Ураганы: как образуется ураган, почему он вращается и что такое глаз бури
Ураган образуется, когда скопление гроз стоит над морской водой не холоднее примерно 27 °C (80 °F): тёплый влажный воздух поднимается, пар конденсируется, а выделяющееся тепло втягивает снизу новый воздух. Вращение Земли закручивает этот приток в спираль, и когда устойчивый ветер достигает 119 км/ч (74 миль/ч), буря становится ураганом, в центре которого обычно открывается спокойный глаз шириной 30–65 км.
Тот, кто спрашивает, как образуется ураган, обычно ждёт простую цепочку причин и следствий. Она короткая: тёплое море, поднимающийся воздух, вращение и буря, которая сама себя подпитывает. В этом материале шаги идут по порядку, даны пять категорий со скоростями ветра и объяснено, почему большинство возмущений до урагана не дорастает. Чтение займёт около пяти минут.
Главные идеи
- Урагану нужны тёплая океанская вода (не холоднее примерно 27 °C), влажный неустойчивый воздух, уже существующее скопление гроз и небольшое изменение ветра с высотой.
- Двигатель урагана — тепло: когда морской пар превращается в облако, выделяющееся тепло заставляет воздух подниматься быстрее и втягивает новый воздух у поверхности.
- Вращение Земли (сила Кориолиса) закручивает приток в спираль: против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой в Южном, поэтому прямо на экваторе бури не возникают.
- Буря становится ураганом при устойчивом ветре 119 км/ч (74 миль/ч); у шкалы Саффира — Симпсона пять категорий, и пятая начинается с 252 км/ч (157 миль/ч).
- Над сушей или холодной водой ураган теряет топливо и слабеет за день-два, но нагонная волна и ливни остаются опасными.
Короткий ответ: тепловой двигатель на тёплой морской воде
Представьте ураган как двигатель, топливо для которого — тёплое море. По данным NOAA, температура воды должна быть не ниже примерно 27 °C (80 °F), причём тёплый слой должен быть глубоким, около 50 метров: тогда ветер самой бури не поднимет холодную воду снизу и не выключит двигатель. Вода испаряется, и влажный воздух поднимается.
Наверху пар остывает и конденсируется в облако, а при конденсации выделяется тепло. Оно нагревает окружающий воздух, и тот поднимается ещё быстрее, а у поверхности на его место устремляется новый воздух. По пути он набирает над морем ещё больше пара, и цепочка замыкается. Поэтому ураган питается не столько тёплым воздухом, сколько теплом, которое пар уносит из океана.
Но тепло — только топливо. NOAA называет и остальные условия: исходное возмущение, например тропическая волна или группа гроз; неустойчивая атмосфера с влажным воздухом на средних высотах; расстояние до экватора не меньше примерно 300 км (200 миль); и слабый вертикальный сдвиг ветра, то есть скорость и направление ветра почти не меняются с высотой. Сильный сдвиг срывает верхушку молодой бури.
Шаг за шагом: от грозы до урагана
Многие атлантические бури начинаются как тропическая волна — гряда гроз, уходящая от берегов Африки. Большинство таких волн затухает. Если условия сохраняются, ветер у поверхности начинает кружить вокруг центра низкого давления, и скопление становится тропической депрессией с устойчивым ветром меньше 63 км/ч (39 миль/ч).
При 63 км/ч система уже тропический шторм и получает имя из списка Всемирной метеорологической организации. При 119 км/ч (74 миль/ч) это ураган. Вращение даёт сама Земля: воздух, текущий к центру низкого давления, отклоняется силой Кориолиса и идёт не прямо, а по кривой. В Северном полушарии циркуляция направлена против часовой стрелки, в Южном — по часовой.
Тот же эффект объясняет, почему ураганы почти не возникают вблизи экватора. Там отклонение слишком слабое, чтобы запустить спираль, поэтому буре нужно отойти от экватора хотя бы на несколько градусов широты.
Глаз, стена глаза и пять категорий
По мере уплотнения бури самые сильные ветры и ливни собираются в стене глаза — кольце высоких грозовых облаков. В центре воздух опускается, и открывается ясный спокойный глаз, обычно шириной 30–65 км. Когда глаз проходит над городом, наступает короткое затишье, а затем приходит дальняя сторона стены глаза с ветром в обратную сторону.
Шкала ураганных ветров Саффира — Симпсона оценивает ураган по устойчивому ветру: 1-я категория — 119–153 км/ч (74–95 миль/ч), 2-я — 154–177, 3-я — 178–208, 4-я — 209–251, 5-я — от 252 км/ч (157 миль/ч). Категории 3, 4 и 5 называют сильными ураганами.
Шкала оценивает только ветер. Она ничего не говорит о ливнях и о нагонной волне, то есть о воде, которую море выталкивает на берег, а они могут навредить больше ветра. Ураган, тайфун и тропический циклон — три названия одной бури: ураган над Северной Атлантикой и северо-востоком Тихого океана, тайфун над северо-западом Тихого океана, тропический циклон над Индийским океаном и югом Тихого.
