Циклоны средних широт, тропические циклоны
(ураганы, тайфуны)
Для циклонов средних широт (ураганы) характерен диаметр порядка 1000 км, максимум 4000 км, существуют они до 3–4 недель, за которые проходят расстояния до 10 тыс. км, в том числе до 5–7 тыс. км над сушей со скоростью обычно 30–40 км/ч, редко до 100 км/ч. Над Северной Атлантикой циклоны рождаются круглый год и движутся в Евразию. Ежегодное их число – несколько сотен, но лишь в единичных циклонах скорость ветра достигает ураганной на побережьях Западной Европы и снижается до штормовой в Восточной Европе; на дальнейшем пути они проявляются в виде обильных осадков. Наиболее вредоносны циклоны в зимнее время, когда, помимо прочего, они сопровождаются тяжелыми снегопадами. Длительность штормового ветра при прохождении циклонов в Евразии – от немногих часов до трех суток в Западной Европе.
По среднему многолетнему числу создаваемых ими стихийных бедствий ураганы занимают второе место после наводнений; по числу жертв – первое место (в 1947–1977 гг. – почти 70 % жертв), лишь в отдельные периоды, уступая его иным видам природных ЧС; по наибольшей разовой величине экономического ущерба (десятки млрд долл.) ураганы входят в ведущую группу чрезвычайных ситуаций вместе с наводнениями, землетрясениями, засухами. Число жертв при ураганах достигает сотен тысяч (300 тыс. в Бангладеш, 1970 г., когда гребни волн достигали отметок 50 м, и было залито более 2/3 площади страны), чаще измеряется сотнями – тысячами в густонаселенной Азии, десятками – сотнями в других районах.
Ураган – ветер большой разрушительной силы и значительной продолжительности. Ураган – атмосферные вихри больших размеров со скоростью ветра до 120 км/ч, а в приземном слое – до 200 км/ч. Скорость ветра является важной характеристикой урагана, которая для удобства выражается в баллах (табл. 3.2). Важными характеристиками, необходимыми для прогнозирования ураганов, являются скорость и путь перемещения циклона, являющегося источником ураганного ветра.
Ураганы обусловлены некоторой неустойчивостью атмосферы, связанной с притоком теплого влажного воздуха. Восходящее его движение приводит к конденсации влаги в верхних слоях атмосферы и образованию центра урагана. Считается, что возникновение урагана связано с наличием области низкого давления, а его поддержание – с некоторым постоянным источником энергии, который представляет влажный воздух, поднимающийся над водной поверхностью. Выделяющееся при конденсации воды тепло питает ураганы энергией.
Разрушительное действие ураганов определяется, в основном, энергией скорости ветра, т. е. скоростным напором (g), пропорциональным произведению плотности атмосферного воздуха (ρ) на квадрат скорости (v2) воздушного потока (g = 0,5ρv2).
Максимальное нормативное значение ветрового давления для территории России составляет 0,85 кПа, что при плотности воздуха 1,22 кг/м3 соответствует скорости ветра
м/с (134 км/ч).
Для сравнения: приведем расчетные значения скоростного напора, использованные при проектировании атомной станции в районе Карибского бассейна: для сооружений I категории – 3,44 кПа, II и III категории – 1,75 кПа и для открытых установок – 1,15 кПа.
Таблица 3.2
Шкала ветров
| Баллы | Скорость ветра | Характеристика ветра (название ветрового режима) | Признаки | |
| м/с | км/час | |||
| Штиль (полное затишье) | Дым идёт прямо | |||
| 0,9 | 3,24 | Тихий | Дым изгибается | |
| 2,4 | 8,64 | Лёгкий | Листья шевелятся | |
| 4,4 | 15,84 | Слабый | Листья двигаются | |
| 6,7 | 24,12 | Умеренный | Листья и пыль летят | |
| 9,3 | 33,48 | Свежий | Тонкие деревья качаются | |
| 12,3 | 43,30 | Сильный | Качаются толстые ветки | |
| 15,5 | 55,8 | Крепкий | То же | |
| 19,1 | 68,8 | Буря | Стволы деревьев изгибаются | |
| 22,9 | 79,41 | Шторм, буря | Ветви ломаются | |
| 26,4 | 95,0 | Сильный шторм | Черепица и трубы срываются | |
| 30,5 | Жестокий шторм | Деревья вырываются с корнем | ||
| 34,8 | Ураган | Везде повреждения | ||
| 39,2 | Сильный ураган | Большие разрушения | ||
| 43,8 | Сильный ураган | Большие разрушения | ||
| 48,6 | Жестокий ураган | Большие разрушения | ||
| 53,6 | Жестокий ураган | Большие разрушения | ||
| > 58 | < 200 | Жестокий ураган | Большие разрушения |
Большую опасность представляет действие обильных дождевых осадков. Как правило, действие урагана сопровождается сильными ливнями, иногда опаснее его самого. Велика также разрушительная сила ударов от предметов, уносимых ураганным ветром. Разрушения и человеческие жертвы связаны также со штормовыми волнами, обрушивающимися на прибрежные участки суши. Основными разрушительными факторами урагана являются высокая скорость ветра, скоростной напор воздушного потока, его сила и продолжительность. На величину ущерба оказывают влияние также огромные массы приливных вод на морском побережье и продолжительные ливневые дожди, вызывающие обширные наводнения. Частотным анализом годового числа ураганов установлена возможность его описания распределением Пуассона
, (3.1)
где ƒ(х) – функция распределения; x – ежегодная частота; µ – средняя ежегодная частота (для всех ураганов Атлантического побережья США µ = 2).
