Циклоны и антициклоны. Вихри, которые делают погоду

Содержание

Введение ………………………………………...стр. 3

Циклоны и антициклоны ……………………....стр. 4

Смерчи …………………………………………..стр. 7

Грозовое облако …………………………….….стр. 8

Тайфуны ………………………………………....стр. 9

Малые вихри …………………………………..стр. 12

Заключение ………………………………….....стр. 14

Список использованной литературы ……..….стр. 16

Приложение ………………………………….....стр.17

Введение

В природе вихри возникают  во множестве и практически постоянно, особенно там, где скорость потока быстро меняется в направлении, перпендикулярном потоку. Для атмосферы Земли характерны вихревые движения. Однако далеко не все вихри «делают погоду». Погода на нашей планете в сильной степени зависит от присутствия гигантских атмосферных вихрей-циклонов и антициклонов, задающих ветровой режим в определенном районе Земли. Эти вихри порою вершат судьбы целых стран и народов.

С 1941 года синоптики, вдохновленные  примером героя романа Д. Стюарта  «Шторм», производя расчет циклона, стали давать циклонам мужские и женские имена. Смысл этого нововведения состоит в том, что при передаче информации об урагане по радио или телеграфу имена не так легко спутать, как числа. Теперь как только служба погоды обнаруживает в тропической зоне зарождение циклона, ему дают очередное имя и начинают внимательно следить за новорожденной богиней ветра.

Очень часто циклон угасает, так и не набрав силы. В таком  случае вместе с ним умирает и его имя. Спустя четыре года этим же именем может быть назван другой циклон. Если же циклон в процессе своего развития превращается из младенца в грозную фурию, присвоенное ему имя продолжает жить и после его распада. Оно надолго остается в памяти людей как символ разрушительной силы.

С 1872 года в России начали составлять синоптические карты. В настоящее время обмен информацией о зарождении и путях следования бурь осуществляется в очень широком масштабе во всем мире. Тем не менее, даже зная эту общую закономерность движения циклонов и антициклонов, трудно предугадать конкретный путь каждого из них, так как на практике они часто выписывают крайне замысловатые кривые, движутся зигзагами, останавливаются и неожиданно поворачивают в обратном направлении. Но все же нужно попытаться понять, как возникают эти гигантские вихри, и какое влияние они оказывают на погодные условия.

ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫ

Зарождение, развитие и перемещение  циклонов и антициклонов оказывают самое существенное воздействие на погоду. Их размеры могут достигать более тысячи километров в диаметре. В некотором смысле это вихри-антиподы: у них практически всё наоборот.

В вихревой системе, называемой циклоном, атмосферное давление понижается от периферии к центру. Поэтому около поверхности Земли воздушные потоки направлены к центру циклона. В Северном полушарии циклон вращается против часовой стрелки, а в Южном – по часовой. В циклонах, у которых давление в центре продолжает падать, наблюдаются восходящие потоки. При этом образуется мощная облачность и наступает ненастная погода, сопровождаемая выпадением осадков.

Схема образования циклона  достаточно проста — всё начинается с взаимодействия холодного и  тёплого атмосферных фронтов. При  этом часть тёплого атмосферного фронта проникает внутрь холодного  в виде своеобразного атмосферного «языка», в результате чего тёплый воздух, более лёгкий, начинает подниматься, и при этом происходят два процесса. Во-первых, молекулы паров воды под воздействием магнитного поля Земли начинают вращаться и вовлекают во вращательное движение весь поднимающийся воздух, образуя гигантский воздушный водоворот. Во-вторых, наверху тёплый воздух охлаждается, и пары воды в нём конденсируются в облака, которые выпадают осадками в виде дождя, града или снега. Такой циклон может испортить погоду на срок от нескольких дней до двух-трёх недель. Его «жизнедеятельность» поддерживается за счёт поступления новых порций влажного тёплого воздуха и взаимодействия его с холодным воздушным фронтом. Направление вращения циклонов в различных полушариях можно объяснить закручивающим действием силы Кориолиса, связанной с суточным вращением Земли.

