Реферат Смерчи.Их причины и последствия. Реферат смерч

Реферат Смерчи.Их причины и последствия

        БашГПУ им.М.Акмуллы

                                                Смерчи.

                           Их причины и последствия.

                                                                                                                                                    Выполнил:

                                                                                                                                                   Студент ФФК-БЖФК

                                                                                                                                                   Группы 52-51

                                                                                                                                                   Усманов Денис Д.                                                                                                                                                    Проверил:

                                                                                                                                                    к.т.н. Гумеров Ф.Р.Смерч – одно из жестоких, разрушительных явлений природы. По мнениюВ.В. Кушина, смерч - это не ветер, а скрученный в тонкостенную трубу«хобот» дождя, который вращается вокруг оси со скоростью 300-500 км/ч. За счет центробежных сил внутри трубы создается разряжение, и давление падает до 0,3 атм. Если стенка «хобота» воронки рвется, наткнувшись на препятствие, то внутрь воронки врывается наружный воздух. Перепад давлений0,5 атм. разгоняет вторичный воздушный поток до скоростей 330 м/с (1200 км/ч) и более, т.е. до сверхзвуковых скоростей. Смерчи образуются при неустойчивом состоянии атмосферы, когда воздух в верхних слоях очень холодный, а в нижних тёплый. Происходит интенсивный воздухообмен, сопровождаемый образованием вихря огромной силы.

Возникают такие вихри в мощных грозовых облаках и часто сопровождаются грозой, дождём, градом. Очевидно, нельзя сказать, что смерчи возникают в каждом грозовом облаке. Как правело, это происходит на гране фронтов – в переходной зоне между тёплой и холодной воздушными массами. Прогнозировать смерчи пока не удаётся, и поэтому их появление бывает неожиданным.

Смерч живёт недолго, так как довольно скоро холодная и тёплая воздушные массы перемешиваются, и таким образом поддерживающая его причина исчезает. Однако даже за непродолжительный период своей жизни смерч может произвести огромные разрушения.

Физическая природа смерча очень разнообразна. С точки зрения физика- метеоролога - это скрученный дождь, неизвестная ранее форма существования осадков. Для физика-механика - это необычная форма вихря, а именно: двухслойный вихрь с воздушно-водяными стенками и резким различием скоростей и плотностей обоих слоев. Для физика-теплотехника смерч - это гигантская гравитационно-тепловая машина огромной мощности; в ней мощные воздушные потоки создаются и поддерживаются за счет теплоты фазового перехода вода- лед, которая выделяется водой, захваченной смерчем из любого естественного водоема, когда она попадает в верхние слои тропосферы.

До сих пор смерч не спешит раскрывать и другие свои тайны. Так, нет ответов на многие вопросы. Что представляет собой воронка смерча? Что придает ее стенкам сильное вращение и огромную разрушительную силу? Почему смерч устойчив?

Исследовать смерч не просто трудно, но и опасно - при непосредственном контакте он уничтожает не только измерительную аппаратуру, но и наблюдателя.

Сопоставляя описания смерчей (торнадо) прошлого и нынешнего столетий вРоссии и других странах, можно видеть, что они развиваются и живут по одинаковым законам, но эти законы до конца не выяснены и поведение смерча кажется непредсказуемым.

Во время прохождения смерчей естественно все прячутся, бегут, и людям не до наблюдений, а тем более измерений параметров смерчей. То немногое о внутреннем строении воронки, что удалось узнать, связано с тем, что смерч, отрываясь от земли, проходил над головами людей, и тогда можно было видеть, что смерч представляет собой огромный пустотелый цилиндр, ярко освещенный внутри блеском молний. Изнутри раздается оглушительный рев и жужжание.

Считается, что скорость ветра в стенках смерча доходит до звуковой.

Немногочисленные статистические данные, которые известны о смерчах, сведены в таблице.

