Глаз шторма что это
Что такое ураган и почему «Харви» так опасен: ярость природы
Ежедневно мы узнаем все больше печальных новостей о том, как мощный ураган «Харви», свирепствующий на территории Мексиканского залива, вызывает все больше разрушений и уносит всевозрастающее число человеческих жизней. Ураганы, тайфуны — все это практически незнакомо жителям средней полосы, а потому мы решили рассказать вам о том, что же на самом деле представляет собой это стихийное бедствие.
Что такое ураган
У термина «ураган» есть два основных значения. Во-первых, ураган — это шторм, то есть очень сильный ветер, скорость которого превышает 30 м/с. Часто такие штормы сопровождаются сильными волнениями на море или океане. Однако нас интересует второе, более узкое и привычное значение, согласно которому ураган — это погодная система низкого давления. Она возникает над нагретыми участками открытой воды достаточного размера и сопровождается мощными грозами, ливнями и штормами. Из космоса ураган похож на огромную воронку из облаков: он получает энергию от того, что теплый влажный воздух поднимается вверх, после чего влага конденсируется в форме водяного пара и выпадает дождем, а ставший сухим теплый воздух при этом опускается вниз. Ураганы также называют «циклонами с теплым ядром», поскольку принцип действия полярных и внетропических циклонов совершенно иной.
Само слово «ураган» происходит от имени майянского бога ветра — Хуракана. Существует и еще одно популярное название урагана — «тропический циклон». А вот в Японии и на Дальнем Востоке ураганы называют тайфунами. Они возникают и поддерживают свою силу только над поверхностью крупных водоемов, и если ветер снесет ураган на сушу, тот быстро исчерпает себя. Поэтому сильнее всего от стихии страдают именно прибрежные районы, но ливневые дожди, порожденные ураганами, часто вызывают обширные наводнения даже на расстоянии 40 км от берега.
Несмотря на то, что тропические циклоны часто наносят огромный ущерб инфраструктуре, абсолютным злом их назвать нельзя. Во-первых, именно благодаря ураганам в некоторых районах Земли прекращается засуха и возобновляется растительный ландшафт. Во-вторых, тропические циклоны переносят большое количество энергии от экваториальных широт в направлении умеренных, что делает их важной составляющей глобальных процессов циркуляции атмосферы. Это приводит к уменьшению температуры на различных участках поверхности планеты, так что она избегает перегрева и сохраняет стабильно-умеренный климат.
Тайна «глаза» урагана, которую по сей день не могут разгадать ученые
Именно поэтому метеорологам приходится внимательно следить за «глазами» ураганов. Эти странные явления дают бесценную информацию о том, насколько сильными и разрушительными будут ураганы и какие регионы пострадают от них больше всего. И все же, несмотря на интенсивное внимание как к самым ураганам, так и к тайнам их «глаз», исследователям сложно понять, как они формируются. В статье, опубликованной в 2006 году, было дано около сотни объяснений того, как образуются «глаза» ураганов, но многие из них явно противоречат друг другу, поэтому финальную точку в этом вопросе все еще предстоит поставить.
Однако новая статья, опубликованная 12 января в журнале Physical Review Fluids, проливает немного света на этот вопрос.
Сложности моделирования процесса образования «глаза» урагана
Авторы статьи пишут, что выяснить природу образования «глаза» и смоделировать его очень сложно, так как внутренняя структура ураганов и других циклонов зависит от нескольких сил и явлений, и при этом все они очень сложные и плохо изученные. Ученым все еще не удается понять, как взаимодействуют эти сложные системы.
Несмотря на то что внешне все «глаза» ураганов похожи, ученые даже не смогли определить, действительно ли одни и те же механизмы отвечают за разные классы атмосферных вихрей. Учитывая отсутствие этого фундаментального понимания, невозможно с уверенностью определить правила формирования этих «глаз».
Модель атмосферного циклона
Несмотря на все сложности работы, исследователям удалось создать, по их словам, самую сложную модель атмосферного циклона, которую они описали в статье, опубликованной в Journal of Fluid Mechanics в январе 2017 года.