Функция распределения (3.1) вероятностей образования урагана может быть положена в основу прогноза риска возможных разрушений. Непосредственная опасность надвигающегося урагана может фиксироваться слежением за его перемещением радиолокаторами, а также спутниками, что позволяет определить направление движения путем краткосрочного прогноза.
Пути движения тропических циклонов с ураганным ветром определяются вращением Земли и местными условиями. Вращение Земли придаёт им вид параболы, всегда открытой на восток. Движется циклон как единое целое, независимо от его системы ветров. Движение циклона определяется движением его центра.
Во время холодной погоды бывают зимние метели, представляющие проявление циклонов (зона низкого давления). Крупные скопления снега, сопровождаемые сильным ветром, могут затруднить или парализовать движение автотранспорта.
В пустынях сильные ветры являются причиной пыльных и песчаных бурь. В течение песчаной бури, возможно, нарушение нормального электрического поля в атмосфере.
Имеющиеся в настоящее время средства позволяют зафиксировать возникновение, развитие, перемещение урагана. Правильное определение времени подхода урагана к данному району имеет решающее значение для своевременного проведения мероприятий, направленных на обеспечение безопасности населения и на уменьшение возможного ущерба.
Приближение урагана характеризуется резким падением атмосферного давления. Кроме того, источником информации о надвигающемся урагане являются сообщения о направлении и скорости его движения, передаваемого из тех районов, где он набрал полную силу. Эта информация служит основой для уточнения прогноза гидрометеоцентров.
Прогнозирование последствий урагана возможно лишь на основании прогноза пути движения и основных характеристик урагана, зная которые можно заранее оценить возможные разрушения зданий, сооружений, опор линий электропередач, мостов и т. п. Заблаговременность прогноза ураганов, как правило, невелика и измеряется часами. Долговременные прогнозы, осуществляемые на основе данных о ранее происшедших ураганах, отличаются небольшой точностью.
Тропические циклоны (тайфуны) отличаются от среднеширотных меньшими размерами, меньшим давлением в центре, большим запасом влаги, более сильными ветрами. Скорость в 3/4 тропических циклонов достигает штормовой, в 10–40 % – ураганной. Диаметр зоны с ураганными скоростями ветра в атлантических тропических циклонах 20–150 км, в тихоокеанских 20–200 км, редко до 300 км, диаметр зоны штормовых ветров и ливней 100–400 км, максимум до 600 км в атлантических, 200–900 км и до 1500 км в тихоокеанских циклонах.
В урагане диаметром 700 км ежесекундно выделяется энергия, эквивалентная взрыву пяти атомных бомб хиросимского типа, а за сутки эквивалентная той, которую выработала бы Братская ГЭС за тысячелетие. Тропические циклоны смещаются со скоростью 400–700 км/сут., существуют 5–15 дней, максимум до 5 недель, проходят за это время до 15–20 тыс. км, в том числе над сушей до 500 км, реже до 2000–2500 км, максимум – до 4000 км (от Мексиканского залива в Канаду). В Северной Америке и Евразии разрушительные ураганы могут проникать до 60° с. ш., иногда до 70° с. ш. Продолжительность штормовых и ураганных ветров над некоторой точкой побережья – от немногих часов до 4 суток.
Тропические циклоны зарождаются над поверхностью океанов преимущественно в полосах между широтами 5 и 30°, при температуре поверхности воды не ниже 27°. Ежегодно возникает около 50 тропических циклонов, достигающих ураганной силы, в том числе около 20 в западной части Тихого океана с движением циклонов к восточным берегам Азии, вплоть до Камчатки, 14 – в Индийском океане с движением к южным берегам Азии и восточным берегам Африки, 7–8 – в Атлантике с движением к берегам Центральной Америки и США, вплоть до полуострова Лабрадор, 6 – в восточной части Тихого океана с движением к западным берегам США. От года к году число тропических циклонов, зарождающихся в каждом районе, колеблется в пределах 50 %, среднее за ряд лет – в пределах 30 % с приблизительно 11-летней и более длинной ритмичностью.
Территории России разрушительные циклоны Атлантики достигают относительно редко. Наиболее сильное воздействие западных циклонов проявляется в обильных осадках, ливневых наводнениях, буранах, снегозаносах и ощущается преимущественно в европейской части страны. Случаются жертвы: разовый экономический ущерб достигает многих десятков миллионов рублей (в ценах 1980-х г.). Камчатка, Сахалин, Курильские острова в Приморье посещаются сильными тайфунами раз в несколько лет, слабыми – до 2–4 раз в год. Рекордная скорость ветра во Владивостоке – 65 м/с, довольно частая – более 40 м/с.