Що таке циклон? Дія та характеристика атмосферного циклону. Переміщення позатропічних циклонів Максимальна швидкість переміщення циклону становить

Баричні утворення біля Землі здебільшого переміщуються у напрямку стійкого повітряного потоку з них на висоті поверхні АТ 700 чи АТ 500 зі швидкістю, пропорційної швидкості відповідної поверхні, тобто. за правилом провідного потоку.

У середньому коефіцієнт пропорційності між швидкістю провідного потоку та швидкістю переміщення баричних утворень становить 0.8 для АТ 700 та 0.6 для АТ 500 .

Але розрахунки показують, що коефіцієнт пропорційності залежить від швидкості провідного потоку (табл. 5):

Табл. 5. Коефіцієнт пропорційності залежно від швидкості провідного потоку.

Правило провідного потоку приблизно відображає картину переміщення баричних утворень. Строго кажучи, циклони та антициклони, переміщаючись у напрямку провідного потоку, нерідко відхиляються від напрямку ізогіпсу на поверхні АТ 700 або АТ 500 .

Швидкості переміщення циклонів коливаються у межах. У початковій стадії розвитку низькі циклони переміщуються зі швидкістю 40-50 км/год, а деяких випадках швидкість збільшується до 80-100 км/год.

Активне переміщення циклонів відбувається до тих пір, поки над ними в середній тропосфері зберігається стійкий повітряний потік - провідний потік. Найчастіше переміщення циклону походить від західної половини горизонту до східної, відповідно до напряму провідного потоку. Аномальність переміщення баричних центрів щодо провідного потоку, як показано вище, визначається низкою факторів, основним з яких є нерівномірна локальна зміна градієнта геопотенціалу над центром, що переміщається.

Таким чином, відповідно до основного західно-східного перенесення повітряних мас в атмосфері, східна частинациклону є передньою його частиною, західна – тиловою. Відступ від цього правила є, якщо напрям провідного потоку різко відрізняється від західно-східного напрямку.

Коли циклони стають високими (починаючи з третьої стадії розвитку), їх швидкість різко зменшується. Циклони, що заповнюються, є квазісиметричними і холодними. У середній тропосфері мають замкнуті ізогіпси, тобто. провідний потік певного напрямку над центром циклону вже відсутній, і циклони, як правило, стають малорухливими (квазістаціонарними). У цьому циклонічний центр іноді описує петлю.

	|	наступна лекція ==>

П. МАНТАШ'ЯН.

Продовжуємо публікувати журнальний варіант статті П. М. Манташьяна "Вихори: від молекули до Галактики" (див. "Наука і життя №"). мова піде про смерчі і торнадо - природні утворення величезної руйнівної сили, механізм виникнення яких досі не цілком зрозумілий.

Наука та життя // Ілюстрації

Наука та життя // Ілюстрації

Малюнок із книги американського фізика Бенжаміна Франкліна, що пояснює механізм виникнення смерчів.

Марсохід Spirit виявив, що в розрідженій атмосфері Марса виникають смерчі, і зняв їх. Знімок із сайту НАСА.

Гігантські смерчі та торнадо, що виникають на рівнинах півдня США та Китаю, - явище грізне та дуже небезпечне.

Наука та життя // Ілюстрації

Смерч може досягати кілометра у висоту, упираючись вершиною в грозова хмара.

Смерч на морі піднімає і втягує в себе десятки тонн води разом із морською живністюі може розламати та потопити невелике судно. В епоху вітрильних кораблів смерч намагалися зруйнувати, стріляючи по ньому з гармат.

На знімку добре видно, що смерч обертається, закручуючи спіраллю повітря, пил та дощову воду.

Місто Канзас-сіті, перетворене на руїни потужним торнадо.

Сили, що діють на тайфун у потоці пасатного вітру.

Закон Ампера.

Сили Коріоліса на плеєрі.

Ефект Магнуса на столі та в повітрі.

Вихровий рух повітря спостерігається не лише у тайфунів. Існують вихори розмірами, що перевищують тайфун, - це циклони та антициклони, найбільші повітряні вихори на планеті. Їх розміри значно перевищують розміри тайфунів і можуть сягати понад тисячу кілометрів у діаметрі. У певному сенсі це вихори-антиподи: вони практично все навпаки. Циклони Північної та Південної півкуль обертаються в той же бік, що й тайфуни цих півкуль, а антициклони – у протилежну. Циклон приносить із собою негоду, що супроводжується опадами, антициклон ж, навпаки, приносить ясну, сонячну погоду. Схема утворення циклону досить проста - все починається із взаємодії холодного та теплого атмосферних фронтів. При цьому частина теплого атмосферного фронту проникає всередину холодної у вигляді своєрідної атмосферної «мови», внаслідок чого тепле повітря, легше, починає підніматися, і при цьому відбуваються два процеси. По-перше, молекули водяної пари під впливом магнітного поляЗемлі починають обертатися і залучають у обертальний рух все повітря, що піднімається, утворюючи гігантський повітряний вир (див. «Наука і життя» № ). По-друге, нагорі тепле повітря охолоджується, і пари води в ньому конденсуються в хмари, які випадають опадами у вигляді дощу, граду чи снігу. Такий циклон може зіпсувати погоду на строк від кількох днів до двох-трьох тижнів. Його «життєдіяльність» підтримується рахунок надходження нових порцій вологого теплого повітря та взаємодії його з холодним повітряним фронтом.

Антициклони пов'язані з опусканням повітряних мас, які при цьому адіабатично, тобто без теплообміну довкіллям, нагріваються, їх відносна вологістьпадає, як і призводить до випаровування наявних хмар. При цьому за рахунок взаємодії молекул води з магнітним полем Землі відбувається антициклонічне обертання повітря: у Північній півкулі – за годинниковою стрілкою, у Південній – проти. Антициклони приносять із собою стійку погоду на період від кількох днів до двох-трьох тижнів.

Мабуть, механізми утворення циклонів, антициклонів і тайфунів ідентичні, а питома енергоємність (енергія одиниці маси) тайфунів набагато більша, ніж циклонів та антициклонів, лише за рахунок більше високої температуриповітряних мас, нагрітих сонячним промінням.

СМЕРЧІ

З усіх вихорів, що утворюються в природі, найбільш загадкові смерчі, по суті, частина грозової хмари. Спочатку, на першій стадії виникнення смерчу, обертання видно лише у нижній частині грозової хмари. Потім частина цієї хмари відвисає донизу у вигляді гігантської лійки, яка все більше подовжується і нарешті досягає поверхні землі чи води. Виникає ніби гігантський хобот, що звисає з хмари, що складається з внутрішньої порожнини та стінок. Висота смерчу становить від сотень метрів до кілометра і, як правило, дорівнює відстані від нижньої частини хмари до землі. Характерна рисавнутрішньої порожнини - знижений тиск повітря, що знаходиться в ній. Така особливість смерчу призводить до того, що порожнина смерчу служить своєрідним насосом, який може втягнути в себе величезну кількість води з моря або озера, причому разом із тваринами та рослинами, перенести їх на значні відстані та скинути вниз разом із дощем. Смерч здатний переносити і досить великі вантажі - автомобілі, вози, малотоннажні судна, невеликі будівлі, причому іноді навіть з людьми, що в них знаходяться. Смерч має величезну руйнівну силу. При зіткненні з будовами, мостами, лініями електропередач та іншими об'єктами інфраструктури він завдає їм величезних руйнувань.

