какое давление внутри смерча
Смерчи
(тромбы, торнадо)
Циркуляция атмосферы включает в себя и смерчи.
Смерч – атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и затем распространяющийся в виде темного рукава или хобота по направлению к поверхности суши или моря, в верхней части имеет воронкообразное расширение, сливающееся с облаком.
Внешний вид и основные характеристики смерчей
Смерч выглядит устрашающе. Из очень темной, почти черной тучи опускается к земной поверхности сужающийся книзу хобот; он представляет собой вихрь. Вместе с тучей этот хобот-вихрь движется со скоростью поезда вдоль земной поверхности, случайным образом меняя направление движения.
Можно рассматривать смерч как часть грозового облака, быстро вращающуюся вокруг вертикальной оси. Впрочем, эта часть облака весьма специфична. Она не только быстро вращается, но и при этом, подобно сверхмощной вытяжной трубе, втягивает в себя и поднимает вверх воду, песок, камни, а также различные предметы, нередко тяжелые. Поэтому такой удивительной части грозового облака дают отдельное название – смерч. А все остальное облако, откуда опустился смерч, называют материнским облаком, подчеркивая тем самым происхождение смерча.
Термин «смерч» происходит от русского слова «сумрак» – ведь смерчи рождаются из грозовых облаков мрачного вида, создающих при своем появлении сумерки.
Если смерч возникает над морем, его называют водяным смерчем (или просто смерчем).
Смерчи над сушей называют тромбами (от французского tromb, означающего «труба»).
В Северной Америке тромбы принято называть торнадо (от испанского tornados, означающего «вращающийся»).
водяным смерчем
(или просто смерчем)
Тромбы
В метеорологии для смерчей используют название маломасштабные вихри
Тем самым подчеркивается локальный характер смерчей, их отличие от
вихрей среднего масштаба – тропических циклонов, диаметр которых составляет 300-500 км,
вихрей крупного масштаба – внетропических циклонов и антициклонов диаметром 1000-3000 км.
Диаметр вихря, образуемого водяным смерчем, составляет 30-200 м, а образуемого тромбом – 100 м-1 км.
Внешний вид смерчей может быть различным. Часто смерч напоминает свисающий из материнского облака хобот. Но можно видеть конус, широкую вверху и узкую у поверхности воронку, которая может принимать форму бокала. Смерч бывает похож на простую колонну, которая может слегка расширяться вверху и внизу и даже превращаться в подобие песочных часов.
Смерч характеризуется двумя скоростями – скоростью его перемещения вдоль земной поверхности и скоростью вращения частиц воздуха, участвующих в вихревом движении.
Первая соответствует скорости перемещения материнского облака. Она изменяется от нуля (когда смерч на какое-то время зависает неподвижно) до 150 км/ч (40 м/с). В среднем она составляет 20-50 км/ч (5-15 м/с).
Вторая скорость (скорость вихревого движения) значительно больше – от 50 м/с до 200 м/с.
Смерчи очень недолговечны
Водяные смерчи существуют обычно несколько минут. Тромбы (торнадо) могут существовать до нескольких десятков минут и даже нескольких часов. Смерчи, как правило, имеют хорошо наблюдаемую боковую стенку. За ней (внутри смерча) давление значительно ниже, чем снаружи. Оно опускается до 800 гПа и даже до 600 гПа. Логичен вопрос: как измеряют давление внутри смерча? Сразу заметим, что бесполезно пытаться поместить туда измерительный прибор. И дело не в том, что практически невозможно угадать ту точку земной поверхности, над которой пройдет неожиданно опустившийся из грозового облака смерч. Даже если бы это удалось, ураганные вихри внутри смерча тут же уничтожили бы измерительный прибор. Смерч наблюдают и изучают его последствия, т. е. характер и степень произведенных им разрушений. И уже на этом основании делают более или менее достоверные выводы о динамике вихрей внутри смерча.
