География Северной Америки

Быстрое вращательное движение воздуха (до 100 м/сек и более) в  виде вихря-воронки диаметром до 200м и более создаёт за счёт центробежных сил разрежение воздуха  внутри этой воронки. Это обеспечивает всасывание больших объёмов воздуха  в отдалении от зоны конденсации  и на всём протяжении воронки с  ориентацией к земной поверхности, где плотность воздуха выше. Вихрь  торнадо ещё можно представить  в виде длинного цилиндрического  сита, в котором необходимый поток  воздуха обеспечивается большой  площадью всасывания.

Круговое движение воздуха  в стенках воронки и поступательное вверх внутри воронки - в обоих  случаях ламинарное (слоистое, струйное течение), иначе оно не достигло бы таких больших скоростей. Например, в верхних слоях атмосферы  наблюдаются крупномасштабные струйные течения, достигающие 100 м/сек, связанные  с градиентом температуры и давления на границе дня и ночи.

Турбулентность  в  вихре-воронке  возникает  на  границе

разнонаправленных ламинарных потоков и усиливается ещё  и тем, что воздух из быстро вращающихся  стенок поступает вовнутрь и сталкивается с направленными вверх потоками, которые тоже движутся по спирали, но с гораздо меньшей радиальной скоростью.

Вращающаяся воронка действует  как сепаратор, отделяя лёгкий (внутренний) воздух от тяжёлого (внешнего). Воздух, движущийся в стенках воронки, имеет  промежуточную плотность.

Кинетическая энергия  вихревых потоков возникает за счёт кинетической энергии движущегося  вверх воздуха внутри торнадо. Передача энергии происходит в момент поступления  вовнутрь новой порции воздуха. у  словно этот процесс можно разделить  на две фазы.

Инерционная фаза. При соприкосновении  ламинарного (внутри стенок вихря) потока с зоной турбулентности образуется локальный вихрь (Рис. 1), который  ещё продолжает двигаться внутри стенки со скоростью ламинарных потоков (и вращается вокруг собственной  оси), но уже касаясь зоны турбулентности. Этот локальный вихрь как колесо катится по границе турбулентности, оставляя там (в зоне турбулентности) из-за трения часть потерявшего свою скорость воздушного потока. Оставшаяся часть локального вихря может  возвратиться в ламинарный (вовнутрь стенок вихря) поток с удвоенной  скоростью (как верхняя часть  колеса, имеющая при качении удвоенную  скорость), тем самым, возвращая и  часть кинетической энергии обратно  в вихрь-воронку. 

 

 

 

 

 

Рис.Г. Инерционная фаза (поперечное сечение вихревой воронки). Стрелка  указывает направление движения струй (сплошные линии) в стенке воронки; точками обозначены воздушные потоки вверх внутри воронки; А - локальный  вихрь (в месте расположения стрелки  возможно удвоение скорости); Т - зоны турбулентности (на границе воздушных потоков).

 

В месте сброса вовнутрь (всасывания) части воздушного потока из стенки воронки, возникает турбулентность с разнонаправленными вихрями, возможно, частично опоясывающая (по ходу вращения вихря-воронки) внутренний столб движущегося  вверх воздуха. Для простоты представим эту турбулентность в виде шара с  разнонаправленными вихрями (Рис. 2).

 

 

 

 

Рис.2. Энергетическая фаза (поперечное сечение вихревой воронки). Стрелка  указывает направление движения струй (сплошные линии) в стенке воронки; Точками обозначены воздушные потоки вверх внутри воронки; А - турбулентно-вихревые образования на границе потоков, "выступ" вызывает ускорение воздушных  потоков; Т - зоны турбулентности (на границе  воздушных потоков).

 

Находясь большей своей  частью внутри воронки, эти турбулентно  вихревые образования, увлекаемые внутренними  воздушными потоками  вверх, внедряются меньшей своей частью в стенку воронки. Но так как скорость воздушных  потоков внутри стенки вихря-воронки  очень высока, то эти потоки огибают  образовавшийся "выступ", ускоряются, как над крылом самолёта (уравнение  Бернулли), и этот дополнительный импульс  передаётся соседним воздушным потокам, тем самым ускоряя вихрь в  целом. Таким образом, часть кинетической энергии воздушного потока, движущегося  вверх внутри воронки, с помощью  силы "упругих выступов", увлекаемых этим потоком (вверх), передаётся вихревому  движению (непосредственно в зоне взаимодействия).