Смерчі мають максимальну питому енергоємність, яка пропорційна квадрату швидкості повітряних потоків вихору. По метеорологічної класифікації при швидкості вітру в замкнутому вихорі, що не перевищує 17 м/с, він називається тропічною депресією, якщо швидкість вітру не перевищує 33 м/с, то це тропічний шторм, і якщо швидкість вітру становить від 34 м/с і вище, то це вже тайфун. У потужних тайфунах швидкість вітру може перевищувати 60 м/с. У смерчі, за даними різних авторів, швидкість повітря може досягати від 100 до 200 м/с (деякі автори вказують на надзвукову швидкість повітря в смерчі - понад 340 м/с). Прямі вимірювання швидкості повітряних потоків у смерчах при реальному рівні розвитку техніки практично неможливі. Всі прилади, призначені для фіксації параметрів смерчу, безжально їм ламаються при першому зіткненні. Про швидкість потоків у смерчах судять за непрямими ознаками, головним чином за тими руйнуваннями, які вони виробляють, або вагою вантажів, які вони переносять. Крім того, відмінна рисакласичного смерчу - наявність розвиненої грозової хмари, своєрідного електричного акумулятора, що підвищує питому енергоємність смерчу. Щоб розібратися в механізмі виникнення та розвитку смерчу, розглянемо спочатку пристрій грозової хмари.

ГРОЗОВА Хмара

У типовій грозовій хмарі вершина заряджена позитивно, а основа несе негативний заряд. Тобто в повітрі підтримується висхідними потоками ширяє гігантський електричний конденсатор багатокілометрових розмірів. Наявність такого конденсатора призводить до того, що на поверхні землі або води, над якими знаходиться хмара, з'являється його електричний слід - наведений електричний заряд, Що має знак, протилежний знаку заряду основи хмари, тобто земна поверхня буде позитивно заряджена.

До речі, досвід створення наведеного електричного заряду можна провести вдома. Насипте на поверхню столу дрібні папірці, розчешіть пластмасовою гребінцем сухе волосся і наблизьте гребінець до насипаних папірців. Всі вони, відірвавшись від столу, попрямують до гребінця і прилипнуть до неї. Результат цього простого досвіду пояснюється дуже просто. гребінець отримала електричний заряд в результаті тертя про волосся, а на папірці він наводить заряд протилежного знака, який притягує папірці до гребінця в повній відповідності до закону Кулона.

Біля основи розвиненої грозової хмари існує потужний висхідний потік повітря, насиченого вологою. Крім дипольних молекул води, які в магнітному полі Землі починають обертатися, передаючи імпульс нейтральним молекулам повітря, залучаючи їх у обертання, у висхідному потоці є позитивні іони та вільні електрони. Вони можуть утворюватися внаслідок впливу на молекули сонячного випромінювання, природного радіоактивного фону місцевості та, у разі грозової хмари, за рахунок енергії електричного поля між основою грозової хмари та землею (згадаймо про наведений електричний заряд!). До речі, рахунок наведеного позитивного заряду лежить на поверхні землі число позитивних іонів у потоці висхідного повітря значно перевищує кількість іонів негативних. Всі ці заряджені частинки під дією висхідного потоку повітря спрямовуються до основи грозової хмари. Однак вертикальні швидкості позитивних і негативних частинок електричному полі різні. Напруженість поля можна оцінити по різниці потенціалів між основою хмари і поверхнею землі - за вимірами дослідників, вона становить кілька десятків мільйонів вольт, що при висоті основи грозової хмари в один - два кілометри дає напруженість електричного поля в десятки тисяч вольт на метр. Це поле прискорюватиме позитивні іони та гальмуватиме негативні іони та електрони. Тому в одиницю часу через поперечний переріз висхідного потоку позитивних зарядів пройде більше, ніж негативних. Іншими словами, між земною поверхнею та основою хмари виникне електричний струм, хоча правильніше було б говорити про величезну кількість елементарних струмів, що з'єднують земну поверхнюз основою хмари. Всі ці струми паралельні та течуть в одному напрямку.

Зрозуміло, що вони за законом Ампера взаємодіятимуть між собою, а саме притягуватимуться. З курсу фізики відомо, що сила взаємного тяжіння одиниці довжини двох провідників з електричними струмами, поточними в одному напрямку, прямо пропорційна добутку сил цих струмів і обернено пропорційна відстані між провідниками.

Тяжіння двох електричних провідників обумовлено силами Лоренца. Електрони, що рухаються всередині кожного провідника, знаходяться під дією магнітного поля, яке створюється електричним струмом у сусідньому провіднику. На них діє сила Лоренца, спрямована по прямій, що з'єднує центри провідників. Але для виникнення сили взаємного тяжіння наявність провідників абсолютно необов'язково - досить струмів. Наприклад, дві частинки, що покоїться, мають однаковий електричний заряд, відштовхуються одна від одної згідно із законом Кулона, але ці ж частинки, що рухаються в одному напрямку, притягуються, причому до тих пір, поки сили тяжіння і відштовхування не врівноважують один одного. Неважко бачити, що відстань між частинками в положенні рівноваги залежить лише від їхньої швидкості.

Через взаємне тяжіння електричних струмів заряджені частинки прямують до центру грозової хмари, по дорозі взаємодіючи з електрично нейтральними молекулами і також переміщуючи їх до центру грозової хмари. Площа поперечного перерізу висхідного потоку зменшиться наскільки разів, а оскільки потік обертається, то за законом збереження моменту кількості руху його кутова швидкість зросте. З висхідним потоком станеться те саме, що з фігуристкою, яка, обертаючись на льоду з розставленими руками, притискає їх до тіла, через що швидкість її обертання різко збільшується (хрестоматійний приклад із підручників фізики, який ми можемо спостерігати по телевізору!). Таке різке збільшення швидкості обертання повітря у смерчі з одночасним зменшенням його діаметра призведе відповідно до збільшення лінійної швидкості вітру, яка, як згадувалося, може навіть перевищити швидкість звуку.

Саме наявність грозової хмари, електричне поле якої поділяє заряджені частинки за знаком, призводить до того, що швидкості повітряних потоків у смерчі перевищують швидкості повітряних потоків у тайфуні. Образно кажучи, грозова хмара служить свого роду «електричною лінзою», у фокусі якої концентрується енергія висхідного потоку вологого повітря, що призводить до виникнення смерчу.

МАЛІ Віхорі

Існують також і вихори, механізм утворення яких ніяк не пов'язаний з обертанням дипольної молекули води в магнітному полі. Найбільш поширені серед них - курні вихори. Вони утворюються в пустельних, степових та гірських місцевостях. За своїми розмірами вони поступаються класичним смерчам, їхня висота становить близько 100-150 метрів, а діаметр - кілька метрів. Для утворення запорошених вихорів необхідною умовою є пустельна, добре нагріта рівнина. Утворившись, такий вихор існує досить недовго, 10-20 хвилин, весь цей час переміщаючись під дією вітру. Незважаючи на те, що повітря пустель практично не містить вологи, обертальний рух його забезпечується взаємодією елементарних зарядів з магнітним полем Землі. Над рівниною, сильно прогрітою сонцем, виникає потужний висхідний потік повітря, частина молекул якого під впливом сонячного випромінювання і особливо його ультрафіолетової частини іонізується. Фотони сонячного випромінювання вибивають із зовнішніх електронних оболонок атомів повітря електрони, утворюючи у своїй пари позитивних іонів та вільних електронів. Внаслідок того, що електрони і позитивні іони мають суттєво різні маси при рівних за величиною зарядах, їх внесок у створення моменту кількості руху вихору різний і напрямок обертання пильного вихору визначається напрямом обертання позитивних іонів. Такий стовп сухого повітря, що обертається, при своєму русі піднімає з поверхні пустелі пил, пісок і дрібні камінчики, які самі по собі не відіграють ніякої ролі в механізмі формування пильного вихору, але служать своєрідним індикатором обертання повітря.