Ориентировочные параметры смерчей

-Измеряемая величина |Минимальное |Максимальное |

- |значение |значение |

-Высота видимой части смерча |10-100 м |1,5-2 км|

-Диаметр у земли |1-10 м |1,5-2 км|

-Диаметр у облака |1 км |1,5-2 км|

-Линейная скорость стенок |20-30 м/с-100-300 м/с|

-Толщина стенок |3 м|

-Пиковая мощность за 100 с |30 ГВт |

-Длительность существования |1-10 мин-5 час.|

-Путь |10-100 м-500 км|

-Площадь разрушения |10-100 м2-400 км2|

-Максимальная масса поднятых предметов|300 т|

-Скорость перемещения |150 км/ч|

-Давление внутри смерча |< 0,4-0,5 атм|Теория смерча была разработана на основании достоверного утверждения, что воронка смерча всегда приходит на землю сверху, а «ослабев», вновь поднимается наверх. Значит вес воронки должен быть больше веса вытесненного ею воздуха, т.е. по закону Архимеда она будет «падать». Тяжелее воздуха в атмосфере может быть только воздух, насыщенный водой и/или льдом. Поэтому правдоподобным будет предположение, что воронка смерча представляет собой вращающийся поток дождя и града, свернутый в спираль в виде относительно тонкой стенки. Содержание воды в стенках воронки должно по массе во много раз превосходить содержание там воздуха. Если плотность сухого воздуха составляет 1,3-1,4 кг/м3, то плотность воздуха, содержащего воду и лед внутри стенок смерча, может составлять 50 и более кг/м3.

Если воронка смерча обладает массивными стенками, то их вращение должно приводить к расширению воронки и понижению давления воздуха внутри нее из-за действия центробежных сил. Расширение воронки происходит до тех пор, пока перепад давления снаружи и внутри не уравновесит действия центробежных сил. Если выделить из стенки площадку S, то снаружи на нее будет действовать сила (p(S. Равновесие с центробежными силами наступит при условии: (p(S=mv2/R, где m - масса, приходящаяся на единицу площади стенки; v - скорость стенки; R - радиус воронки.

Приведенное, почти очевидное, условие равновесия стенки воронки приводит к ряду прямых следствий, которые естественно объясняют многие свойства смерчей.

Смерч может всосать и поднять ввысь большую порцию снега, песка и др.

Как только скорость снежинок или песчинок достигает критического значения, они будут выброшены через стенку наружу и могут образовать вокруг смерча своеобразный футляр или чехол. Характерной особенностью этого футляра-чехла является то, что расстояние от него до стенки смерча по всей высоте примерно одинаково: оно определяется скоростью, которая у всех частиц с одинаковой плотностью оказывается одинаковой. Важный частный случай, когда плотность тела, попавшего в смерч, близка к плотности стенки воронки. В этом случае равновесная скорость для тела совпадает со скоростью стенки.

Если тело попадает на внутреннюю поверхность стенки, то на него действует воздушный вихрь, вращающийся внутри воронки, скорость тела возрастает и станет больше равновесной. Тело сместится к внешней поверхности стенки.Здесь под действием трения о внешний воздух тело затормозится, скорость станет меньше равновесной, и тело вновь сместится к внутренней поверхности стенки. Поэтому тела с плотностью стенки оказываются устойчивыми внутри стенок. Таким образом внешний и внутренний поверхностные слои оказываются в совершенно необычных условиях, при которых на них непрерывно действуют силы, стремящиеся убрать их с поверхности и «заглубить» внутрь стенки, т.е. силы, которые по своим свойствам напоминают силы поверхностного натяжения.Эти силы придают стенкам смерча повышенную устойчивость к возмущениям, делают их однородными по плотности, гладкими, четко ограниченными.

Рассмотрим в первом приближении процессы, возникающие в грозовых облаках. Обильная влага, попадающая в облако из нижних слоев, выделяет много тепла, и облако становится неустойчивым. В нем возникают стремительные восходящие потоки теплого воздуха, которые выносят массы влаги на высоту 12-15 км, и столь же стремительные холодные нисходящие потоки, которые обрушиваются вниз под тяжестью образовавшихся масс дождя и града, сильно охлажденных в верхних слоях тропосферы. Мощность этих потоков особенно велика из-за того, что одновременно возникают два потока: восходящий и нисходящий. С одной стороны, они не испытывают сопротивления окружающей среды, т.к. объем воздуха, идущего вверх, равен объему воздуха, уходящего вниз. С другой стороны, затраты энергии потоком на подъем воды вверх полностью восполняется при падении ее вниз. Поэтому потоки имеют возможность разгонять себя до огромных скоростей (100 м/с и более).

В последние годы была выявлена еще одна возможность подъема больших масс воды в верхние слои тропосферы. Часто при столкновении воздушных масс происходит образование вихрей, которые за свои относительно небольшие размеры получили название мезоциклонов. Мезоциклон захватывает слой воздуха на высоте от 1-2 км до 8-10 км, имеет диаметр 8-10 км и вращается вокруг вертикальной оси со скоростью 40-50 м/с. Существование мезоциклонов установлено достоверно, структура их исследована достаточно подробно.

Обнаружено, что в мезоциклонах на оси возникает мощная тяга, которая выбрасывает воздух на высоты до 8-10 км и выше. Наблюдателями было обнаружено, что именно в мезоциклоне иногда зарождается смерч.

