Мотеорологические и агрометеорологические явления

Стихийное бедствие - катастрофическое природное явление (или процесс), которое может вызвать многочисленные человеческие жертвы, значительный материальный ущерб и другие тяжелые последствия.

К стихийным бедствиям относятся землетрясения, извержения вулканов, сели, оползни, обвалы, наводнения, засухи, циклоны, ураганы, смерчи, снежные заносы и лавины, длительные проливные дожди, сильные устойчивые морозы, обширные лесные и торфяные пожары. К числу стихийных бедствий относят также эпидемии, эпизоотии, эпифитотии, массовое распространение вредителей лесного и сельского хозяйства.

За последние 20 лет XX века от стихийных бедствий в мире пострадало в общей сложности более 800 млн. человек (свыше 40 млн. человек в год), погибло более 140 тыс. человек, а ежегодный материальный ущерб составил более 100 млрд. долларов.

Наглядными примерами могут служить три стихийных бедствия в 1995 г.

1) Сан-Анджело, Техас, США, 28 мая 1995 года: смерчи и град обрушились на город с 90-тысячным населением; причиненный ущерб оценивается в 120 миллионов американских долларов.

2) Аккра, Гана, 4 июля 1995 года: самые обильные за последние почти 60 лет осадки вызвали сильные наводнения. Около 200 000 жителей потеряли все свое имущество, еще более 500 000 не могли попасть в свои дома, и 22 человека погибли.

3) Кобе, Япония, 17 января 1995 года: землетрясение, длившееся всего 20 секунд, унесло жизни тысяч людей; десятки тысяч получили ранения, и сотни остались без крова.

Чрезвычайные ситуации природного характера можно классифицировать следующим образом:

1. Геофизические опасные явления:

2. Геологические опасные явления:

3. Морские гидрологические опасные явления:

4. Гидрологические опасные явления:

5. Гидрогеологические опасные явления:

6. Природные пожары:

7. Инфекционная заболеваемость людей:

8. Инфекционная заболеваемость сельскохозяйственных животных:

9. Поражение сельскохозяйственных растений болезнями и вредителями.

10. Метеорологические и агрометеорологические опасные явления:

бури (9 - 11 баллов);

ураганы и бури (12 - 15 баллов);

смерчи, торнадо (разновидность смерча в виде части грозового облака);

шквалы;

вертикальные вихри;

крупный град;

сильный дождь (ливень);

сильный снегопад;

сильный гололед;

сильный мороз;

сильная метель;

сильная жара;

сильный туман;

засуха;

суховей;

заморозки.

Шквал

Иногда на ограниченных территориях наблюдаются резкие кратковременные усиления ветра, называемые шквалами. Скорость ветра при шквале внезапно, порывом, усиливается до 20 м/с и более. Это усиление ветра продолжается несколько минут, а иногда повторяется на протяжении короткого времени. Более или менее резко меняется и направление ветра. Несмотря на кратковременность шквалов, они могут приводить к катастрофическим последствиям.

Шквалы в большинстве случаев связаны с кучево-дождевыми (грозовыми) облаками либо местной конвекции, либо холодного фронта. В первом случае они называются внутримассовыми, во втором - фронтальными.
Внутримассовый шквал обусловлен тем, что в передней части кучево-дождевого облака возникает сильное восходящее движение воздуха, а в центральной и тыловой частях облака нисходящее движение, в частности, создаваемое ливневыми осадками, увлекает за собой воздух. Таким образом, в облаке и под ним возникает вихревое движение воздуха с направлением по горизонтальной оси, в которое вовлекается воздух из смежных районов. При приближении большого облака конвекции ощущается усиление ветра и поворот его направления к облаку, в резко выраженных случаях это явление принимает форму шквала.
Структура шквала

Внутримассовый шквал обусловлен тем, что в передней части кучево-дождевого облака возникает сильное восходящее движение воздуха, а в центральной и тыловой частях облака нисходящее движение, в частности, создаваемое ливневыми осадками, увлекает за собой воздух. Таким образом, в облаке и под ним возникает вихревое движение воздуха с направлением по горизонтальной оси, в которое вовлекается воздух из смежных районов. При приближении большого облака конвекции ощущается усиление ветра и поворот его направления к облаку, в резко выраженных случаях это явление принимает форму шквала.