У літературі описані ще й повітряні вихори, досить рідкісне природне явище. Вони виникають у спеку дня на берегах річок чи озер. Час життя таких вихорів невеликий, вони з'являються зненацька і так само раптово зникають. Очевидно, внесок у створення вносять як молекули води, і іони, що утворюються в теплому і вологому повітрі рахунок сонячного випромінювання.

Набагато небезпечніші водяні вихори, механізм утворення яких аналогічний. Зберігся опис: «У липні 1949 року в штаті Вашингтон у теплий сонячний день при безхмарному небі на поверхні озера виник високий стовп із водяних бризок. Він існував лише кілька хвилин, але мав значну підйомну силу. Насунувшись на берег річки, він підняв досить важкий моторний бот завдовжки близько чотирьох метрів, переніс його на кілька десятків метрів і, вдаривши об землю, розбив на шматки. Водяні вихори найбільш поширені там, де поверхня води сильно нагрівається сонцем, - у тропічних та субтропічних зонах».

Закручування потоків повітря може відбуватися за великих пожеж. У літературі описані такі випадки, наведемо один із них. «Ще 1840 року в США розчищали ліс під поля. На великій галявині було звалено величезну кількість хмизу, гілок та дерев. Їх підпалили. Через деякий час полум'я окремих вогнищ стягнулося разом, утворивши вогняну колону, внизу широку, що загострилася вгорі, висотою 50 - 60 метрів. Ще вище вогонь змінювався димом, що йшов високо в небо. Вогненно-димовий вихор обертався з вражаючою швидкістю. Величне і жахливе видовище супроводжувалося гучним шумом, що нагадував гуркіт грому. Сила вихору була настільки велика, що він піднімав у повітря і відкидав убік великі дерева».

Розглянемо процес утворення вогняного смерчу. При горінні деревини виділяється тепло, яке частково переходить у кінетичну енергію висхідного потоку нагрітого повітря. Однак при горінні відбувається ще один процес - іонізація повітря та продуктів згоряння

палива. І хоча загалом нагріте повітря та продукти згоряння палива електрично нейтральні, у полум'ї утворюються позитивно заряджені іони та вільні електрони. Рух іонізованого повітря на магнітному полі Землі неминуче призведе до утворення вогняного смерчу.

Хочеться відзначити, що вихровий рух повітря виникає не тільки за великих пожеж. У своїй книзі «Смерчі» Д. В. Наливкін ставить запитання: «Ми вже не раз говорили про загадки, пов'язані з маломірними вихорами, намагалися зрозуміти, чому всі вихори крутяться? Виникають інші питання. Чому, коли горить солома, нагріте повітря піднімається не прямою лінією, а спіраллю і починає кружляти. Так само поводиться в пустелі гаряче повітря. Чому він не йде просто вгору без усякого пилу? Те саме відбувається з водяним пилом та бризками, коли гаряче повітря проноситься над поверхнею води».

Існують вихори, які у процесі виверження вулканів, їх, наприклад, спостерігали над Везувієм. У літературі вони отримали назву попелових вихорів - у вихровому русі беруть участь хмари попелу, що вивергаються вулканом. Механізм утворення таких вихорів загалом аналогічний механізму утворення вогненних смерчів.

Подивимося тепер, які сили діють на тайфуни у неспокійній атмосфері нашої Землі.

СИЛА КОРІОЛІСУ

На тіло, що рухається в системі, що обертається, відліку, наприклад, на поверхні обертового диска або кулі, діє інерційна сила, звана силою Коріоліса. Ця сила визначається векторним твором (нумерація формул починається у першій частині статті)

F K =2M[ VΩ], (20)

де М- маса тіла; V – вектор швидкості тіла; Ω - Вектор кутової швидкості обертання системи відліку, у разі земної кулі- Кутова швидкість обертання Землі, а [VΩ] - їхній векторний твір, який у скалярному вигляді виглядає так:

F л = 2M | V | | Ω | sin α де α - кут між векторами.

Швидкість тіла, що рухається на поверхні земної кулі, можна розкласти на дві складові. Одна з них лежить у площині, що стосується кулі в точці знаходження тіла, іншими словами - горизонтальна складова швидкості: друга, вертикальна складова перпендикулярна цій площині. Сила Коріоліса, що діє на тіло, пропорційна синусу географічної широти його місцезнаходження. На тіло, що рухається меридіаном у будь-якому напрямку в Північній півкулі, діє сила Коріоліса, спрямована вправо по руху. Саме ця сила змушує підмивати праві береги річок Північної півкулі, незалежно від того, північ чи південь вони течуть. У Південній півкулі ця ж сила спрямована вліво рухом і річки, що пливуть у меридіональному напрямку, підмивають ліві береги. У географії це явище називається законом Бера. Коли русло річки не збігається з меридіональним напрямом, сила Коріоліса буде меншою на величину косинуса кута між напрямком течії річки та меридіаном.

Практично у всіх дослідженнях, присвячених питанням освіти тайфунів, смерчів, циклонів та всіляких вихорів, а також їх подальшому переміщенню, вказується на те, що саме сила Коріоліса є першопричиною їх виникнення і саме вона задає траєкторію їх пересування поверхнею Землі. Однак якби сила Коріоліса брала участь у створенні смерчів, тайфунів і циклонів, то у Північній півкулі вони мали б праве обертання – за годинниковою стрілкою, а в Південній – ліве, тобто проти. Але тайфуни, смерчі та циклони Північної півкулі обертаються вліво, проти годинникової стрілки, а Південної півкулі – вправо, за годинниковою стрілкою. Це абсолютно не відповідає напряму впливу сили Коріоліса, більше того – прямо їй протилежно. Як уже говорилося, величина сили Коріоліса пропорційна синусу географічної широти і, отже, максимальна на полюсах і відсутня на екваторі. Отже, якби вона вносила внесок у створення вихорів різних масштабів, то найчастіше вони з'являлися в полярних широтах, що цілком суперечить наявним даним.

Таким чином, наведений аналіз переконливо доводить, що сила Коріоліса не має жодного відношення до процесу формування тайфунів, смерчів, циклонів та всіляких вихорів, механізми утворення яких розглянуті у попередніх розділах.

Вважається, що саме сила Коріоліса визначає їх траєкторії, тим більше, що в Північній півкулі тайфуни, як метеорологічні утворення, при своєму русі відхиляються саме вправо, а в Південному - саме вліво, що відповідає напрямку дії сили Коріоліса в цих півкулях. Здавалося б, причину відхилення траєкторій тайфунів знайдено - це сила Коріоліса, але не поспішатимемо з висновками. Як говорилося вище, під час руху тайфуну поверхнею Землі нею, як у єдиний об'єкт, діятиме сила Коріоліса, рівна:

F до = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

де θ – географічна широта тайфуну; α - кут між вектором швидкості тайфуну, як єдиного цілого, та меридіаном.