Смерчи наблюдаются во многих странах – в США, Австралии, Новой Зеландии, Японии, Индии, Аргентине, а также в Южной Африке и Европе. Они появляются во время грозы или перед грозой в жаркие весенние или летние дни. В течение года на земном шаре возникает около 1500-2000 смерчей. Примерно половина из них приходится на территорию США.
В США существует так называемая аллея торнадо – полоса наиболее частых смерчей, проходящая через штаты Техас, Оклахома, Канзас, Миссури. Она начинается от побережья Мексиканского залива и проходит к северу и северо-востоку между Скалистыми и Аппалачскими горными хребтами. Влажный и теплый летний муссон с залива встречается здесь с прохладными воздушными массами, дующими от Скалистых и Аппалачских гор.
При прохождении достаточно мощного смерча возникает полоса серьезных разрушений на местности шириной до 100-200 м. На своем пути смерч вырывает с корнями деревья, разрушает дома, мосты, металлические опоры линий электропередачи. Он поднимает на десятки и сотни метров тяжелые объекты (людей, животных, автомобили, крыши домов) и отбрасывает их в сторону или переносит на некоторое расстояние, которое тем больше, чем легче объект. Песок, камни и относительно мелкие предметы втягиваются смерчем внутрь облака и выпадают затем оттуда, после того как смерч истощит свою энергию. Смерч может полностью высосать пруд или небольшое озеро, оголить на время дно реки.
Все это указывает на то, что область внутри смерча является зоной глубокой депрессии и характеризуется мощными вихревыми движениями, направленными по винтовой линии от земной поверхности к материнскому облаку. То, что область внутри смерча имеет значительно более низкое давление по сравнению с давлением вне этой области, подтверждается характером разрушений домов, задетых смерчем. Они взрываются изнутри. В момент прохождения смерча давление воздуха внутри дома внезапно оказывается существенно больше, чем снаружи (т.е. давление внутри смерча). Возникновение резкого перепада давлений разрывает дом (иначе говоря, взрывает его изнутри). Но одного лишь низкого давления в смерче недостаточно, чтобы он мог действовать подобно мощной вытяжной трубе. Сам по себе перепад давлений не смог бы поднять воду по трубе смерча выше 10 м (напомним известный опыт Торричелли). Для подъема воды (и не только ее) на высоту материнского облака необходимо мощное восходящее вихревое движение воздушной массы внутри трубы смерча.
Как можно судить об огромной скорости вихря внутри смерча? В настоящее время предпринимаются попытки локационных измерений этих скоростей. Они подтверждают значения скорости порядка 100 м/с. Но еще до этих исследований было установлено, что скорости могут быть в полтора-два раза больше. Эти данные получили специалисты по сопротивлению материалов, изучавшие изгибы и разрушения различных предметов, «обработанных» смерчем.
Следует обратить внимание на то, что область произведенных смерчем разрушений нередко оказывается четко отграниченной. Известен случай, когда налетевший смерч поднял в воздух корову, а женщина, доившая ее, так и осталась сидеть на месте и возле нее стояло ведро с молоком. Подобных удивительных случаев наблюдалось немало. Из двух находящихся рядом объектов один уносится смерчем, а другой остается совершенно невредимым. Это означает, что вихри в смерче весьма четко локализованы. Вне стенки смерча, снаружи, они отсутствуют. Таковы обычные смерчи, их называют гладкими смерчами. Заметно реже появляются расплывчатые смерчи, обладающие нерезкими, расплывчатыми очертаниями. Ограничимся лишь упоминанием о них.