В статье 2018 года ученые писали, что моделирование «глаза» циклона требует особой осторожности. Также они подчеркнули, что при создании их модели не были учтены такие существенные характеристики атмосферных вихрей, как вертикальная стратификация температуры воздуха, изменяющаяся анизотропная вязкость вихря, а также скрытое тепловыделение из-за конденсации водяного пара.
Тем не менее ученые называют свою модель разумным, но упрощенным аналогом тропического шторма, который может формироваться в реальных условиях.
При каких условиях формируется «глаз» урагана?
Благодаря своей модели исследователи обнаружили, что «глаз» урагана не может сформироваться без соблюдения четырех граничных условий. Вот они:
Важным моментом здесь является то, что глаз циклона образуется при правильном балансе внутреннего трения шторма, его скорости и силы вращения Земли, которая действует на шторм (по крайней мере, в этой упрощенной модели, созданной учеными).
Исследователи подчеркивают, что полученные ими результаты не в полной мере позволяют ответить на вопрос, почему в ураганах формируются «глаза», поскольку в созданной ими модели не были учтены слишком многие факторы. Кроме того, существует вероятность, что в реальности ураганы формируются совсем не так, как в случае моделирования. Также их модель не охватывает другие формы атмосферных циклонов, к примеру торнадо.
Перспективы нового исследования
Так есть ли польза от этого исследования? Ученые пишут, что оно позволяет определить, в каком направлении двигаться дальше, чтобы изучить образование «глаз» циклонов, поскольку отвечает на некоторые основные вопросы об ураганах. А именно: почему они формируются именно так, а не иначе, и что позволит метеорологам лучше прогнозировать поведение штормов?
Загадка штормгласса — домашней метеостанции на элементной базе начала XIX века
Статьи про изготовление и использование домашних метеостанций публикуют на Гиктаймс регулярно. Я решил не отставать от тренда и тоже написать рассказ о метеостанции, которая висит у меня за окном — о штормглассе.
Если кратко, то штормгласс — это колба с раствором камфоры, использовавшаяся для наблюдения за погодой в XIX веке. Информации в сети о нём немало — но описания принципа работы обычно сводятся к эзотерическому «не получил полного научного объяснения». Несколько лет назад я прочитал о штормглассе, заинтересовался, сделал себе такой, несколько дней экспериментировал дома, потом повесил склянку за окно и уже второй год наблюдаю за её поведением в реальных условиях.
Такие штормглассы продают на ebay — кристаллы выглядят красиво, но по их виду я могу сказать, что штормгласс использовался вхолостую, и погоду сейчас не показывает.
Объяснение принципа работы оказалось невероятно простым, а сам прибор — достаточно чувствительным, чтобы я мог, глянув на него, понять, как нужно одеваться, выходя из дома.
Штормгласс известен во многом благодаря капитану Фицрою, тому самому, который возил Дарвина в кругосветное путешествие. В двух словах, штормгласс — это раствор камфоры в разбавленном спирте, с добавками неорганических солей. Раствор нестабилен, и при изменении погодных условий из него выпадают кристаллы камфоры, по количеству и форме которых можно судить о погоде.
Внятных объяснений принципа работы штормгласса я в интернете не нашёл, но, в целом, было понятно, что основные «действующие факторы» погоды — температура, давление, влажность, инсоляция, а также, возможно, что-нибудь вроде электромагнитного поля. Известно, что в старых метеостанциях штормглассы обычно представляли собой запаянные колбы, а значит, давление и влажность они измерять не могли. В видимой части спектра раствор штормгласса прозрачен, а ультрафиолет стеклянная колба пропускает плохо, поэтому реакция на солнечный свет тоже маловероятна. Исключить влияние на раствор электромагнитных полей или неизвестных науке факторов было сложнее — но мне, всё же, казалось, наиболее вероятным, что штормгласс реагирует на колебания температуры.
Мой штормгласс показывает, что сейчас прохладно и постепенно холодает.
