.

6. Условия образования
торнадо

Детальные причины
образования торнадо пока до конца не изучены. Ведь если будут известны все
причины, тогда можно будет избежать и сам торнадо, и возможные последствия от
его “разгула”.

На сегодня известны
некоторые условия, при коих возникают торнадо. Для зарождения нужно, чтобы в
нижних пластах атмосферы присутствовал влажный теплый воздух, а ветры должны
дуть в южном направлении. А в верхних пластах атмосферы при этом должен быть
сухой и холодный воздух. При таких условиях происходит подъем воздушной массы у
поверхности земли, откуда торнадо набирает свою энергию.

Жизнь торнадо можно
разделить на три фазы: зарождение, развитие и затухание. При зарождении торнадо
в дождевом или кучево-дождевом облаке появляется воронка, которая вырастает по
спирали к поверхности земли или воды. Энергия будущего торнадо формируется за
счет термической конвекции, когда нагретый воздух уходит вверх. С каждой
минутой с поднимающимся воздухом возрастает и скорость вращения будущего
торнадо. От скорости вращения притягивается больше теплого воздуха, а от
теплого воздуха увеличивается скорость вращения. И так по кругу, пока мощь не
доберется до своего апогея. Тогда стартует вторая стадия - стадия полного
развития. Здесь уже сформированное торнадо достигает максимальных значений в скорости
и размерах и начинает свое движение. Более мощные и губительные торнадо
наблюдаются на суше, в море они непродолжительны и не так сильны.

Третья стадия –
затухания. Здесь скорость вращения воронки уменьшается, цвет от темного
меняется на светлый, а само торнадо разрывается приблизительно пополам, одна
часть уходит к земле, другая поднимается в “материнское” облако.

По времени жизнь любого
торнадо занимает несколько десятков минут. Лишь некоторые наиболее мощные могут
существовать несколько часов. Приблизительная скорость движения среднего
торнадо составляет 60 километров в час, и очень редко достигает 200 километров в час.

7. Почему возникают
торнадо

На сегодня природные катаклизмы,
такие как торнадо, смерчи и ураганы, приносят большие разрушения, человеческие
жертвы и сотни миллионов долларов материального убытка. Специалисты-метеорологи
считаю, что наиболее разрушительные ураганы, участившиеся за последние
десятилетия, напрямую связаны с глобальным потеплением климата. А так как
температура в атмосфере с каждым годом продолжает неуклончиво и неконтролируемо
расти, следует ожидать еще больше “подарков” от природы.

Смерч (торнадо, как его
называют в Америке) представляет вращающийся нагретый воздушный поток. Скорость
вращения при этом может доходить 1000 метров в секунду. Для его образования в атмосфере необходимы разреженные дождевые облака и мощный вертикальный поток
воздуха между облаком и поверхностью земли. Наиболее мощные и разрушительные
торнадо могут проходить до 500-1000 километров, обрушивая на месте затухания все то, что было им собрано по пути. Самый разрушительный торнадо имел место быть
на территории США весной 1974 года. Тогда он насчитывал более 100 вихрей,
которые забрали жизни более 30 человек (4000 при этом были ранены). Убыток
исчислялся более 700-тами миллионов долларов.

Европейский смерч не
менее опасен. Хотя более мощные смерчи образовываются на обширных равнинах, в
Европе случались немалые разрушения от такого “нежданного гостя”. В России в
том же 1974 году смерч даже опрокинул в реку 240-тонный строительный кран.

И смерчи, и торнадо
являются локальными атмосферными образованиями, и по возможности встречу с ними
можно избежать. А вот что действительно устрашает своей мощью, так это ураган.
Обычно от ураганов страдает население тех стран, которые расположены от 5 по 35
градуса в северном полушарии. Здесь такие природные явления наиболее часты. Все
ураганы возникают над океаном, точнее над наиболее прогретой его частью. Для
образования урагана температура воды должна быть не менее 27 градусов по
Цельсию. С космоса он напоминает тот же торнадо, только гораздо больше. А на
периферии урагана могут образоваться новые вихревые потоки в виде смерчей, что
сделает такой воздушный фронт еще мощнее и свирепее.

Самым
"фатальным" ураганом в истории человечества (разумеется, то, что
осталось в истории) стал ураган Катрина, который настиг южные штаты США 27-29
августа 2005 года. По мере приближения к побережью специалисты дали ему
наивысший балл по шкале Саффира-Симпсона. Скорость ветра при урагане Катрина
равнялась 220-280 километров в час.