Почему большинство бурь не вырастает, а остальные затухают
Многие возмущения не становятся ураганами: их останавливает сухой воздух, сдвиг ветра или более холодная вода. По климатологии NOAA за 1991–2020 годы в среднем сезон в Атлантике приносит 14 именованных штормов, из которых 7 вырастают до ураганов и 3 — до сильных ураганов. Атлантический сезон идёт с 1 июня по 30 ноября, а пик приходится примерно на 10 сентября, когда море успело прогреться за всё лето.
Ураган, зашедший на сушу или в холодную воду, теряет топливо, а трение о землю замедляет ветер. Обычно он слабеет за день-два, но опасность не заканчивается вместе с ветром. Нагонная волна и сильные ливни, вызывающие наводнения далеко от берега, часто самое смертоносное при выходе бури на сушу, поэтому официальный совет один: выполняйте указания местных властей об эвакуации и не судите о безопасности только по категории.
Как это показывает VJOURNAL SMART BOOK
Глава «Ураганы и торнадо» бесплатной книги SMART BOOK «Всё обо всём», том II, на VITON13 SCHOOL разбирает те же шаги в пяти коротких моментах. Рядом с текстом — живая 3D-картинка, которую можно вращать пальцем или мышью: тёплая вода светится, а облака начинают закручиваться.
Под картинкой есть песочница: вы вводите скорость ветра и читаете категорию. В главе также рассказано, как торнадо спускается из суперячейки, как синоптики следят за бурей и где укрыться, а в конце — тест из трёх вопросов с объяснениями и источники, которые можно открыть.
Простыми словами
Представьте трубу из облаков над тёплым морем. По ней поднимается тёплый влажный воздух, снизу врывается новый, а вращение Земли закручивает этот поток в спираль. Пока море тёплое, труба продолжает тянуть.
Попробуйте сами
Откройте шкалу Саффира — Симпсона и выпишите минимальную скорость ветра каждой категории: 119, 154, 178, 209 и 252 км/ч. Разделите каждую на 119 и возведите результат в квадрат.
Ожидаемый результат
Получится примерно 1; 1,7; 2,2; 3,1 и 4,5. Сила ветра растёт пропорционально квадрату скорости, поэтому ветер 5-й категории давит примерно в 4,5 раза сильнее ветра 1-й.
Проверьте себя: Ветер бури усилился со 120 до 240 км/ч. Во сколько раз выросла сила ветра и к какой категории относится 240 км/ч?
При удвоении скорости сила растёт в 2² = 4 раза. Ветер 240 км/ч относится к 4-й категории, это диапазон 209–251 км/ч.
Вопросы и ответы
Чем отличаются ураган, тайфун и циклон?
Только местом. Одна и та же буря называется ураганом над Северной Атлантикой и северо-востоком Тихого океана, тайфуном над северо-западом Тихого океана и тропическим циклоном над Индийским океаном и югом Тихого.
Насколько тёплой должна быть вода?
По данным NOAA, не холоднее примерно 27 °C (80 °F), причём тёплый слой должен быть глубоким, около 50 метров. Тёплой воды необходимо, но недостаточно: сухой воздух или сильный сдвиг ветра всё равно могут остановить бурю.
Почему ураганы вращаются?
Воздух, текущий к центру низкого давления, отклоняется вращением Земли, то есть силой Кориолиса. В итоге вращение идёт против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой в Южном.
Почему ураганы не возникают на экваторе?
Сила Кориолиса там почти равна нулю, и втекающий воздух не может начать кружиться. NOAA указывает, что буре нужно быть не ближе примерно 300 км (200 миль) от экватора, с редкими исключениями.
Что такое глаз урагана?
Ясная спокойная область в центре, обычно шириной 30–65 км, где воздух опускается. Её окружает стена глаза, где самые сильные ветры и ливни.
Торнадо и ураган — это одно и то же?
Нет. Ураган — это буря шириной в сотни километров, она питается тёплой морской водой и живёт несколько дней. Торнадо — узкая воронка, обычно шириной от десятков до сотен метров, которая спускается из вращающейся грозы и держится минуты.
Запомните цепочку: тёплое море, поднимающийся влажный воздух, тепло от конденсации, вращение Земли и буря, которая сама себя питает, пока не дойдёт до суши или холодной воды. Затем откройте главу и в песочнице превратите любую скорость ветра в категорию.
Источники и дальнейшее чтение
- NOAA: Hurricanes (how tropical cyclones form) ↗Источники проверены:
- NOAA National Hurricane Center: Saffir-Simpson Hurricane Wind Scale ↗Источники проверены:
- NOAA National Hurricane Center: Tropical cyclone climatology ↗Источники проверены:
- NOAA National Hurricane Center: Glossary of terms ↗Источники проверены: