Тропические циклоны
Сохранилось немало записей о чудовищной деятельности циклонов. Достаточно упомянуть о «Великом урагане», который известен как один из самых страшных в серии пяти тропических циклонов, три из которых возникли почти одновременно.
Первый из них, вошедший в историю как «Ураган Саванны-ля-Мар», 3 октября 1780 г. уничтожил город Саванну-ля-Мар в штате Джорджиа. Небывалая по величине волна одним гигантским всплеском, смела все препятствия, залила город и все смыла так стремительно, что, откатываясь, не оставила на суше почти ни одного трупа человека или животного, ни одного обломка жилища…
Через семь дней разразился самый ужасный циклон — «Великий ураган». Он не оставил ни единого дерева или дома на острове Барбадос, отправил на дно английский флот, стоявший на якоре перед островом Сент-Люсия, и совершенно опустошил этот остров, похоронив под развалинами 6 тыс. человек. Затем ураган направился к острову Мартиника, настиг французский флот и потопил более 40 кораблей. Город Сент-Пьер и другие были стерты с лица земли, погибло 9 тыс. человек. Были также опустошены расположенные к северу от острова Доминика, Сент-Эстатиус, Сент-Винсент к Пуэрто-Рико, а большинство судов, оказавшихся на пути циклона, было потоплено. Затем циклон направился к Бермудским островам и потопил множество военных судов, направлявшихся в Европу. На острове Сент-Люсия поднятый на гребень гигантской волны корабль был сброшен на морской госпиталь. Находившиеся там моряки были раздавлены. На этом трагедия не закончилась: 16 октября 1780 г. новый циклон «Ураган Солано», пройдя через Гавану, настиг испанский флот, собравшейся в порту для нападения на Пенсаколу, и отправил его ко дну.
В различных районах тропические циклоны называют по-разному. В Атлантическом океане — это ураганы, на Тихом океане — тайфуны, на севере Индийского океана — циклоны, в Австралии — вилли-вилли и т. п. По разрушительной силе они могут соперничать с землетрясением или извержением вулкана. Возникают тропические циклоны только в низких широтах, между 5 и 20° Северного и Южного полушарий. По размерам они меньше, чем циклоны внетропические, но энергией обладают огромной.
Буйная разрушительная деятельность тайфунов и ураганов осуществляется благодаря совместному действию колоссальной силы ветра, огромного количества выпадающих осадков, штормовому подъему уровня океана и образующихся гигантских волн.
Шкала Бофорта, для унифицированной оценки состояния моря от одного (спокойное море) до 12 баллов — ураган (море совершенно белое от пены и волн, достигающих 15 м) оказалась непригодной для характеристики скорости ветра при тайфунах и ураганах. К этим 12 баллам было добавлено еще 5, полагая, что последним, 17-м баллом, можно охарактеризовать скорость ветра в 460 км/час.
Современные приборы неспособны регистрировать скорость ветра более 300 км/час; рекордной скоростью считается приблизительно 400 км/час. При этом подразумевается не мгновенный порыв ветра, а ветер, дующий в течение пяти минут подряд. При порывах скорость его возрастает на 20—30%.
Облачность в системе урагана
Колоссальную силу ветра, развивающуюся в тайфунах при таких скоростях, можно сравнить с силой выстрела из орудия. Известен случай, когда ствол пальмы диаметром 40— 50 см был пробит насквозь доской или железной балкой, сорванной ураганом.
Другой страшной разрушительной силой, сопровождающей ураган, являются проливные дожди и град. Водопады, низвергающиеся с неба, перемешивающиеся с ревом ветра, наводят ужас. Помимо опустошений, производимых потоками несущейся с гор воды и наводнением, сила дождя наиболее ярко проявляется в изменении солености воды в районе островов, где бушевал тайфун. Известны случаи, когда поверхность бухты была покрыта мертвой рыбой, погибшей от потока пресной воды.