Больше других в те дни
вынес город Новый Орлеан, который был уничтожен на 80 процентов. Ураган Катрина
забрал почти 2000 человеческих жизней и принес экономический ущерб в размере
125 миллиардов долларов.

Многие страны мира
выделят средства на изучение и борьбу с такими природными явлениями. Но если
предсказать еще можно приближение урагана или торнадо, то бороться сегодня нам
не под силу.

8. Правила присвоения
имен ураганам, торнадо и тайфунам

До того момента, как
появилась первая в мире система присвоения имен ураганам, эти явления природв
получали свои названия случайно, без какой-либо системности. Иногда ураганы
называли в честь имени святого, в день которого происходило бедствие. Так, к
примеру, получил свое имя ураган «Санта Анна», достигший города Пуэрто-Рико в
1825, в день святой Анны. Также название ураганы могло даваться по названию
местности, которая наиболее пострадала от его воздействия. Иногда имя
определялось самой формой этого явления. Таким образом, получил свое имя ураган
«Булавка» 1935 года. Форма траектории данного урагана напоминала канцелярскую
булавку.

Весьма интересным методом
присвоения имен ураганам отличился австралийский метеоролог Клемент Рагг: он
предлагал называть тайфуны в честь имен политиков, которые отказывались
голосовать в пользу выделения кредитов на проведение метеоисследований.

9. Что внутри торнадо?

И по сей торнадо
считается малопонятным атмосферным явлением. Основная трудность изучения
состоит в том, что торнадо очень сложно изучить экспериментально. Подобные
природные явления возникают достаточно часто, однако время их возникновения
предугадать невозможно. Подвижные лаборатории, «гонящиеся за торнадо»
разрушаются раньше, чем центр этого урагана успевает дойти до них.

Создать полноценное
торнадо в лабораторных условиях до настоящего момент никому так и не удалось,
так как для этого необходимо наличие экспериментальной установки размером в
несколько сотен метров. Вся информация, имеющаяся у ученых на сегодняшний день,
получена непрямым методом. Заметим, что для изучения торнадо используется астрономия.
Так как «залезть» внутрь самого явления невозможно, приходится просто наблюдать
за ним, пытаясь при этом понять его природу.

Что же находится в самом
центре торнадо? Пока известно, что в центре находится область пониженного
давления. В более мощных торнадо разность давления между внутренней и наружной
частью составляет 0,1 атмосферы и более.

Заключение

Смерчи, бури и ураганы –
это одни из самых мощных сил природной стихии. Они наносят значительный ущерб
населению, вызывают значительные затруднения, приводят к человеческим жертвам.
Их сравнивают с наводнениями и землетрясениями по разрушительному воздействию.
Разрушающее действие смерчей, бурь и ураганов зависит от скоростного напора
воздушных масс, который обладает метательным действием и обуславливает силу
динамического удара.

Часто ураганы и бури
сопровождаются выпадением града и грозовыми явлениями. Зарождаясь в океане
ураган, приходит на сушу, принося с собой катастрофические разрушения. В
результате совместного действия ветра и воды сносятся легкие и повреждаются
прочные строения, опустошаются поля, обрываются провода линий связи и
электропередачи, с корнями вырываются и ломаются деревья, гибнут люди и
животные, уничтожаются дороги, тонут корабли.

Чем же так страшен
ураган?

Во-первых, своими ураганными
волнами, которые обрушиваются на побережье. Ураган на берег как бы выдавливает
перед собой огромные волны, высота которых достигает нескольких метров. В
прибрежных районах они приводят с сильным наводнениям, и разрушают все, что
встречается им на пути. Очевидцы таких мощных и страшных волн редко остаются в
живых.

Во-вторых,
катастрофическими наводнениями и ливнями. Все дело в том, что при зарождении
ураган вбирает в себя огромные массы водяного пара, который конденсируется и
собирается в мощные и большие грозовые облака, которые вызывают наводнения не
только в прибрежной зоне, но и в районах, значительно удаленных от берега, и
служащие источником катастрофических ливней. Ливневые осадки, которые
сопровождают ураганы, также становятся причиной появления оползней и селевых
потоков.

Список использованной
литературы

1. Дж. Кристенсон «Торнадо и смерчи» М.
Эколитгиз 2004

2. Сибиряков А.С. «Мировые природные
катастрофы» Л. Издательство «Дело» 2009

3. Ханжин Г.Б. «Ветра изнутри» Инфра-М,
2001.