Атмосферные вихри малых размеров

Шквалы

Бора

Совсем другая картина наблюдается, когда через невысокий хребет переваливает очень холодный воздух, а у подножья подветренного склона воздух теплый и потому менее плотен. Возникает сильный порывистый ветер, который называется бора (итал. bora, от греч. boreas северный ветер).

Бора – сильный и порывистый ветер, направленный вниз по горному склону в сторону достаточно теплого моря (рисунок 81).

Рисунок 81 – Бора – холодный и порывистый ветер, дующий с гор к морю или озеру (http://www.geoglobus.ru/earth/geo5/earth13.php)

При зимних вторжениях холодного воздуха он, переваливая через хребет, приобретает большую нисходящую составляющую скорость вследствие не только горизонтального барического градиента, но и силы тяжести при создающемся неустойчивом распределении температуры (холодный воздух над теплым).

Сначала с наветренной стороны хребта накапливается холодный воздух; пока его верхняя граница не достигнет высота хребта, все спокойно – идущий над ним теплый воздух переходит через гребень хребта и при опускании по склону нагревается, как и при фёне. Но когда верхняя граница холодного воздуха поднимается выше гребня, то он обрушивается на подветренный склон через перевалы, а иногда и по всей длине хребта. Опускаясь, он тоже испытывает адиабатическое нагревание, но разница в температуре воздуха по обе стороны хребта может быть настолько большой, что бора вызывает понижение температуры на подветренном склоне.

Бора вблизи Новороссийска возникает тогда, когда на юге Европейской части РФ возникает и усиливается антициклон. Холодный воздух задерживается в предгорье Северного Кавказа и в соответствии с горизонтальным градиентом давления переваливает через невысокий горный хребет Варага (высотой около 600 м) и через Мархотский перевал обрушивается на Новороссийск. Это усугубляется еще тем, что одновременно над Черным морем находится область низкого атмосферного давления или даже циклон. При боре температура воздуха нередко понижается до -15°, -20°С, а скорости ветра иногда превышают 50–60 м/с. Ураганной силы бора может наблюдаться в течение нескольких дней. В результате ледяного дождя здания набережной покрываются толстым слоем льда. Ветер опрокидывает вагоны, сносит крыши домов. За год в Новороссийске наблюдается в среднем 46 дней с борой с ноября по март. Продолжительность боры 1–3 суток (до 7).

Сходные ветры отмечены во Франции (там они носят название мистраль), в Хорватии (триест), в Мексике (нортсер). Сильные ветры типа боры наблюдается у оз. Байкал. Называются эти ветры сарма. Возникает сарма при образовании антициклона в холодных массах воздуха севернее Байкала (в Якутии) и при сравнительно низком давлении южнее озера. В этих условиях по горным долинам, в частности по долине реки Сарма, холодный воздух с огромной скоростью врывается к Байкалу. Это явление наблюдается весной, осенью и ранней зимой, когда южнее озера образуется область низкого давления. Бора часто возникает и на Новой Земле, где порывы ветра достигает 40–50 м/с.

Много общего с борой имеет Бакинский норд. Норд – это сильный северный ветер, достигающий нередко скоростей 20–30 м/с. Он, как и бора, может дуть с ураганной скоростью несколько дней подряд. Возникает норд при высоком давлении на Северном Кавказе и низком давлении на юге Каспия. Холодный воздух, зажатый в предгории юго-востока Большого Кавказского хребта, вырывается на просторы Западного Каспия в районе Апшерона. При Бакинском норде в средней части Каспия, на расстоянии 100–200 км от западного берега ветры обычно не достигают большой силы.

Сильные ветры определенных направлений, обусловленные особенностями рельефа местности, наблюдаются в различных странах. В Средней Азии известен так называемый урсатьевский ветер. Это сильный ветер в горле Ферганской долины у поселка Урсатьевск, когда в соответствии с направлением градиента приземного давления, вызванным крупными атмосферными процессами, потоки холодного воздуха направляются с востока по долине к узкому выходу и вырываются на равнину. Здесь в среднем за год 72 дня ветры бывают сильные. Скорости более 20 м/с составляют 22%.

Шквал – резкое усиление ветра в течение короткого времени, сопровождающееся изменениями его направления.

Скорость ветра при шквалах нередко превышает 20–30 м/с, продолжительность явления обычно несколько минут, иногда наблюдаются повторные порывы шквалов.

Внутримассовые шквалы связаны с мощными облаками конвекции – кучево-дождевыми в местных воздушных массах в жаркую летнюю погоду над сушей или в холодных неустойчивых воздушных массах над теплой подстилающей поверхностью.

В передней части кучево-дождевого облака возникают мощные восходящие токи воздуха, в центральной и тыловой – нисходящие, создаваемые осадками. В облаке и под ним возникает вихревое движение воздуха (ось вращения горизонтальная).

Фронтальные шквалы (как правило перед холодным фронтом) связаны с предфронтальными кучево-дождевыми облаками. Они наблюдаются вдоль фронта в ряде мест одновременно. Поэтому в XIX в. холодные фронты прозвали линиями шквалов. Атмосферное давление при шквале сначала резко поднимается (бурное выпадение осадков), затем падает. Такой ход давления на барограмме при прохождении шквала, обычно связанного с грозой или ливнем, называется грозовой нос.

