Шквальні бурі і смерчі (торнадо) - це вихори, що виникають в теплу пору року на потужних атмосферних фронтах, але, іноді і при особливо інтенсивної місцевої циркуляції.
Руйнівний вплив шквалів визначається швидкістю вітру, а також грозами і зливовими повенями. На європейській частіУкаіни одним шквалом можуть бути пошкоджені посіви на площі до кількох десятків тисяч гектарів, десятки будинків і господарських будівель з разовим збитком до декількох мільйонів рублів.
Шквалам подібні потокові або струевой бурі. Вони пов'язані з атмосферними фронтами, але не мають вертикальної конвективної складової, як при шквали, і створюються потоками повітря в долинах і по краях височин. Бурі цього типу досягають швидкості 40-50 м / с і тривають 12-24 години, максимум до тижня. До їх числа належать: новоземельськая, новоукраїнська, адріатична бору, зроси в Японії, сарма і баргузин на Байкалі, Містраль в долині Рони (Франція), трамонтана в Італії, чинук зі Скелястих гір в Канаді, Хазрі уздовж східного краю Кавказу у Каспію і інші місцеві бурі.
Викликані ними небезпечні явища різноманітні в залежності від пори року та місцевих умов. Назвемо деякі приклади: новоукраїнська бору взимку - шторм в Цемеської бухті, забризкування і обмерзання (товщина льоду - до 4 м) портових будівель; Балхашський бору з хр. Чингіз - взимку буран, влітку пилова буря; фен в Альпах взимку і навесні - екстремальне сніготанення, повені, селі, зсуви, а при недостатньо високій температурі повітря - жорстокі бурани і т. д.
Смерч - це висхідний вихор, що складається з надзвичайно швидко обертається повітря, а також часток вологи, піску, пилу та інших суспензій. Він являє собою швидко обертається воронку, що звисає з купчасто-дощової хмари і спадаючу як «воронкобразное хмара».
Смерчі, звані в Північній Америці торнадо - потужні сконцентровані вихори з вертикальною віссю обертання, що породжуються грозовими хмарами висотою до 12-15 км. Процес утворення смерчу протікає іноді лише за 20-30 хв і починається з появи висхідній струменя теплого вологого повітря, що породжує особливо велике і високе грозову хмару. З нього починається випадання дощу і граду в кільці навколо висхідній струменя. В деякий момент завіса дощу закручується в спіраль в формі циліндра або конуса, що стосується землі.
У повному розвитку смерч досягає землі і рухається по ній, приносячи великі руйнування. Смерч - це найменша за розмірами і найбільша за швидкістю обертання форма вихрового руху повітря. Циліндр (конус) прагне розширитися внаслідок відцентрової сили, що створює знижений тиск в трубці. Для підтримки смерчу потрібні продовження подачі вологого повітря вгору (що полегшується зниженим тиском в трубі) і певна щільність обертається стінки дощу і граду.
Смерчі утворюються в багатьох областях земної кулі, як над водною поверхнею, так і над сушею, виникаючи найчастіше уздовж фронту зустрічі двох повітряних течій: теплого і холодного. Початкова умова - потужне грозову хмару і рясні опади з нього досягається при комбінуванні теплової конвекції і підняття теплого повітря підтікають під нього клином холодного. Тому 90% смерчів пов'язані з холодними фронтами, інші - з екстремально сильної внутрімасові конвекцією.
Середній час існування смерчу - 10-30 хв, а при найкращих умовах підживлення по шляху - до 1 год на Руській рівнині, 5 ч в Великобританії, 7,5 ч в США. Смерчі рухаються зі швидкістю атмосферного фронту, на якому вони народилися (в середньому 50-60 км / ч, рідко більше 150 км / ч), і проходять шлях довжиною до 50 км на Руській рівнині, 300 км в Великобританії, 500 км в США, в середньому 10-30 км. Середній діаметр смерчу у землі - 200-400 м, максимальний зареєстрований - до 2,5 км, на Руській рівнині - до 1 км. Площа руйнувань менше 1 км 2. максимум до 400 км 2. По силі і площі руйнувань великий долгоживущий смерч порівняємо з атомною бомбою.
Основна складова смерчу його воронка, яка представляє собою спіральний вихор. По суті, це дрібномасштабний ураган. Внутрішня порожнина воронки - в поперечнику від декількох метрів до декількох сотень метрів - володіє різко зниженим тиском. У стінках смерчу рух повітря направлено по спіралі вгору і досягає швидкості 200 м / с. Підйом і перенесення різних предметів і матеріалів відбувається в стінках смерчу, ширина яких коливається від кількох метрів (у щільних смерчів) до сотень метрів (у розпливчастих смерчів). У дуже тонких смерчів ширина всієї воронки не перевищує 3 м, а ширина стінок вимірюється десятками сантиметрів.
Головна зброя смерчу - величезна швидкість обертання стінок; виміряні швидкості досягали 115 м / с (420 км / ч), розраховані по руйнувань - понад 300 м / с. Друге зброю - перепад тиску від нормального із зовнішнього боку трубки до половини нормального всередині неї, на відстані в кілька метрів, якими вимірюється товщина стінки. Удар обертається стінки (тиск - до десятків тонн на 1 м 2) здатний зруйнувати капітальні будови; перепад тиску викликає «вибухи» будівель, до яких торкається смерч; висхідний потік повітря (швидкість до 70-90 м / с) здатний підняти і перенести на значні відстані частинки грунту, людей, тварин, автомашини, «бомбардування» піднятими смерчем предметами небезпечна для міцних дахів. Велика різниця тиску між периферією і внутрішньою частиною воронки в зв'язку з виникненням величезної відцентрової сили викликає ефект потужного всмоктування всього, що знаходиться на шляху смерчу.