Но оставим разрушения, производимые смерчами, и познакомимся с наблюдениями самих смерчей, сделанными очевидцами. Сохранилось описание смерча, появившегося на окраине Москвы в июне 1904 г.:
«Огромная грозовая туча надвинулась, и наступили сумерки. На нижней поверхности тучи беспорядочно двигались небольшие светлые облака. Постепенно в этих беспорядочных движениях стало проявляться вращение значительной массы облака вокруг общего центра. С земли поднялась пыль и вместе с травой и листьями, крутясь, устремилась вверх, к этому центру. Вдруг из тучи свесилась серая остроконечная воронка, которая быстро увеличилась в размерах и отвисла к земле. Еще немного, и окончание воронки соединилось с концом столба пыли, поднимавшегося с земли навстречу воронке. Образовалась колонна смерча, протянувшаяся от тучи до земли. В воздух полетели обломки строений и сломанные деревья. Начался сильный дождь».
Заслуживают внимания свидетельства редких случайных наблюдателей, над головой которых прошел, не касаясь земли, хобот смерча. В штате Канзас в США в 1930 г. невольно оказался таким наблюдателем один из фермеров. Вот как он писал позднее:
«Конец воронки повис прямо над моей головой. Из конца воронки шел гудящий звук. Я взглянул вверх и к своему удивлению увидел само сердце смерча. В его середине была полость диаметром 30-70 м, которая шла кверху на расстояние около километра. Стены полости были образованы вращающимися облаками, а сама она была освещена блеском молний, перескакивающих с одной части стены на другую. Полость казалась пустой…»
А вот свидетельство другого наблюдателя, случайно оказавшегося под воронкой смерча (штат Техас, 1951 г.):
«Воронка прошла в шести метрах над моей головой. Ширина внутренней полости была около 150 м, толщина стенки — всего 3 м. Стенка быстро вращалась. Вращение было видно до самого верха и, очевидно, уходило в тучу. Когда смерч прошел надо мной и, опустившись, коснулся дома соседа, он в одно мгновение смахнул его».
Ураган, буря, смерч
Ураган – это ветер разрушительной силы и значительной продолжительности. Ураган возникает внезапно в областях с резким перепадом атмосферного давления. Скорость урагана достигает 30 м/с и более. По своему пагубному воздействию ураган может сравниться с землетрясением. Это объясняется тем, что ураганы н ес у т в себе колоссальн у ю э нергию, ее количество, выделяемое средним по мощности ураганом в течение одного часа, можно сравнить с энергией ядерного взрыва.
Ураган может захватить территорию в диаметре до нескольких сотен километров и способен перемещаться на тысячи километров. При этом ураганный ветер разрушает прочные и сносит легкие строения, опустошает засеянные поля, обрывает провода и валит столбы линий электропередачи и связи, повреждает транспортные магистрали и мосты, ломает и вырывает с корнями деревья, повреждает и топит суда, вызывает аварии на коммунально-энергетических сетях. Бывали случаи, когда ураганный ветер сбрасывал с рельсов поезда и валил фабричные трубы. Часто ураганы сопровождаются ливневыми дождями, которые вызывают наводнения.
Буря – разновидность урагана. Скорость ветра при буре не много меньше скорости урагана (до 25-30 м/с). Убытки и разрушения от бурь существенно меньше, чем от ураганов. Иногда сильную бурю называют штормом.
Смерч – э то сильный маломасштабный атмосферный вихрь диаметром до 1000 м, в котором воздух вращается со скоростью до 100 м/с, обладающий большой разрушительной силой (в США носит название торнадо).
Во внутренней полости смерча давление всегда пониженное, поэтому туда засасываются любые предметы, оказавшиеся на его пути. Средняя скорость движения смерча 50-60 км/ч, при его приближении слышится оглушительный гул.
Сильные смерчи проходят десятки километров и срывают крыши, вырывают с корнями деревья, поднимают на воздух автомобили, разбрасывают телеграфные столбы, разрушают дома. Оповещение об угрозе осуществляется путем подачи сигнала «Внимание всем» сиреной и последующей речевой информацией.
