АТМОСФЕРНЫЕ КАТАСТРОФЫ
Выравнивание перепадов давления в атмосфере осуществляется путем возникновения ветров. Ветры дуют из областей высокого давления в области низкого давления. Сила ветра зависит от барического градиента: чем больше разность атмосферного давления и чем ближе находятся взаимодействующие области, тем быстрее происходит выравнивание перепада давления и тем выше скорость ветра.
Направление ветра зависит от взаиморасположения области более высокого и низкого давления, от вращения Земли и трения.
Порывы ветра могут вызвать значительные повреждения. Вихри и ураганы разрушают дома, сносят мосты и другие конструкции, угрожают жизни людей, вызывают лесоповалы.
В начале прошлого века адмирал Бофорт разработал шкалу для определения силы ветра в баллах. Этой шкалой пользуются до сих пор. Ветер начинает вызывать повреждения при скорости около 20 м/с. Скорость ветра исчисляют как в метрах в секунду, так и в километрах в секунду. Умножив первое значение на вычисленный коэффициент 3,6, получим второе значение (при обратном действии этот же коэффициент выступает в роли делителя).
Центральноевропейский рекорд по скорости ветра держит чехословацкая метеостанция на озере Скальнато плесо (78,6 м/с). Зарегистрировано это значение с помощью прибора, которым измеряют скорость ветра, так называемого анемографа. Человек удерживается на ногах при скорости ветра до 36 м/с. Наши метеорологи, ведущие исследования в обсерватории на Скальном озере, утверждают, что при скорости ветра 44 м/с никто не отваживается покинуть помещение. Как только давление ветра, которое равняется квадрату скорости, превысит массу человека, силы ему изменяют, ветер его подхватывает и несет.
воздушные массы и циклоны Земная атмосфера неоднородна, это демонстрирует как карта, так и ее вертикальный разрез. Атмосфера разделена на так называемые воздушные массы. Воздушная масса, по определению метеорологов,— это некоторая часть тропосферы (то есть слоя атмосферы до высоты 11 км)41, которая в противоположность окружающей атмосфере является однородной. В горизонтальном направлении воздушная масса простирается на несколько тысяч километров.
Атмосферный фронт — это раздел между двумя воздушными массами. Метеорологи более определяют атмосферный фронт как пересечения поверхности раздела между двумя воздушными массами с земной поверхности. Под этими поверхностями раздела, или, как говорят, атмосферными фронтами, на самом подразумеваются довольно узкие наклонные переходные слои, в которых происходит воздействие двух разнородных воздушных масс. Различают три основных типа атмосферных фронтов: теплый, который возникает, когда скорость перемещения теплого воздуха выше, чем скорость воздуха холодного; холодный фронт, который возникает, когда быстрее перемещается холодный воздух и, словно клин, подтекает под теплую воздушную массу; фронт окклюзии, который не представляет четкой границы и в котором возникают циклоны. Циклон — это вихревое движение воздуха против часовой стрелки. Механизм их возникновения не вполне ясен, чаще всего его объясняют в рамках так называемой волновой теории. Согласно этой теории атмосферный фронт испытывает волнообразные искривления, что приводит к завихрениям такого рода. Отклонение ветра против часовой стрелки вызывается силой земного вращения (так называемой силой Кориолиса). В наших широтах диаметр таких циклонов равняется 3—4 тыс. Скорость поступательного движения циклонов составляет около 60 км/ч. Циклоны
представляют характерные объекты метеорологических снимков, сделанных с помощью метеоспутников.
Опасности
Губительная сила циклонов, тайфунов, ураганов и хуриканов заключается в первую очередь в колоссальной скорости ветра, который воздействует на сушу и вызывает волнение на море. Разрушительное действие циклонов связано с турбулентным, вихревым перемещением воздушных частиц. Разрушения при циклонах связаны и с низким давлением в их центре глазе. Губительно действуют также чрезвычайно обильные ливневые дожди, которые вызывают наводнения.
Согласно определениям скорость ветра в тропических циклонах должна превышать 34 м/с. Однако большинство из них характеризуется скоростью значительно выше 50 м/с, зарегистрированы скорости и более 100 м/с (то есть больше 360 км/ч). Перепад давления между краевыми' и внутренней частью циклона может достигать 50 мбар. Уже одно это способно привести к повышению уровня моря. Совершенно исключительно и количество атмосферных осадков: зарегистрированы случаи, когда в сутки их выпадало более 200 мм. Однако бывают и исключения: некоторые циклоны могут быть сухими. Влияние тропических циклонов иногда сказывается не только в верхних слоях • тропосферы (до 11 км), но и выше (до 15 км).
Рассмотрим структуру тропического циклона (рис. 22). Диаметр его внутренней части— глаза, где царит спокойствие и небо ясно, чаще всего колеблется между 10 и 20 км. Глаз окружен так называемой стеной, где ветры достигают максимальной скорости. Схема показывает, что в стене осуществляются не только вихревые, но и восходящие перемещения воздуха. Часть воздуха в окраинных зонах циклона втягивается внутрь, другая часть выпускается.
Причины возникновения тропических циклонов весьма сложны. Что касается тропических циклонов Атлантического океана и Карибского моря, то было установлено, что они возникают тогда, когда поверхность моря нагревается выше 26°С. Площадь нагретой морской поверхности должна быть достаточно велика. Опасность возникает тогда, когда нагрев морской поверхности до 26, 8°С осуществляется на площади, превышающей 8,5 • 106 км2. Теплый и влажный воздух вовлекается в циркуляцию и обеспечивает процесс энергией.