Для з'ясування справжньої причини відхилення траєкторій тайфунів спробуємо визначити величину сили Коріоліса, що діє на тайфун, і порівняти її з іншою, як ми зараз переконаємося, реальнішою силою.

СИЛА МАГНУСУ

На тайфун, що переміщається пасатом, діятиме сила, яку в даному контексті, наскільки це відомо автору, досі не розглядав жоден дослідник. Це сила взаємодії тайфуну як єдиного об'єкта з повітряним потоком, який переміщає цей тайфун. Якщо подивитися на малюнок із зображенням траєкторій тайфунів, стане видно, що вони рухаються зі сходу на захід під дією тих, що постійно дмуть. тропічних вітрів, пасатів, які утворюються внаслідок обертання земної кулі При цьому пасат не лише переносить тайфун зі сходу на захід. Найголовніше - на тайфун, що у пасаті, діє сила, обумовлена ​​взаємодією повітряних потоків самого тайфуну з повітряним потоком пасата.

Ефект виникнення поперечної сили, що діє на тіло, що обертається в потоці рідини або газу, що набігає на нього, був відкритий німецьким ученим Г. Магнусом в 1852 році. Він проявляється в тому, що якщо круговий циліндр, що обертається, обтікає безвихровий (ламінарний) потік, перпендикулярний його осі, то в тій частині циліндра, де лінійна швидкість його поверхні протилежна швидкості набігаючого потоку, виникає область підвищеного тиску. А на протилежному боці, там, де напрямок лінійної швидкості поверхні збігається зі швидкістю потоку, що набігає, - область зниженого тиску. Різниця тисків на протилежних сторонах циліндра призводить до виникнення сили Магнуса.

Винахідники робили спроби використати силу Магнуса. Було спроектовано, запатентовано і побудовано корабель, на якому замість вітрил встановили вертикальні циліндри, що обертаються двигунами. Ефективність таких обертових циліндричних «парусів» у деяких випадках навіть перевершувала ефективність звичайних вітрил. Ефект Магнуса використовують також футболісти, які знають, що якщо при ударі по м'ячу надати йому обертального руху, то траєкторія його польоту стане криволінійною. Таким ударом, який називається "сухий лист", можна послати м'яч у ворота противника практично з кута футбольного поля, що знаходиться на одній лінії з воротами. М'яч при ударі закручують і волейболісти, тенісисти та гравці в пінг-понг. У всіх випадках рух закрученого м'яча складною траєкторією створює чимало проблем противнику.

Однак повернемося до тайфуну, що переміщується пасатом.

Пасати, стійкі повітряні течії (дують постійно більше десяти місяців на рік) у тропічних широтах океанів, охоплюють у Північній півкулі 11 відсотків їхньої площі, а Південному - до 20 відсотків. Основний напрямок пасатів - зі сходу на захід, проте на висоті 1-2 кілометри їх доповнюють вітри меридіонального спрямування, що дмуть до екватора. В результаті в Північній півкулі пасати рухаються на південний захід, а в Південній

На північний захід. Пасати стали відомі європейцям після першої експедиції Колумба (1492-1493), коли її учасники були вражені стійкістю сильних північно-східних вітрів, які каравели від берегів Іспанії через тропічні райони Атлантики.

Гігантську масу тайфуну можна розглядати як циліндр, що обертається повітряному потоці пасату. Як уже говорилося, у Південній півкулі вони обертаються за годинниковою стрілкою, а в Північній – проти. Тому рахунок взаємодії з потужним потоком пасатного вітру тайфуни й у Північному і Південному півкулі відхиляються убік від екватора - північ і південь відповідно. Цей характер їхнього руху добре підтверджують спостереження метеорологів.

(Закінчення слідує.)

ЗАКОН АМПЕРА

У 1920 році французький фізик Анре Марі Ампер експериментально виявив нове явище – взаємодію двох провідників зі струмом. Виявилося, що два паралельні провідники притягуються або відштовхуються залежно від напрямку струму в них. Провідники прагнуть зблизитися, якщо струми течуть в одному напрямку (паралельні), і відійти один від одного, якщо струми течуть у протилежних напрямках (антипаралельні). Ампер зумів правильно пояснити це явище: відбувається взаємодія магнітних полів струмів, що визначається за «правилом буравчика». Якщо буравчик вкручувати в напрямку струму I, рух його рукоятки вкаже напрямок силових ліній магнітного поля H.

Дві заряджені частинки, що летять паралельно, також утворюють електричний струм. Тому їх траєкторії сходитимуться або розходитимуться залежно від знака заряду частинок та напряму їхнього руху.

Взаємодія провідників доводиться враховувати при конструюванні сильноточних електричних котушок (соленоїдів) - паралельні струми, що течуть їх витків, створюють великі сили, що стискають котушку. Відомі випадки, коли громовідвід, зроблений з трубки, після удару блискавки перетворювався на циліндрик: його стискають магнітні поля струму розряду блискавки силою сотні кілоампер.

За підсумками закону Ампера встановлено стандарт одиниці сили струму в СІ - ампер (А). Державний стандарт"Одиниці фізичних величин" дає визначення:

«Ампер дорівнює силі струму, який при проходженні двома паралельними прямолінійними провідниками нескінченної довжини і мізерно малої площі перерізу, розташованими у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликав би на ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії, рівну 2 . 10 -7 Н».

Подробиці для допитливих

СИЛИ МАГНУСУ І КОРІОЛІСУ

Порівняємо дію сил Магнуса і Коріоліса на тайфун, представивши його в першому наближенні у вигляді повітряного циліндра, що обертається, обтічного пассатом. На такий циліндр діє сила Магнуса, що дорівнює:

F м = DρHV n V m / 2, (22)

де D – діаметр тайфуну; ρ - густина повітря пасату; H-його висота; V n > - швидкість повітря пасаті; V т - лінійна швидкість повітря у тайфуні. Шляхом нескладних перетворень отримаємо

Fм = R 2 HρωV n - (23)

де R – радіус тайфуну; ω – кутова швидкість обертання тайфуну.

Приймаючи у першому наближенні, що щільність повітря пасату дорівнює щільності повітря у тайфуні, отримаємо

М т = R 2 Hρ - (24)

де M т – маса тайфуну.

Тоді (19) можна записати у вигляді

F м = M т ωV п - (25)

або F м = M т V п V т / R. (26)

Розділивши вираз для сили Магнуса на вираз (17) для сили Коріоліса, отримаємо

F м /F до = M т V п V т /2RМV п Ω sinθ cosα (27)

або F м /F до = V т /2RΩ sinθ cosα (28)

Зважаючи на те, що згідно з міжнародною класифікацією тайфуном вважається тропічний циклон, швидкість вітру в якому перевищує 34 м/с, приймемо в розрахунках цю найменшу цифру. Оскільки географічна широта, максимально сприятлива для утворення тайфунів, становить 16 про, приймемо θ = 16 про, оскільки відразу ж після утворення тайфуни рухаються практично по широтних траєкторіях, приймемо α = 80 о. Радіус тайфуну середніх розмірів приймемо 150 кілометрів. Підставивши всі дані у формулу, отримаємо

F м / F до = 205. (29)

Іншими словами, сила Магнуса перевищує силу Коріоліса двісті разів! Таким чином, ясно, що сила Коріоліса не має відношення не лише до процесу створення тайфуну, але й до зміни його траєкторії.