При получении штормового предупреждения необходимо немедленно приступить к проведению предупредительных работ:
• укрепить недостаточно прочные конструкции, закрыть двери, слуховые отверстия и чердачные помещения, окна обшить досками или закрыть щитами, а стекла заклеить полосками бумаги или ткани, или, если есть такая возможность, вынуть;
• для того чтобы уравновесить наружное и внутреннее давление в здании двери и окна с подветренной стороны целесообразно открыть и закрепить их в этом положении;
• с крыш, балконов, лоджий и подоконников необходимо убрать вещи, которые при падении могут нанести травмы людям. Предметы, находящиеся во дворах, необходимо закрепить или занести в помещение;
• целесообразно также позаботиться об аварийных светильниках – электрических фонарях, керосиновых лампах, свечах. Рекомендуется также создать запасы воды, пищи и медикаментов, особенно перевязочных материалов;
• погасить огонь в печах, проверить состояние электровыключателей, газовых и водопроводных кранов;
• занять заранее подготовленные места в зданиях и укрытиях (в случае см е рчей – только в подвальных помещениях и в подземных сооружениях). В помещении нужно выбрать наиболее безопасное место – в средней части дома, в коридорах, на первом этаже. Для защиты от ранений осколками стекла рекомендуется использовать встроенные шкафы, прочную мебель и матрацы.
Самым безопасным местом во время бури, урагана или смерча являются убежища, подвалы и погреба.
• находиться на мостах, а также в непосредственной близости от объектов, использующих в своем производстве ядовитые сильнодействующие и легковоспламеняющиеся вещества;
• укрываться под отдельно стоящими деревьями, столбами, близко подходить к опорам линий электропередач;
• находиться вблизи зданий, с которых порывами ветра сдувает черепицу, шифер и другие предметы;
• если ветер утих, не рекомендуется выходить на улицу сразу (через несколько минут порывы ветра могут возобновиться).
После получения сообщения о стабилизации обстановки выходить из дома следует осторожно, необходимо осмотреться – нет ли нависающих предметов и частей конструкций, оборванных электропроводов т.к. не исключена вероятность того, что они находятся под напряжением.
Без крайней необходимости не заходите в поврежден ные здания, но если такая необходимость возникла, то делать это нужно осторожно, убедившись в отсутствии значительных повреждений лестниц, перекрытий и стен, очагов пожара, разрывов электропроводов, нельзя пользоваться лифтами.
Огонь нельзя зажигать до тех пор, пока не будет уверенности, что обошлось без утечки газа. На улице держитесь подальше от зданий, столбов, высоких заборов и т.д.
Главное в этих условиях – не поддаваться панике, действовать грамотно, уверенно и разумно, не допускать самому и удерживать других от неразумных поступков, оказывать помощь пострадавшим.
Основными видами поражения людей при ураганах, бурях и смерчах являются закрытые травмы различных областей тела, ушибы, переломы, сотрясения головного мозга, ранения, сопровождающиеся кровотечением.
Ураган, буря, смерч
УРАГАН – это атмосферный вихрь больших размеров со скоростью ветра до 120 км/ч, а в приземном слое – до 200 км/ч.
БУРЯ – длительный, очень сильный ветер со скоростью более 20 м/с,наблюдается обычно при прохождении циклона и сопровождается сильным волнением на море и разрушениями на суше.
СМЕРЧ – атмосферный вихрь, возникающий в грозовом облаке и распространяющийся вниз, часто до самой поверхности Земли в виде темного облачного рукава или хобота диаметром в десятки и сотни метров.Существует недолго, перемещаясь вместе с облаком.
Опасность для людей при таких природных явлениях заключается в разрушении дорожных и мостовых покрытий, сооружений, воздушных линий электропередачи и связи, наземных трубопроводов, а также поражении людей обломками разрушенных сооружений, осколками стекол, летящими с большой скоростью. Кроме того, люди могут погибнуть и получить травмы в случае полного разрушения зданий. При снежных и пыльных бурях опасны снежные заносы и скопления пыли («черные бури») на полях, дорогах и населенных пунктах, а также загрязнение воды.
Основными признаками возникновения ураганов, бурь и смерчей являются: усиление скорости ветра и резкое падение атмосферного давления; ливневые дожди и штормовой нагон воды; бурное выпадение снега и грунтовой пыли.