Обо всём этом я размышлял ещё до изготовления своей склянки. Первые же эксперименты показали мою правоту. Дело в том, что растворимость камфоры в смеси спирта и воды сильно зависит от температуры: достаточно чуть подогреть раствор, и он станет прозрачным, достаточно охладить его — и вся колба наполнится белыми хлопьями камфоры. Заодно стал понятен и принцип, по которому подбирался состав раствора: соотношение количеств спирта и воды взято такое, чтобы в тёплую погоду большая часть камфоры растворялась, а в холодную — выпадала в осадок; тогда при изменении температуры количество хлопьев камфоры будет изменяться наиболее заметно. Минеральные же соли нужны для того, чтобы повысить плотность раствора; благодаря добавлению этих солей плотность раствора оказывается примерно такой же, что и плотность выпавших кристаллов камфоры — то есть растущие в толще раствора кристаллы не будут тонуть, и их будет видно лучше всего.
В комментариях возник вопрос: «как размер кристаллов связан со скоростью изменения температуры?»
то частицы всегда предпочитают встраиваться в крупные кристаллы (так же, как маленькие капельки воды предпочитают собираться в большие — так энергия поверхностного натяжения меньше). Если температура падает медленно, то молекулы успевают найти большие кристаллы и осесть на них. Если температура падает быстро, то у молекул нет времени найти большие кристаллы, и они осаждаются на первые попавшиеся — и получается много мелких кристалликов на дне. А если холодает совсем уж резко, то молекулы вообще не ищут кристаллы, а сливаются друг с другом, и возникает взвесь кристалликов камфоры в растворе.
Кстати, если потом долго ждать, то со временем молекулы могут перегруппироваться в крупные кристаллы — с этим связан рост кристаллов сахара в варенье, описанный в комментариях, и то, что весенний снег состоит не из снежинок, а из крупных кусочков льда.
Конечно, для полноценного предсказания погоды одного наблюдения за динамикой температуры недостаточно — собственно, с этой задачей не очень хорошо справляются даже современные метеорологи, имеющие мощнейшие компьютеры и сеть метеорологических станций, опутавшую всю планету. Но в условиях начала XIX века, когда даже банальнейший термограф казался высокотехнологичным прибором — и в условиях моря, когда термограф нужно было как-то защищать от корабельной качки, — функции штормгласса оказывались востребованными.
Теперь немного про изготовление штормгласса:
За основу я взял рецепт из Википедии:
10 г камфоры (D-изомера или натуральной)
2,5 г калийной селитры
2,5 г нашатыря
33 мл дистиллированной воды
40 мл спирта.
Ещё один штормгласс с красивыми кристаллами. Если ваш будет стоять в комнате, а не висеть за окном, то в нём может вырасти что-то похожее.
«Условно» — потому, что его стоит ещё и откалибровать под вашу погоду. Это немного занудно, но тоже несложно: возьмите получившуюся смесь, медленно нагрейте её до той температуры, которую вы хотите сделать максимальной рабочей температурой — например, до такой, какую в умеренно жаркий летний день показывает висящий за вашим окном термометр. Теперь добейтесь того, чтобы на дне ёмкости со смесью осталось совсем немного камфоры: если камфора растворилась вся, при постоянном перемешивании добавляйте к раствору по каплям воду — пока на дне не появится немного осадка; учтите, что осадок будет выпадать с каждой каплей, но до какого-то момента он будет растворяться при перемешивании. Если осадка слишком много — наоборот, добавляйте спирт.
Наверное, можно также откалибровать раствор и по плотности, но небольшое отклонение плотности от требуемой мало влияет на работу штормгласса, поэтому я обошёлся без этого этапа.
Всё! Раствор готов! Залейте его в склянку с притёртой пробкой (оставьте в склянке немного воздуха, чтобы раствор мог расширяться при нагревании), запечатайте герметиком (рекомендую взять силиконовый — раствор достаточно активен, и вакуумную смазку, например, растворил у меня за год, ещё и пожелтел, в результате), повесьте за окном рядом с термометром — и следите за растущими и растворяющимися кристаллами.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Где-то во второй половине 1820-х годов британский морской офицер Роберт Фицрой разработал и описал необычный метеорологический прибор, известный как штормгласс. Эффективность его не доказана и по сей день, но купить его можно.
История вкратце такова.
