Смерч и гроза.

Иногда можно видеть движущийся вращающийся поток, поднимающий пыль, листья и другие мелкие предметы, выглядящий как пылевой столб движущегося воздуха. Такое явление называется смерчом.

Смерчи возникают в суперадиабатических условиях. Из-за эффекта Кориолиса, воздух, начинающий подъем в приземном слое, имеет некоторое вращательное движение. Двигаясь с вращением, он ускоряется так же, как ускоряется вращение фигуристки, когда она притягивает к себе руки. Это вращение вскоре становится невидимым. Ускоряющийся термик принимает форму вращающейся колонны, которая с высотой становится туже и плотнее. Смерчи возникают, когда термические потоки поднимаются при суперадиабатическом градиенте температуры. Смерчи расположены под восходящим потоком, обозначают его путь, скорость, размеры, и часто высоту. Смерчи иногда достигают облака над термиком, но обычно, прекращаются намного раньше, поднимаясь только до высоты от нескольких метров до 100 м.

Только в некоторых районах пустынь они могут достигать 1000 м. При изобилии мощных, устойчивых потоков и большом количестве пыли, высота смерчей указывает минимальную высоту потоков, их положение и направление движения. Во время прохождения смерча, кроме полезного восходящего потока, незадачливый пилот может найти неприятные для себя приключения.

Абсолютное большинство смерчей вращаются против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой в южном. Есть небезосновательное предположение, что смерчи раскручивают поднимающийся воздух в термиках. Заметное в некоторых случаях вращение облаков над термиками служит тому подтверждением. На этой основе резонно надеяться на лучший подъем летательного аппарата, когда он вращается против потока, закрученного смерчом (по часовой стрелке в северном полушарии). Объясняется это тем, что для удержания аппарата в потоке нужен меньший угол крена из-за меньших скоростей и, следовательно, меньших центробежных сил.

 

Смерч - устойчивое образование, и он практически не перемешивается с окружающим воздухом. Наружный воздух пополняет смерч только снизу, где вращение еще медленное и ограниченно землей. Воздух снаружи вращается и поднимается, а внутри нисходящий поток и более низкое давление.

Смерч угасает, когда прекращается подпитка его теплым воздухом или он переходит на территорию, где блокируется его прогресс. Смерч в горах движется вверх и только на прогреваемых склонах. Смерч может некоторое время существовать после разрушения термика, но его энергия затухает и он прекращается.

Термический поток, питаемый смерчом двигаясь по ветру, будет находиться левее смерча в северном полушарии и правее в южном.

Смерчи могут быть очень разными по размерам и скорости вращения. Действительно, некоторые сносят дома - это торнадо. Смерчи, о которых мы ведем речь, похожи на мини-торнадо. Они возникают на поверхности и поднимаются вверх, в то время, как торнадо развиваются от нестабильности на высоте и растут от облаков вниз.

Лучший вариант использовать смерчи как указатели термических потоков, наблюдая за ними. Набор высоты в них - дело не без риска. Внутри границ смерча может быть турбулентность, которая может серьезно ухудшить управляемость летательного аппарата.

Правила полетов в смерчах следующие:

1. Не входите в поток со смерчом на высотах до 300 м от земли;

2. Не входите в смерчи до верха его видимой части;

3. Не используйте слишком большие и сильные смерчи на малых высотах;

4. Выбирайте спираль против вращения смерча;

5. Вновь образовавшийся смерч - лучший указатель термического потока, чем давно существующий.

В пустынях смерчи более мощные и частые. Некоторые из них могут быть 1 км и более в диаметре. На территориях с зеленой растительностью смерчи более редки, слабее и имеют меньший срок жизни. Водяные смерчи возникают при прохождении их над водой. Они обычно коротко живущие и маловысотные, но указывают на хорошие термические условия.

Грозы - это просто суперразвивающиеся термические потоки. Они развиваются из нормальных термических условий, когда воздух в достаточной степени нестабилен, насыщен влагой и существуют некоторые начальные условия. Первые два требования очень важны, в качестве начальных условий могут выступать холодные фронты или горы, но это не необходимо, и нормальная термичность может перерасти в отдельно расположенную грозу при достаточном уровне нестабильности и влажности.

Влажность - необходимое условие для образования грозы потому, что только благодаря ей происходит накопление энергии скрытого тепла и выделение ее в облаке при конденсации. Эта энергия является движущей силой бурь, ураганов и сильных ветров. Водяные пары важны еще и потому, что влажный воздух в нижнем слое абсорбирует тепло, что вносит дополнительную нестабильность возле земли. Обычно жизнь грозы разделяют на три этапа: стадия развития грозового облака, стадия максимального развития и стадия разрушения.

Зарождение грозы - это суперразвивающийся термический процесс, тип суперразвития, растущего не вширь, а обязательно по вертикали. Действительно, если инверсионный слой или даже слой сухого воздуха расположен над грозой, то облако будет ограничено по высоте. Отличие нормального облака над сильным, мощным термическим потоком от грозовой тучи в том, что вторая имеет ярко выраженную башню, растущую вверх.

Грозовое облако растет в размерах, достигает большой высоты и становится «тепловым насосом», что-то наподобие дымохода у камина. В нем начинается обледенение верхней части, и она уже состоит из переохлажденных капель, снежинок и ледяных кристаллов, в то время, как внизу продолжается нагрев. Результатом этого являются мощные потоки вверх. Этот «насос» в верхней части облака сосет теплый воздух, находящийся внизу и по сторонам. Такое облако само поддерживает свой продолжающийся рост до готовой, сформировавшейся грозовой тучи, если не ослабевает подпитка влажным воздухом.

