Природные ЧС: смерчи, торнадо

Министерство образования  и науки РФ

ФГАОУ ВПО «Волгоградский государственный университет»

 

Институт естественных наук

Кафедра экологии и природопользования

 

 

 

                                Бурлака Анна Игоревна              __________

                                                                                                                                       подпись

 

 

Природные ЧС: смерчи, торнадо

 

РЕФЕРАТ

по техногенным системам и экономическому риску

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

____________________________              Преподаватель:

                               подпись                                      

«_____»__________________20___г.       Половинкина Ю. С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Волгоград – 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1. ОПИСАНИЕ: ПОНЯТИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ, 4

1.1 Понятие «смерч»4

1.2 Размер, форма, внешний вид, вращение5

1.3 Классификация7

2. ПРИЧИНА ОБРАЗОВАНИЯ9

3. ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ9

4. ПОРАЖАЮЩИЕ ФАКТОРЫ12

4.1 Всасывание предметов12

4.2 Разлетающиеся предметы13

4.3 Град13

4.4 Молнии и электрические явления14

4.5 Перепад давления15

4.6 Массы воды15

5. ПОСЛЕДСТВИЕ СМЕРЧЕЙ 16

6. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И ЛИКВИДАЦИЯ ПОСЛЕДСТВИЙ17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ19

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Каждый год страшные смерчи уносят жизни сотен людей на Земле. Они  оставляют человека без жилища, имущества, а иногда и без семьи. Мощные смерчи поднимают многотонные машины, дома и не оставляют от них практически ничего. Смерч зарождается на высотах до 1000 м над поверхностью. Некоторые из них так и не достигают земли, другие могут коснуться ее и вновь подняться. Они так же могут возникать далеко в море, постепенно продвигаясь к суше. Смерчи чаще всего называются торнадо, они могут делиться, так, например из одного может образоваться сразу три. При этом максимальные скорости ветра достигают 65–120 км/ч и только в 1% – 320 км/ч и выше. Постичь тайну смерча пытались многие, но удалось это российскому физику С.В. Цивинскому, который создал модель смерча. Он предложил способы, с помощью которых человек может использовать смерч в своих целях. Физик определил, что смерч возникает и существует с помощью кориолисовой силы, проще говоря, из-за вращения земли. При нагреве поверхности земли или воды восходит поток теплого воздуха, давление у поверхности уменьшается, и сюда, по радиусу, в центр круга идет воздух из окружающего пространства. На движущиеся частицы действует кориолисова сила, которая заставляет их крутится по спирали в центр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОПИСАНИЕ: ПОНЯТИЯ,  КЛАССИФИКАЦИЯ

 

 

1.1 Понятие «смерч»

 

 

Смерч (или торнадо от исп. tornado «смерч») — атмосферный вихрь, возникающий в кучево-дождевом (грозовом) облаке и распространяющийся вниз, часто до самой поверхности земли, в виде облачного рукава или хобота диаметром в десятки и сотни метров [7]. Развитие смерча из облака отличает его от некоторых внешне подобных и также отличных по природе явлений, напримерсмерче-вихрей и пыльных (песчаных) вихрей. Обычно поперечный диаметр воронки смерча в нижнем сечении составляет 300—400 м, хотя, если смерч касается поверхности воды, эта величина может составлять всего 20—30 м, а при прохождении воронки над сушей может достигать 1,5—3 км.

Внутри воронки воздух опускается, а снаружи поднимается, быстро вращаясь, создаётся область  сильно разреженного воздуха. Разрежение на  столько значительно, что замкнутые наполненные газом предметы, в том числе здания, могут взорваться изнутри из-за разности давлений. Это явление усиливает разрушения от смерча, затрудняет определение параметров в нём. Определение скорости движения воздуха в воронке до сих пор представляет серьёзную проблему. В основном оценки этой величины известны из косвенных наблюдений. В зависимости от интенсивности вихря скорость течения в нём может варьироваться. Считается, что она превышает 18 м/с и может, по некоторым косвенным оценкам, достигать 1300 км/ч. Сам смерч перемещается вместе с порождающим его облаком. Это движение может давать скорости в десятки км/ч, обычно 20—60 км/ч. По косвенным оценкам, энергия обычного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с сравнима с энергией эталонной атомной бомбы, подобной той, которую взорвали в США во время испытаний «Тринити» в Нью-Мексико 16 июля 1945. Рекордом времени существования смерча можно считать Мэттунский смерч, который 26 мая 1917 года за 7 часов 20 минут прошёл по территории США 500 км, убив 110 человек. Ширина расплывчатой воронки этого смерча составляла 0,4—1 км, внутри неё была видна бичеподобная воронка. Другим знаменитым случаем торнадо является смерч Трех Штатов, который 18 марта 1925 года прошёл через штаты Миссури, Иллинойс и Индиана, проделав путь в 350 км за 3,5 часа. Диаметр его расплывчатой воронки колебался от 800 м до 1,6 км.