На тайфун, що знаходиться в пасаті, діятимуть дві сили - вищезгадана сила Магнуса та сила аеродинамічного тиску пасату на тайфун, яку можна знайти із простого рівняння

F д = KRHρV 2 п, - (30)

де К - коефіцієнт аеродинамічного опору тайфуну.

Неважко бачити, що рух тайфуну буде обумовлено дією результуючої сили, що є сумою сил Магнуса та аеродинамічного тиску, яка діятиме під кутом р до напрямку руху повітря в пасаті. Тангенс цього кута знайдеться з рівняння

tgβ = F m /F д. (31)

Підставивши в (31) вирази (26) і (30), після нескладних перетворень отримаємо

tgβ = V т /КV п, (32)

Зрозуміло, що результуюча сила F р, що діє на тайфун, буде дотичною до його траєкторії, і якщо відомі напрямок і швидкість пасатного вітру, можна буде з достатньою точністю обчислити цю силу для конкретного тайфуну, визначивши, таким чином, його подальшу траєкторію, що дозволить мінімізувати шкоду, наносимо. Траєкторія тайфуну може бути спрогнозована покроковим методом, при цьому ймовірний напрямок результуючої сили повинен обчислюватися в кожній точці траєкторії.

У векторному вигляді вираз (25) виглядає так:

Fм = M [ωV п ]. (33)

Неважко бачити, що формула, що описує силу Магнуса, структурно ідентична формулою сили Лоренца:

Fл = q .

Порівнюючи та аналізуючи ці формули, зауважуємо, що структурна подібність формул досить глибоко. Так, ліві частини обох векторних творів (М& #969; та q V) характеризують параметри об'єктів (тайфуну та елементарної частки), а праві частини ( Vп і B) - середовища (швидкість пасату та індукцію магнітного поля).

Фізпрактикум

СИЛИ КОРІОЛІСУ НА ПРОГРАВАЧІ

У системі координат, що обертається, наприклад на поверхні земної кулі, закони Ньютона не виконуються - така система координат неінерційна. У ній з'являється додаткова сила інерції, яка залежить від лінійної швидкості тіла та кутової швидкості системи. Вона перпендикулярна до траєкторії руху тіла (і його швидкості) і називається силою Коріоліса, на ім'я французького механіка Густава Гаспара Коріоліса (1792-1843), який цю додаткову силу пояснив і розрахував. Сила спрямовано так, що для суміщення з вектором швидкості її потрібно повернути на прямий кут у бік обертання системи.

Побачити, як «працює» сила Коріоліса, можна за допомогою електричного програвача для платівок, поставивши два нескладні досліди. Для їх проведення виріжте із цупкого паперу або картону кружок і покладіть його на диск. Він буде служити системою координат, що обертається. Відразу зробимо зауваження: диск програвача обертається за годинниковою стрілкою, а Земля проти. Тому сили на нашій моделі будуть спрямовані у бік, протилежний спостережуваним на Землі в нашій півкулі.

1. Складіть поруч із програвачем дві стопки книг, трохи вище за його диск. На книги покладіть лінійку або пряму планку так, щоб її край припадав на діаметр диска. Якщо при нерухомому диску провести вздовж планки лінію м'яким олівцем, від центру до краю, вона, природно, буде прямою. Якщо ж тепер запустити програвач і провести олівець уздовж планки, він накреслить криволінійну траєкторію, що йде вліво, - у згоді із законом, розрахованим Г. Коріолісом.

2. Побудуйте зі стопок книг гірку і приклейте до неї скотчем жолоб із щільного паперу, орієнтований діаметром диска. Якщо скотити невелику кульку по жолобу на нерухомий диск, вона покотиться по діаметру. А на диску, що обертається, він буде йти вліво (якщо, звичайно, тертя при його коченні буде невелике).

Фізпрактикум

ЕФЕКТ МАГНУСУ НА СТОЛІ ТА ПОВІТРЯХ

1. Склейте з цупкого паперу невеликий циліндр. Неподалік краю столу поставте стопку книг і з'єднайте її з краєм столу дощечкою. Коли паперовий циліндрик скотиться з гірки, що вийшла, ми вправі очікувати, що він буде рухатися по параболі геть від столу. Однак натомість циліндрик круто зігне траєкторію в інший бік і залетить під стіл!

Його парадоксальна поведінка цілком зрозуміла, якщо згадати закон Бернуллі: внутрішній тиск у потоці газу чи рідини стає тим меншим, чим вища швидкість потоку. Саме на основі цього явища працює, наприклад, пульверизатор: вищий атмосферний тиск вичавлює рідину в потік повітря зі зниженим тиском.

Цікаво, що закону Бернуллі певною мірою підпорядковуються і людські потоки. У метро, ​​біля входу на ескалатор, де рух утруднений, люди збираються в щільний, сильно стислий натовп. А на швидкому ескалаторі вони стоять вільно - «внутрішній тиск» у потоці пасажирів падає.

Коли циліндрик падає, продовжуючи обертатися, швидкість його правої сторони віднімається від швидкості потоку повітря, що набігає, а швидкість лівої - складається з нею. Відносна швидкість потоку повітря ліворуч від циліндра більша, а тиск у ньому нижчий, ніж праворуч. Різниця тисків і змушує цилідрик круто змінювати траєкторію та залітати під стіл.

Закони Коріоліса та Магнуса враховують при запуску ракет, точної стрільби на далекі відстані, розрахунку турбін, гіроскопів та ін.

2. Обмотайте паперовий циліндрик паперовою або текстильною стрічкою в кілька обертів. Якщо тепер різко смикнути за кінець стрічки, вона розкрутить циліндр і одночасно додасть йому поступальний рух. В результаті під дією сил Магнуса циліндрик полетить, описуючи у повітрі мертві петлі.

Повітряні маси.Повітряною масою називається велика кількістьповітря, що має порівняно однорідні властивості у горизонтальних напрямках, часом протягом тисяч кілометрів.

Повітряна маса, що рухається над більш теплою поверхнею, що підстилає, називається холодною;що рухається над більш холодною поверхнею, що підстилає - теплою;що знаходиться в тепловій рівновазі з навколишнім середовищем - місцевої.

Повітряна маса, що формується в Арктиці, називається арктичним повітрям,який сильно охолоджений по всій товщі, має малу абсолютну і велику відносну вологість, що несе з собою тумани і серпанки. У помірних широтах формується полярне повітря.Взимку маси такого повітря близькі за своїми властивостями до арктичного; влітку полярне повітря сильно запилене і відрізняється зниженою видимістю. Формується в субтропіках та тропіках тропічне повітрясильно прогрітий, запилений, відрізняється великою абсолютною вологістю, що нерідко викликає явища опалесценції (червоне сонце і далекі предмети в блакитному серпанку). Континентальнийтропічне повітря вдень нестійке (конвекція, курні вихори та бурі, смерчі). Видимість знижена.

Екваторіальнийповітря має загалом самі властивості, як і тропічний, але з них виражені ще більшою мірою.