На стадии развития гроза не влияет очень сильно на местные ветры, но она может угнетать восходящие потоки на некотором расстоянии вокруг нее и вызывать на обширной территории нисходящие потоки.

Стадия максимального развития начинается по достижении облаком максимальной высоты после уровня замерзания. Десять или пятнадцать минут после этого ледяные кристаллы растут до града. Когда размеры градин превышают те, которые может удержать направленное вверх течение, начинается его выпадение. Продолжающиеся вверх течения (от 10 м/с), могут задуть градины обратно наверх, и это является причиной их дальнейшего роста. Чтобы удержать ледяные образования, достигающие размеров бейсбольного мяча должен быть поток не менее 30 м/с (112 км/ч).

На этой стадии гроза обычно достигает высоты - 10 км. Некоторые монстры простираются к тропопаузе и достигают вершиной 15-18 км. Если вершина грозовой тучи доходит до струйного течения, то она будет двигаться вместе с ним и принимать характерную форму наковальни. Это также приводит к резкому усилению охлаждения при увеличении скорости потока воздуха вверх. Одним из признаков созревшей грозы является образовавшаяся сверху наковальня. Все опасности грозовой ситуации присутствуют именно на этой стадии.

В процессе продолжения грозы, облако становится еще темнее, большей влажности и перерастает в мощное кучево-дождевое. Град создает под уровнем замерзания мощный нисходящий поток. Падая, капельки объединяются в более крупные. Потоки вниз становятся более мощными и скоростными, чем вверх, дождь и град выпадают на землю. Скоростные движения воздуха в облаке вверх и вниз переносят электрические заряды и сверкают молнии. Часты мощные нисходящие потоки и сильные порывы. Под тучей присутствуют потоки вверх и вниз, но первые теперь занимают пространство только на наветренной стороне.

С продолжением мощных нисходящих потоков холодные массы переносятся с высоты вниз. Этот охлаждающий эффект, а также выпадение осадков прекращает прогрев поверхности, восходящие потоки ослабляются, и гроза затухает. Обычно, чрезмерная влажность в облаке приводит к очень мощным осадкам. Молнии и нисходящие потоки могут еще продолжаться на стадии разрушения.

Полный цикл описанных событий занимает от 30 минут до часа или примерно 20 минут, проведенных в стадии максимального развития. Некоторые грозы живут намного дольше. Не все грозы образуются одинаково. Одни мощнее, другие развиваются более медленно. Рассмотрим различные варианты гроз.

Изолированные (isolated) грозы - это грозы, которые развиваются в середине воздушной массы от конвекционных процессов, конвергенции под циклоном при притоке в нее теплого, влажного воздуха. Такая гроза может быть днем или ночью, и очень суровой во влажных районах. Грозы, которые развиваются в горных районах, зарождающиеся от динамических воздушных потоков, тоже можно классифицировать как изолированные, но они могут объединяться в грозовые полосы над горными цепями. Такие грозы особенно часты после обеда или ранним вечером.

Вставные (embedded) грозы - это грозы, находящиеся внутри большой площади облаков, обычно слоистых. Во время формирования вставной грозы ее основание темнее основного слоя облаков. Такая гроза часто образуется при прохождении теплого фронта в восходящем потоке теплого воздуха. Вставные грозы имеют тенденцию быть менее суровыми, потому что восходящий поток воздуха в теплом фронте медленный и сплошной слой облаков уменьшает прогрев поверхности. Но они могут нести смертельную опасность пилотам, которые не готовы определить наличие такой грозы в сплошном слое облаков. Часто предупреждением служит звук грома. Но бывают случаи, когда невозможно услышать его в воздухе. Надо определять наличие грозы визуально по более темному месту в облаках и по прогнозам погоды, которые предупреждают о ее возможности.

Шквальные линии - это устойчивая стена гроз, работающих вместе. Это линия гроз, которые вообще-то живут отдельно, но настолько близко, что создается впечатление единой линии. Шквальные линии часто возникают в условиях холодного фронта с сильными восходящими потоками. Грозы этого типа очень мощные.

Высотные грозы возникают над более сухими территориями, где точка росы на высоте 5000 м или около этого. Грозы в этом случае формируются при низком давлении на высоте и наиболее активны после обеда, но могут возникать и днем и ночью. Характерной особенность высотных гроз является то, что капли дождя редко достигают поверхности земли, успевая высохнуть во время падения. Это испарение охлаждает воздух, сквозь который капли пролетают.

Грозы представляют собой реальную опасность для авиаторов. Потрясающий поток воздуха вверх, часто превышающий скорость 160 км/ч (!!!), может засосать в облако любой летательный аппарат. Без приборного оснащения (включая указатель крена и тангажа), пилот будет не в состоянии управлять летательным аппаратом в условиях грозовой турбулентности. Она же может разрушить летательный аппарат.

К тому же, когда поток в туче несет вас вверх, вы можете столкнуться с кислородным голоданием или переохлаждением, каждое из этих явлений может быть фатальным само по себе.

Надо быть достаточно безрассудным, чтобы лететь в пасть такого монстра, как грозовая туча. В поток под ней легко попасть, но трудно его покинуть.