Роберт Фицрой, аристократ, морской офицер, выпускник Королевского военно-морского училища в Портсмуте в октябре 1828 года был назначен капитаном знаменитого судна «Бигль» — исследовательского барка, принявшего участие в четырёх гидрографических экспедициях. В третьей экспедиции принимал участие сам Чарльз Дарвин — исследования, сделанные в ходе этого плавания, легли в основу многих научных работ великого учёного.
Фицрой учёным не был — он был в первую очередь моряком, причём на момент вступления в должность очень юным, ему исполнилось всего 23 года. При это он показал себя блестящим капитаном и очень инициативным человеком — собственно, приглашение на борт натуралиста Дарвина произошло именно с лёгкой руки Фицроя (это была кругосветная экспедиция 1831−1836 годов).
Живо интересуясь природными явлениями, Фицрой, поступив на «Бигль», задался идеей построить предсказывающий изменения морской погоды прибор — достаточно компактный, чтобы работать на корабле. И он его построил.
Штормгласс Фицроя представляет собой герметично запаянную стеклянную колбу, внутри которой находится смесь различных химических компонентов: дистиллированной воды (33 мл), этанола (40 мл), нитрата калия (2,5 г), хлорида аммония (2,5 г) и камфоры (10 г). Эта смесь по наблюдениям Фицроя оказалась крайне чувствительна к изменениям температуры, влажности, давления. Свои наблюдения за содержимом сосуда он описал в одной из последующих работ (впоследствии Фицрой стал главой Департамента метеорологии и в 1862 году опубликовал знаменитейшую «Книгу о погоде»).
По наблюдениям Фицроя поведения смеси выглядело следующим образом:
— она была чистой, прозрачной и жидкой при светлой, солнечной, штилевой погоде;
— она мутнела, если погода была облачной;
— в ней образовывались отдельные точки помутнения, если за бортом был туман;
— жидкость была мутной и с отдельными точками застывания перед грозой;
— если точки застывания были в прозрачной жидкости, это предвещало снег;
— крупные кристаллические хлопья — к снегопаду;
— иглистые кристаллы предвещали заморозки;
— мутные нити у дна обещали ветреный день.
До сих пор не доказана ни правота Фицроя, ни его заблуждение. Некоторые характеристики штормгласса подтверждаются современными исследованиями, некоторые — нет. Штормгласс уже давно не нужен, поскольку погоду мы научились предсказывать более точными устройствами, и этот необычный прибор окончательно стал историческим артефактом. Независимо от того, на какие конкретно погодные условия реагирует состав фицроевое смеси, выглядит это со стороны очень красиво.
А купить такой прибор можно например тут
Глаз бури (око шторма)
Глаз бури (око шторма)
Глаз бури, або офо, бычий глаз — область безоблачного затишья в центре тропического циклона диаметром 20-30 км, а иногда и до 60 км, тогда как кругом бушуют штормовые ветры, ливни и грозы. Образование глаза бури связано с нисходящим движением теплого и сухого воздуха в центре циклонов
Стена ветра и ливня служит изолятором для очень сухого и более тёплого воздуха, опускающегося в центр циклона из верхних слоёв. По периферии глаза бури часть этого воздуха смешивается с воздухом из облаков и благодаря испарению капель охлаждается, тем самым образуя мощный нисходящий вдоль внутренней стороны облаков каскад относительно холодного воздуха.
Повелитель Бурь, согласно японским легендам, имеет вид страшного одноглазого дракона, в своем полете разрушающего все, что попадается на его пути. Это чудовище своим единственным глазом высматривает очередные жертвы.
Можно понять японцев, как никто другой, ощутивших на себе мощь чудовищных тропических циклонов — непрошенных и достаточно частых гостей, вторгающихся на Японские острова. И каждый из этих циклонов, подобно легендарному чудищу, имеет единственный глаз.
В центре тропического циклона действительно находится зона затишья — глаз бури, вокруг которой свирепствует страшный шторм, сильнейший ливень. Этот штилевой центр имеет диаметр 20–30 км, иногда его размеры достигают 60 км. Воздух в этой области неподвижен и нередко существенно теплее, чем в окружающем пространстве, где бушует ветер; относительная влажность сильно понижена.