В месте контакта основания смерчевой воронки с поверхностью земли или воды может возникать каскад — облако или столб пыли, обломков и поднятых с земли предметов или водяных брызг. При формировании смерча наблюдатель видит, как навстречу опускающейся с неба воронке с земли поднимается каскад, который затем охватывает нижнюю часть воронки. Термин происходит от того, что обломки, поднявшись до некоторой незначительной высоты, не могут уже удерживаться потоком воздуха и падают на землю. Воронку, не соприкасаясь с землёй, может окутывать футляр. Сливаясь, каскад, футляр и материнское облако создают иллюзию более широкой, чем есть на самом деле, смерчевой воронки.

Иногда вихрь, образовавшийся на море, называют смерчем, а на суше — торнадо. Атмосферные вихри, аналогичные смерчам, но образующиеся в Европе, называют тромбами. Но чаще все эти три понятия рассматриваются как синонимы [4].

 

 

1.2 Размер, форма, внешний вид, вращение

 

 

Торнадо может появляться во многих формах и размерах. Большинство  смерчей возникает в виде узкой  воронки (всего несколько сотен  метров в поперечнике), с небольшим облаком мусора вблизи земной поверхности. Торнадо может быть скрыт полностью стеной дождя или пыли. Такие торнадо особенно опасны, так как даже опытные метеорологи не могут их видеть.

В зависимости от условий, в которых они образуются, смерчи могут иметь широкий диапазон цветов. Те, которые зарождаются  в сухой среде могут быть практически невидимы и замечены только по закрученному в основании воронки мусору. Конденсированные воронки, которые практически не поднимают или поднимают малое количество мусора могут быть от серого до белого цвета. В процессе перемещения воды по воронке, окраска смерча может становиться белой или даже насыщенного синего цвета. Медленно движущиеся воронки, которые успевают поглотить значительное количество мусора и грязи, как правило, темнее и принимают цвет накопленного мусора. Торнадо, прошедшее по территории Великих равнин может покраснеть из-за красноватого оттенка почвы, а смерчи возникающие в горных районах могут преодолевать заснеженные территории, становясь белыми.

Условия освещения являются основным фактором, определяющим цвет смерча. Торнадо, который «подсвечен» солнцем, расположенным позади него воспринимается очень тёмным. В то же время торнадо, подсвеченное солнцем, светящим в спину наблюдателя, может показаться серым, белым или блестящим. Смерчи, возникщие в час заката, имеют множество различных цветов и оттенков жёлтого, оранжевого и розового.

Пыль, поднятая грозовым шквалом, проливной дождь и град, мрак ночи — факторы, которые могут уменьшить видимость торнадо. Смерчи, возникающие в этих условиях особенно опасны, так как могут быть обнаружены только с помощью метеорологических радиолокаторов наблюдения, либо предупреждением о надвигающейся опасности для тех кого застигла непогода может стать звук приближающегося торнадо. Наиболее значительные торнадо образуются восходящими потоками штормового ветра, содержащими дождевую воду, что делает их видимыми. Кроме того, большинство торнадо происходят в конце дня, когда яркое солнце может проникнуть даже сквозь самые толстые облака. В ночное время торнадо освещены частыми вспышками молнии.

В Северном полушарии вращение воздуха в смерчах происходит, как правило, против хода часовой стрелки. Это может быть связано с направлениями взаимных перемещений масс воздуха по сторонам от атмосферного фронта, на котором формируется смерч. Известны и случаи обратного вращения. На соседних со смерчем участках происходит опускание воздуха, в результате чего вихрь замыкается [4].

 

 

1.3 Классификация

 

 

Бичеподобные.

Это наиболее распространённый тип  смерчей. Воронка выглядит гладкой, тонкой, может быть весьма извилистой. Длина воронки значительно превосходит её радиус. Слабые смерчи и опускающиеся на воду смерчевые воронки, как правило, являются бичеподобными смерчами.

Расплывчатые.

Выглядят как лохматые, вращающиеся, достигающие земли облака. Иногда диаметр такого смерча даже превосходит  его высоту. Все воронки большого диаметра (более 0,5 км) являются расплывчатыми. Обычно это очень мощные вихри, часто  составные. Наносят огромный ущерб  ввиду больших размеров и очень  высокой скорости ветра.

Составные.

Могут состоять из двух и более  отдельных тромбов вокруг главного центрального смерча. Подобные торнадо  могут быть практически любой  мощности, однако, чаще всего это  очень мощные смерчи. Они наносят  значительный ущерб на обширных территориях.

Огненные.

Это обычные смерчи, порождаемые  облаком, образованным в результате сильного пожара или извержения вулкана. Именно такие смерчи впервые были искусственно созданы человеком (опыты Дж. Дессена в Сахаре, которые продолжались в 1960—1962 гг.). «Впитывают» в себя языки пламени, которые вытягиваются к материнскому облаку, образуя огненный смерч. Может разносить пожар на десятки километров. Бывают бичеподобными. Не могут быть расплывчатыми (огонь не находится под давлением, как у бичеподобных смерчей).