Фронти.Місце дотику двох повітряних мас, які мають різні фізичними властивостяминазивається поверхнею розділу (фронтом). Лінія перетину такої поверхні з поверхнею, що підстилає (моря або землі) називається лінією фронту. Фронти поділяються на рухомі та стаціонарні.

Головний арктичний фронт відокремлює арктичне повітря від полярного; головний полярний фронт – полярне повітря від тропічного; Головний тропічний фронт - тропічне повітря від екваторіального.

Теплий фронтвиникає при наповзанні теплої повітряної маси холодну. Тиск перед таким фронтом падає. Провісником теплого фронту служать також перисті хмари у вигляді «кігтиків». Перед теплим фронтом спостерігаються передфронтові тумани. Перетинаючи зону теплого фронту, судно потрапляє у широку смугу облогового дощу чи снігу зі зниженою видимістю.

Холодний фронтвиникає коли холодні повітряні маси вклинюються під теплі. Він настає «стіною» зливових хмар. Тиск перед фронтом значно падає. При зустрічі з холодним фронтом судно потрапляє до зони злив, гроз, шквалів та сильного хвилювання. Однак якщо клин холодного повітря «підсікає» теплі маси повільно, то за лінією такого холодного фронту судно потрапляє до зони опадів.

Фронт оклюзіївиникає при взаємодії двох мас повітря - теплого та холодного. Якщо маса, що наздоганяє, має температуру нижче попереду, що йде, то фронт називають фронтом холодної оклюзії; якщо наздоганяюча маса має температуру вище попереду - фронт теплої оклюзії. Проходячи фронти оклюзії, судно може потрапити до умов зниженої видимості, опадів, сильного вітру, що супроводжується хвилюванням.

Циклони.Циклон зароджується як область зниженого тиску межі двох мас повітря різної температури. Зазвичай це хвильове обурення на передній поверхні. При довжині понад 1000 км хвиля стає нестійкою і кажуть, що циклон «поглиблюється»: між холодним та теплим фронтами утворюється сектор теплого повітря язикоподібної форми. При подальшому розвитку холодний фронт, що рухається швидше за тепле, наганяє його; змикання теплого та холодного фронтів ліквідує теплий сектор, утворюючи фронт оклюзії.

Діаметр циклону коливається від кількох сотень до 5000 км; середня швидкість переміщення 30-60 км/год. Уважні спостереження за хмарністю, вітром, змінами атмосферного тискуі температури повітря дозволяють робити важливі для мореплавання висновки:

Якщо окремі невеликі купові хмари рухаються у тому напрямі, як і вітер внизу, спостерігач перебуває у задній боці циклону і очікується поліпшення погоди;

Якщо напрям руху хмар не збігається з напрямом вітру внизу, спостерігач знаходиться у передній частині циклону і через один-два дні слід очікувати тривалих опадів та зміни температури (зниження її влітку та підвищення взимку);

Якщо вітер посилюється і напрям його змінюється на сонці, спостерігач північної півкулі(Південної півкулі) знаходиться у правій (лівій) половині циклону; якщо напрям посилюється вітру змінюється проти сонця, слід зробити зворотний висновок;

Якщо напрям вітру не змінюється, спостерігач знаходиться на шляху центру циклону і слід очікувати тимчасового затишшя, а потім посилення вітру з протилежного боку.

Тропічні циклони.На відміну від циклонів, що зароджуються в помірних широтах, циклонічні обурення, що виникають між тропіками, називаються тропічними циклонами. У Вест-Індії вони називаються ураганами; на схід від Азії – тайфунами; в Індійському океані – циклонами; у південній частині Індійського океану- Арканами. Тропічні циклони зазвичай менше 100-300 миль у діаметрі з діаметром центральної частини 20-30 миль. Баричний градієнт у тропічному циклоні часом перевищує 40 мб, а швидкість вітру сягає 100 км/год, причому ці показники, на відміну циклонів помірних широт, зберігаються майже у всій області урагану (тайфуну тощо. буд.).

Мал. 114.

Однією з ознак наближення тайфуну є поява зиби, що йде не від того напрямку, від якого дме або віяв раніше вітер. Зиб, що розвивається вітром, може бути виявлений вже на відстані 400-600 миль від центру тайфуну. У напрямку зиби можна будувати висновки про становищі центру тайфуну, а, по зміні цього напрями - напрям його руху.

При наближенні центру тайфуну атмосферний тиск різко падає, перисті хмари змінюються нагромадженням злив; настає передгрозове затишшя із задушливою спекою. Потім температура повітря швидко падає, починається дощ, що переходить у тропічну зливу.

Спрощена схема тропічного циклону для північної півкулі наведено на рис. 114. Як видно з малюнка, вітри в ділянці тайфуну відхилені від направлення на його центр праворуч у середньому на 60°. Отже, для спостерігача, що стоїть спиною до вітру, центр тайфуну буде попереду, приблизно на 60° ліворуч від напрямку вітру. При наближенні до центру тайфуну кут відхилення вітру від радіусу збільшується і досягає 90° у безпосередній близькості до центру. У центрі тайфуну спостерігаються слабкі вітри та навіть штиль при бурхливому морі. Після проходження центру тайфуну («око бурі») вітер дуже швидко посилюється до ураганного. Сила вітру 12 балів зберігається на відстані 30-35 миль від центру та більше. Потім вона поступово слабшає. Так, на відстані від центру тайфуну 50-75 миль сила вітру дорівнює 10 балам; на відстані 100-150 миль - 8-9 балів. І лише на відстані 200-250 миль сила вітру знижується до 6-7 балів. Користуючись макетом тропічного циклону (див. рис. 114), неважко встановити положення судна щодо шляху руху центру тропічного циклону: якщо напрям вітру змінюється за годинниковою стрілкою, через судно проходить права половина циклону; якщо напрям вітру змінюється проти годинникової стрілки – ліва половина; якщо напрямок вітру не змінюється - центр циклону. Таким чином,

Мал. 115.

для вибору правильного курсу при зустрічі тропічного циклону необхідно керуватися такими правилами:

1) при плаванні в північній півкулі (рис 115, а): при проходженні правої половини тропічного циклону потрібно лягти в байдевінд правого галсу (вітер привести в праву вилицю) і зберігати цей курс, доки барометр не почне підніматися;

При проходженні лівої половини тропічного циклону потрібно лягти у бакштаг правого галсу (привести вітер у корму праворуч) і тримати цей курс до виходу із зони тропічного циклону; перебуваючи по дорозі центру тропічного циклону, також лягають у бакштаг правого галсу (рис. 115, а) і тримаються, як зазначено раніше;

2) при плаванні у південній півкулі (рис. 115, б):

При проходженні лівої половини тропічного циклону лягти в бейдевінд лівого галсу, зберігаючи курс до початку підйому барометра;

При проходженні правої половини тропічного циклону лягти у бакштаг лівого галсу та тримати, як зазначено раніше; при знаходженні на шляху урагану також привести вітер у бакштаг лівого галсу і так правити до виходу із зони урагану.

Антициклони- області підвищеного атмосферного тиску бувають, як і циклони, стаціонарними та рухливими.