Наиболее благоприятная обстановка для зарождения воронки выполняется при выполнении трех условий. Во-первых, мезоциклон должен быть образован из холодных сухих масс воздуха. В этом случае по его высоте возникает особенно большой температурный градиент, близкий к адиабатическому значению. Во- вторых, мезоциклон должен выйти в район, где в приземном слое толщиной 1-2 км скопилось много влаги при высокой температуре воздуха 25-35оС, т.е. создано состояние неустойчивости приземного слоя, готового к образованию ячеек с восходящими и нисходящими потоками. Проходя над этими районами, за короткое время мезоциклон засасывает в себя влагу с больших пространств и забрасывает ее на высоту 10-15 км. Температура внутри мезоциклона по всей высоте скачком повышается за счет принесенного влагой тепла, накопленного не только насыщенным паром, но и водяными каплями. Третье условие - это выбрасывание масс дождя и града. Выполнение этого условия приводит к уменьшению диаметра потока от первоначального значения 5-10 км до 1-2 км и увеличению скорости от 30-40 м/с в верхней части мезоциклона до 100-120 м/с- в нижней части.

Для того, чтобы иметь представление о последствиях смерчей, кратко дадим описание московского смерча 1904 г. и ивановского - 1984 г.

Над восточной частью Москвы 29 июня 1904 г. пронесся сильнейший вихрь. Его путь лежал неподалеку от трех московских обсерваторий:

Университетской - в западной части города, Межевого института - в восточной и Сельскохозяйственной академии - в северо-западной, поэтому ценный материал зафиксировали самописцы этих обсерваторий. По карте погоды в 7 ч утра этого дня на востоке и западе Европы располагались области повышенного давления (более 765 мм рт.ст.). Между ними, преимущественно на юге Европейской части России, находился циклон с центром между Новозыбковым (Брянская обл.) и Киевом (751 мм рт.ст.). В 13 ч он углубился до 747 мм рт.ст. и сместился к Новозыбкову, а в 21 ч - к Смоленску (давление в центре упало до 746 мм рт.ст.). Таким образом циклон двигался с ЮЮВ на ССЗ. Около 17 ч, во время прохождения смерча через Москву, город находился на северо- восточном фланге циклона. В последующие дни циклон ушел в Финский залив, где вызвал бури на Балтике. Если остановиться только на этом синоптическом описании, то причина смерча явственно не проступает.

Картина несколько проясняется, если произвести анализ распределения температур и воздушных масс. Теплый фронт шел от центра циклона на Калугу,Заметчино и Пензу, а холодный фронт - от центра циклона на Курск, Харьков,Днепропетровск и далее к югу. Таким образом циклон имел хорошо выраженный теплый сектор с массами теплого влажного воздуха при дневных температурах 28-32оС. Перед теплым фронтом располагался сухой холодный воздух с температурой 15-16оС. В самой фронтальной зоне температура несколько выше.

Контраст температур весьма большой. Расчет показывает, что теплый фронт смещался к северу со скоростью 32-35 км/ч. Образование московского смерча произошло перед теплым фронтом, где при участии тропического воздуха всегда создается угроза возникновения сильнейших гроз и шквалов.

В тот день была отмечена сильная грозовая деятельность в четырех районах Московской области: в Серпуховском, Подольском, Московском и Дмитровском, почти на протяжении 200 км. Грозы с градом и бурей наблюдались, кроме того, в Калужской, Тульской и Ярославской областях.

Начиная с Серпуховского района, буря превратилась в ураган. Ураган усилился в Подольском районе, где пострадало 48 селений и имелись жертвы. Самые же страшные опустошения принес смерч, возникший к юго-востоку от Москвы в районе деревни Беседы. Ширина грозовой области в южной части Московского района определена в 15 км; здесь буря двигалась с юга на север, а смерч возник в восточной (правой) стороне грозовой полосы.

Смерч на своем пути произвел огромные разрушения. Были уничтожены деревни Рязанцево, Капотня, Чагино; далее ураган налетел на Люблинскую рощу, вырвал с корнем и сломал до 7 га леса, затем разрушил деревни Грайвороново, Карачарово и Хохловку, вступил в восточную часть Москвы, уничтожил Анненгофскую рощу в Лефортово, посаженную еще при царице Анне Иоановне, сорвал крыши домов в Лефортово, прошел в Сокольники, где повалил вековой лес, направился в Лосиноостровскую, где уничтожил 120 га крупного леса, и распался в районе Мытищ. Далее смерча не было, и отмечена только сильная буря. Длина пути смерча - около 40 км, ширина все время колебалась от 100 до 700 м.