Если Вы проживаете в районе, подверженном воздействию ураганов, бурь и смерчей (Дальневосточный, Центральный и другие экономические районы Российской Федерации), ознакомьтесь с:
сигналами оповещения о приближающемся данном стихийном бедствии;
способами защиты людей и повышения устойчивости зданий (сооружений) к воздействию ураганного ветра и штормового нагона воды;
правилами поведения людей при наступлении ураганов, снежных и песчаных бурь, смерчей;
способами и средствами ликвидации последствий ураганов, смерчей, штормового нагона воды, снежных и песчаных бурь, а также приемами оказания помощи пострадавшим, оказавшимся в завалах разрушенных зданий и сооружений;
местами укрытия в ближайших подвалах, убежищах или наиболее прочных и устойчивых зданиях членов вашей семьи, родственников и соседей;
путями выхода и районами размещения при организованной эвакуации из зон повышенной опасности;
адресами и телефонами управления ГО и ЧС, администрации и комиссии по чрезвычайным ситуациям Вашего населенного пункта.
После получения сигнала о штормовом предупреждении приступайте к:
укреплению крыши, печных и вентиляционных труб;
заделыванию окон в чердачных помещениях (ставнями, щитами из досок или фанеры);
освобождению балконов и территории двора от пожароопасных предметов;
к сбору запасов продуктов и воды на 2-3 суток на случай эвакуации в безопасный район, а также автономных источников освещения (фонарей, керосиновых ламп, свечей);
переходите из легких построек в более прочные здания или в защитные сооружения гражданской обороны.
КАК ДЕЙСТВОВАТЬ ВО ВРЕМЯ УРАГАНА, БУРИ, СМЕРЧА
Если ураган (буря, смерч) застал Вас в здании, отойдите от окон и займите безопасное место у стен внутренних помещений, в коридоре, у встроенных шкафов, в ванных комнатах, туалете, кладовых, в прочных шкафах, под столами. Погасите огонь в печах, отключите электроэнергию, закройте краны на газовых сетях.
В темное время суток используйте фонари, лампы, свечи; включите радиоприемник для получения информации управления ГО и ЧС и комиссии по чрезвычайным ситуациям; по возможности, находитесь в заглубленном укрытии, в убежищах, погребах и т.п. Если ураган, буря или смерч застали Вас на улицах населенного пункта, держитесь как можно дальше от легких построек, зданий, мостов, эстакад, линий электропередачи, мачт, деревьев, рек, озер и промышленных объектов. Для защиты от летящих обломков и осколков стекла используйте листы фанеры, картонные и пластмассовые ящики, доски и другие подручные средства. Старайтесь быстрее укрыться в подвалах, погребах и противорадиационных укрытиях, имеющихся в населенных пунктах. Не заходите в поврежденные здания, так как они могут обрушиться при новых порывах ветра.
При снежной буре укрывайтесь в зданиях. Если Вы оказались в поле или на проселочной дороге, выходите на магистральные дороги, которые периодически расчищаются и где большая вероятность оказания Вам помощи.
При пыльной буре закройте лицо марлевой повязкой, платком, куском ткани, а глаза очками. При поступлении сигнала о приближении смерча необходимо немедленно спуститься в укрытие, подвал дома или погреб, либо укрыться под кроватью и другой прочной мебелью. Если смерч застает Вас на открытой местности, укрывайтесь на дне дорожного кювета, в ямах, рвах, узких оврагах, плотно прижимаясь к земле, закрыв голову одеждой или ветками деревьев. Не оставайтесь в автомобиле, выходите из него и укрывайтесь, как указано выше.
Правила поведения при буре,смерче,урагане
Если ураган застал вас в здании, отойдите от окон и займите безопасное место у стен внутренних помещений, у встроенных шкафов, в коридоре, в ванных комнатах, кладовых,туалетах, в прочных шкафах, под столами. Погасите огонь в печах, выключите электрическую энергию, закройте краны на газовых сетях.