Смерчи и торнадо. К мелкомасштабным атмосферным вихрям относятся смерчи и торнадо, весьма сходные по структуре. Разрушительная сила их также велика, хотя диаметр их намного меньше тропических циклонов (от 20–100 м до 1–2 км). Скорости ветра в них достигают 100–200 м/с, или 300–700 км/ч. Эти скорости достаточны для уничтожения векового леса, разрушения домов и т.п. (рисунок 82).

Смерчи и торнадо обычно возникают при грозах над морем и сушей. Из мощного грозового облака, нижнее основание которого принимает форму опрокинутой воронки, опускается будто гигантский темный хобот, который вытягивается по направлению к поверхности земли или моря. Здесь навстречу ему приподнимается широкая воронка из пыли или воды, в открытую чашу которой хобот как бы погружает свой конец, и образуется сплошной столб, перемещающийся со скоростью 20–40 км/ч. Наиболее узкая часть этого столба приходится примерно на середину, высота его может достигать 800–1500 м. Из грозового облака может опуститься несколько смерчевых воронок, тогда они бывают меньшими в диаметре. Время существования смерча – несколько минут, тромба – десятки минут, иногда несколько часов.

Рисунок 82 – Смерч (http://www.geoglobus.ru/earth/geo5/earth13.php)

Движение воздуха в системе смерчей и торнадо обычно происходит против часовой стрелки, но не исключены и движения по часовой стрелке. Одновременно совершается подъем воздуха по спирали. На соседних участках происходит опускание воздуха, в результате чего вихрь замыкается. Под влиянием большой скорости вращения внутри вихря развивается центробежная сила, вследствие которой давление в нем понижается. Это приводит к тому, что при перемещении вихря в его системе как бы всасывается все, что встречается на пути – вода, песок или различные предметы (камни, доски, крыши домов и т.п.), которые затем выпадают из облака иногда на значительном расстоянии. Именно с этим связаны так называемые цветные или кровавые дожди, которые образуются благодаря втягиванию с систему вихря окрашенных частичек породы и смешивания их с каплями дождя. Если вихрь возникает на море или озере, то его называют смерчем. Смерчи часто вместе с водой всасывают в свою систему рыбу, которую облако может выбросить уже на берегу.

Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся над сушей, называют тромбами, а в США – торнадо, что по-испански означает «вращающийся». Торнадо наиболее часто наблюдаются в Северной Америке, на территории США. Здесь их насчитывают около 200 в год. Об огромной силе ветра в торнадо свидетельствуют результаты произведенных ими разрушений домов и инженерных сооружений. Скорость движения торнадо также велика, иногда она достигает до 100 км/ч. На юге Северной Америки торнадо возникают в течение всего года, с максимумом весной и минимумом зимой. Торнадо существуют в пределах от нескольких минут до нескольких часов, а наибольшая траектория их измеряется несколькими сотнями километров. Ширина зоны разрушения соответствует размерам самих торнадо, обычно до 2–3 км. Разность давления между центром вихря и его периферией иногда достигает 150–200 гПа. От такой разности давления разрушаются дома, а сильнейший ветер поднимает в воздух людей, скот автомобили, дома, крыши, мосты и т.п. Так, в апреле 1965 г. над США одновременно возникло 37 различных по мощности торнадо с высотой до 10 км в диаметре около 2 км, со скоростями ветра до 300 км/ч. Этот вихрь произвел громадные разрушения в шести штатах. Число погибших превысило 250 человек, а 2500 человек получили ранения.

Торнадо и смерчи, как и тропические циклоны, зарождаются при наличии большого запаса энергии неустойчивости в атмосфере. Эти условия создаются, когда внизу находится очень теплый и влажный воздух, а в верхней тропосфере – холодный. Иногда возникают вблизи фронтов, иногда вдали от них. Очевидна их связь с грозовыми облаками.

В Европе тромбы относительно редки и наблюдаются преимущественно летом в жаркую погоду в послеполуденные часы в воздушных массах тропического происхождения с большими градиентами температуры. Иногда достигают силы торнадо. Например, в июне 1904 г. тромб передвигался в сторону Москвы, разрушил по пути несколько деревень, повредил дома в Лефортово, повалил вековые деревья в Сокольниках, поднял телеги коров, попавшихся на пути. Было убито более 100 людей. Проходя через Москву-реку, высосал всю воду и обнажил на короткое время дно.

В Беларуси известны случаи подъема смерчем людей, лошадей, автомашин, комбайнов, груженых вагонеток, мешков зерна.

Вихри еще более миниатюрных размеров – пыльные вихри, возникают над перегретой почвой в пустынях (и не только). В Сахаре на площади 10 км² таких вихрей иногда наблюдается до 100 в день. Часты пыльные вихри на Памире. Поперечник от 1 до 100 м, высота – 1 км, скорость ветра – 20–30 км/ч.

[1] Фён – слово немецкого происхождения, от лат. favonius – теплый западный ветер.