По внешнему виду вихрь представлял собой столб, широкий внизу, постепенно сужавшийся в виде конуса и вновь расширявшийся в облаках; в других местах иногда он принимал вид просто черного крутящегося столба.Многие очевидцы принимали его за поднимающийся черный дым от пожара. В тех местах, где смерч проходил через Москва-реку, он захватывал столько воды, что обнажалось русло.

Среди массы поваленных деревьев и общего хаоса местами удалось обнаружить некоторую последовательность: так, вблизи Люблино лежали три правильно расположенные ряда берез: северный ветер повалил нижний ряд, над ним лег второй, сваленный восточным ветром, а верхний ряд упал при южном ветре. Следовательно, это признак вихревого движения. При прохождении смерча с юга на север он захватил этот участок правой стороной, судя по смене ветра, и вращение у него было циклональное, т.е. против часовой стрелки, если смотреть сверху. Вертикальная составляющая вихря была необычайно велика. Сорванные крыши зданий летели в воздухе, как клочья бумаги. Были даже разрушены каменные стены. В Карачарово снесена половина колокольни. Вихрь сопровождался страшным гулом; его разрушительная работа продолжалась от 30 с до 1-2 мин. Треск валившихся деревьев заглушался ревом вихря.

В некоторых местах завихренные движения воздуха отчетливо видны по характеру бурелома, но в большинстве случаев сваленные деревья даже на небольших пространствах лежали во всевозможных направлениях. Картина разрушений московского смерча оказалась очень сложной. Анализ его следов заставил считать, что 29 июня 1904 г. через Москву промчались несколько смерчей. Во всяком случае по характеру разрушений можно отметить существование двух воронок, одна из которых двигалась в направлении Люблино-Рогожская застава - Лефортово - Сокольники - Лосиноостровская-Мытищи, а вторая - Беседы - Грайвороново - Карачарово - Измайлово - Черкизово. Ширина пути обеих воронок была от ста до тысячи метров, но границы путей были четкими. Строения на расстоянии нескольких десятков метров от границ пути оставались нетронутыми.

Сопровождавшие явления также характерны для сильных смерчей. Когда надвигалась воронка, становилось совершенно темно. Темноте сопутствовал страшный шум, рев и свист. Зафиксированы электрические явления необыкновенной интенсивности. Из-за частых разрядов молний погибло два человека, несколько получили ожоги, возникали пожары. В Сокольниках наблюдалась шаровая молния. Дождь и град также имели необыкновенную интенсивность. Градины с куриное яйцо отмечались неоднократно. Отдельные градины имели форму звезды и весили 400-600 г.

Особенно велика разрушительная сила смерчей в садах, парках и лесах.

Вот что писал “Московский листок” (1904,№170). У Черкизово “...вдруг черное облако совершенно опустилось на землю и непроницаемой пеленой закрыло митрополичий сад и рощу. Все это сопровождалось страшным шумом и свистом, ударами грома и беспрерывным треском падающего крупного града. Раздался оглушительный удар, и на террасу упала громадная липа. Падение ее было чрезвычайно странно, так как она попала на террасу через окно и толстым концом вперед. Ураган перебросил ее по воздуху на 100 м. Особенно пострадала роща. В три-четыре минуты она превратилась в поляну, сплошь покрытую обломками огромных берез, местами с корнем вырванных из земли и переброшенных на значительные расстояния. Кирпичная ограда кругом рощи разрушена, причем некоторые кирпичи отброшены на несколько сажен”.                                    Список использованной литературы1. Сноу Д.Т. Торнадо //В мире науки, 1984, №6. С.44-54.

2. Наливкин Д.В. Смерчи. М.:Наука, 1984.

3. Кушин В.В. Смерч. М.: Энергоатомиздат, 1993. 127 с.

4. Железовский Б. Хрестоматия по природоведению. – Саратов: Регион.

Приволж. изд-во «Детская книга», 1995. – 352 с.

bukvasha.ru

Реферат - Смерч - БЖД

Министерствообразования

РоссийскойФедерации

СаратовскийГосударственныйуниверситет

имениН.Г. Чернышевского

Реферат натему:

Смерч

2 курса, группы физическойгеографии

географическогофакультета

Смерч –одно из жестоких, разрушительныхявлений природы.По мнению В.В.Кушина, смерч- это не ветер, а скрученныйв тонкостеннуютрубу «хобот»дождя, которыйвращаетсявокруг оси соскоростью300-500 км/ч. За счетцентробежныхсил внутритрубы создаетсяразряжение, и давлениепадает до 0,3 атм.Если стенка«хобота» воронкирвется, наткнувшисьна препятствие, то внутрь воронкиврываетсянаружный воздух.Перепад давлений0,5 атм. разгоняетвторичныйвоздушный потокдо скоростей330 м/с (1200 км/ч) и более, т.е. до сверхзвуковыхскоростей.Смерчи образуютсяпри неустойчивомсостоянииатмосферы, когда воздухв верхних слояхочень холодный, а в нижних тёплый.Происходитинтенсивныйвоздухообмен, сопровождаемыйобразованиемвихря огромнойсилы.

