Галина Железняк - Загадочные явления природы

По классификации, введенной Бофортом в 1802 году, шторм — это тропический циклон со скоростью ветра более 17 м/с, ураган — ветер рвет паруса, его скорость больше 33 м/с, главный ураган — скорость свыше 50 м/с (около 200 км/ч). Максимальная скорость ветра в урагане доходила до 550 км/ч. Американский исследователь У. Редфилд собрал первые сведения об ураганах Атлантического океана и правильно описал их как единые спиральные структуры (1831). Он же предложил первую (циркуляционную) модель тропических циклонов. Их систематическое исследование, положившее начало попыткам обуздать ураганы, стало возможным только в XX веке, а наиболее полно их начали исследовать во второй половине XX века, с запуском искусственных спутников. Наблюдения с них позволили проследить эволюцию развития урагана с момента его зарождения и выявить пути следования. В настоящее время работает разветвленная служба слежения за ураганами.

Разрушительные ураганы с многочисленными жертвами бывали и раньше. Но череда страшных атлантических ураганов, материальные потери от которых исчисляются миллиардами долларов, а жертвы — сотнями и тысячами жизней, пришлась на наше время, конец прошлого — начало нынешнего века: Hugo (1989), Andrew (1992), Opal (1995), Mitch (1998), Georges (1998), Charlie, Frensis, Ivan, Jeanny — 2004. В 2005 году прошел двадцать один ураган, среди которых особенно разрушительными стали Katrina, Rita, Sten, Vilma, затопившие Новый Орлеан и уничтожившие нефтяные платформы в Мексиканском заливе. В последнее время наблюдаются цепочки ураганов, следующих друг за другом по одному пути, что указывает на возможность множественной генерации тропических циклонов, на режим супертайфуна, охватывающего заметную часть экватора.

Модели и теории

Условия образования тропического циклона, перерастающего в ураган, хорошо известны. Он возникает там, где температура воды высока (не менее 26 °C). Это первое необходимое условие обеспечивает сильное испарение с поверхности океана, насыщение вихря водяным паром. Второе условие менее прозрачно, но столь же необходимо — малый градиент (перепад) скорости ветра по высоте вихря, который поддерживает конвективные облачные ячейки (его энергетические «батарейки») и не дает циклону распасться на мелкие вихри.

Известен ряд сопутствующих факторов: резкий температурный контраст поверхности океана, скопление кучевых облаков и т. д. Подмечены корреляции ураганов с другими погодными явлениями: циркуляцией ветров в стратосфере, дождями в Западной Африке, явлением Эль-Ниньо (загадочным потеплением воды в Тихом океане).

В разное время создавались модели развития ураганов, вначале феноменологические, позднее — физически обусловленные, основанные на известных процессах теплообмена между атмосферой и океаном. Удивительно, но лучше всего согласуются с наблюдениями модели «среднего уровня», описывающие поведение вихря не слишком подробно, но и не очень грубо. Изощренные модели упускали, видимо, какую-то важную «деталь», которая в простых представлениях незримо присутствовала. В целом модели давали правильный ход развития уже возникшего шторма, увеличения его энергии и разрушительной силы.

Ураган — это автономно развивающаяся термодинамическая система, в которой имеются два температурных уровня: высокий (температура океана) и низкий (верхнего слоя тропосферы), а также теплоноситель — водяной пар. Энергия черпается из тепловой энергии океана и потенциальной энергии высотной неустойчивости атмосферы, переходящих в кинетическую энергию вихря. Пока ураган движется над океаном, его сила нарастает, но, выйдя на сушу, он теряет связь с энергетическим источником и быстро, за несколько дней, затухает, успев, однако, наломать немало дров. Разрушительная сила урагана не только в его огромной скорости и мощи ветра, но и в обилии влаги, вызывающей проливные дожди, наводнения, сели, обвалы.

Сценарий развитого шторма, перерастающего в ураган, а затем — в главный ураган, хорошо «работает», то есть достаточно правильно описывает реальные явления. Остается непонятым, почему ураганы образуются в строго определенных местах (атлантические — у берегов Западной Африки, тихоокеанские — в районе Филиппин и Индонезии) и в особые моменты времени, тогда как в другое время те же по виду тропические циклоны не становятся ураганами. До сих пор не понят механизм возникновения циклона, в котором начинает автоматически работать «машина Карно». По-видимому, нужна начальная встряска, некий пусковой механизм, порождающий первичный автономный вихрь.

«Стратегия сдерживания»

В 1980-х годах, после того как были выявлены условия генерации ураганов и созданы адекватные модели их развития, предпринимались попытки всей силой техники обуздать ураганы или хотя бы снизить их угрозу — истощить на подходе к населенным местам, увести в сторону. Глаз урагана — центральную часть вихря диаметром 20–50 километров, окаймленную плотной стеной облаков и хорошо видную на снимках из космоса, — обстреливали мощными зарядами.

Вблизи Флориды, Луизианы, Техаса, куда обычно залетали разбушевавшиеся вихри, на них сбрасывали йодистые препараты с целью вызвать искусственное выпадение осадков, как это делается с дождевыми облаками на подступах к Москве в дни праздников. Лишенный водяного пара, ураган должен был потерять и свою механическую силу. Эти меры ничего не дали. На пути урагана ставили срочно доставляемые от берегов Гренландии айсберги, надеясь «охладить» его пыл. Ураган проносился, не задерживаясь и не замечая преград. Слишком слабы были эти «уколы» для вихря, энергия которого составляла около 10 17джоулей с фронтальной плотностью порядка 100 Дж/см 2.

Лобовая атака американских ВВС на ураганы, названная программой «Storm Fury» («Ярость бури»), продолжалась двадцать лет — с 1963 по 1983 год и окончилась полной неудачей. Но стало ясно, что перспективный путь борьбы с ураганами — изучение их свойств и более тщательное прогнозирование с помощью космических средств. В дело пошли специализированные метеоспутники, ведущие наблюдения с геостационарных и низких орбит.

Связь с солнечной активностью

Частота ураганов непостоянна, их активность то затухает, то повышается. Как и другие погодные явления, ураганы могут инициироваться Солнцем.

Мы живем около спокойной, но все же живой, активной звезды, дыхание которой ощущаем по многим проявлениям, называемым солнечной активностью. Известен ее 11-летний цикл, характеризуемый числом темных пятен на диске Солнца (числа Вольфа (W), публикуемые Европейским центром солнечных данных, Цюрих, Брюссель). Временная зависимость среднегодовых чисел Вольфа показывает переменность солнечной активности, воспроизведенной по архивным данным (1611–1850), отдельным наблюдениям (1750–1850) и непрерывному мониторингу Солнца (1850–2000). Параметр W отражает процесс генерации магнитных полей во внешней турбулентной зоне Солнца. Восходящие потоки горячей плазмы, накладываемые на дифференциальное вращение Солнца (на разных широтах оно вращается с разной скоростью), ответственны за все внешние проявления светила: грануляцию фотосферы с ее особенностями (факелы, флокулы, протуберанцы), хромосферные вспышки, излучение короны, солнечный ветер, потоки ускоренных частиц.