Сходные условия будут и в случае фронтальных шквалов. Здесь также играют роль восходящее движение теплого воздуха перед продвигающимся холодным фронтом и нисходящее движение в голове холодного воздуха за фронтом, принимающее форму резкого обрушивания. Фронтальные шквалы наблюдаются вдоль фронта одновременно в ряде мест. Поэтому в XIX в., когда было установлено существование холодных фронтов, их называли линиями шквалов. Шквал обычно связан с ливневыми осадками и грозой, иногда с градом. Лишь в условиях большой сухости воздуха возможны шквалы без образования кучевых облаков.

Атмосферное давление при шквале резко повышается в связи с бурным выпадением осадков, а затем снова падает так называемый (грозовой нос).
Шквальными бурями называют вихри, возникающие в теплое время года на мощных атмосферных фронтах, реже - при особо интенсивной местной циркуляции.

Скорость движения воздуха в вихре суммируется со скоростью движения фронта, в результате чего образуются шквальные бури. Их ширина - несколько километров, редко до 50 км, длина пути - 20-200 км, длительность в каждой точке пути - от нескольких минут до получаса. Скорость ветра в шквальных бурях достигает иногда ураганных значений (до 60-80 м/с). Они сопровождаются мощными ливнями и грозами.

Вертикальные вихри

В условиях большой неустойчивости атмосферной стратификации кроме обычных грозовых шквалов могут возникать особые вихри с вертикальной осью, напоминающие циклоны, однако миниатюрных размеров. Это прежде всего совсем небольшие пыльные вихри, во множестве возникающие над перегретой почвой в пустынях (но не только в пустынях), особенно на границах, где резко меняются свойства подстилающей поверхности. В Сахаре на площади 10 квадратных километров таких вихрей наблюдалось иногда до 100 в день. Часты они летом на Восточном Памире. Поперечник их от 1 до 100 м, высота до 1 км, скорость перемещения 20-30 км/ч. В вихре наблюдается быстрое вращение воздуха при одновременном его подъеме вверх. Попавшие в вихрь пыль, листья и другие предметы увлекаются вверх по спиральным путям.

Большое значение имеют более крупные вихри, называемые над морем смерчами, а над сушей - тромбами. В Северной Америке тромбы именуют торнадо. Вихрь возникает обычно в передней части грозового облака и проникает сверху до самой земной поверхности. У смерчей диаметр вихря порядка десятков метров, у тромбов - порядка 100-200 м, а в американских торнадо и больше (устанавливается по ширине полосы разрушений).

Тромб виден как темный столб между облаками и землей, расширяющийся кверху и книзу, или как хобот, свисающий из облака. Такая форма объясняется тем, что вихрь втягивает сверху облако, а снизу пыль или воду, кроме того, при сильном падении давления внутри вихря происходит конденсация водяного пара.

Вихрь перемещается вместе с облаком чаще всего со скоростью порядка 30-40 км/ч. Время существования смерчей измеряется минутами, тромбов - десятками минут, иногда несколькими часами. За это время вихрь может продвинуться над морем на несколько километров, а над сушей - на десятки, иногда даже на сотни километров, все сметая на своем пути. Атмосферное давление в вихре сильно понижено - на десятки или даже на сотню гектопаскалей. Воздух вращается вокруг оси вихря, одновременно поднимаясь вверх. Скорости ветра в тромбах могут достигать 50-100 м/с, их можно определить по разрушениям, очень велики и восходящие скорости. Ветер при тромбе срывает крыши и разрушает легкие постройки, переносит на большие расстояния людей и животных, ломает и вырывает с корнем деревья, прокладывая в лесах просеки. Падение давления при прохождении тромба бывает настолько большим и быстрым, что наружное давление не успевает выровняться с давлением внутри зданий, которое остается более высоким. Поэтому дома, попавшие в сферу действия тромба, иногда взрываются изнутри: с них слетает крыша, вылетают оконные рамы, даже разрушаются стены. Смерчи обладают меньшей разрушительной силой. Тромб сопровождается грозой, ливневым дождем, градом. Водяные смерчи реже связаны с грозами. Обычно тромбы проходят поодиночке, у торнадо часто наблюдаются по два или больше вихрей. Смерчи часто возникают сериями по несколько вихрей.

В Европе тромбы сравнительно редки и наблюдаются преимущественно в жаркую летнюю погоду в послеполуденные часы в воздушных массах тропического происхождения с большими вертикальными градиентами температуры и содержанием влаги. В направлении к северу они отмечались до Северной Шотландии, Южной Норвегии, Швеции (до 60° с.ш.), Соловецких островов; в Сибири - до низовьев Оби. На Европейской территории России каждое лето в разных местах (и на юге и в центре) отмечается несколько тромбов. Были случаи, когда они достигали катастрофической силы, как, например, московский тромб 29 июня 1904 г. или тромб в Иванове 9 июня 1984 г., которые сравнимы по интенсивности с американскими торнадо. По-видимому, на азиатской территории России тромбы возникают значительно чаще, но они проходят в малонаселенных районах, поэтому менее известны. В США, между Скалистыми и Аппалачскими горами, особенно на юго-востоке, торнадо очень часты и обладают исключительной разрушительной силой. За год в США наблюдается в среднем свыше 200 торнадо, но в отдельные годы - свыше 800, и преимущественно в теплое время года. Интенсивность их разная, но в общем диаметры вихрей и скорости ветра в них (до 125 м/с и более) больше, чем в европейских тромбах, а причиняемые ими разрушения и убытки оцениваются суммой 1 млрд долл. в год. Случалось, что поднимались в воздух дома вместе с жителями; полное разрушение домов происходит очень часто. В среднем за год насчитывается свыше 100 смертных случаев от торнадо, а 18 марта 1925 г. торнадо было убито 700 человек. Одно-единственное торнадо в Северной Дакоте 20 июня 1957 г. разрушило 500 домов на площади в одну квадратную милю и причинило убытков на 15 млн долл.

В тромбах наблюдается вращение ветра как в циклоническом, так и в антициклоническом направлениях, хотя давление в тромбе всегда понижено. Антициклоническое вращение возможно, если центробежная сила так велика, что перекрывает силу градиента. Наиболее низкое давление, наблюдавшееся в центре торнадо, составляет 912 гПа.

Тромбы (торнадо) наблюдаются в очень теплом и влажном неустойчиво стратифицированном воздухе, иногда вблизи фронтов, как холодных, так и теплых, иногда на значительном расстоянии от них. Очевидна их связь с грозовыми облаками. Поэтому надо думать, что тромб является особой, сравнительно редкой разновидностью обычного грозового шквала. Но при шквале в грозовом облаке наблюдается вихрь с горизонтальной осью. При тромбе направление оси вихря по еще не выясненным причинам меняется: она загибается к земной поверхности и достигает ее, принимая между облаком и землей вертикальное направление. Так возникает тромб, а иногда и два тромба, по двум сторонам грозового облака. Преобладание и увеличенную интенсивность торнадо в США по сравнению с тромбами в Европе можно объяснить тем, что в США летом часто господствует очень теплый, влажный и неустойчиво стратифицированный воздух с Мексиканского залива, благоприятный для образования гроз и торнадо. В Европе такие условия бывают реже: тропический воздух попадает в Европу сравнительно редко (на европейскую территорию России чаще, на азиатскую - еще чаще).

Сильный дождь с ливнем

Мощные вертикальные движения воздуха, возникающие в зоне больших контрастов температуры и высокой влажности, приводят к образованию кучево-дождевых облаков с сильными ливнями, градом и грозами.

Ливнем называют дождь такой силы, когда в одну минуту выпадает более 1 мм осадков. Даже кратковременный ливень порой может обернуться бедой. Особенно опасны ливни в горах, где стремительно стекающие со склонов дождевые воды захватывают не только рыхлые породы, но и крупные камни и глыбы. При этом могут возникнуть грязевые или грязе-каменные потоки - так называемые сели. Ливни типичны для влажных тропиков и субтропиков. У нас они особенно часты на юге Черноморского побережья Кавказа.

Но при сложных метеорологических условиях они бывают и на равнинах умеренного пояса. В середине июля 1969 г. над севером Италии образовался небольшой циклон. В его тыловую часть вторгся холодный воздух, и циклон начал перемещаться к северо-востоку, на территорию Европейской части СССР. Вскоре циклон превратился в мощный атмосферный вихрь шквалистой силы, который принес много теплого и влажного воздуха.

В Молдавии за одни - двое суток выпало 100-150 мм дождя, на малых реках возникли небывалые паводки. Они залили поймы рек, затопили шоссейные и железные дороги, прибрежные села. Потоки воды размывали склоны, сносили посевы. Затем дожди начались на Правобережной Украине: в Черновицкой и Ивано-Франковской областях за сутки выпали месячные нормы осадков. Уровень воды в Пруте, Серете, Быстрице и других реках поднялся на 2-5 м.

Град

Зона мелкого и крупного града, зона осадков и направление воздушных потоков в кучево-дождевом облаке (Cumulonimbus, Cb)

Поднимающийся от земной поверхности в жаркий летний день теплый воздух охлаждается с высотой, а содержащаяся в нем влага конденсируется, образуется облако. Минуя на некоторой высоте нулевую изотерму, мельчайшие капли воды становятся переохлажденными. Переохлажденные капли в облаках встречаются даже при температуре минус 40° (высота примерно 8 - 10 км). Но эти капли очень нестабильны. Поднятые с земной поверхности мельчайшие частицы песка, соли, продукты сгорания и даже бактерии при столкновении с переохлажденными каплями нарушают хрупкий баланс. Переохлажденные капли, вступившие в контакт с твердыми ядрами конденсации, превращаются в ледяной зародыш градины.

Мелкие градины существуют в верхней половине почти каждого кучево-дождевого облака, но чаще всего такие градины при падении к земной поверхности тают. Так, если скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке достигает 40 км/час, то они не в силах удержать зародившиеся градины, поэтому, проходя сквозь теплый слой воздуха между нулевой изотермой (в среднем высота от 2,4 до 3,6 км) и земной поверхностью, они выпадают из облака в виде мелкого "мягкого" града, либо и вовсе в виде дождя. В противном случае восходящие потоки воздуха поднимают мелкие градины до слоев воздуха с температурой от -10 до -40 градусов (высота между 3 и 9 км), диаметр градин начинает расти, достигая порой диаметра нескольких сантиметров. Стоит отметить, что в исключительных случаях скорость восходящих и нисходящих потоков в облаке может достигать 300 км/час! А чем выше скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке, тем крупнее град. Для образования градины размером с шар для гольфа потребуются более 10 миллиардов переохлажденных капель воды, а сама градина должна оставаться в облаке как минимум 5 - 10 минут, чтобы достичь столь крупного размера. Стоит заметить, что на формирование одной капли дождя необходим примерно миллион таких мелких переохлажденных капель. Градины диаметром более 5 см встречаются в супер-ячейковых кучево-дождевых облаках, в которых наблюдаются очень мощные восходящие воздушные потоки. Именно супер-ячейковые грозы порождают смерчи (торнадо), сильные ливни и интенсивные шквалы. В Москве и Подмосковье такие грозы наблюдаются редко. Последний раз супер-ячейковые кучево-дождевые облака отмечались в ночь с 20 на 21 июня 1998 года, а также минувшим летом - 30 июля 2004 года, когда из-за обильного ливня отмечались значительные подтопления на западе Москвы - в Филях.

Когда градина достигает такой массы, что восходящий поток не в силах ее удержать, она устремляется к поверхности земли, и мы наблюдаем выпадение крупного града. Так, скорость падения градины диаметров 4 см может достигать 100, а более крупные градины устремляются к земле со скоростью 160 км/час. Нетрудно догадаться, какие разрушения могут причинять градобития. Но и не каждая крупная градина достигнет земли: падая в облаке, градины сталкиваются друг с другом, при этом разрушаясь и превращаясь в более мелкие градины, тающие в теплом воздухе. В среднем 40 - 70% образовавшихся градин так и не достигают поверхности земли, тая в теплом воздухе.