Водные.

Это смерчи, которые образовались над поверхностью океанов, морей, в редком случае озёр. Они «впитывают» в себя волны и воду, образовывая, в некоторых случаях, водовороты, которые вытягиваются к материнскому облаку, образуя водный смерч. Бывают бичеподобными. Так же как и огненные, не могут быть расплывчатыми (вода не находится под давлением, как у бичеподобных смерчей).

Земляные.

Эти смерчи очень редкие, образовываются во время разрушительных катаклизмов или оползней, иногда землетрясений выше 7 баллов по шкале Рихтера, очень высокие перепады давления, сильно разрежен воздух. Бичеподобный смерч расположен «морковкой» толстой частью к земле, внутри плотной воронки, тонкая струйка земли внутри, «вторая оболочка» из земляной жижи (если оползень). В случае с землетрясениями поднимает камни, что очень опасно.

Снежные.

Это снежные торнадо во время  сильной метели [5].

 

 

 

2. ПРИЧИНА ОБРАЗОВАНИЯ

 

 

Смерч может возникнуть при поступлении  теплого воздуха, насыщенного водяным паром, когда происходит соприкосновение теплого влажного с холодным сухим «куполом», образовавшимся над холодными участками поверхности земли (моря). В месте соприкосновения происходит конденсация водяного пара, при этом образуются дождевые капли и выделяется тепло, локально нагревающее воздух. Нагретый воздух устремляется вверх, создавая зону разряжения. В эту зону разряжения втягивается близлежащий теплый влажный воздух облака и нижележащий холодный воздух, что приводит к лавинообразному развитию процесса и выделению значительной энергии. В результате этого образуется характерная воронка. Внутри воронки воздух поднимается вверх с большой скоростью, в воронке формируется разряжение. Холодный воздух, затягиваемый в зону разряжения, ещё более охлаждается. Опускаясь вниз, воронка достигает поверхности земли, в зону разряжения втягивается все, что может быть поднято воздушным потоком. Сама зона разряжения перемещается в сторону, откуда поступает больший объём холодного воздуха. Воронка двигается, причудливо изгибаясь, касаясь поверхности земли. Осадки при этом относительно небольшие [4].

 

 

3. ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ

 

 

Грозы бывают в большей части земного шара, за исключением регионов с субарктическим климатом и арктическим климатом, однако смерчи могут сопровождать только те грозы, которые находятся на стыке атмосферных фронтов.

Наибольшее количество смерчей  фиксируется на североамериканском континенте, в особенности в центральных штатах США, меньше — в восточных штатах США. На юге, в штате Флорида у островов Флорида-Кис, смерчи появляются с моря почти каждый день, с мая до середины октября, за что этот район получил прозвище «край водяных смерчей». В 1969 году здесь было зафиксировано 395 подобных вихрей.

В Европе смерчи сравнительно редки и наблюдаются преимущественно в жаркую летнюю погоду в послеполуденные часы в воздушных массах тропического происхождения с большими вертикальными градиентами температуры.

В направлении к северу они отмечались до северной Шотландии, южной Норвегии, Швеции (до 60° с. ш.), Соловецких островов; в Сибири — до низовьев Оби. На Европейской территории СНГ каждое лето в разных местах, и на юге, и в центре, отмечается несколько смерчей. Были случаи, когда они достигали особой катастрофической силы, как, например, московский смерч 29 июня 1904 г., сравнимый по интенсивности с американскими торнадо. По-видимому, на Азиатской территории СНГ смерчи возникают значительно чаще, но, проходя в малонаселенных районах, наблюдаются реже [3, 6.].

Наиболее сильный смерч  наблюдался в России - в Иваново. Около 15 ч 30 мин примерно по пути движения смерча прошло грозовое облако, из которого выпал град диаметром около 2 см. В 15 ч 45 мин появилось новое, очень темное облако с воронкообразным выступом, который, раскачиваясь из стороны в сторону, опускался к Земле. Почти коснувшись земли, воронка стала быстро расширяться и всасывать предметы, причем нижний конец ее неоднократно приподнимался и опускался. Было хорошо видно быстрое вращение воронки - "хобота" и выбрасывание предметов на некоторой высоте; слышен сильный свист и гул, подобно тому, какой создает реактивный самолет. Явление напоминало кипящий котел, внутри воронка светилась. От "хобота" отделялись "рукава", которые то удалялись от воронки, то приближались к ней. Материнское облако, из которого опустился "хобот", быстро перемещалось на север и в полосе шириной около 500 м смерч срывал крыши домов, ломал и вырывал деревья, столбы и опоры электропередачи; прочные деревянные дома, и особенно их кровли, разрушались; переворачивались тяжелые вагоны, приподнимались, многократно перевертывались и сносились в сторону автомашины, автобусы, троллейбусы и другие предметы. Продолжительность явления в каждом месте была 1-2 мин.