Антициклон, що проник з півночі, в холодну пору року приносить зниження температури, ясну погоду та гарну видимість; у теплу пору року -грози, Антициклон, що приходить з півдня, у холодну пору року несе тривалу похмуру погоду; у тепле - дощі з грозами, а вночі - росу та поземні тумани. Явною ознакоюАнтициклонічною погодою є різкий добовий перебіг температури повітря, вологості та інших метеоелементів.

Вперед
Зміст
назад

Циклони завжди рухаються. Під переміщенням ми маємо на увазі переміщення циклону як цілого, незалежно від вітрів, що дмуть у ньому, які в різних частинахциклону мають різні швидкості та напрямки. Переміщення циклону як єдиної системихарактеризується переміщенням його центру.

Циклони переміщаються у напрямку загального перенесення повітря у середній та верхній тропосфері (кажуть ще: у напрямку провідного потоку). Таке загальне перенесення повітря найчастіше відбувається із заходу Схід. Тому й циклони найчастіше переміщуються від західної половини горизонту до східної.

Але буває і так, що високі малорухливі циклони та антициклони, що тягнуться на всю товщу тропосфери, розташовуються таким чином, що ізобари та течії на висотах відхиляються від зонального напрямку. Тоді і рухливі циклони, дотримуючись цього незонального верхнього перенесення, переміщаються з великої складової на південь або північ. У поодиноких випадках напрям провідного потоку буває навіть східним; тоді циклон переміщається аномально, зі сходу захід.

В окремих випадках шляхи циклонів виявляються дуже різноманітними і навіть типові шляхи над тією чи іншою областю є досить складною картиною. Але в середньому циклони рухаються із заходу на схід із складовою, спрямованою до високих широт. Тому найбільш глибокі циклони спостерігаються, як сказано вище, у субполярних широтах: у північній півкулі – на півночі Атлантичного та Тихого океанів, у південній півкулі - поблизу материка Антарктиди.

Швидкість переміщення циклону на 25-35% менше швидкості ведучого потоку. У середньому має порядок величини 30-40 км/год. В окремих випадках вона може бути до 80 км/год та більше. У пізньої стадіїЖиття циклону, коли він вже заповнюється, швидкість переміщення зменшується, іноді дуже різко.

Хоча швидкості циклонів і невеликі, але за кілька діб свого існування циклон може переміститися на значну відстань, близько кількох тисяч кілометрів, змінюючи шляхом погоди.

При проходженні циклону посилюється вітер та змінюється його напрямок. Якщо циклон проходить через дане місце своєю південною частиною, Вітер міняється з південного на південно-західний та північно-західний. Якщо циклон проходить своєю північною частиною, вітер міняється з південно-східного на східний, північно-східний та північний. Таким чином, у передній (східній) частині циклону спостерігаються вітри з південної складової, у тиловій (західній) частині - з північної складової. З цим пов'язані і коливання температури під час проходження циклону.

Нарешті, циклонічні області характеризуються збільшеною хмарністю та опадами. У передній частині циклону опади обкладні, висхідного ковзання, що випадають із хмар теплого фронту або фронту оклюзії. У тиловій частині опади зливові, з купово-дощових хмар, властиві холодному фронту, але головним чином холодним повітряним масам, що тече в тилу циклону до низьких широт. У південній частині циклону іноді спостерігаються опади теплої повітряної маси.

Наближення циклону часто можна помітити за падінням тиску і по перших хмарах, що з'являються на західному горизонті. Це передні перисті хмари, що рухаються паралельними смугами. На думку, внаслідок перспективи ці смуги здаються такими, що розходяться від горизонту. За ними йдуть перисто-шарові хмари, потім більш щільні високо-шаруваті і, нарешті, шарувато-дощові з розірвано-дощовими, що супроводжують їх. Потім, у тилу циклону, тиск зростає, а хмарність набуває швидко мінливого характеру: купчасті та купово-дощові хмари часто змінюються проясненнями.

Якийсь час тому вчені і подумати не могли про те, що на поверхні планети утворюються близько двохсот циклонів і близько п'ятдесяти антициклонів, тому що багато з них залишалися невидимими через відсутність метеостанцій у тих районах, де вони виникають. Але тепер є супутники, які фіксують зміни, що виникають. А що таке циклон та антициклон, і як вони виникають?

Спочатку, що таке циклон

Циклон є величезним атмосферний вихорз низьким тиском повітря. У ньому повітряні маси завжди перемішуються проти годинникової стрілки на півночі та за годинниковою стрілкою на півдні.

Говорять, що циклон - це таке явище, яке спостерігається на різних планетах, серед яких і Земля. Воно виникає через обертання небесного тіла. Це явище має величезну міць і несе з собою сильні вітри, опади, грози та інші явища.

Антициклон

У природі є таке поняття як антициклон. Не важко здогадатися, що це протилежне явище циклону. Для нього характерний рух повітряних мас проти годинникової стрілки у південній півкулі та за годинниковою – у північній.

Антициклони здатні стабілізувати погоду. Над територією після них встановлюється спокійна тиха погода: влітку вона спекотна, а взимку морозна.

Циклони та антициклони

То що таке циклон та антициклон? Це два явища, що виникають у верхніх шарах атмосфери та несучі різну погоду. Спільне у цих явищ лише те, що вони виникають над певними територіями. Наприклад, антициклони найчастіше з'являються над льодовими полями. І чим більше територіяльоду, тим більше антициклон.

Протягом довгих століть вчені намагалися визначити, що таке циклон, яке значення і на що він впливає. Ключовими поняттямицього атмосферного явищавважають повітряні маси та фронти.

Повітряні маси

Протягом багатьох тисяч кілометрів горизонтальні повітряні маси мають однакові властивості. Їх ділять на холодні, місцеві та теплі:

1. У холодних температура нижче, ніж на поверхні, над якою вони розташовуються.
2. У теплих вона більша, ніж на тій поверхні, де вони знаходяться.
3. Місцева маса - це повітря, температура якого нічим не відрізняється від тієї території, яка знаходиться під ним.

Повітряні маси формуються над різними ділянками Землі, що визначає їх особливості та різні властивості. Та територія, над якою утворюються повітряні маси, дає їм назву.

Наприклад, якщо вони з'являються над Арктикою, їм присвоюють назву арктичних. Таке повітря холодне, з туманами, серпанком. Тропічні повітряні маси приносять тепло і призводять до формування вихорів і смерчів, бур.

Циклони

Атмосферний циклон – це область зниженого тиску. Він виникає через два повітряні потоки з різною температурою. Центр циклону має мінімальні атмосферні показники: тиск у його центральній частині нижчий, а з обох боків - високий. Складається враження, що повітряні маси викидаються нагору, тим самим утворюючи висхідні потоки повітря.

У напрямку руху повітряних мас вчені легко визначають, у якому півкулі він утворився. Якщо його рух збігається з годинниковою стрілкою, то він виник у Південній півкулі, а якщо повітря рухається проти неї – циклон прийшов із Північної півкулі.

У зоні дії циклону можуть спостерігатися такі явища як скупчення хмарних мас, різкі перепади температур, опади, грози, вихори.

Циклон, народжений над тропіками

Тропічні циклони відрізняються від тих, що виникають над іншими територіями. Такі види явищ носять різні назви: урагани, тайфуни, аркани. Зазвичай тропічні вихори великі – до трьохсот миль та більше. Вони здатні наздоганяти вітер зі швидкістю понад 100 км/год.