Возникают такиевихри в мощныхгрозовых облакахи часто сопровождаютсягрозой, дождём, градом. Очевидно, нельзя сказать, что смерчивозникают вкаждом грозовомоблаке. Какправело, этопроисходитна гране фронтов– в переходнойзоне междутёплой и холоднойвоздушнымимассами. Прогнозироватьсмерчи покане удаётся, ипоэтому ихпоявлениебывает неожиданным.

Смерч живётнедолго, таккак довольноскоро холоднаяи тёплая воздушныемассы перемешиваются, и таким образомподдерживающаяего причинаисчезает. Однакодаже за непродолжительныйпериод своейжизни смерчможет произвестиогромные разрушения.

Физическаяприрода смерчаочень разнообразна.С точки зренияфизика-метеоролога- это скрученныйдождь, неизвестнаяранее формасуществованияосадков. Дляфизика-механика- это необычнаяформа вихря, а именно: двухслойныйвихрь с воздушно-водянымистенками ирезким различиемскоростей иплотностейобоих слоев.Для физика-теплотехникасмерч — этогигантскаягравитационно-тепловаямашина огромноймощности; в неймощные воздушныепотоки создаютсяи поддерживаютсяза счет теплотыфазового переходавода-лед, котораявыделяетсяводой, захваченнойсмерчем излюбого естественноговодоема, когдаона попадаетв верхние слоитропосферы.

До сих порсмерч не спешитраскрыватьи другие своитайны. Так, нетответов намногие вопросы.Что представляетсобой воронкасмерча? Чтопридает еестенкам сильноевращение иогромнуюразрушительнуюсилу? Почемусмерч устойчив?

Исследоватьсмерч не простотрудно, но иопасно — принепосредственномконтакте онуничтожаетне толькоизмерительнуюаппаратуру, но и наблюдателя.

Сопоставляяописания смерчей(торнадо) прошлогои нынешнегостолетий вРоссии и другихстранах, можновидеть, что ониразвиваютсяи живут по одинаковымзаконам, но этизаконы до концане выясненыи поведениесмерча кажетсянепредсказуемым.

Во время прохождениясмерчей естественновсе прячутся, бегут, и людямне до наблюдений, а тем болееизмеренийпараметровсмерчей. Тонемногое овнутреннемстроении воронки, что удалосьузнать, связанос тем, что смерч, отрываясь отземли, проходилнад головамилюдей, и тогдаможно быловидеть, чтосмерч представляетсобой огромныйпустотелыйцилиндр, яркоосвещенныйвнутри блескоммолний. Изнутрираздаетсяоглушительныйрев и жужжание.Считается, чтоскорость ветрав стенках смерчадоходит дозвуковой.

Немногочисленныестатистическиеданные, которыеизвестны осмерчах, сведеныв таблице.

Ориентировочныепараметрысмерчей

Минимальное значение

Максимальное значение

10-100 м2

400 км2

Теориясмерча быларазработанана основаниидостоверногоутверждения, что воронкасмерча всегдаприходит наземлю сверху, а «ослабев», вновь поднимаетсянаверх. Значитвес воронкидолжен бытьбольше весавытесненногоею воздуха, т.е. по законуАрхимеда онабудет «падать».Тяжелее воздухав атмосфереможет бытьтолько воздух, насыщенныйводой и/илильдом. Поэтомуправдоподобнымбудет предположение, что воронкасмерча представляетсобой вращающийсяпоток дождяи града, свернутыйв спираль ввиде относительнотонкой стенки.Содержаниеводы в стенкахворонки должнопо массе вомного разпревосходитьсодержаниетам воздуха.Если плотностьсухого воздухасоставляет1,3-1,4 кг/м3, то плотностьвоздуха, содержащеговоду и лед внутристенок смерча, может составлять50 и более кг/м3.

Если воронкасмерча обладаетмассивнымистенками, тоих вращениедолжно приводитьк расширениюворонки и понижениюдавления воздухавнутри нееиз-за действияцентробежныхсил. Расширениеворонки происходитдо тех пор, покаперепад давленияснаружи и внутрине уравновеситдействия центробежныхсил. Если выделитьиз стенки площадкуS, то снаружи нанее будет действоватьсила pS.Равновесиес центробежнымисилами наступитпри условии:pS=mv2/R, где m- масса, приходящаясяна единицуплощади стенки;v — скорость стенки;R — радиус воронки.

Приведенное, почти очевидное, условие равновесиястенки воронкиприводит к рядупрямых следствий, которые естественнообъясняютмногие свойствасмерчей.

Смерч можетвсосать и поднятьввысь большуюпорцию снега, песка и др. Кактолько скоростьснежинок илипесчинок достигаеткритическогозначения, онибудут выброшенычерез стенкунаружу и могутобразоватьвокруг смерчасвоеобразныйфутляр иличехол. Характернойособенностьюэтого футляра-чехлаявляется то, что расстояниеот него до стенкисмерча по всейвысоте примерноодинаково: оноопределяетсяскоростью, которая у всехчастиц с одинаковойплотностьюоказываетсяодинаковой.Важный частныйслучай, когдаплотность тела, попавшего всмерч, близкак плотностистенки воронки.В этом случаеравновеснаяскорость длятела совпадаетсо скоростьюстенки. Еслитело попадаетна внутреннююповерхностьстенки, то нанего действуетвоздушныйвихрь, вращающийсявнутри воронки, скорость телавозрастаети станет большеравновесной.Тело сместитсяк внешней поверхностистенки. Здесьпод действиемтрения о внешнийвоздух телозатормозится, скорость станетменьше равновесной, и тело вновьсместится квнутреннейповерхностистенки. Поэтомутела с плотностьюстенки оказываютсяустойчивымивнутри стенок.Таким образомвнешний и внутреннийповерхностныеслои оказываютсяв совершеннонеобычныхусловиях, прикоторых на нихнепрерывнодействуют силы, стремящиесяубрать их споверхностии «заглубить»внутрь стенки, т.е. силы, которыепо своим свойствамнапоминаютсилы поверхностногонатяжения. Этисилы придаютстенкам смерчаповышеннуюустойчивостьк возмущениям, делают их однороднымипо плотности, гладкими, четкоограниченными.

Рассмотримв первом приближениипроцессы, возникающиев грозовыхоблаках. Обильнаявлага, попадающаяв облако изнижних слоев, выделяет многотепла, и облакостановитсянеустойчивым.В нем возникаютстремительныевосходящиепотоки теплоговоздуха, которыевыносят массывлаги на высоту12-15 км, и столь жестремительныехолодные нисходящиепотоки, которыеобрушиваютсявниз под тяжестьюобразовавшихсямасс дождя играда, сильноохлажденныхв верхних слояхтропосферы.Мощность этихпотоков особенновелика из-затого, что одновременновозникают двапотока: восходящийи нисходящий.С одной стороны, они не испытываютсопротивленияокружающейсреды, т.к. объемвоздуха, идущеговверх, равенобъему воздуха, уходящего вниз.С другой стороны, затраты энергиипотоком наподъем водывверх полностьювосполняетсяпри паденииее вниз. Поэтомупотоки имеютвозможностьразгонять себядо огромныхскоростей (100м/с и более).

В последниегоды была выявленаеще одна возможностьподъема большихмасс воды вверхние слоитропосферы.Часто пристолкновениивоздушных масспроисходитобразованиевихрей, которыеза свои относительнонебольшиеразмеры получилиназваниемезоциклонов.Мезоциклонзахватываетслой воздухана высоте от1-2 км до 8-10 км, имеетдиаметр 8-10 кми вращаетсявокруг вертикальнойоси со скоростью40-50 м/с. Существованиемезоциклоновустановленодостоверно, структура ихисследованадостаточноподробно. Обнаружено, что в мезоциклонахна оси возникаетмощная тяга, которая выбрасываетвоздух на высотыдо 8-10 км и выше.Наблюдателямибыло обнаружено, что именно вмезоциклонеиногда зарождаетсясмерч.

Наиболееблагоприятнаяобстановкадля зарожденияворонки выполняетсяпри выполнениитрех условий.Во-первых, мезоциклондолжен бытьобразован изхолодных сухихмасс воздуха.В этом случаепо его высотевозникаетособенно большойтемпературныйградиент, близкийк адиабатическомузначению. Во-вторых, мезоциклондолжен выйтив район, где вприземном слоетолщиной 1-2 кмскопилось многовлаги при высокойтемпературевоздуха 25-35оС, т.е. созданосостояниенеустойчивостиприземногослоя, готовогок образованиюячеек с восходящимии нисходящимипотоками. Проходянад этими районами, за короткоевремя мезоциклонзасасываетв себя влагус больших пространстви забрасываетее на высоту10-15 км. Температуравнутри мезоциклонапо всей высотескачком повышаетсяза счет принесенноговлагой тепла, накопленногоне только насыщеннымпаром, но и водянымикаплями. Третьеусловие — этовыбрасываниемасс дождя играда. Выполнениеэтого условияприводит куменьшениюдиаметра потокаот первоначальногозначения 5-10 кмдо 1-2 км и увеличениюскорости от30-40 м/с в верхнейчасти мезоциклонадо 100-120 м/с — в нижнейчасти.