В ночное время суток применяйте лампы, фонари, свечи; включите радиоприемник для получения информации управления ЧС и ГО и комиссии по чрезвычайным ситуациям, по возможности, находитесь в углубленном укрытии, в убежищах, погребах и так далее. Если буря, ураган или же смерч застали вас на улицах населенного пункта, держитесь как можно подальше от легких построек, мостов, зданий, эстакад, линий электропередач.
Старайтесь быстрее укрыться в подвалах, погребах и противорадиационных укрытиях, которые есть в населенных пунктах. Не заходите в поврежденные здания, так как они могут обрушиться при новых порывах ветра.
Чего не следует делать при смерче, буре или урагане?
При буре, смерче или урагане не следует:
1. Пользоваться в доме газовыми плитами или какими-либо электрическими приборами.
2. Заходить внутрь ветхих, поврежденных зданий.
3. Укрываться от ветра за рекламными щитами, деревьями, заборами и ветхими постройками.
4. Находиться вблизи столбов, а также объектов с легковоспламеняющимися и ядовитыми веществами.
5. Прикасаться к трубам газоснабжения, водоснабжения, центрального отопления, а также к оборванным проводам линий электропередачи.
6. Находиться на мостах, возвышенных местах, а также вблизи линий электропередач и трубопроводов.
Как вести себя после смерча, бури или урагана?
1. Опасаться поваленных деревьев, а также раскачивающихся транспарантов, вывесок, рекламных щитов, ставен.
2. Быть осторожным, обходя оборванные провода линий электропередач, так как они могут быть под напряжением.
3. Опасаться утечек газа в домах, нарушений в электрической сети.
4. Пользоваться какими-либо электрическими приборами разрешается лишь после того, как они будут проверены и тщательно просушены.
5. В случаях, если буря сопровождается грозой, опасайтесь поражения электрическим разрядом (молнией).
Что внутри торнадо?
Торнадо до сих пор остается малопонятным атмосферным явлением, и основная загвоздка состоит как раз в том, что его очень трудно изучать экспериментально. 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. Поэтому вся доступная на сегодняшний день проверенная информация о физических условиях в центре торнадо получена непрямым методом. Благодаря радарным наблюдениям издалека удается измерить скорости вращения воздуха в торнадо и на основании этого уже делать выводы о его внутреннем устройстве.
Итак, пока что известно, что в центре торнадо находится область пониженного давления. В самых мощных торнадо перепад давления снаружи и внутри может превышать одну десятую атмосферы. Собственно, сам торнадо представляет собой наружний воздух, который под действием этого перепада давления пытается заполнить внутренность торнадо, но из-за закона сохранения момента импульса так сильно закручивается вокруг оси, что центробежная сила не подпускает его к центру.
Какие именно течения воздуха имеют место в центре торнадо, сказать пока трудно, поскольку прямых достоверных экспериментальных наблюдений нет. Вполне вероятно, что там имеются вертикальные потоки, однако вряд ли очень сильные.
Вообще, знаменитая подъемная сила торнадо происходит не из-за того, что воронка всасывает в себя предметы, а из-за того, что вращающийся столб воздуха имеет вертикальную турбулентность. То есть воздух обвивает воронку не строго по кругу (тогда бы вертикальное движение отсутствовало) и не по фиксированной спирали (тогда бы вертикальное движение было постоянным), а имеет быстро меняющуюся вертикальную компоненту скорости.
Поскольку для США проблема торнадо — одна из самых важных метеорологических проблем, то на их исследования регулярно выделяются значительные деньги. Планируется даже создать тяжелую машину типа танка, которая была бы одновременно и очень тяжелой, и достаточно проворной. Такая машина смогла бы догнать торнадо, войти в его центр и провести там эксперименты. Так что надо запастись терпением: вероятно, через год-два мы будем знать о внутренностях торнадо заметно больше, чем сейчас.