Бурі, вічні як Земля

Катастрофы в природе

Каких только катастроф не бывает в природе! Наводнения, землетря­сения, пожары, бури… Подсчита­но, что на побережьях США при бурях погибает в четыре раза больше людей, чем при землетря­сениях: около 30 тыс. человек ежегодно.

Ветер вообще играет существен­ную роль в жизни планеты. «Не­спокойство» атмосферы обеспечи­вает основной обмен между ней и поверхностью Земли теплом, влагой, обусловливает передачу импульсов количества движения. Ветер стремится выветрить и тем самым разрушить горы, развеять пески и черноземы, засыпать го­рода и поля, вовлечь в свое буй­ство воды рек, морей, океанов. Порывы ветра бывают опасными для многих отраслей народного хозяйства, особенно когда ветер обладает силой шквала, смерча, сопровождающихся сильной гро­зой, градом, ливнем или метелью. Ветер — важный экологический фактор. Рассматриваемые ниже шквалы и смерчи представляют собой категорию опасных ветров.

Шквал — это внезапное и крат­ковременное усиление ветра до опасной скорости, сопровождаю­щееся изменением его направле­ния, ростом атмосферного давле­ния и обычно похолоданием; часто шквалу сопутствует гроза и ливень. Шквалы возникают в мощных кучево-дождевых об­лаках и под ними. Перемещаясь узкой полосой (шириной до 50— 70 км) и являясь частью атмосфер­ного вихря с горизонтальной осью, шквалы могут, сменяя друг друга, наблюдаться несколько часов, хо­тя каждый из них длится считан­ные минуты (в отличие от порывов ветра, длящихся 10—30 секунд). Шквалы особенно опасны, если максимальная скорость порыва ветра превышает установленный для данной местности или типа сооружения предел.

Различают два основных типа шквалов: фронтальные (наиболее мощные и чаще всего встречаю­щиеся) и внутримассовые (обыч­но менее продолжительные и не столь мощные).

Практически прохождение каж­дого мощного кучево-дождевого облака несет в себе угрозу шква­ла. Большинство шквалов сопрово­ждается осадками, но бывают и сухие шквалы, когда осадки не достигают Земли.

Шквалы, наблюдающиеся над океаном в низких широтах, назы­вают белыми, если они связаны с изолированным белым или крас­новатым облаком или же взбивают на поверхности воды белые пен­ные буруны.

Смерч, в отличие от шквала, — это сильный разрушительный маломасштабный подоблачный вихрь с приблизительно верти­кальной осью; при наклоне или большом диаметре смерча и при отсутствии поднятых им пыли или брызг воды порыв ветра воспри­нимается как шквал.

На юге и на возвышенностях шквалы бывают чаще, чем на се­вере и на равнинах. Например, чаще всего шквалы наблюдаются на Южном Урале, Приволжской, Средне-Русской, Волыно-Подоль­ской возвышенностях, в Карпатах, Крымских яйлах, в предгорьях Алтая и Памира и в других райо­нах со сложной орографией. Осо­бенно часты шквалы в горных районах Кавказа, Тянь-Шаня, Яб­лонового хребта: здесь в среднем ежегодно бывает по 80 шквалов, случаются и смерчи. Шквалы часты в пустынях и степях. Они редко бывают одиночными.

Зона активных и мощных куче­во-дождевых облаков с грозами и шквалами называется линией шквалов. Она простирается иног­да на несколько сотен километ­ров. Резкий удар порывистого ветра перед и при прохождении грозы называют грозовым шква­лом (наиболее частый вид шква­лов). Употребляют и неопреде­ленный термин — шкваловая бу­ря, под которым понимают резкое и внезапное усиление ветра до разрушительной скорости. Иног­да это низкий и широкий смерч. Вообще под шквалистостью ветра понимают частые и резкие коле­бания его скорости и направления. Ошквалистости говорят при сильных порывах ветра, шкваль­ным называют ветер, порывы ко­торого более чем на 10 м/с пре­вышают среднюю скорость, при­чем порывы ветра редко длятся более 20 секунд.