Для того, чтобы иметьпредставлениео последствияхсмерчей, краткодадим описаниемосковскогосмерча 1904 г. иивановского- 1984 г.

Над восточнойчастью Москвы29 июня 1904 г. пронессясильнейшийвихрь. Его путьлежал неподалекуот трех московскихобсерваторий: Университетской- в западнойчасти города, Межевого института- в восточнойи Сельскохозяйственнойакадемии — всеверо-западной, поэтому ценныйматериалзафиксировалисамописцы этихобсерваторий.По карте погодыв 7 ч утра этогодня на востокеи западе Европырасполагалисьобласти повышенногодавления (более765 мм рт.ст.). Междуними, преимущественнона юге Европейскойчасти России, находилсяциклон с центроммежду Новозыбковым(Брянская обл.)и Киевом (751 ммрт.ст.). В 13 ч онуглубился до747 мм рт.ст. и сместилсяк Новозыбкову, а в 21 ч — к Смоленску(давление вцентре упалодо 746 мм рт.ст.).Таким образомциклон двигалсяс ЮЮВ на ССЗ.Около 17 ч, во времяпрохождениясмерча черезМоскву, городнаходился насеверо-восточномфланге циклона.В последующиедни циклон ушелв Финский залив, где вызвал бурина Балтике.Если остановитьсятолько на этомсиноптическомописании, топричина смерчаявственно непроступает.

Картинанесколькопроясняется, если произвестианализ распределениятемператури воздушныхмасс. Теплыйфронт шел отцентра циклонана Калугу, Заметчинои Пензу, а холодныйфронт — от центрациклона наКурск, Харьков, Днепропетровски далее к югу.Таким образомциклон имелхорошо выраженныйтеплый секторс массами теплоговлажного воздухапри дневныхтемпературах28-32оС.Перед теплымфронтом располагалсясухой холодныйвоздух с температурой15-16оС.В самой фронтальнойзоне температуранесколько выше.Контраст температурвесьма большой.Расчет показывает, что теплыйфронт смещалсяк северу соскоростью 32-35км/ч. Образованиемосковскогосмерча произошлоперед теплымфронтом, гдепри участиитропическоговоздуха всегдасоздаетсяугроза возникновениясильнейшихгроз и шквалов.

В тот деньбыла отмеченасильная грозоваядеятельностьв четырех районахМосковскойобласти: вСерпуховском, Подольском, Московскоми Дмитровском, почти на протяжении200 км. Грозы сградом и бурейнаблюдались, кроме того, вКалужской, Тульской иЯрославскойобластях. Начинаяс Серпуховскогорайона, буряпревратиласьв ураган. Ураганусилился вПодольскомрайоне, гдепострадало48 селений и имелисьжертвы. Самыеже страшныеопустошенияпринес смерч, возникший кюго-востокуот Москвы врайоне деревниБеседы. Ширинагрозовой областив южной частиМосковскогорайона определенав 15 км; здесь бурядвигалась сюга на север, а смерч возникв восточной(правой) сторонегрозовой полосы.

Смерч насвоем путипроизвел огромныеразрушения.Были уничтоженыдеревни Рязанцево, Капотня, Чагино; далее ураганналетел наЛюблинскуюрощу, вырвалс корнем и сломалдо 7 га леса, затемразрушил деревниГрайвороново, Карачаровои Хохловку, вступил в восточнуючасть Москвы, уничтожилАнненгофскуюрощу в Лефортово, посаженнуюеще при царицеАнне Иоановне, сорвал крышидомов в Лефортово, прошел в Сокольники, где повалилвековой лес, направилсяв Лосиноостровскую, где уничтожил120 га крупноголеса, и распалсяв районе Мытищ.Далее смерчане было, и отмеченатолько сильнаябуря. Длинапути смерча- около 40 км, ширинавсе время колебаласьот 100 до 700 м.

По внешнемувиду вихрьпредставлялсобой столб, широкий внизу, постепенносужавшийсяв виде конусаи вновь расширявшийсяв облаках; вдругих местахиногда он принималвид просточерного крутящегосястолба. Многиеочевидцы принималиего за поднимающийсячерный дым отпожара. В техместах, гдесмерч проходилчерез Москва-реку, он захватывалстолько воды, что обнажалосьрусло.