Небо здесь почти безоблачно или наблюдается легкая разорванная пелена облаков. Не сглаживаемые и не направляемые ветром волны, приходящие в центр со всех направлений, образуют неимоверную толчею, которая представляет очень большую опасность для судов с недостаточной или чрезмерной устойчивостью.
Так, в 1954 году танкер «Магадан» попал в глаз бури. Моряки рассказывали, что было невозможно предусмотреть, в каком направлении следует развернуть судно, чтобы избежать ударов волн — волны обрушивались со всех сторон. В результате на судне были снесены все надстройки, исковерканы все мощные лебедки, антенны и такелаж.
В 1951 году самолет ВВС США произвел разведку глаза тайфуна Мардж. Наблюдатель сообщил:
«Глаз Мардж, достигавший в диаметре 70 км, представлял собой гигантский «Колизей» из облаков, стены которого поднимались, как галереи в огромном оперном театре, до высоты примерно 10,5 км, где облака плавно закруглялись и открывали темно-синее небо. Поверхность моря, за исключением двух круглых отверстий, была закрыта низкими слоисто-кучевыми облаками. Стены глаза с западной стороны были почти вертикальными, облака с восточной стороны напоминали цветную капусту. Лучи утреннего солнца отражались от этих облаков очень интенсивно…»
Попытка американских ученых увидеть с корабля то, что происходит в центре глаза, закончилась трагически. Устаревший крейсер, стальной корпус которого был специально укреплен, проник в самый «зрачок» глаза бури. По радио от них было принято несколько сообщений, из которых одно гласило: «Высота волн достигает 40 метров». Затем операторы радиостанции приняли сигнал SOS, а потом наступило молчание: стихия поглотила людей, бросивших ей вызов.
А вот как описывает свои впечатления о пребывании в глазе тайфуна В. Воронков — в прошлом корреспондент газеты «Рыбак Сахалина», который на рыболовном сейнере «Осторожный» оказался в центре тропического циклона:
«Почти весь экипаж обосновался в кубрике. В рубке находились только Ли Ден Чер, рулевой и я. И хоть небо было черное от туч, шторм не только хорошо ощущался, но и неплохо был виден. Это был не шторм, а танец с саблями.
И вдруг впереди в этой черноте мы увидели белый свет. Вверху в тучах ясно был виден ярко выделенный овал. Из него где-то под углом в шестьдесят градусов вырывались ослепительные лучи… И, что самое странное и удивительное, там, куда они падали, вода была спокойная. Полнейший штиль. Представляете, посреди всей этой свистопляски — огромный круг непотревоженного моря… И эта тихая заводь была прямо у нас по курсу.
Сейнер, словно пинком, выбросило на ровную гладь воды… И тут же пропали звуки…
Сначала я подумал, что у меня что-то случилось со слухом. Но взглянув на капитана и рулевого, понял, что с ними творится то же самое.
Тогда я спустился из рубки и вышел на палубу. Меня окружали оглушительная тишина и яркий свет. Было такое ощущение, что я попал в доисторические времена. Казалось, вот сейчас из моря появится голова какого-нибудь палеозавра.
Я попробовал свистнуть. Воздух вырывался сквозь губы, но уши ничего не слышали. Тогда я крикнул. И снова — тишина. Стало жутко. Тут впереди показались волны, и я поспешил в рубку.
И как только наш сейнер попал в объятия шторма, вновь появились звуки. Мы снова услышали шум дизеля из машинного отделения, рев урагана и свои голоса…
По прибытии на Сахалин я рассказал эту историю старым морским волкам. Они сказали: «Вам, ребята, здорово повезло, что вы вообще вернулись живыми. Вам же довелось побывать в самом центре урагана, в глазе бури».
И тогда я вспомнил рассказы о том, как в океане находили совершенно целые корабли без единого члена экипажа. Может быть, в нашем случае тайфун не дал ту частоту звука, от которой люди сходят с ума и бросаются за борт. По крайней мере, мне ни разу не доводилось видеть человека, который, как я и члены экипажа PC «Осторожный», побывал в глазе тайфуна. Вполне возможно, что люди, оказавшиеся там, испытывали совершенно иные чувства, ощущения и переживания».