Имеется шкала для оценки мощ­ности шквала. Различают: сла­бый шквал при скорости ветра менее 14 м/с; умеренный шквал — 15—29 м/с (считается опасным явлением погоды); сильный шквал со скоростью ветра при порыве 30 м/с и более (особо опасное явление погоды, при котором на­блюдаются разрушения, — ура­ган). Ветер считается опасным, если его скорость, средняя за 2 или 10 минут, превосходит значения, установленные для дан­ного района и объекта (например, для кранов определенной высоты, судов данного типа и тоннажа и пр.). Для взлета и посадки само­летов, а также для сплава леса на озерах и реках, для движения су­дов в ряде случаев опасен ветер скоростью более 12—15 м/с, осо­бенно порывистый.

Среди многих явлений пого­ды, сопровождающихся сильными ветрами, шквалы и смерчи, да­же слабые, представляют особую опасность из-за внезапности и силы порывов ветра, возникаю­щих на фоне слабых ветров. Ло­кальность смерчей с ураганными скоростями ветра в них делает их чрезвычайно опасными и раз­рушительными. Казалось бы, что за долгую историю человечест­ва все стало известно о ветрах — неотъемлемой характеристике среды нашего обитания. И все же нередко буря кажется исключи­тельно жестокой, небывалой на короткой памяти (40—80 лет) одного поколения людей. Однако же стоит только сравнить свои впечатления с легендами, летопи­сями, былью, как видишь, что «все это уже было».

С развитием промышленности, техники, с появлением новых ви­дов транспорта и высотных соору­жений наша зависимость от пого­ды не только не уменьшилась, но резко увеличилась.

Стихийные явления погоды, такие, как смерчи и шквалы, есте­ственны. Знание присущих им за­кономерностей, абстрагируемое из истории погоды на основе ана­лиза синоптических архивов и достижений физики атмосферы, позволяет предсказать бурю и ее интенсивность, искать пути защиты и активных воздействий на нее. Но каким бы знающим, подготов­ленным и предупрежденным о бу­ре ни был человек, попадая в зону опасного ветра, встречаясь со шквалом или тем более со смер­чем, он поражается необузданной мощью стихии.

Вехи познания

С тех пор как Торричелли изобрел барометр (1642 г.), люди многое узнали о связи между изменениями атмо­сферного давления и погоды.

Практические нужды развиваю­щегося сельского хозяйства, тран­спорта потребовали регулярных метеорологических наблюдений. В 1849 г. в Петербурге была созда­на Главная физическая (ныне гео­физическая) обсерватория — пер­вое в мире государственное ме­теорологическое учреждение, в которое стекались результаты наблюдений на метеорологиче­ских станциях России. В том же году в Зонненберге начала рабо­тать магнитная обсерватория, ко­торая выросла в Нидерландский метеорологический институт.

Он начал публикацию карт бурь, ветров, гроз. Организатор обсер­ватории Бейс-Балло, анализируя карты ветров, обратил внимание на различия в атмосферном дав­лении между соседними метео­рологическими станциями. Ему удалось вывести эмпирическое правило для определения направ­ления ветра.

Одна из крупных катастроф, изучение причин которой приподняло завесу над тайной опасных ветров, разразилась 14 ноября 1854 г. у Балаклавы. Внезапная бу­ря погубила почти весь англо­французский флот, осаждавший берега Крыма. Известный ученый того времени Леверье, собрав результаты метеорологических наблюдений на Средиземном мо­ре, показал, что можно было предвидеть приближение шторма к Крыму, если бы имелась карта погоды за предыдущий день. По­сле этого сеть метеорологических станций быстро росла. Начался международный сбор и обмен метеорологической информацией, регулярно составлялись прогнозы погоды. Уже в 1863 г. Леверье публиковал ежедневные карты по­годы, на которых определялось положение областей низкого дав­ления с плохой погодой — цикло­нов. К тому времени английский адмирал Фицрой составлял синоп­тические карты для предсказания бурь на море. «Штормы, подобно водоворотам, переходят значи­тельные пространства», — писал он. Фицрой показал, что цикло­нические штормы возникают на границе теплых и холодных воз­душных масс, ветров. Эти границы позже получили название ат­мосферных фронтов.