Среди массыповаленныхдеревьев иобщего хаосаместами удалосьобнаружитьнекоторуюпоследовательность: так, вблизиЛюблино лежалитри правильнорасположенныеряда берез: северный ветерповалил нижнийряд, над нимлег второй, сваленныйвосточнымветром, а верхнийряд упал приюжном ветре.Следовательно, это признаквихревогодвижения. Припрохождениисмерча с югана север онзахватил этотучасток правойстороной, судяпо смене ветра, и вращение унего былоциклональное, т.е. против часовойстрелки, еслисмотреть сверху.Вертикальнаясоставляющаявихря быланеобычайновелика. Сорванныекрыши зданийлетели в воздухе, как клочьябумаги. Былидаже разрушеныкаменные стены.В Карачаровоснесена половинаколокольни.Вихрь сопровождалсястрашным гулом; его разрушительнаяработа продолжаласьот 30 с до 1-2 мин.Треск валившихсядеревьев заглушалсяревом вихря.

В некоторыхместах завихренныедвижения воздухаотчетливо видныпо характерубурелома, нов большинствеслучаев сваленныедеревья дажена небольшихпространствахлежали вовсевозможныхнаправлениях.Картина разрушениймосковскогосмерча оказаласьочень сложной.Анализ егоследов заставилсчитать, что29 июня 1904 г. черезМоскву промчалисьнесколькосмерчей. Вовсяком случаепо характеруразрушенийможно отметитьсуществованиедвух воронок, одна из которыхдвигалась внаправленииЛюблино — Рогожскаязастава — Лефортово- Сокольники- Лосиноостровская-Мытищи, а вторая — Беседы- Грайвороново- Карачарово- Измайлово — Черкизово.Ширина путиобеих воронокбыла от ста дотысячи метров, но границыпутей быличеткими. Строенияна расстояниинесколькихдесятков метровот границ путиоставалисьнетронутыми.

Сопровождавшиеявления такжехарактерныдля сильныхсмерчей. Когданадвигаласьворонка, становилосьсовершеннотемно. Темнотесопутствовалстрашный шум, рев и свист.Зафиксированыэлектрическиеявления необыкновеннойинтенсивности.Из-за частыхразрядов молнийпогибло двачеловека, несколькополучили ожоги, возникалипожары. В Сокольникахнаблюдаласьшаровая молния.Дождь и градтакже имелинеобыкновеннуюинтенсивность.Градины с куриноеяйцо отмечалисьнеоднократно.Отдельныеградины имелиформу звездыи весили 400-600 г.

Особенновелика разрушительнаясила смерчейв садах, паркахи лесах. Вотчто писал “Московскийлисток” (1904,№170).У Черкизово“… вдруг черноеоблако совершенноопустилосьна землю инепроницаемойпеленой закрыломитрополичийсад и рощу. Всеэто сопровождалосьстрашным шумоми свистом, ударамигрома и беспрерывнымтреском падающегокрупного града.Раздалсяоглушительныйудар, и на террасуупала громаднаялипа. Падениеее было чрезвычайностранно, таккак она попалана террасучерез окно итолстым концомвперед. Ураганперебросилее по воздухуна 100 м. Особеннопострадалароща. В три-четыреминуты онапревратиласьв поляну, сплошьпокрытую обломкамиогромных берез, местами с корнемвырванных изземли и переброшенныхна значительныерасстояния.Кирпичнаяограда кругомрощи разрушена, причем некоторыекирпичи отброшенына несколькосажен”.

Сноу Д.Т. Торнадо //В мире науки, 1984, №6. С.44-54.

Наливкин Д.В. Смерчи. М.: Наука, 1984.

Кушин В.В. Смерч. М.: Энергоатомиздат, 1993. 127 с.

Железовский Б. Хрестоматия по природоведению. – Саратов: Регион. Приволж. изд-во «Детская книга», 1995. – 352 с.

www.ronl.ru

Реферат Безопасность жизнедеятельности Смерч

Выполнил студент

Саратов 2001

Измеряемая величина

Минимальное значение

Максимальное значение

Высота видимой части смерча

10-100 м

1,5-2 км

Диаметр у земли

1-10 м

1,5-2 км

Диаметр у облака

1 км

1,5-2 км

Линейная скорость стенок

20-30 м/с

100-300 м/с

Толщина стенок

3 м

-

Пиковая мощность за 100 с

30 ГВт

-

Длительность существования

1-10 мин

5 час.

Путь

10-100 м

500 км

Площадь разрушения

10-100 м2

400 км2

Максимальная масса поднятых предметов

-

300 т

Скорость перемещения

0

150 км/ч

Давление внутри смерча

-