Смерч (торнадо)

Смерчи (в англоязычной терминологии торна́до от исп. tornar «вертеть, крутить») - это атмосферный вихрь в виде темного рукава с вертикальной изогнутой осью и воронкообразным расширением в верхней и нижней частях. Воздух вращается со скоростью 50-300 км/ час против часовой стрелки и поднимается вверх по спирали. Внутри потока скорость может достигать 200 км/час. Внутри столба пониженное давление (разрежение), обусловливающее всасывание, поднимая вверх всего встречающегося на пути (земля, песок, вода, иногда очень тяжелые предметы). Высота рукава может достигать 800 — 1500 метров, диаметр — от нескольких десятков над водой до сотен метров над сушей. Длина пути смерча составляет от нескольких сотен метров до десятков километров (40 – 60 км.). Смерч распространяется, следуя рельефу местности, скорость перемещения смерча 50 — 60 км/час.

Смерч возникает в грозовом облаке (в верхней части имеет воронкообразное расширение, сливающееся с облаками) насыщенном заряженными ионами и затем распространяется в виде тёмного рукава или хобота по направлению к поверхности суши или моря. Когда смерч опускается до поверхности земли или воды, нижняя часть его тоже становится расширенной, похожей на опрокинутую воронку. Смерчи возникают как над водной поверхность, так и над сушей, значительно чаще, чем ураганы, обычно в тёплом секторе циклона, чаще перед холодным фронтом. Образование его связано с особо сильной неустойчивостью закономерного распределения по высоте температур атмосферного воздуха (стратификации атмосферы). Он часто сопровождается грозой, дождем, градом, резким усилением ветра.

Смерчи наблюдаются во всех районах земного шара. Чаще всего они возникают в Австралии, Северо-Восточной Африке наиболее распространены в Америке (США), в теплом секторе циклона перед холодным фронтом. Смерч движется в том же направлении, что и циклон. В год их случается более 900, причем большинство их зарождается и приносит наибольший ущерб в «Долине торнадо».

«Долине торнадо» простирается от Западного Техаса до Дакоты на 100 миль с севера на юг и на 60 миль с востока на запад. Тёплый влажный воздух, идущий с севера от Мексиканского залива встречается с сухим, холодным ветром, движущимся с юга из Канады. Начинают образовываться огромные скопления грозовых туч. Воздух резко поднимается вверх внутри облаков, там остывает и спускается вниз. Эти потоки сталкиваются и вращаются друг относительно друга. Возникает грозовой циклон, в котором зарождается смерч.

Классификация смерчей

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 - составной торнадо в Далласе 1957 г. 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. Чаще формируются на воде. Эти воронки немного связаны друг с другом, но бывают и исключения. 

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 (Dessens, 1962) 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). 

Водяные - 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. Также 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. 

С нежные - это снежные торнадо во время сильной метели.

Рис. Смерч и кавитационный шнур за радиально-осевой турбиной и распределения скорости и давления в поперечных сечениях этих вихревых образований.