Площадь зоны градобитий может меняться от одного гектара до нескольких десятков километров. В последнем случае зоны градобитий соответствуют линии шквала. Для Подмосковья и соседних областей характерны узкие зоны градобитий, поэтому очень часто приходится слышать о том, что град наблюдался в одном пункте, когда всего в километре от него явление не отмечалось.

При наблюдении града, аккуратно разрезав градину, вы заметите, что матовые слои льда будут чередоваться в виде колец со слоями прозрачного льда. Таким образом, по количеству таких колец можно определить сколько раз градина была поднята восходящими потоками воздуха в облаке.

Источник — "#"*"> весенние засухи особенно опасны для ранних зерновых культур;

летние причиняют сильный вред как ранним, так и поздним зерновым и другим однолетним культурам, а также плодовым растениям;

осенние опасны для всходов озимых.

Наиболее губительны весенне-летние и летне-осенние засухи.

Чаще всего засухи наблюдаются в степной зоне, реже в лесостепной: 2-3 раза в столетие засухи бывают даже в лесной зоне. Понятие засухи неприменимо к районам с бездождным летом и крайне малым количеством осадков, где земледелие возможно только при искусственном орошении (например, пустыни Сахара, Гоби и другие).

Суховеи

Суховей - ветер с высокой температурой и низкой относительной влажностью воздуха в степях, полупустынях и пустынях. Суховей отмечается в условиях антициклона по его краям.

Скорость суховея обычно умеренная, относительная влажность невелика (менее 30%). Суховеи характерны для Прикаспия и Казахстана. Суховей — иссушающий ветер со скоростью от 5 до 20 м/с, исходящий от периферии антициклонов летом преимущественно при вторжении тропических масс воздуха (аналоги хамсин, сирокко и др.). При высокой температуре (20—25°С) воздуха суховей имеет большой дефицит влаги при незначительной относительной влажности (менее 30%), что вызывает резкое усиление испарения с почв. Малая подвижность антициклонов вызывает устойчивую продолжительность суховея (несколько суток), который при недостаточной влажности почв вызывает засуху, порчу урожаев зерновых и плодовых культур, гибель растений. Тропические воздушные массы зарождаются над пустынями Африки, Малой Азии, а также и в Южном Казахстане, а с ними суховеи распространяются до лесостепей СНГ, но чаще вторгаются в полупустыни и степи. Защитой от суховеев служат лесозащитные полосы, орошение почвы и мелиорация.

Заморозки

Важное в практическом отношении явление заморозков связано как с суточным ходом температуры, так и с непериодическими ее понижениями, причем обе эти причины обычно действуют совместно.

Заморозками называют понижения температуры воздуха ночью до 0 градусов и ниже, в то время как средние суточные температурные значения еще (или уже) держатся выше нуля, т.е. осенью и весной.
Бывает так, что температура воздуха даже на небольшой высоте над почвой остается выше нуля, но сама почва или растения на ней охлаждаются путем излучения до отрицательной температуры и на них появляется иней. Это явление называется заморозком на почве.

Заморозки чаще всего бывают при вторжении в данный район достаточно холодной воздушной массы, например арктического воздуха. Температура в нижних слоях этой массы днем все-таки выше нуля. Ночью же температура воздуха падает в суточном ходе ниже нуля, т.е. наблюдается заморозок.
Для заморозка нужна ясная и тихая ночь, когда эффективное излучение с поверхности почвы велико, а турбулентность мала и воздух, охлаждающийся от почвы, не переносится в более высокие слои, а подвергается длительному охлаждению. Такая ясная и тихая погода обычно наблюдается во внутренних частях областей высокого атмосферного давления - антициклонах. Заморозки чаще всего происходят в низинах.

Последние весенние заморозки наблюдаются в центральных областях европейской территории России в конце мая - начале июня, а уже в начале сентября возможны первые заморозки осенние заморозки.

Список литературы:

1. Гречиха А.П. «Метеорология и гидрология»

2. Мазур И.И., Иванов О.П. «Опасные природные процессы»

3. Хромов С.П., Петросянц М.А. «Метеорология и климатология»