Количество осадков, выпадающих в тайфунах и ураганах, в сравнении с интенсивностью дождей при самых сильных циклонах умеренных широт кажется невероятным. Так, на Филиппинах за 24 часа однажды выпало 1168 мм дождя. При урагане на Ямайке в 1906 г. за четверо суток выпало 2430 мм, а в Техасе за сутки — более 580 мм. Эти суточные количества можно сопоставить лишь с годовыми суммами осадков, которые выпадают в умеренных широтах. Например, в Белоруссии (Минск) за год выпадает в среднем лишь 650 мм, а в самых влажных районах нашей страны, как, например, в Батуми, за весь год выпадает в среднем 2700 мм осадков, а в Москве — 587 мм.
Термин ураган в современной метеорологии стали применять к тропическим циклонам, характеризующимся вращательными движениями воздуха вокруг центра пониженного давления со скоростью свыше 30 м/сек.
Самые большие скорости ветра в урагане (тайфуне) бывают в зоне, окружающей центральную часть его, так называемый «глаз бури», на сравнительно небольшом пространстве. Здесь они часто превышают 50 м/сек (180 км/час). Самое ужасное и смертоносное оружие тайфуна — это образующиеся гигантские волны и штормовые приливы. Их образованию способствует замкнутая структура тайфуна, определяемая вращением сильных ветров. Они как бы отгораживают центр тайфуна от остальной атмосферы, поддерживая в нем низкое давление. Получается нечто вроде непроницаемой трубы с диаметром в несколько сот километров, созданной вращающимся влажным воздухом. Так как в центре циклона давление самое низкое, то уровень океана здесь постепенно повышается. Поэтому в противоположность давлению воздуха, понижающемуся от периферии к его центру, уровень океана, наоборот, постепенно повышается от периферии к центру. Высота подъема уровня океана, вызванного разностью давления воздуха в циклоне, можно оценить, когда он достигает побережья в виде штормовых поднятий уровня воды. Если штормовое поднятие по времени совпадает с обычными приливами, вызванными влиянием Солнца и Луны, то возникшее наводнение может распространиться на значительное расстояние от побережья и затопить города и поселки.
Явления штормового прилива особенно опасны при тайфунах, так как сопровождаются они сильным ветром. Этот ветер давит на поверхность океана на протяжении сотен километров с колоссальной силой и порождает гигантские волны.
При обычных бурях волны не превышают 8—9 м, но при тайфунах и ураганах они достигают 15—17 м (высоты пяти-шестиэтажного дома), нередко наблюдались волны и в 20 ли У мыса Доброй Надежды в 1922 г. во время урагана была измерена высота волны в 30 м. В Тихом океане зарегистрирована волна высотой 37 м.
Эти гигантские волны также вызывают разрушения. Например, мощный тайфун над Японией с давлением в центре, равным 920 мб, привел к быстрому повышению воды в районе Осака на 2 м, за 10 минут нанес большой ущерб двум крупным городам — Осака и Кобе. Погибло около 3 тыс. человек, а более 15 тыс. были ранены и пропали без вести.
Таким образом, тропические циклоны по сравнению с вне-тропическими хотя и имеют меньшие размеры, но энергетические ресурсы их больше. Источником их энергии служит водяной пар, при конденсации которого выделяется огромное количество тепла. Поэтому тропические циклоны, зарождаясь в условиях маломеняющейся погоды со слабыми ветрами над теплыми океанами, скрывают в себе неимоверную силу, несущую смерть и разрушения на своем пути. ‘Возникая над теплыми водами океанов, они перемещаются в направлении спокойно дующих здесь пассатов.
В Северном полушарии тропические циклоны наиболее часты над Тихим океаном в районе Маршалловых островов и Филиппин, однако они нередко возникают и в восточной части Тихого океана (севернее экватора). Из района Маршалловых островов и Филиппин они подходят к юго-восточным берегам Азии, а затем поворачивают вправо и движутся по направлению к Японским островам. Над Атлантикой тропические циклоны, образующиеся в Вест-Индском районе, также перемещаются вдоль пассатов и обрушиваются на берега США. Достигнув Мексиканского залива и Флориды, они поворачивают на север.