Відмінною особливістю цього атмосферного явища з-поміж інших є те, що вітер розганяється по всій території циклону, а не тільки в певних зонах, як це буває з циклонами, що виникають у помірному поясі. Головна ознакаНаближення тропічного циклону - це поява брижів на воді. Причому вона йде в протилежний бік від вітру.

У 70-х роках минулого століття на Бангладеш обрушився тропічний циклон "Бхола", якому було присвоєно третю категорію з існуючих п'яти. Він мав невелику швидкість вітру, але супутній дощ став причиною виходу з берегів річки Ганг, яка затопила всі острови, змивши всі поселення. Внаслідок цієї катастрофи загинуло понад 500 тисяч людей.

Шкали циклонів

Будь-яка дія циклону оцінюється за шкалою ураганів. У ній вказується категорія, швидкість вітру та штормовий приплив:

1. Перша категорія вважається найлегшою. За неї спостерігається вітер 34-44 м/с. Штормовий приплив не перевищує двох метрів.
2. Друга категорія. Для неї характерний вітер 50-58 м/с та штормовий приплив до 3 м.
3. Третя категорія. Сила вітру може досягати 60 метрів за секунду, а штормовий приплив – не більше 4 м.
4. Четверта категорія. Вітер - до 70 метрів за секунду, штормовий приплив - близько 5,5 м-коду.
5. П'ята категорія вважається найсильнішою. До неї відносять усі циклони з силою вітру від 70 метрів за секунду та зі штормовим припливом понад 5,5 метрів.

Одним із найвідоміших тропічних ураганів п'ятої категорії є «Катріна», який забрав життя майже 2000 осіб. Також п'яту категорію отримали урагани: "Вільма", "Рита", "Іван". Під час проходження останнього територією Америки утворилося понад сто сімнадцять смерчів.

Стадії формування циклонів

Характеристика циклону визначається під час проходження його територією. У цьому уточнюється його стадія формування. Усього їх чотири:

1. Перша стадія. Для неї характерним є початок формування вихору з повітряних потоків. На стадії відбувається поглиблення: зазвичай цей процес займає близько тижня.
2. Молодий циклон. Тропічний циклон у молодій стадії може йти в різних напрямках або переміщатися у вигляді невеликих повітряних мас на незначні відстані. У центральній частині відбувається падіння тиску, навколо центру починає формуватися щільне кільце, радіусом близько 50 км.
3. Стадія зрілості. Для неї характерне припинення падіння тиску. На цій стадії швидкість вітру досягає свого максимуму та припиняє наростати. Радіус штормових вітрів розміщується у правій стороні циклону. Ця стадія може спостерігатися від кількох годин за кілька днів.
4. Згасання. Коли циклон виходить сушу, починається стадія згасання. У цей період ураган може йти відразу у двох напрямках, а може поступово згасати, переходячи в легші тропічні вихори.

Кільця змії

Циклони (від грец. "кільце змії"), являють собою вихори гігантських розмірівдіаметр яких може досягати тисячі кілометрів. Зазвичай вони формуються в місцях, де повітря з екватора стикається з холодними потоками, що йдуть назустріч. Межа, що утворюється між ними, отримала назву атмосферного фронту.

Під час зіткнення тепле повітря не дає холодному пройти. На цих ділянках відбувається відтіснення і повітряна маса змушена підніматися вище. Внаслідок таких зіткнень між масами підвищується тиск: частина теплого повітря змушена відхилитися убік, поступившись натиском холодного. Так виникає обертання повітряних мас.

Вихори, що утворюються, починають захоплювати нові повітряні маси, і ті починають рух. Причому рух циклону в центральній частині менший, ніж по периферії. У тих зонах, де вихор рухається різко, відзначаються сильні стрибки атмосферного тиску. У самому центрі вирви утворюється нестача повітря, і щоб його хоч якось заповнити, до центральної частини надходять холодні маси. Вони починають витісняти тепле повітря вгору, де відбувається його остигання, а краплі води, що знаходяться в ньому, конденсуються і утворюють хмари, з яких потім випадають опади.

Вихори можуть прожити кілька днів або кілька тижнів. У деяких регіонах зафіксовані циклони віком майже рік. Таке явище характерне для територій зі зниженим тиском.

Види циклонів

Існують самі різні видивихорів, але не кожен із них несе руйнування. Наприклад, там, де циклони слабкі, але дуже вітряно, можуть спостерігатися такі явища:

• Обурення. При цьому явище швидкість вітру не перевищує сімнадцяти метрів за секунду.
• Шторм. У центрі циклону швидкість руху до 35 м/с.
• Депресія. У цьому вигляді швидкість руху циклону становить від сімнадцяти до двадцяти метрів за секунду.
• Ураган. У цьому варіанті швидкість циклону перевищує 39 м/с.

Вчені про циклони

Щороку вчені всього світу фіксують посилення тропічних циклонів. Вони стають сильнішими, небезпечнішими, їх активність зростає. Через це вони зустрічаються у тропічних широтах, а й у європейських країнах, причому у нетипове їм час. Найчастіше це явище спостерігається наприкінці літа та на початку осені. Поки що циклони не спостерігаються навесні.

Одним із найпотужніших вихорів, що промчали над країнами Європи, був ураган «Лотар» 1999 року. Він був дуже сильним. Метеорологи було неможливо зафіксувати його через виходу з ладу датчиків. Цей ураган став причиною загибелі сотні людей і завдав серйозної шкоди лісовим масивам.

Рекордні циклони

1969 року виник ураган «Каміла». За два тижні він дійшов від Африки до Америки і досяг сили вітру 180 км/год. Після проходу через Кубу його сила ослабла на двадцять кілометрів, і вчені вважали, що поки він дійде до Америки, ще більше ослабне. Але вони помилились. Після перетину Мексиканської затоки, ураган знову набрав чинності. «Камілі» було присвоєно п'яту категорію. Понад 300 тисяч людей зникли безвісти, тисячі отримали поранення. Ось ще кілька сумних рекордсменів:

1. Найбільш рекордним за кількістю жертв став циклон «Бхола» 1970 року, який забрав понад 500 тисяч життів. Потенційна кількість жертв може сягати мільйона.
2. На другому місці ураган «Ніна», який убив понад сто тисяч мешканців Китаю у 1975 році.
3. У 1982 році в центральній Америці вирував ураган «Пол», який забрав близько тисячі жителів.
4. 1991 року на Філіппіни обрушився циклон «Тельма», який убив кілька тисяч людей.
5. Найстрашнішим став ураган «Катріна» 2005 року, який забрав майже дві тисячі життів і завдав шкоди майже на сто мільярдів доларів.

Ураган "Каміла" є єдиним, який вийшов на сушу, зберігши всю свою міць. Пориви вітру досягали 94 метри на секунду. Ще один рекордсмен за силою вітру зареєстровано на острові Гуам. Тайфун мав силу вітру 105 метрів за секунду.

Серед усіх зафіксованих вихорів найбільший діаметр мав «Тип», що розкинувся більш ніж на 2100 кілометрів. Найдрібніший тайфун – це «Марко», що має діаметр вітрів лише 37 кілометрів.

Якщо ж судити за тривалістю життя циклону, то найдовше вирував «Джон» у 1994 році. Він тривав 31 день. Йому також належить рекорд за тривалістю пройденого шляху (13 000 км).