Удлинение вихря можно  объяснить тем, что на конце воронки  образуется более мощный вихрь всасывающегося воздуха, который ориентируется  в горизонтальной плоскости (то есть так же, как и вихри, составляющие стенку воронки, но с более сильным  воздушным потоком). За счёт этой энергии  и происходит раскручивание и  удлинение концевой части воронки. При соприкосновении с землёй или водной поверхностью этот концевой вихрь начинает ориентироваться  вверх, образуя каскад брызг и  пыли.

Часто наблюдается удержание  воронкой тяжёлых предметов и  перенос их на большие расстояния. Вероятно, предмет, находящийся внутри воронки, при соприкосновении с  внутренней стороной вращающейся стенки получает сильный поступательный или  вращательный импульс, то есть всякий раз отскакивая от стенок воронки  вовнутрь, подхватывается внутренним воздушным потоком и продвигается вверх.

Детальное изучение физических процессов и метеорологии тропических  циклонов, торнадо затруднено их разрушительным действием, грозами. Однако, по ряду факторов можно дать метеопрогноз, оценить  вероятность возникновения стихии или пред сказать направление  движения уже возникшей стихии, что  тоже очень важно.

Обнаружив значительную массу  воздуха с переохлаждённым водяным  паром (на уровне верхней атмосферы  и в тропосфере), можно с большой  вероятностью ожидать перерастания в этом месте депрессии в циклон. Можно попытаться и предотвратить  зарождение вихря. Например, заранее  применяя на этом участке реагенты, ускоряющие процесс конденсации (твёрдую  углекислоту, йодистое серебро), можно  снизить вероятность возникновения  лавинообразной конденсации и следовательно, снизить вероятность зарождения тропического циклона.

Таким же способом можно  предотвратить зарождение торнадо  или ослабить уже усилившееся  торнадо - то есть обрабатывать участки  с наиболее высокой степенью переохлаждённости  водяных паров. Это и есть наиболее вероятное направление движения торнадо - вдоль фронта, по границе  холодных и тёплых воздушных масс.

 

Торнадо - это явление, которое наиболее часто происходит в Северной Америке. На этом континенте их может про исходить порядка 200 ежегодно. В торнадо присутствует ветер огромной силы. Об этом могут свидетельствовать разрушенные торнадо дома и инженерные сооружения. Скорость передвижения торнадо может составлять 100 км/ч.

В южных районах Северной Америки торнадо могут возникать  на протяжении всего года. Весной - больше, а зимой - меньше. Существовать торнадо  могут разное время, от нескольких минут  и до пары часов. Наибольшая траектория их может измеряться не одной сотней километров. Ширина зоны разрушения обычно доходит до нескольких километров (2-3) и обычно соответствует параметрам самого торнадо. Разность давления между  периферией и центром вихря может  доходить до 150 - 200 мб. Подобная разность давления может наносить огромный урон: рушатся дома, мосты, взлетают в воздух, посредством сильного ветра, автомобили, крыши домов и даже люди.

Торнадо зарождаются, когда  имеется огромный запас энергии  неустойчивости в атмосфере. Такие  условия возникают, когда вверху (тропосфере) находится холодный воздух, а внизу - тёплый и достаточно  влажный. Известно, что, когда на территорию США проникают тропические циклоны, там сразу начинают формироваться  торнадо.

 

 

 

 

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.  Образуется сплошной столб, перемещающийся со скоростью 20-40 км/ч. Наиболее узкая часть этого столба приходится примерно на середину, высота его достигает 800-1500 м. Из грозового облака может опуститься несколько смерчевых воронок.

 

 

Смерчи и торнадо относятся  к мелкомасштабным атмосферным  вихрям. Однако природа их образования  близка к природе возникновения  тропических циклонов. Структура  смерчей и торнадо сходна.