Попадая в зону больших контрастов температуры средних широт, тропические циклоны углубляются и превращаются в обычные внетропические циклоны с хорошо выраженной температурной асимметрией.
Причины возникновения тропических циклонов изучены еще недостаточно, однако они отличны от тех, которые вызывают зарождение внетропических циклонов.
Если циклоны умеренных широт возникают в результате взаимодействия термически неоднородных воздушных масс при больших горизонтальных градиентах температуры и давления в зоне струйных течений, то при развитии ураганов такие градиенты отсутствуют. Энергия для зарождения тропических циклонов обеспечивается прежде всего неустойчивой стратификацией атмосферы, образующейся над теплыми поверхностными водами океанов, испарением и увлажнением воздуха.
Следует заметить, что в зоне возникновения тропических циклонов температура поверхностных вод океанов обычно колеблется между плюс 26—27° С. Циклоны обычно возникают в тех случаях, когда температура воды достигает +27°, а тем более +28°. Тогда воздух становится неустойчиво стратифицированным. Если при этом на высотах с севера или юга вторгается холодный воздух, то неустойчивость возрастает и создаются, по-видимому, оптимальные условия для образования тропических циклонов. Так как вода на поверхности океанов в Северном полушарии прогревается до +27° летом и осенью, то тропические циклоны образуются здесь преимущественно во второй половине лета и осенью. Весной и в первой половине лета они возникают редко, а в январе—апреле их и вовсе не бывает. Зато август, сентябрь и октябрь являются месяцами, когда циклоны наиболее часты. В Южном полушарии на Индийском и Тихом океанах чаще всего они возникают в декабре—марте, а в мае—октябре тропические циклоны здесь единичны.
Возникают тропические циклоны в так называемой внутритропической зоне конвергенции (сходимости ветра), которая наблюдается в летнем полушарии между тропиками и экватором. В зоне конвергенции ветра появляются упорядоченные восходящие движения воздуха, которые усиливают термическую конвекцию. Последняя способствует развитию неустойчивости и возникновению интенсивных восходящих движений влажного воздуха, приводящих к конденсации водяного пара и освобождению огромного количества энергии.
До работы метеорологических искусственных спутников Земли учитывались не все тропические циклоны. Теперь уже очевидно, что возникает их заметно больше, чем предполагалось раньше, но не все они достигают разрушительной силы.
Скорость движения тропических циклонов заметно меньше скорости перемещения циклонов средних и высоких широт. В низких широтах скорость их движения редко превышает 15—20 км/час, или 350—500 км/сутки, т. е. соответствует скоростям пассатов. Однако отмечены случаи, когда вопреки расчетам тропические циклоны останавливались на месте или двигались с большей скоростью, чем показывали скорости потоков.
По договоренности между метеорологами каждый тайфун или ураган в Северном полушарии, достигший интенсивности шторма, т. е. скорости ветра более 17 м/сек, получает женское имя; в Южном полушарии — мужское имя. Обычно список этих имен составляется заранее и включает в себя имена, расположенные в алфавитном порядке от латинского А до Z.
Естественно, что своевременный прогноз пути движения тропических циклонов очень важен. Однако это сопряжено с трудностями, так как циклон внезапно может изменить траекторию движения, что чаще происходит при подходе к материку. Однако если даже точно рассчитать траекторию движения циклона, то все равно невозможно предупредить те огромные разрушения, которые обычно он производит. Тропические циклоны сопровождаются не только разрушениями, но уносят немало человеческих жизней. Происходит это ежегодно, а то и несколько раз в год.
Летом 1961 г. тропические циклоны произвели страшные разрушения на берегах Атлантики и Тихого океана. Один из них, названный «Карла», 6 сентября из Мексиканского залива сместился в штаты Техас и Луизиана. Город Галвестон, расположенный на берегу этого залива, был почти полностью разрушен. Ветром скоростью более 200 км/час унесло деревянные строения, жилые дома. Другой тропический циклон — «Дебби», возникший вблизи островов Зеленого мыса, переместился к Британским островам, где также произвел огромные разрушения.
Еще большей разрушительной силы циклоны возникли над Тихим океаном. В районе Маршалловых островов 4 сентября зародился тайфун «Памела», через несколько дней он бушевал на острове Тайвань. В одном лишь городе Тайбэе было разрушено 800 домов.
Через несколько дней вблизи тех же Маршалловых островов возник циклон «Нэнси», в котором скорость ветра превышала 300 км/час. 15 сентября он приблизился к южным берегам Японии и прошел вдоль островов к северо-востоку, разрушив на своем пути много тысяч домов, 400 мостов и дамб. По неполным данным, погибло более 150 и было ранено свыше 2 тыс. человек. Во многих районах прервалась железнодорожная связь, прекратилось снабжение электричеством. Прохождение тайфуна «Нэнси» сопровождалось сильными ливневыми дождями. Прибрежные районы были затоплены. 17 сентября тайфун вышел в Охотское море и произвел разрушения в южной части Сахалина.
Тропический циклон «Нэнси» по разрушительной силе превзошел все тайфуны последних лет.
По данным наблюдений тропический циклон «Инес», прошедший с 23 сентября по 10 октября 1966 г. путь от побережья Африки до Карибского моря и Мексиканского залива, был наиболее интенсивным. Со времени урагана «Флора» (1963 г.) этот циклон причинил наибольшие разрушения. Скорость ветра в его системе достигала 85 м/сек, или более 300 км/час. Над Малыми Антильскими островами скорость ветра достигла 50—60 м/сек. На острове Гваделупа было убито 40 и ранено 70 человек, а около 6 тыс. остались без крова. Следующие два дня на острове Гаити этим ураганом было разрушено несколько тысяч домов и погибло более 500 человек. Максимальная скорость ветра достигала 85 м/сек. С приходом на Кубу скорость ветра уменьшилась до 40—50 м/сек, но и здесь были произведены разрушения. В первых числах октября он вышел к Атлантическому океану и вновь появился над Кубой и Мексиканским заливом, а затем прошел в Мексику; потеряв свою интенсивность, он все же успел разрушить 2,5 тыс. домов. 6—7 октября этот ураган в Гаване за 30 часов вылил 300 мм осадков.
Ураганной силы ветры в тропических циклонах вызваны большими горизонтальными градиентами давления. Хотя диаметр тропических циклонов в сравнении с внетропическими мал (обычно десятки и сотни километров), градиенты давления велики. В их системе градиент давления достигает 20— 40 мб на 100 км, а скорость ветра превышает 100—150 км. Однако нередки случаи, когда величина градиента давления составляет 40—60 мб на 100 км (Чтобы представить значение этой величины, отметим, что в системе крупных внетропических вихрей редко наблюдаются градиенты большие 8—10 мб на 100 км, а обычно градиенты в них равняются 2—4 мб).
На рис. 6 приведена карта приземного давления на 18 час. И сентября 1967 г. Здесь среди внетропических циклонов и антициклонов привлекают внимание два небольших тропических циклона — «Дебби» и «Эстер», ураганы «Карла» и «Бетси». Последний ураган хотя и имеет очень низкое давление в своей центральной части (968 мб), но он уже не является столь интенсивным, как «Дебби». Частично он уже переродился во внетропический циклон. Очень глубокий циклон «Карла» еще сохранил особенности тропического урагана. Давление в его центре равно 941 мб и, судя по разности давления в центральной его части и районом, очерченным изобарой 1002 мб, в северной его части ветры достигают ураганной силы (градиент давления равен 20 мб на 100 км). На своем пути ураган «Карла» произвел огромные разрушения.
Ураганы: «Карла», «Бетси», «Дебби» и «Эстер» на севере Атлантического океана
Тропический циклон с сильными ветрами охватывает тропосферу обычно до высот 8—12 км. Скорости ветра с высотой уменьшаются, но и на 4—5-м км они остаются еще сильными, причем не во всех частях скорости одинаковые. Самые большие скорости наблюдаются в той части циклона, где направление вращательного движения в системе тропического вихря совпадает с направлением его перемещения. В Северном полушарии правая (в направлении движения) часть циклона оказывается наиболее опасной; моряки ее называют «опасным полукругом».