На тело, движущееся во вращающейся  системе отсчёта, например, на поверхности  вращающегося диска или шара, действует  инерционная сила, называемая силой  Кориолиса. Именно эта сила заставляет подмывать правые берега рек Северного  полушария, вне зависимости от того, на север или на юг они текут. В  Южном полушарии эта же сила направлена влево по движению и реки, текущие в меридиональном направлении, подмывают левые берега. Практически во всех исследованиях, посвящённых вопросам образования тайфунов, смерчей, циклонов и всевозможных вихрей, а также их дальнейшему перемещению, указывается на то, что именно сила Кориолиса служит первопричиной их возникновения и именно она задаёт траекторию их передвижения по поверхности Земли. Однако если бы сила Кориолиса участвовала в создании смерчей, тайфунов и циклонов, то в Северном полушарии они имели бы правое вращение — по часовой стрелке, а в Южном — левое, то есть против. Но тайфуны, смерчи и циклоны Северного полушария вращаются влево, против часовой стрелки, а Южного полушария — вправо, по часовой стрелке. Это абсолютно не соответствует направлению воздействия силы Кориолиса, более того — прямо ей противоположно. Величина силы Кориолиса максимальна на полюсах и отсутствует на экваторе. Следовательно, если бы она вносила вклад в создание вихрей разных масштабов, то наиболее часто они появлялись бы в полярных широтах, что полностью противоречит имеющимся данным.

В вихревой системе антициклона  все наоборот: давление возрастает, достигая максимума в центре вихря. В развивающемся антициклоне  присутствуют нисходящие потоки. Опускаясь, газ нагревается и удаляется от состояния насыщения водяным паром. Поэтому для антициклона характерна ясная малооблачная погода. Антициклоны вращаются по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном. Над низким антициклоном возможно также наличие высотного циклона. Средняя скорость перемещения антициклона составляет около 30 км/ч в Северном полушарии и около 40 км/ч в Южном, но нередко антициклон надолго принимает малоподвижное состояние и превращается в так называемый блокирующий антициклон. Блокирующий антициклон - практически неподвижный мощный антициклон, который обладает способностью не пропускать другие воздушные массы на занятую собой территорию. Средний срок жизни такого антициклона - от трёх до пяти суток, лишь 1% антициклонов дотягивает до 15 суток. Однако в 1972 году и 2010 году антициклон в летнее время (на Европейской территории России) существовал в обоих случаях практически два месяца, вызвав катастрофическую засуху и сильнейшую жару, а также лесные пожары (как закономерное явление).

Важной особенностью антициклонов является образование их на определённых участках. В частности, над ледовыми полями формируются антициклоны. И чем мощнее ледовый покров, тем сильнее выражен антициклон; именно поэтому антициклон над Антарктидой очень мощный, а над Гренландией маломощный, над Арктикой — средний по выраженности. Мощные антициклоны также развиваются в тропическом поясе.

Циклоны же в зависимости от места зарождения делят на тропические и внетропические. Каждый из них обладает своими особенностями.

Внетропический циклон (называемый иногда просто циклоном) - это самый крупный атмосферный вихрь, образующийся в умеренных или полярных широтах и имеющий диаметр от тысячи километров в начале развития, и до нескольких тысяч в случае так называемого центрального циклона. Высота его колеблется между 2-4 и 15-20 км. Скорость ветра в нем в большинстве случаев не превосходит 40-70 км/час. Среди внетропических циклонов выделяют южные циклоны, образующиеся на южной границе умеренных широт (средиземноморские, балканские, черноморские, южнокаспийские и т. д.) и смещающиеся на север и северо-восток. Южные циклоны обладают колоссальными запасами энергии; именно с южными циклонами в средней полосе России и СНГ связаны наиболее сильные осадки, ветры, грозы, шквалы и другие явления погоды.