Катастрофа, которая заставила вспомнить идею Фицроя о фрон­тах как зонах возникновения вих­ревых бурь, о «борьбе» теплых и холодных воздушных потоков как факторе формирования шква­лов, разразилась 24 марта 1878 г. в Портсмуте. Стояла тихая погода, небо не предвещало опас­ности. На набережной собрался народ, все смотрели, как прибли­жается красавец фрегат «Эври-дик». Но вдруг на порт обрушил­ся сильный порыв юго-западного ветра. Шквал со снегом подхватил судно, перевернул его, и фрегат затонул… Позже удалось выяс­нить, что линия шквалов длиной до 70 км имела ширину всего 5 км и была связана с циклоном, центр которого находился над Норвеж­ским морем. Она смещалась к востоку со скоростью 90 км/ч, не­ся похолодание на 9° С.

Рост промышленности, развитие судоходства, освоение необжи­тых территорий, необходимость грозозащиты вынуждали расши­рять исследования очагов бурь, шквалов, гроз, ливней. Немалый вклад в эти исследования внес­ли ученые России, среди них А. И. Воейков, М. А. Рыкачев, П. И.Броунов, А. В. Клоссовский, Б. И. Срезневский и др. В частно­сти, П. И. Броунов на заре XX в. обратил внимание на два основных типа шквалово-грозовых облаков, связанных с циклонами и анти­циклонами.

За столетие Служба предсказа­ния погоды выросла в слаженную систему сбора и обмена метеоро­логической информацией и про­гнозами, представляя собой ныне Всемирную службу погоды. Ме­теорологические архивы послужи­ли основанием для исследований, опирающихся на достижения гид­родинамической науки. Они дове­дены до стадии разработки и со­вершенствования не только мето­дов предсказания погоды, но и ис­кусственного воздействия на не­которые локальные атмосферные процессы. Последнее потребова­ло широких исследований облач­ных систем — важнейших факто­ров погоды.

Ныне в арсенале ученых и прак­тиков регулярные метеорологи­ческие наблюдения на многих тысячах метеостанций мира. Ведут приземные, высотные (с по­мощью радиозондов), радиоло­кационные наблюдения; фото­графируют облачные системы с искусственных метеорологических спутников Земли (МСЗ); выпол­няют специальные наблюдения в облаках с бортов самолетов — «летающих лабораторий»; про­слеживают за эволюцией шква­лово-градовых облаков после воздействия на них для рассеива­ния и вызывания вынужденных осадков и т. п. Активно использу­ются ЭВМкак для исследований, так и в ежедневной практике прогнозирования.

Благодаря этому широкому фронту модернизации наблюде­ний и исследований в последние годы стал известен ряд новых важных фактов, касающихся си­ноптических процессов планетар­ного и меньших масштабов. В част­ности, обнаружены особенности мезомасштабных процессов, про­ливающих свет на структуру и эволюцию шквалов и смерчей. Это, например, представления о средних по масштабам системах (мезоциклон — мезоантициклон) и их связи с линиями шквалов, с мезофронтами; об обострении атмосферных фронтов у гористых берегов; о механизмах формиро­вания боры и фена — горных вет­ров, которым присущи шквальные вихри; о классификации ветров и связи этапов эволюции ветровых систем различного масштаба с их формой, мощностью, траекто­рией и т. п. Локальные бури и некоторые облака рассматрива­ются как самоорганизующиеся системы. Исследованы фазы их развития в конкретных ландшафт­но-географических условиях и влияние последних на эволюцию зон облаков и шквалов. Благодаря использованию ЭВМ выполне­ны сложные гидродинамические расчеты эволюции моделей обла­стей плохой погоды — циклонов, фронтов, смерчей и прочих явле­ний.

Но каждый новый факт, уста­новленный теоретически или экспериментально, вынуждает ставить новые задачи, делает необходимым расширение иссле­дований.

• Вітер та хмари →