Как видим, по структуре тропический циклон имеет много общего с внетропическим. Но, кроме различия в размерах, условий возникновения и скоростей ветра, есть еще одна отличительная особенность в его строении, которая остается необъясненной. Это так называемый «глаз бури». Накануне прихода тропического циклона при восходе и заходе солнца заря бывает расцвечена яркими красками. Постепенно на горизонте появляются медно-красные тона с темными полосами. За 12—15 час. до подхода циклона к данной местности давление воздуха начинает понижаться. Быстрота падения давления указывает на силу ураганного ветра. Итак, ветер усиливается, приближаются темные облака, начинается ливень, создающий сумрак среди дня. Все это сопровождается непрерывными вспышками молний и громом. Затем ветер постепенно стихает, и в небе появляются просветы. В это время проходит глаз бури, имеющий круглую форму, с диаметром от 8 до десятков километров.
Однако спустя некоторое время ветер вновь усиливается, и все начинается сначала, с тем лишь различием, что после прохождения центра циклона давление быстро повышается.
Глаз бури окружен плотной стеной мощной кучево-дождевой облачности. В глазе бури, благодаря опусканию и адиабатическому сжатию воздуха температура его повышается. Здесь, кроме того, душно. Вокруг глаза бури происходит бурное восхождение вращающегося воздуха, конденсация водяного пара и выпадают проливные дожди. Воздух, опускающийся в центре циклона, вовлекается центробежной силой в вихревое движение и тем самым поддерживает дальнейшее-развитие циклона до тех пор, пока поступает водянок, пар.
Корабль, попавший в глаз бури, иногда вынужден двигаться вместе с ним, так как в циклоне одновременно с вращением осуществляется его общее движение. В смысле режима ветра он как бы делится на две части. В одной из них ветры, вращаясь, дуют в направлении движения (опасный полукруг), а в другой — в направлении, противоположном перемещению циклона (малоопасный полукруг).
В Южном полушарии циркуляция в системе тропического циклона происходит по часовой стрелке. Поэтому опасным полукруг там располагается в южной половине циклона, где совпадает направление ветра с его движением. Правда, могут быть случаи, когда в малоопасном полукруге скорость ветра больше, чем в опасном полукруге.
Приближение тайфуна определяется с помощью радиолокатора, которым снабжены современные корабли. На экране радиолокатора благодаря отражению сигналов частицами влаги в системе циклона обычно появляются спиралевидные изображения, образуемые полосами облаков и осадков.
В настоящее время службами разных стран ведутся наблюдения за положением ураганов. Это позволяет своевременно предупреждать суда, проходящие в районе движения циклонов.
В последние годы получено много дополнительных ценных сведений о структуре циклонов. Много в этом помогли данные, получаемые с искусственных метеорологических спутников, полеты самолетов, проникавших в центр жестоких ураганов.
Изучение тропических циклонов началось еще в XVIII в., но до тридцатых годов XX в. все ограничивалось их описанием.
В сороковых годах расширились возможности их изучения. Снимки с самолетов позволили установить спиралеобразность облачности в их системе. Радиолокаторы могут фиксировать зону облаков и осадков, положение центра урагана и указать пути движения на расстоянии 300—500 км.
Радиолокаторы, установленные на Дальнем Востоке, вдоль юго-восточного побережья Северной Америки и других районах Земли, позволяют своевременно оповещать о приближении тропических циклонов.
В настоящее время большую помощь в прогнозе путей перемещения тропических циклонов оказывают метеорологические искусственные спутники Земли, которые фотографируют эти вихри в океане даже в момент их зарождения. При этом фотографии, полученные с метеорологических спутников, позволяют довольно точно определить положение центра циклона. Спутники помогают изучать облачные формы и их изменения по мере развития тропического вихря.