Тропический циклон (называемый также ураганом, тропическим ураганом, тайфуном и пр.) возникает гораздо реже. Районы преобладающего возникновения тропического циклона в Северном полушарии: Тихий океан к В. от Филиппин и Южно-Китайское море (здесь их называют тайфунами), Тихий океан к З. от Калифорнии и Мексики, Атлантический океан к В. от Б. Антильских островов, Бенгальский залив и Аравийское море; в Южном полушарии — Тихий океан к В. от Новой Гвинеи, Индийский океан к В. от Мадагаскара и к С.-З. от Австралии. Ниже 8—10° северной и южной широты циклоны возникают очень редко, а возле самого экватора в полосе широт < 5° по обе стороны мощные вихри вовсе не образуются, поскольку на экваторе горизонтальная составляющая силы Кориолиса равна нулю. Среднее годовое число их над земным шаром около 80. Они могут в процессе своего развития превращаться во внетропические. Поперечный размер тропического циклона значительно меньше - всего несколько сот километров, высота его - до 12-15 км. Давление в ураганах падает намного ниже, чем во внетропическом циклоне. При этом скорость ветра достигает 400-600 км/час. Самые большие скорости ветра в урагане наблюдаются вокруг так называемого "глаза бури" - зоны покоя в центральной части урагана диаметром 20-30 км. Заметим, что внетропические циклоны "глазом" не обладают. Еще четче зона покоя (полость) выражена у мелкомасштабных вихрей – смерчей.

СМЕРЧИ

Из всех вихрей, образующихся в природе, наиболее загадочны смерчи или торнадо (как их называют в США), по сути дела, часть грозового облака. Сначала, на первой стадии возникновения смерча, вращение видно только в нижней части грозового облака. Затем часть этого облака отвисает книзу в виде гигантской воронки, которая всё более удлиняется и наконец достигает поверхности земли или воды. Возникает как бы гигантский хобот, свешивающийся из облака, который состоит из внутренней полости и стенок. Высота смерча составляет от сотен метров до километра и, как правило, равна расстоянию от нижней части облака до поверхности земли. Характерная особенность внутренней полости — пониженное давление находящегося в ней воздуха. Такая особенность смерча приводит к тому, что полость смерча служит своеобразным насосом, который может втянуть в себя огромное количество воды из моря или озера, причём вместе с животными и растениями, перенести их на значительные расстояния и низвергнуть вниз вместе с дождём. Смерч способен переносить и довольно большие грузы — автомобили, телеги, малотоннажные суда, небольшие здания, причём иногда даже с находящимися в них людьми. Смерч обладает гигантской разрушительной силой. При соприкосновении со строениями, мостами, линиями электропередач и другими объектами инфраструктуры он причиняет им огромные разрушения.

Смерчи имеют максимальную удельную энергоёмкость, которая пропорциональна квадрату скорости воздушных потоков вихря. По метеорологической классификации при скорости ветра в замкнутом вихре, не превышающей 17 м/с, он называется тропической депрессией, если же скорость ветра не превышает 33 м/с, то это тропический шторм, и если скорость ветра составляет от 34 м/с и выше, то это уже тайфун. В мощных тайфунах скорость ветра может превышать 60 м/с. В смерче же, по данным разных авторов, скорость воздуха может достигать от 100 до 200 м/с (некоторые авторы указывают на сверхзвуковую скорость воздуха в смерче — свыше 340 м/с). Прямые измерения скорости воздушных потоков в смерчах при настоящем уровне развития техники практически невозможны. Все приборы, предназначенные для фиксации параметров смерча, безжалостно им ломаются при первом же соприкосновении. О скорости потоков в смерчах судят по косвенным признакам, главным образом по тем разрушениям, которые они производят, или по весу грузов, которые они переносят. Кроме того, отличительная черта классического смерча — наличие развитого грозового облака, своеобразного электрического аккумулятора, повышающего удельную энергоёмкость смерча. Чтобы разобраться в механизме возникновения и развития смерча, рассмотрим сначала устройство грозового облака.