Возникают смерчи и торнадо  следующим образом. Из центральной  части мощного грозового облака, нижнее основание которого принимает  форму опрокинутой воронки, опускается 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 которого хобот как бы погружает  свой конец. 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  при водит к тому, что при  перемещении вихря в его систему  как бы всасывается все, что встречается  на пути (вода, песок или различные  предметы: камни, доски, крыши домов  и т. п.), которые затем выпадают из облаков иногда на значительном расстоянии. Именно с этим связаны  так называемые цветные, или кровавые дожди, которые образуются благодаря втягиванию в систему вихря окрашенных частичек породы и смешиванию их с каплями дождя.

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. Установлено, что при  вторжении на территорию США тропических  циклонов здесь возникают несколько  торнадо. Это, очевидно, можно объяснить  тем, что для возникновения тех  и других вихрей необходимо неустойчивое состояние атмосферы.

 

Ураганы - это восходящие атмосферные вихри, формирующиеся над океаном. Скорость ветра в них огромна: она достигает 50- 100 м/с. Сопровождаются ураганы катастрофическими ливнями и наводнениями. Районами, наиболее часто подвергающимися их "нападению", являются Антильские, Багамские острова и юго-восточное побережье Северной Америки. Ураган Катрина, обрушившийся на южное побережье США в 2005 г., унес десятки тысяч жизней. Был затоплен крупный город Новый Орлеан.

Ураган Рита

 

 

 

 

 

 

3. Северная Америка и опасные природные явления 

 

Тайфун Тип 

 

Тайфуны в Тихом океане, в основном, на много мощнее, чем  в Атлантическом. Это обусловлено  тем, что первые имеют в своем  распоряжении больше воды, из которой  черпают свою силу. Так 12 октября 1979 года, вошел в историю благодаря  самому низкому атмосферному давлению на уровне моря и одному из самых  мощных тайфунов в истории Северной Америки.

 

 
Тайфун Тип разогнал скорость ветра  до 190 миль/час всего за 1 минуту.

Он убил 99 человек, и это  еще маленькая цифра, если учесть что предупреждение о тайфуне  поступило задолго до его начала. 44 жертвами оказались рыбаки, не успевшие добраться до берега. Тип потопил  или выбросил на берег 8 кораблей. Среди  них оказался огромное грузовое судно, которое шторм переломил пополам. Это был не только самый мощный циклон, но и самый масштабный - он покрыл территорию равную половине США.

На юге Северной Америки  торнадо возникают в течение  всего года, с максимумом весной и минимумом зимой. Торнадо существует 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 мб. От такой разности давления разрушаются дома, а сильнейший ветер поднимает в воздух людей, скот, автомобили, крыши, мосты и  т. п. Так, в апреле 1965 г. над США  одновременно возникли 37 различных  по мощности торнадо, высотой до 1 О  км И В диаметре около 2 км, со скоростью  ветра до 300 км/ч. Эти вихри произвели  громадные разрушения в шести  штатах. Число погибших превысило 250 человек, а 2500 получили ранения.

 

 

 

Во власти торнадо 

 

Так называют в Северной Америке смерчи гигантской разрушительной силы. Огромные по размерам, эти атмосферные  вихри крушат на своем пути все. Известно много достоверных свидетельств, когда торнадо поднимают высоко в воздух людей и животных, даже небольшие дома.

«Во время урока, - рассказывает учительница одной из американских школ, - я услышала оглушительный  грохот. Ветер подул внезапно с  чудовищной силой. Не успела я увести детей в безопасное место, как  все стекла в классе вылетели. Дети бросились ко мне. Но тут словно невидимые  крылья подхватили их и разные предметы, бывшие в классе. Мы все поднялись  на воздух. Вокруг меня кружились дети и обломки школы. Я потеряла сознание ... » 

Когда торнадо идет по земле, он напоминает громадный пылесос - в  его чрево затягивается все, что  встречается на пути. Когда вихрь  проходит через водоемы, нередко  обнажается дно.