Тропические циклоны зарождаются постоянно. Происходит это вблизи экватора, чаще всего в полосе между 5 и 10° северной или южной широты. На этой стадии еще отсутствует полная круговая циркуляция воздуха, глаз циклона еще не виден, скорость ветра не превышает 30 м/с, а давление не падает ниже 1000 мбар. Такое состояние сохраняется около 12 ч. затем циклон перемещается и созревает. Он еще мал — 50—60 км в диаметре, однако его барический градиент повышается, давление падает ниже 1000 мбар. Затем наступает стадия зрелости: захватываются дополнительные воздушные массы, вращательное движение охватывает зону шириной в несколько сот километров. Образуется глаз, четко ограниченный стеной. Давление в области глаза падает ниже 950 мбар. Эта стадия длится 12—24 ч, в исключительных случаях и более недели. Затем циклон утрачивает симметрию, вращательное движение прекращается. Над сушей циклон не существует долго, так как для пополнения энергии ему необходим океан и теплый и влажный воздух. Если циклон не оказывается над сушей, он прекращает свое существование в высоких широтах над океаном.
Циклоны чаще всего перемещаются со скоростью 30—50 км/ч. В Атлантическом и Тихом океанах они сначала движутся на запад, затем поворачивают на север и северо-восток. Над сушей их трассы становятся незакономерными: они поворачивают, возвращаются вспять и пересекают свою трассу. Такие циклоны особенно опасны. Их называют блуждающими. К этому типу принадлежал и циклон Флора, который в 1963 году опустошил восточную часть Кубы. Циклоны восточноазиатские (тайфуны) сначала движутся прямо на запад, а вблизи суши повертывают на север. Циклоны Бенгальского залива движутся в северо-западном направлении прямо над сушей.
Энергия тропических циклонов колоссальна, точно вычислить ее трудно. Считается, что циклон средней силы выделяет приблизительно такое же количество энергии, сколько 500 000 атомных бомб. Океан и влажный воздух необходимы циклону в качестве поставщиков энергии. Пары поднимаются вверх, давление на высоте падает, пар конденсируется. Эта-то конденсация и есть главный источник энергии, поддерживающий жизнь циклона.
Распределение циклонов в пределах года неравномерно. Так, в Атлантическом океане, Карибском море, в частности, и Мексиканском заливе, больше всего циклонов возникает в сентябре и октябре. Циклоны в декабре, январе, феврале и марте представляют исключение. Южном полушарии, наоборот, циклоны наблюдаются в начале календарного года. Что касается тропических циклонов, то они проявлять свою губительную силу и в областях, расположенных за пределами тропических широт. Они никогда не возникают на экваторe (между 0 и 5° северной и южной поты), видимо, потому, что там Кориолисова сила слишком мала. В своем поступательном движении на север они могут достигать даже поты 45°. Случалось, что, пересекая Атлантику, они достигали Европы. На противоположной стороне земного шара, в западной части Тихого океана, циклоны доходили до 50° северной широты. Один из них достиг острова Сахалин и Камчатки.
О прохождении циклона над определенной территорией можно судить с помощью приборов, регистрируя изменения давления и скорости ветра. После прохождения стены циклона, где ветры самые сильные, давление резко падает, температура повышается. Ветер может совершенно стихнуть. Это положение сохраняется недолго - глаз перемещается и надвигается противоположная стена.
С тропическими циклонами были хорошо знакомы уже древние мореплаватели. Несколько раз был застигнут циклоном у американских берегов Христофор Колумб, в 1493 году более слабым у Азорских островов, на следующий год у острова Гаити более сильным. О циклоне 1502 года на острове Гаити известно, что он потопил 20 судов и погубил 50 человек. Английский инженер С. У. Рейд описал ураган на острове Барбадос в 1831 году, а 1847 году опубликовал инструкцию по прогнозу. В 1873 году было организовано три станции для наблюдения и предупреждения и о зарождении циклонов - две на Кубе (Гавана и Сант-Яго-де-Куба) и одна на острове Ямайка (Кингстоун). Первое предупреждение о надвигающемся циклоне было выдано 23 августа 1873 года. В Соединенных Штатах централизованная служба была организована лишь в 1935 году. Постепенно число станций, расположенных вдоль побережья на расстоянии 100 км друг от друга, было доведено до 77. В 1943 году американский летчик Дж. Р. Дакворт пролетел через глаз циклона и получил важные данные. С 1960 года ценными помощниками в этих исследованиях стали метеорологические спутники Земли. На Кубе централизованная служба по предупреждению о циклонах осуществляется Метеорологическим институтом в Гаване. Исследованиями циклонов заняты 300 научных сотрудников, и в сезон циклонов прогнозы выдаются 4 раза в сутки. Когда в океане зарождается циклон, вычисляется его предполагая траектория и за 36 ч до его прихода даётся предупреждение. Если предполагаемая трасса подтверждается, за 24 ч до ожидаемого прихода циклона объявляется тревога. Автор пережил на Кубе в 1966 году циклон Альма. Тревогу объявили в первой половине дня, а на другой день утром с юга на север прошел циклон, приблизительно в 50 км к западу от Гаваны. В Советском Союзе такая служба действует в Хабаровске, она связана с соответствующей службой в Токио. Опасность тропических циклонов не исключена полностью ни для Владивостока, ни для более северных советских портов. Тропические циклоны классифицируют, как правило, по так называемой шкале Саффир-Симпсона. Она приведена в табл. 7.