Смерчі можуть відсмоктувати водойми (наприклад, ставки-охолоджувачі при АЕС); зафіксований випадок, коли смерч, який перетинав р. Рейн, створив на кілька миттєвостей в річковій воді траншею глибиною до дна (до 7 м), шириною 80 м і довжиною 600 м, захопивши з річки не менше 300 тис. Т води.
Найчастіше смерч добре видно з боку. Однією з особливостей руху смерчу є його стрибання. Пагорби, ліси, водні басейни не є перешкодою для руху смерчу. Найчастіше смерчі поділяють за будовою на щільні (різко обмежені) і розпливчасті (неясно обмежені). Крім того, розрізняють:
- смерчі - пилові вихори;
- малі смерчі - короткої дії (до кілометра по довжині шляху);
- малі смерчі - тривалої дії;
- смерчі - ураганні вихори;
У практичних цілях використовується класифікація інтенсивності смерчів Фуджита-Пірсона, подібна до шкалою Бофорта:
- класи 0, 1 і 2 - максимальні швидкості вітру 18-32, 33-49 і 50-69 м / с, довжина шляху до 16 км, ширина до 160 м; ушкодження відповідають вітрі 8-10, 10-12, 2 і 12,2 - 12,5 балів за шкалою Бофорта;
- клас 3 - 70-92 м / с, довжина шляху 16-51 км, ширина 160-510 м; серйозні руйнування: деякі будівлі зруйновані повністю, перевернуті автомобілі та залізничні потяги, більшість дерев в лісі вирвано з коренем;
- клас 4 - 93-116 м / с, 51-160 км, 510-1600 м; спустошливі пошкодження: від будинків залишилися купи уламків, сильно зруйновані сталеві конструкції, автомобілі і потяги відкинуті в сторону, з дерев зірвана кора, в повітрі летять великі предмети;
- клас 5 - 117-142 м / с, 161-507 км, 1600-5070 м; приголомшливі пошкодження: сильно пошкоджені залізобетонні конструкції, в повітрі летять предмети розміром з автомобіль;
- клас 6 - швидкості вітру і інші показники - ще вище; неймовірні руйнування; в т. ч. вторинні - від падаючих важких предметів.
У горизонтальному перетині торнадо представляє ядро, оточене вихором, причому є точки всмоктування, які рухаються навколо ядра і здатні піднімати залізничні вагони масою до 13 т. Цей ефект відповідає швидкості вітру близько 100 м / с. В межах торнадо є також сильні низхідні потоки, здатні вдавлювати в грунт окремі дошки на глибину до 45 см. Середня швидкість руху центру торнадо щодо землі - 27 м / с.
Катастрофічні торнадо спостерігаються рідко, тому для їх прогнозу важко використовувати статистичний підхід. Зазвичай орієнтуються на те, що торнадо можуть виникнути в будь-якому з тих районів, де вони вже відбувалися раніше, і слід вжити відповідних заходів обережності. Якщо ведуться атмосферні спостереження і якщо торнадо виявлений, робиться відповідне попередження.
Оскільки ймовірність появи торнадо в якомусь конкретному районі досить мала при проектуванні звичайних промислових і цивільних будівель і споруд навантаження від торнадо будівельними нормами не враховуються (з економічних міркувань). Навантаження від торнадо враховуються при виборі майданчиків для атомних електростанцій як вУкаіни, так і за кордоном. При цьому враховуються швидкість вітру (швидкісний тиск вітру), зміна атмосферного тиску при проходженні торнадо над спорудженням, удари предметів, що летять.
Руйнування, заподіяні торнадо, як і ураганами, визначаються тиском швидкісного напору вітрового потоку, але, крім того, вибуховим ефектом від швидкого падіння тиску в центрі торнадо. Залізобетонні споруди зазвичай є стійкими до дії торнадо. Найкращим укриттям від торнадо є притулку цивільної оборони, а при їх відсутності - міцні підвали будинків.
Смерчі поширені повсюдно, де відбуваються зіткнення вологих повітряних мас зі значно більш холодними і де зародилися вихори можуть отримувати підживлення вологою з підстильної поверхні протягом хоча б кілька хвилин. Цим умовам відповідають рівнини і моря в кліматичних поясах від субекваторіального до помірного (на південь від 60-65 ° с. Ш.), А в їх межах більш за все - рівнини субтропічного пояса США.
В даний час будь-яких методів прогнозування часу і місця виникнення смерчів, а також їх параметрів не існує. Вкрай складно також прогнозувати шляхи переміщення смерчів.
Аналізуючи випадки виникнення смерчів, можна зробити висновок про те, що найбільш сприятливі для утворення смерчевих хмар великі рівнини, над якими відбувається зустріч теплих і холодних повітряних течій. Заходи, спрямовані на зниження негативних наслідків смерчів такі ж, як і при ураганах.